单片机的直流电机控制系统设计开题报告
基于单片机的直流电机控制系统的设计
基于单片机的直流电机控制系统的设计摘要：随着现代工业自动化技术的不断发展，直流电机控制系统在现代工业生产中得到广泛应用。
为了提高直流电机的运行效率和控制精度，本文通过对单片机的控制技术的研究和应用，设计出了一种基于单片机的直流电机控制系统。
本文首先介绍了直流电机的结构和原理，然后分析了直流电机控制系统的特点和要求，接着通过对单片机控制技术的研究和应用，设计出了一种可靠、高效、稳定的直流电机控制系统。
最后，本文通过实验验证了该系统的性能和可行性。
关键词：单片机，直流电机，控制系统，效率，精度，稳定性第一章绪论1.1 研究背景随着现代工业的不断发展，直流电机控制系统在现代工业生产中得到广泛应用。
任何一种电机都需要控制系统进行控制，以达到所要求的各种工作要求。
传统的直流电机控制系统大多采用的是模拟控制系统，这种控制系统存在精度低、稳定性差等问题，以及难以满足现代工业对控制精度和控制效率的要求。
而基于单片机的直流电机控制系统可以充分利用单片机优异的计算能力和可靠性，实现更加高效、精确和稳定的控制。
1.2 研究目的和意义本文旨在通过对单片机的控制技术的研究和应用，设计出一种可靠、高效、稳定的直流电机控制系统，以提高直流电机的运行效率和控制精度，为现代工业的自动化生产提供更加完善、可靠的控制系统。
同时，对单片机控制技术的研究和应用也具有重要的理论研究价值和实际应用价值。
第二章直流电机结构和原理2.1 直流电机结构直流电机由电机本体、电枢、电枢转子、永磁体、永磁体转子、凸极和定极等组成。
其中，电枢是直流电机的主要部件之一，也是直流电机控制系统的关键部件。
2.2 直流电机原理直流电机原理是利用直流电产生的磁场与电枢磁场相互作用产生转力。
当电机通电时，电枢内电流方向发生变化，电枢磁场产生的磁场与永磁体磁场产生互作用力，使电机转子转动。
第三章直流电机控制系统的特点和要求3.1 直流电机控制系统的特点直流电机控制系统的特点是响应速度快、控制精度高、运行稳定等优点。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统的开题报告
基于51单片机的PWM直流电机调速系统的开题报告一、选题背景无人机、智能小车、智能家居等智能设备的出现给我们的生活带来了很多便利，这些设备中大多数都是由直流电机驱动，而直流电机的速度控制非常关键。
基于此，本次毕业设计选题基于51单片机实现PWM控制直流电机转速。
通过选题研究，可以学习到单片机控制电机的基本原理、PWM技术的应用、电机控制电路的搭建、硬件电路的设计等方面的知识。
二、选题意义本次设计选题的实现可以为直流电机的调速提供有效的解决方案。
同时，通过研究不同类型的电机控制方法，可以有效提高电机控制的精度和灵活性，丰富我们的电子知识储备。
三、研究内容通过研究，本次设计的具体内容包括以下几个方面：1. 了解直流电机的基本工作原理及其特性。
2. 介绍51单片机的基本原理，编写程序控制单片机输出PWM信号。
3. 建立电机控制电路，使用PWM信号控制直流电机转速。
4. 通过实验对电机的控制效果进行验证，分析控制效果与不同参数的关系，优化控制方法。
四、研究方法本次设计选题的研究方法主要包括理论分析和实验验证两个部分。
1. 理论分析：通过学习相关理论知识，了解控制电路的原理、调速器的设计方法等。
2. 实验验证：建立实验平台进行实验验证，通过实验数据分析调试电路、程序。
五、预期目标通过本次毕业设计的研究，预期达到以下目标：1. 掌握51单片机的编程基本知识。
2. 了解 PWM 技术的原理，掌握 PWM 频率、占空比的调节方法。
3. 了解直流电机的基本工作原理及其特性，建立电机控制电路进行控制。
4. 能够根据实验数据分析控制效果与不同参数的关系，优化控制方法并提高控制效果。
六、论文结构本次毕业设计选题所涉及的论文结构如下：第一章：绪论1.1 研究背景及选题意义1.2 研究目的和意义1.3 研究现状和发展趋势1.4 研究内容和方法第二章：理论分析2.1 直流电机的基本原理2.2 51单片机的基本原理2.3 PWM技术的基本原理2.4 电机控制电路设计第三章：系统设计3.1 硬件设计3.2 调速器设计3.3 程序设计第四章：系统实现与测试4.1 数据采集与实验测试4.2 实验结果分析4.3 结果优化与改进第五章：总结与展望5.1 工作总结5.2 未来研究方向参考文献。
基于单片机AT89C51控制的直流电机PWM调速控制系统课程设计报告
第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的速度在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案1、系统的硬件电路设计与分析电动机PWM驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图。
本电路采用的是基于PWM 原理的H型桥式驱动电路。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统设计——开题报告
西安交通大学城市学院
本科毕业设计（论文）开题报告
题目基于51单片机的PWM
直流电机调速系统设计
所在系电气与信息工程系
学生姓名 XX
专业测控技术与仪器
班级测控XXX学号 XXXXX
指导老师 XXXXXX
教学服务中心制表
2014年3月
B=KP [1+2T/TI+TD /T]
C=KP KD /T
式中 KP———比例系数；
T———采样周期；
TD———微分周期；
TI———积分周期；
KI———积分系数,KI= KP T/TI；
KD———微分系数，KD=TD /T。
（4）在Proteus环境下系统的硬件电路和仿真
利用Proteus软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。
完成本课题所需的工作条件(如工具书、计算机、实验、调研等)及解决办法KEILC 和Proteus软件、计算机
4、系统流程图如下：。
直流电动机转速控制系统设计开题报告
1．本课题的研究内容、重点及难点 研究内容
直流电动机因其良好的起动性能和调速性能而得到广泛的应用。 直流电动机在社会 的应用很广泛，常应用于对起动和调速有较高要求的场合，例如在工矿、交通、医疗、 工业自动化等等行业。 利用单片机控制直流电动机转速往往可以提高系统的可靠性，抗 干扰能力，维修方便，能耗低，性价比高等特点。 直流电动机转速控制系统主要应用常应用于对起动和调速有较高要求的场合， 其良 好的起动性能、 调速性能和制动性能而在高铁、 工业、 航空航天等领域得到了广泛应用。 因此研究直流电动机转速控制的原理有着很大的现实意义。 本课题的研究内容是基于单 片机控制直流电动机转速控制系统要求采用闭环反馈控制。直流电动机初始速度为零， 并且通过液晶屏显示速度。本课题的研究内容主要有以下几个方面： （1） 研究直流电动机的工作原理； （2） 研究直流电动机的测速原理； （3） 研究直流电动机的闭环反馈控制； （4） 研究如何利用单片机系统设定转速、转速数据采集，反馈处理数据； （5） 研究直流电动机的闭环反馈控制减少转速稳态误差； （6） 研究直流电动机转速控制系统的硬件。
4
系统组成如图 2 所示：
LED 显示 驱动 电路 键盘
直流 电机
光电 编码器
AT89S52
A/D 转换
电位给定
电流检测 图2 系统组成
（3）软件设计 主程序软件流程图如图 3 所示，主要完成实时性要求不高的功能，完成系统初始化 以后，实现键盘处理、刷新显示等功能。 主程序软件流程图如图 3 所示：
研究重点及难点
重点： （1） 直流电动机转速控制系统的硬件设计，使基本硬件电路能满足初始速度为零， 额定负载时，单位阶跃响应超调量<5%，转速稳态误差<±5%； （2）选择合适的测速元件，更能精准的测出直流电动机的转速； （3）正确设计转速的程序,其偏差按某种控制算法进行计算，所得数字量输出信号 经 D／A 转换接口直接驱动执行装置，对控制对象进行调节，使其保持在设定值上。 难点： （1）利用数字 PID 技术实现对直流电动机的闭环控制； （2）如何合理单片机程序，使之能精确测量出直流电动机的转速； （3）如何减少额定负载时的转速稳态误差。
直流电机控制系统开题报告
毕业设计（论文）开题报告题目：直流电机控制系统专业：电子信息工程班级：０８级学生：辛国鹏指导教师：***西安理工大学高科学院２０１２年一、毕业设计（论文）课题来源、类型本课题来源为社会实践，属于科研软件\硬件。
二、选题的目的及意义选题的目的：由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。
选题的意义：对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行，在各种干扰不允许有过大的转速波动。
稳速很难达到要求原因在于数字直流调速装置中的PID调节器对被控对象及其负载参数变化适应能力差。
直流电机的数学模型很容易得到，这使得经典控制理论在己知被控对象的传递函数才能进行设计的前提得到满足，大部分数字直流调速控制器就是建立在此基础上的。
然而，在实际的传动系统中，电机本身的参数和拖动负载的参数并不如模型那样一成不变，尤其对于中小型电机，在某些应用场合随工况而变化;同时，直流电机本身是一个非线性的被控对象，许多拖动负载含有弹性或间隙等非线性因素，因此，被控对象的参数变化与非线性特性，使得线性常参数PID 调节器顾此失彼，不能使系统在各种工况下都能保持设计时的性能指标，往往使得控制系统的鲁棒性差，特别是对于模型参数大范围变化且具有较强非线性环节的系统，常规PID调节器难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响。
在工程上，这种控制器就很有可能满足不了生产的需求，如:轧钢工业同轴控制系统、回转窑传动装置、轧辊磨床拖板电控系统等都需要在生产过程中保持稳定的转速要求，而生产负载参数却是随着工况变化的。
单片机直流有刷电机系统控制实验报告
实验名称：单片机直流有刷电机系统控制实验报告实验目的：1. 了解有刷电机的工作原理和基本结构2. 掌握单片机对有刷电机进行控制的方法和技巧3. 探究单片机直流有刷电机系统的稳定性和精确控制性能实验设备：1. 单片机开发板2. 直流有刷电机3. 桥式整流器4. 电源供应器5. 逻辑分析仪6. 示波器实验过程：1. 连接单片机开发板和直流有刷电机，并通过桥式整流器和电源供应器为系统供电。
2. 编写单片机控制程序，包括PWM波输出、速度控制算法等内容。
3. 将程序下载到单片机开发板上，并通过逻辑分析仪和示波器对系统进行调试和监测。
4. 在不同工作条件下，比如负载变化、电压波动等情况下，观察系统的稳定性和控制性能。
实验结果与数据分析：1. 经过一系列实验操作，我们获得了系统在不同工况下的运行数据，包括电流、转速、PWM波形等。
2. 通过对数据的分析，我们发现系统在稳态和动态工作条件下表现出了良好的稳定性和精准性能，能够满足实际工程控制要求。
3. 我们也发现了系统在特定工况下的一些问题和不足之处，比如在低速和负载较大时的起动过程中的震动和噪音等。
结论与讨论：1. 通过本次实验，我们对单片机直流有刷电机系统的控制原理和方法有了更深入的了解，同时也掌握了一定的实际操作技能。
2. 在工程应用中，我们应该综合考虑系统的稳定性、动态性能和控制精度，进行更加系统和全面的设计和调试。
3. 我们还需要进一步研究和改进系统中存在的问题，以提高系统的整体性能和工程应用价值。
附录：实验中使用到的控制程序代码和调试数据记录表格。
在控制系统稳定性方面，我们发现在不同的负载条件下，系统的稳定性表现出了一定的差异。
在轻载条件下，系统的动态响应较快，控制精度较高；而在重载条件下，系统的动态响应速度降低，控制精度也有所下降。
这表明在实际工程应用中，需要根据具体的负载情况对于控制系统进行相应的调节和优化，以获得更好的稳定性和控制性能。
在实验过程中，我们也发现了一些值得注意的问题。
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统开题报告PPT
如果第一次设计答辩未能通过，则2012-2013 学年 （上）第1—第5周继续细化设计，具体安排如下： 第1-3周：通过上次答辩出现的问题，对其进行总结 和进行改进，查看是否还有其他问题，对软硬件进 行完善和优化； 第4周：让指导老师查看设计，请其指出不足和改进 之处，准备答辩；
第5周：完成论文修改，完成毕业设计（论文）答辩 ，论文修改、打印、装订，毕业设计各种材料提交 归档。
基于单片机的直流电机PWM调速控制系 统
导师：张 鑫 学生：杨 林 学院：信息与工程学院 班级：09生工1班
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本选题的理由及意义
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需要重点研究的关键问题及解决问题的思路 创新点及实践价值 完成本选题所需的工作条件 工的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数 字化控制，近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应 用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能 力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反 转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电 机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已 远远不能满足现代科技的要求，并且随着现代化生产规模的不断扩大， 各个行业对直流电机的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。 为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要 的现实意义。
09生工1班本选题的理由及意义本选题的理由及意义本选题的理由及意义本选题的理由及意义需要重点研究的关键问题及解决问题的思路需要重点研究的关键问题及解决问题的思路需要重点研究的关键问题及解决问题的思路需要重点研究的关键问题及解决问题的思路创新点及实践价值创新点及实践价值创新点及实践价值创新点及实践价值完成本选题所需的工作条件完成本选题所需的工作条件完成本选题所需的工作条件完成本选题所需的工作条件工作方案分析及进度计划工作方案分析及进度计划工作方案分析及进度计划工作方案分析及进度计划现在电气传动的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数字化控制近年来随着科技的进步直流电机得到了越来越广泛的应用直流具有优良的调速特性调速平滑方便调速范围广过载能力强能承受频繁的冲击负载可实现频繁的无极快速起动制动和反转需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求从而对直流电机提出了较高的要求改变电枢回路电阻调速改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求并且随着现代化生产规模的不断扩大各个行业对直流电机的需求愈益增大并对其性能提出了更高的要求
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4）创新点
加入键盘控制电路，采用独立式键盘，使用户可以通过键盘实现对电机工作状态和转速的调节。
5）拟撰写论文的结构（论文撰写框架）
摘要……………………………………………………………………..I
Abstract…………………………………………………………………..II
[4]马忠梅籍顺心张凯马岩.单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学，2010.
[5] Samsung Electronics. S3C44BOX Risc microcontroller ARM instruction sheet .2002.
[6]郭天祥.《51单片机C语言教程》，电子工业出版社，2005年7月
对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行，在各种干扰不允许有过大的转速波动。
二、研究内容
1）主要研究内容及观点
完成单片机的直流电机控制系统总体设计，包括各部分硬件的设计以及相应的驱动程序设计。
以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器，因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。
2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
四、进程安排和采取的主要措施
五、主要参考文献（不少于10篇，3篇以上英文参考文献）
[1]张毅刚彭喜元.单片机原理与应用设计[M].北京：北京市海淀区四季青印刷厂，2010.
[2]张毅刚.新编MCS-51单片机运用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.
[3]张义和王敏男许宏昌余长春.例说51单片机（c语言版）.北京：人民邮电出版社，2009.
[7]丁元杰.《单片微机原理及应用》，机械工业出版社，2005年7月
[8]楼然苗、李光.《单片机课程设计指导》，北京:北京航空航天大学出版社，2007.
[9] Okazoe H,Shimizu K,Watanabe Y.et al. Develop-ment of a Full-FlowBurner Regeneration Type Diesel Particu-late Filter Using SiC Honeycomb[C] .Society of AutomotiveEngineers International Congress and Exposition.Michigan:SAE Paper 960130. 1996, :27-35 .
随着各种技术的进步和研究的展开,诸多高质量的直线电机产品和科研成果纷纷出现。1985年,美国Ingersol铣床公司生产了采用永磁同步直线电机的HVM600高速加工中心,最大进给速度达76.2m/min。而在1997年,汉诺威12.EMO展览会上有20多家公司展出了直线电机传动装置,如德国Trumpf公司的激光机
直流电机问世已有一百四十多年的历史。在设计和制造技术上有很大进步,新材料、新技术的应用以及整流电源的普及,促进了一般工业用直流电机的不断扩大,品种的日益繁多。从小至数瓦,大到万余千瓦,广泛地用于冶金、矿山、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中,特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史,也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期,直流电动机的电源主要是采用M-G电动发电机组,六十年代初,电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替,到六十年代后期,由于可控硅整流装置的出现,并得到迅速发展,可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代,特别是在最近的十几年期问,进一步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提高,目前朝着高速、大功率方向发展。另外,由于绝缘技术和分析技术的进步,直流电动机已迅速向小型轻量,低惯量方面发展。
床,法国Renault automation公司的加工中心等,展出的直线电机最大速度达150～200 m/min。这些被称为最有前途的展品表明,在高速度机床的进给机构中愈来愈多的采用直线电机。新型磁性材料和控制技术、冷却方法的出现,为应用经济高速高动力直线电机创造了条件。由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。
1绪论
1.1直流电机概述
1.2单片机概述
1.3脉宽调制（PWM）技术
1.4课题任务及工作内容
2单片机直流电机控制系统总体设计方案
2.1设计思路
2.2方案论证与比较
2.3系统组成
3单片机直流电机控制系统硬件设计
3.1系设计
4.1软件总体结构
4.2系统模块程序设计
5系统测试
5.1测试准备
5.2测试过程
5.3测试结果
结束语
致谢
参考文献
附录
三、研究方法
本课题是研究直流电机控制系统的设计，基于单片机PWM技术来实现电机的工作状态以及转速。主要通过硬件电路设计，软件编程，系统调试研究控制电路性能。
主要理论基础：电机与拖动，单片机原理及应用，单片机C语言程序设计，模拟电子技术基础，数字电路技术基础，电路理论。
通过电平转换使上位机能与单片机进行串口通信，并选用串口大师软件对单片机发送信号。
设计显示电路，使用户可以通过显示屏与控制系统进行交互，实现电机正反转等状态以及速度的实时显示。
设计键盘输入电路，使用户可以通过显示屏与键盘对电机进行正反转等状态以及速度的调节，从而脱离上位机对其发送信号。
2）研究重点
本文研究的重点是单片机控制电路的设计，精确可靠的控制和检测电机工作状态以及转速。当转速达到设定值时，可自动保持设置的转速。
本科生毕业论文（设计）
题目名称：基于单片机的直流电机控制系
统设计（中文）
学生姓名
学号
专业年级
指导教师
填写时间
一、选题的根据：
1）本选题的理论、实际意义
在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。长期以来，自动调速电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。