PWM控制直流电动机转速报告资料

2011年全国大学生电子设计竞赛

PWM控制直流电机转速（A题）

【高职组】

2011年9月6日

摘要

本设计主要要实现的功能是，通过直流电机PWM控制系统，实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停，并且可以调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。主要采用直流电机PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LCD显示模块及电机驱动模块组成。使用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形H型驱动电路完成电机正、反转和急停控制，同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LCD1602液晶来完成实时显示。

关键词：直流电机；PWM；控制。

abstract

This design mainly in order to realize the function is, through the dc motor PWM control system, the implementation of the dc motor speed, motor and reducer, move forward, reverse and stop, and can adjust the speed of the motor, can easily realize the intelligent control of the machine. Mainly adopts dc motor PWM speed regulation system AT89S52 single chip microcomputer as control core, by the command input module, LCD display module and motor drive module. Using independent type keyboard with interruption as command input, single chip microcomputer under program control, timing, constantly send dc motor driver chip L298 PWM waveform H drive circuit to complete the motor positive and reverse and stop control, meanwhile microcontroller of the PWM pulse width modulation duty cycle to the LCD1602 LCD to complete real-time display.

Keywords: dc motor; PWM. Control.

一系统方案设计与分析 (4)

1系统总体框图 (4)

2方案论证与选择 (4)

2.1 控制模块的论证与选择 (4)

2.2 输入模块的论证与选择 (4)

2.3显示模块的论证与选择 (5)

2.4 传感器的论证与选择 (5)

3理论分析与计算 (5)

3.1 PWM调速原理 (5)

3.2 PWM调速方法 (6)

二硬件电路设计 (6)

1控制系统 (6)

2驱动模块 (7)

3显示模块 (8)

三软件设计 (9)

1程序流程图

四调试结果与分析 (10)

五元器件清单 (12)

六参考文献 (12)

七总结 (12)

附录一：原理图 (13)

附录二：源程序 (14)

一系统方案设计与分析

1系统总体框图

本系统主要由控制模块、显示模块、电机驱动模块、传感器模块、电源模块等组成，系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2方案论证与选择

2.1 控制模块的论证与选择

方案一：采用嵌入式系统。特点是硬件结构相对于AT80C51复杂，编程容易。价格低廉、采用CMOS技术和RISC架构，低功耗(μA)、具有SLEEP(休眠)功能。AVR的一条指令执行速度可达50ns (20MHz)，而耗电则在1μA～2.5mA间。高度保密。

方案二：采用AT80C51系统。特点是具有8K字节的ROM，32个可编程IO 口，3个16位定时/计数计，8个中断源，1个全双工UART串行通信口，编程容易，是应用广泛的一种单片机。

方案三：采用MSP430。此系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

综合以上三种方案，本设计选择方案二。

2.2 输入模块的论证与选择

方案一：采用独立键盘来控制输入。特点是硬件结构简单，编程容易，按键较多时需要较多的IO口。

方案二：采用矩阵键盘来控制输入。特点是硬件结构复杂，编程复杂，对于按键较多时，可节约IO口。

方案三：采用拨码开关。拨码开关(也叫DIP开关，拨动开关,超频开关，地址开关，拨拉开关，数码开关，指拨开关)是一款用来操作控制的地址开关，采用的是0/1的二进制编码原理。通俗的说也就是一款能用手拨动的微型的开关，

所以也通常叫指拨开关的也很多。广泛使用于数据处理、通信、遥控和防盗自动警铃系统、风淋室等需要手动程式编制的产品上。

综合以上三种方案，本设计选择方案一。

2.3显示模块的论证与选择

方案一：采用数码管显示。特点是耗电少、寿命长、成本低、故障少、可视距离远，但其只能显示数字，字母。

方案二：采用LCD1602显示。特点是体积小，功耗低，显示内容丰富，是单片机应用设计中最常用的信息显示模块。

方案三：采用LCD12864显示。特点是该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗。不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，价格也较低廉。

综合以上三种方案，本设计选择方案二。、

2.4 传感器的论证与选择

方案一：采用红外对管测速。特点是能够快速反应电机轴上码盘的黑白线，输出方波，并用数码管显示。可以满足一般小电机的测速，适合于玩具车的，循迹小车的测速，但在大型电机上还有很大要改进的地方

方案二：采用编码测速。特点是功耗小，性能稳定，分辨力高，广泛应用于机电测速的各个方面。

方案三：采用光电对管测速。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。

综合以上三种方案，本设计选择方案二。

3理论分析与计算

3.1 PWM调速原理

PWM(脉冲宽度调制)载两端的电压,从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面。比如电机调速、温度控制、压力控制等等。

在PWM驱动控制的调整系统中按一个固定的频率来接通和断开电源并

且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速，也正因为如此PWM又被称为“开关驱动装置”。

设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / ，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度，Vmax 指电机在全通电时的最大速度，D = t1 / T是指占空比。

由上面的公式可见，当我们改变占空比D=t1/T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd,从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似的看成是线性关系。

3.2 PWM调速方法

基于单片机类由软件来实现PWM：在PWM调速系统中占空比D是一重要参数在电源电压dU不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比D

的值有三种方法：

A、定宽调频法：保持1t不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变。

B、调宽调频法：保持t不变，只改变1t，这样使周期(或频率)也随之改变。

C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变1t和t。

前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整。此种方式可简化硬件电路、操作性强等优点。

二硬件电路设计

1 控制系统

单片机80C51如图2所示。

图2 80C51

单片机AT80C51 是一个低功耗，高性能CMOS 8 位单片机，片内含4k Bytes SP的可反复擦写的Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCＣ-51 指令系统及89C51 引脚结构，芯片内集成了通用8 位中央处理器和ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的AT80C51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT80C51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，个16 位可 2 编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

2驱动模块

电机驱动芯片L298N如图3所示。

图3 L298N

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台电动机。

使用直流/步进两用驱动器可以驱动两台直流电机。分别为M1和M2。引脚A，B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接）实现电机正反转就更容

易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。（如果信号端IN1接低电平， IN2接高电平，电机M1反转。）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。（反之则反转），PWM 信号端A 控制M1调速，PWM 信号端B 控制M2调速。

可参考下图表：

电机旋转方式

控制端IN1 控制端IN2 控制端IN3 控制端IN4 输入PWM 信号改变脉宽可调速调速端A 调速端

M1 正转高低 / / 高 /

反转低高 / / 高 /

停止低低 / / 高 /

M2 正转 / / 高低 / 高

反转 / / 低高 / 高停止低低 / / / 高

3显示模块

LCD1602显示模块如图4所示。

LCD1602的主要功能是（1）40通道点阵LCD 驱动; （2）可选择当作行驱动或列驱动; （3）输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD 驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1∽V6); （4）通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。

LCD602共16个管脚，但是编程用到的主要管脚不过三个，分别为：RS(数据命令选择端),R/W （读写选择端）,E （使能信号）;以后编程便主要围绕这三个

管脚展开进行初始化，写命令，写数据。以下具体阐述这三个管脚：RS为

寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。R/W为读写选择，高电平进行读操作，低电平进行写操作。E端为使能端，后面和时序联系在一起。除此外，D0~D7分别为8位双向数据线。

各管脚功能介绍如下表所示。

引脚

引脚名电平输入/输出作用

号

1 VSS 电源地

2 VCC 电源（+5V）

3 VEE 对比调整电压

4 RS 0/1 输入0=输入指令

1=输入数据

5 RW 0/1 输入0=向LCD写入指令或数据

1=从LCD读取信息

6 E 1，1_0 输入使能信号1时读取信号

1—0（下降沿）执行指令

7 D0 0/1 输入/输出总线Line0(最低位)

8 D1 0/1 输入/输出总线Line1

9 D2 0/1 输入/输出总线Line2

10 D3 0/1 输入/输出总线Line3

11 D4 0/1 输入/输出总线Line4

12 D5 0/10/1 输入/输出总线Line5

13 D6 0/1 输入/输出总线Line6

14 D7 0/1 输入/输出总线Line7（最高位）

15 A +VCC LCD背光电源正极

16 K 接地LCD背光电源负极

三软件设计

1程序流程图

本系统直接应用于AT80C51的软件方法实现PWM信号的输出，这比硬件实现PWM成本低，限制少，实现便捷。

此处利用定时计数器让单片机P1口的P1.3、P1.3、P1.3控制L298的IN1、IN2、ENA管脚，输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片L298放大后控制直流电动机。在调速时，IN1与IN2引脚一个为低电平，一个为高电平，通过P1.3

控制L298的ENA,产生驱动电机的PWM信号。当需要改变电机转动方向时，两个引脚的输出方向相反。

PWM脉冲信号是单片机采用延时程序产生的方波信号。PWM脉宽控制是把每

一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，改变脉冲的宽度或占空比来实现可以调速。本设计中采用了定频调宽方式，在这种工作方式下电动机在运转时比较稳定，并且采用单片机采用PWM脉冲的软件实现上比较方便。

开始

初始化

界面显示

启动

显示转速

设定速度和转向

减小占空比

增大占空比

当前速度大于

设定速度当前速度小于

设定速度结束Y

四调试结果与分析

将各个模块按照电路要求连接到相应的位置，并连接好所有的电源线和液晶显示控制线，检查线路是否正确无误，将电压测量线引出。然后将程序下载到单片机中。

测试数据如下表

结果说明

在实际测试中发现低电平所占比例越大，电机转速越快，所以本设计中的占空比为del/255。电机转速测量值比预计的值要大，这里的原因主要是程序中语句导致的延时。

由于电机转动时会有速度值的波动，所以从键盘输入设定值时，无法达到两种驱动方式的最大值。一旦电机旋转速度超过其最大速度界限，电机就会停转。

表4.1中的键盘输入值的范围是指能够使电机稳定旋转的值。这里的“稳定”定义为电机的最终转速值在设定值附近有±1的波动。

因为程序语句本身就有一定的延时，再加上用C语言编程，一条C语句在进行编译时能够编译成好几条汇编语句，有的甚至十几条，这样就增加了延时。虽然程序中设定1s显示转速值，但由于语句延时问题的存在，显示的值可能是多于1s的转速，所以转速值有偏大的问题。

五元器件清单

LCD1602 1 100nF电容

AT89S52 1 二极管4007

1k排阻 1 4.7K电阻

DS18B20 1 晶振11.0592MHz

L298N 1 7805

直流小电机1uf

30pF电容10uf

10K电阻Led

六参考文献

【1】黄智伟电路设计北京：北京航空航天大学出版社 2011

【2】罗会昌.电工电子技术实验与课程设计.中国科学技术大学出版社.1996年1月

【3】闫晓金单片机应用技能北京：电子工业出版社2010

【4】李全利单片机原理及其应用技术北京：高等教育出版社 2001

【5】常用集成芯片使用.北京理工大学出版社.1995年

【6】谢自美.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社. 2002年2月赵

【7】王琼.单片机及应用实验教程[M].合肥：合肥工业大学出版社，2005 【8】刘鲲孙春亮单片机C语言入门[M].北京：人民邮电出版社，2008

七总结

这个设计的几大模块比较明确，在编写程序时，我选择先编写出每一个模块，让每一个模块实现其基本的功能，然后再逐步合并模块，来实现设计的要求。在编写程序的过程中遇到了一些问题，通过解决这些问题，我也有了一些收获。PWM模块不需要很多的语句去描述，只要理解了它的工作原理，而且要实际测量转速与P10口置1的关系，才能得出正确的调速语句。

通过本次设计，使自己学到很多课本上学不到的东西，也是我领会到单片机技术的应用广泛，同时也进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力，从中学到如何去思考问题和解决问题。

温度控制直流电动机转速系统设计报告

实训题目: 温度控制直流电动机转速学生姓名：崔敬通学号： 201223160126 专业：电子信息工程 2013年11月27日

1 引言直流电机具有良好的线性调速特性和控制性能，使其调速控制占主流地位。尽管交流变频电机、步进电机等在控制调速领域的应用比较广泛，但直流电机调速仍是大多数调速控制电机的最佳选择。89C55单片机支持C语言编程，可移植性好，速度快，已被广泛应用于机电一体化、工业控制、智能仪器仪表等领域。现应用89C51单片机对直流电机速度进行有效测试和控制，通过对直流电机转速脉冲和中断次数的计数，可实现根据输入值控制直流电机的转速。 2 设计任务与要求根据设计需要，通过测量原件把检测到的直流电机转速读入到89C55单片机中，再通过编程使读入的数值在显示器上显示出来。若检测到的电机转速等于设定值，则对直流电机的转速进行记录；若检测到的电机转速没有达到设定值，则通过加大数值或模数转换芯片使电机速度提升至设定值；若检测到电机转速超过设定值则通过模数转换芯片把电机速度降至设定值。通过这种实时检测和在线控制的方式使单片机能够对直流电机 2.1系统的设计要求及主要技术指标本论文要求使用单片机进行电路设计，同时单片机部分应带有显示功能。单片机对某个位置进行温度监控，当外部温度≥45℃时，电动机加速正转，当温度≥75℃时，电动机全速正转；当外部温度≤10℃时，电动机加速反转，当温度≤0℃时，电动机全速反转；当温度回到10℃～45℃之间时电动机逐渐停止转动。 2.2系统总体方案系统总体方案设计，如下图2.1

图2.1 系统总体方案图 2.3总体方案论述该系统采用AT89C55单片机为核心，通过DS18B20进行温度采集，送入单片机，经过软件编程进行温度的比较和范围划定，然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM（脉冲宽度调制）信号，送给电机驱动芯片L298的使能端口，通过L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；单片机将温度数据传送给LM016L显示温度。整个电路设计包括温度采集模块，单片机控制模块，温度显示模块，和电机及电机驱动模块。 3硬件电路设计 MCS-51系列单片机 Intel公司推出的8位单片机： 1976年推出的MCS-48系列：8039，8048等。

直流电机原理与控制方法

专业资料电机简要学习手册 2015-2-3

一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介直流电机（DM）是指能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。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。 2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构

如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定

直流电机调试总结

对直流电动机调试的几点总结摘要长兴电厂#3、#4主油箱直流辅助油泵调试过程中出现重多问题。如：电机接线错误、直流接触器烧坏、电机不能达到额定转速等。文中详细介绍主油箱直流辅助油泵的调试过程以及内容。关键词低压厂用直流电动机调试 1概况长兴电厂二期工程安装两台300MW燃煤机组，每台机组有五台直流电动机，分别为两台小汽机直流油泵、发电机空侧直流密封油泵、发电机氢侧直流密封油泵、主油箱直流辅助油泵，就地控制箱是由浙江湘湖电器设备厂制造的。主油箱直流辅助油泵电机为西安西玛电机厂制造，型号Z2-71，额定功率30kW，额定电压220V，额定电流158.5A，额定转速3000r/min，积复励励磁方式。直流电动机的控制接线图见图1。控制方式分为DCS控制、就地控制二种，通过就地控制箱的“远方/就地”按钮SO1的位置来实现二种控制方式的选择。当就地控制箱的“远方/就地”按钮SO1在远方位置、开关状态在分闸位置时，DCS满足起动的条件，DCS发出合闸命令，同时DCS巡检保护信号、开关状态、以及运行电流是否正常。在起动过程中，电枢回路内串入限流电阻R1来限制起动电流，起动完成通过K53直流接触器来切除限流电阻R1。图1 直流电动机控制回路接线图

2调试过程直流电动机调试包括二次回路调试和电动机本体调试两部分。 2.1二次回路的调试 2.1.1检查接线对照接线图检查就地控制箱的实际接线是否正确。 2.1.2 测量绝缘电阻使用500V兆欧表分别测量控制回路、信号回路对地的绝缘电阻，绝缘电阻均不应小于1M 。 2.1.3二次回路通电试验合上直流配电屏上的电源开关，对就地控制箱送电。在就地控制箱上就地进行分、合闸操作，接触器应能正确动作，确认状态显示正确、保护无异常动作。然后在DCS上进行远方分、合闸操作，接触器应能正确动作，确认开关反馈状态显示正确、联锁逻辑回路正确，确认信号反馈、测量反馈显示正确。 2.2电动机本体试验 2.2.1 检查绕组绝缘电阻采用500V兆欧表测量绕组的冷态绝缘电阻，并励绕组、串励绕组、电枢绕组（实际上已包含换向绕组）对机壳及其相互间的绝缘电阻应分别进行测量。当电枢绕组与串励绕组或换向绕组在电机内部串联连接且不易解开时，可对串联回路一起进行测量。实测结果不应小于0.5MΩ。 2.2.2检查电机励磁绕组的极性用感应法检查串励绕组和并励绕组的极性。见图2，将1.5V～6V的干电池经开关接在并励绕组F1、F2上，在串励绕组C1、C2上接一个指针式直流微安表或毫伏表。电池和表计的同极性端接绕组的同极性端。若合上开关瞬间指针顺偏，断开开关瞬间指针反偏，则电动机为积复励（F1、C1同接电源正极或负极）；反之，为差复励。

直流电动机设计方案

直流电动机设计方案第1章前沿 1.1 课题研究的背景及意义直流电动机以其良好的起动、制动性能，较宽范围内平滑调速的优点，在许多调速要求较高、要求快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术得到了很快的发展，在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用，比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机；而且从控制规律的角度来看，交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的，从某种意义上说有相似的地方。因此，掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。从生产机械的要求的角度看，电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制系统最基本的系统[1]。从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看，直流电机目前依旧应用于工业生产中，并广泛应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长，影响着人们的生产生活水平，因此，对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。 1.2 课题发展历程及趋势在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具，其应用已经渗透到人们的工作、学习、生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成，由于模拟器件存在的固有缺点，比如存在温漂，零漂电压等，使系统控制精度和可靠性降低。后来，随着可编程控制器比如AT89C51，PLC等和IGBT、GTR等电力电子开关器件，传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段，这使得直流电机调速系

直流电动机控制系统

煤炭工程学院课程设计题目：直流电动机转速控制系统专业班级：学生姓名：学号：指导教师：日期：

摘要当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而测量电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要，而且随着科技的发展,PWM调速成为电机调速的新方式。随着数字技术的迅速发展，微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用，由于数字系统有着模拟系统所没有的优势，如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护。本设计是以单片机AT89S52和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89S52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及PWM的占空比在LCD上的实时显示。关键词：直流电机；AT89S52；PWM调速；L298

PWM电机调速原理及51单片机PWM程序经典

Pwm电机调速原理对于电机的转速调整，我们是采用脉宽调制（PWM）办法，控制电机的时候，电源并非连续地向电机供电，而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用，这是因为电机实际上是一个大电感，它有阻碍输入电流和电压突变的能力，因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上，这样，改变在始能端PE2 和PD5 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小，从而改变了转速。此电路中用微处理机来实现脉宽调制，通常的方法有两种：（1）用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。（2）硬件实验自动产生PWM 信号，不占用CPU 处理的时间。这就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的计数器1，具体内容可参考相关书籍。 51单片机PWM程序产生两个PWM，要求两个PWM波形占空都为80/256,两个波形之间要错开，不能同时为高电平！高电平之间相差48/256， PWM这个功能在PIC单片机上就有，但是如果你就要用51单片机的话，也是可以的，但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率，定时器T1来控制占空比：大致的的编程思路是这样的：T0定时器中断是让一个I0口输出高电平，在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1，而这个T1是让IO口输出低电平，这样改变定时器T0的初值就可以改变频率，改变定时器T1的初值就可以改变占空比。 *程序思路说明： * * * *关于频率和占空比的确定，对于12M晶振，假定PWM输出频率为1KHZ,这样定时中断次数* *设定为C=10，即0.01MS中断一次，则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms，这样* *可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms * ******************************************************************************/ #include #define uchar unsigned char /*****************************************************************************

直流电机原理与控制方法

电机简要学习手册 2015-2-3

2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所

示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。发电机的原理则是电机的逆过程：原动机提供转矩，利用法拉第电磁感应产生直流电流。如下图，比较清晰的说明了直流电动机的原理。 3直流电机重要特性如下图，更加清晰的揭示了直流电机电流电压与转速转矩之间的关系。我们可以得到直流电机的四个基本方程：

电机PWM控制原理

PWM 电机驱动系统传导干扰机理分析摘要：针对实际系统将电机系统的交流电源、整流环节、逆变环节、电机作为整体进行分析，为了分析方便将传导干扰分为共模干扰和差模干扰进行研究，分析了PWM电机驱动系统中存在的主要共模和差模干扰通道，由于传导干扰的路径和上下桥臂 IGBT的开通和关断有很大关系，因此分析了 IGBT不同的开关状态下的共模干扰和差模干扰的传播路径，三种不同的仿真结果得出一致的结论说明本文机理分析的正确性。 1．引言由于PWM技术应用于电机驱动系统中，功率变换器采用MOSFET、IGBT、可关断晶闸管等开关器件。为了得到更好的电机系统控制性能指标，开关器件的工作频率就越来越高，在开关和关断的瞬间产生很大的电压和电流变化率，这就是强电磁干扰（EMI）产生的原因，远远超出了现在电磁兼容标准规定的答应值。产生的电磁干扰主要是以传导的形式进行传播的，机理分析是数学模型建立的基础，因此机理分析对于PWM电机驱动系统传导干扰的研究具有重要意义。国内外有很多文献在这方面做了一定的研究，文献[1]针对IGBT的高du/dt 给电力电子装置带来的严重共模电磁干扰题目,深进分析了Buck电路的共模干扰。文献[2]以电路理论为基础，建立了单端正激式变换器中，由功率MOSFET的漏极与接地散热器之间寄生电容所形成的输进端共模干扰分析模型。这里就不逐一先容了，本文的机理分析将电机驱动系统作为一个整体来研究，这在文献中很少发现。

2．传导干扰机理分析下面分三个部分来分析，首先先容所研究的实际系统的主电路，然后分析共模传导干扰的机理，最后分析差模干扰的机理。 2.1 PWM 驱动电机系统主电路要研究的系统主电路原理图如图1 所示，现简单说明其工作原理。三相交流电压经三相不可控整流桥整流产生直流电压Ud，经电容C 滤波后仍有微小的脉动，一般可近似以为其值不变。实际上Ud 上具有高频成分，由此产生了二极管上压降的波动。而二极管与散热片之间具有高频寄生电容，形成了共模电流流通的回路。后续章节会对其机理具体分析。直流电压经逆变器逆变后形成等效正弦波驱动感应电动机，逆变器采用正弦波脉宽调制（SPWM）技术。逆变器期看输出的波形为正弦波，以期看的正弦波作为调制波，以频率比调制波高得多的等腰三角波作为载波，当载波和调制波相交时，它们的交点作为逆变器开关

直流无刷电动机工作原理控制方法

直流无刷电动机工作原理控制方法 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

直流无刷电动机工作原理与控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。图1所示为三相两极直流无刷电机结构，图1 三相两极直流无刷电机组成三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。

直流电动机转速控制

直流电动机转速控制王文玺（北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京）摘要：通过对直流电动机控制系统的建模，再利用Matlab对建模后的系统进行分析，来加深对自动控制系统的理解。找到系统的输入、输出，理清经历各环节前后的信号变化，找出系统传递函数。关键词：直流电动机、Matlab、建模、传递函数 1、直流电动机动态数学模型建立 1.1直流电机数字PID闭环速度控制，系统实现无静差控制。这是一个完整的带PID算法的直流电动机控制系统。目标值为给定的期望值，期望值与被测输出结果形成的反馈做比较，得到误差信号。误差信号经过PID控制环节得到控制信号。继而经历驱动环节得到操作量，驱动量作用与对象即电动机然后得到输出信号即转速。转速通过传感器得到反馈信号。 1.2PID控制环节 1.3被控对象（直流电动机）的统一数学模型信号类型一次为，输入信号为电压，然后电流、电流、转矩、转速，反馈信号为电压。

各环节的比例函数为： 1.3.1额定励磁条件下，直流电机的电压平衡关系：（Ud为外加电压，E 为感应电势，R a为电枢电阻，La为电枢电感，i a为电枢电流。）拉氏变换后：（ra—L ／R ，为电枢时间常数） 1.3.2直流电机的转矩平衡关系及拉氏变换：（Te 为电磁转矩，Tl 为负载转矩，B为阻尼系数，J 为转动惯量，w为电机机械转速，rm=J／B，为机械时间常数） 1.3.3电动机传递函数可见直流电动机本身就是一个闭环系统，假设电机工作在空载状态，且机械时间常数远大于电枢时间常数，则电机传递函数可近似为： 1.4具体实例电枢控制直流电动机拖动惯性负载的原理图，涉及的参数有：电压U为输入，转速为输出，R、L为电枢回路电阻、电感，K 是电动机转矩系数，K 是反电动势系数，K 是电动机和负载折合到电动机轴上的黏性摩擦系数，．厂是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。已知：R一2．0 Q，L：==0．5 H ，K = Kb一0．015，Kf一0．2 Nms，J— o．02kg．m 。 ( 取电压U为输入，转速叫为输出，由已知条件和原理图，根据直流电机的运动方程可以求出电动机系统的数学模型为：

根据proteus仿真的pwm电机调速

直流电机调速资料汇总一．使用单片机来控制直流电机的变速，一般采用调节电枢电压的方式，通过单片机控制PWM1，PWM2,产生可变的脉冲，这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。 C语言代码： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit K5=P1^4; sbit K6=P1^5; sbit PWM1=P1^0; sbit PWM2=P1^1; sbit FMQ=P3^6; uchar ZKB1,ZKB2; void delaynms(uint aa) { uchar bb; while(aa--) { for(bb=0;bb<115;bb++) //1ms基准延时程序 { ; } } } void delay500us(void) { int j; for(j=0;j<57;j++) { ; }

} void beep(void) { uchar t; for(t=0;t<100;t++) { delay500us(); FMQ=!FMQ; //产生脉冲 } FMQ=1; //关闭蜂鸣器 delaynms(300); } void main(void) { TR0=0; //关闭定时器0 TMOD=0x01; //定时器0，工作方式1 TH0=(65526-100)/256; TL0=(65526-100)%256; //100us即0.01ms中断一次EA=1; //开总中断 ET0=1; //开定时器0中断 TR0=1; //启动定时器T0 ZKB1=50; //占空比初值设定 ZKB2=50; //占空比初值设定 while(1) { if(!K5) { delaynms(15); //消抖 if(!K5) //确定按键按下 { beep(); ZKB1++; //增加ZKB1 ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2就减少 } } if(!K6) { delaynms(15); //消抖 if(!K6) //确定按键按下 { beep();

直流电动机的PWM调压调速原理

直流电动机的PWM调压调速原理直流电动机转速N的表达式为：N=U-IR/Kφ 由上式可得，直流电动机的转速控制方法可分为两类：调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制方法。对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，对半导体器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是：控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小；但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率，效率和散热问题严重，因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。在PWM调速时，占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。（1）定宽调频法这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期T（或频率）也随之改变。（2）调频调宽法这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期T（或频率）也随之改变。（3）定频调宽法这种方法是使周期T（或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统双极性驱动则是指在一个PWM周期里，作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。双极性驱动电路有两种，一种称为T型，它由两个开关管组成，采用正负电源，相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压，因此只用在低压小功率直流电动机驱动。另一种称为H型。 H型双极性驱动一、显示接口模块方案一：液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低，寿命长，本身无老化问题，显示信息量大（可以显示字母和数字），在显示字符上没有限制。但价格高，接口电路较为复杂。其只在一些（袖珍型）设备上作为显示之用。

直流电动机控制系统设计

X X X X X学院题目：直流电动机控制系统学院 XXXXXX学院专业自动化班级 XX班姓名 XXX 学号 XXXXX 指导老师 XXX 2012年 12 月 25 日 1、设计题目：直流电动机控制系统 1、前言近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。采用传统的调速系统主要有以下缺陷：模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于PWM 调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好；同样,由于开

关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高。PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。 2、系统设计原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为（1）式中 Ua——电枢供电电压（V）； Ia ——电枢电流（A）； Ф——励磁磁通（Wb）； Ra——电枢回路总电阻（Ω）； CE——电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。由式（1）可以看出，式中Ua、Ra、Ф三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法：(1)改变电枢回路总电阻Ra；；(2)改变电枢供电电压Ua；(3)改变励磁磁通Ф。 3、方案选择及论证 3.1、方案选择 3.1.1、改变电枢回路电阻调速可以通过改变电枢回路电阻来调速，此时转速特性公式为 n=U-【I(R+Rw)】/KeФ （2）式中Rw为电枢回路中的外接电阻（Ω）。当负载一定时，随着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻R= (Ra+Rw)增大，电动机转速就降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。这种调速方法为有级调速，转速变化率大，轻载下很难得到低速，

单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》

单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录

设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；波形；LED显示器；51单片机 1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。（3）设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2：“正转/反转”。 K3：“加速”。 K4:“减速”。（4）手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在

手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。（5）*测量并在LED显示器上显示电动机转速（rpm）. （6）实现数字PID调速功能。主要技术指标 (1）参考L298说明书，在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波，定时时间建议为250us。 (3）编写键盘控制程序，实现转向控制，并通过调整PWM波占空比，实现调速； (4）参考Protuse仿真效果图：图（1）图（1） 2 设计过程本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。本设计以控制驱动电路L298为核心，L298是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。本设计以AT89C52单片机为核心，如下图（2），AT89C52是一个低电压，高性能 8位，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（），器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。图（2）对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范

PWM控制直流电机(重要资料)

PWM调速原理 PWM的原理： PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 1.PWM控制的基本原理 (1)理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 (2)面积等效原理：分别将如图1所示电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图a所示。其输出电流I(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图b所示。从波形可以看出，在I(t)的上升段，I(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各I(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应I(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。图3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。 PWM波形可等效的各种波形：直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。 2. PWM相关概念占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。

直流无刷电动机工作原理与控制方法

直流电机PWM调速与控制设计报告

综合设计报告单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术与仪器班级：0820801 学号：指导老师：成绩：设计时间：2011 年12 月重庆邮电大学自动化学院制

一、题目直流电机调速与控制系统设计。二、技术要求设计直流电机调速与控制系统，要求如下： 1、学习直流电机调速与控制的基本原理； 2、了解直流电机速度脉冲检测原理； 3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路； 4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信； 5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。 6、要求电机能实现正反转控制； 7、系统具有实时显示电机速度功能； 8、电机的设定速度由电位器输入； 9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。三、给定条件 1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料； 2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等； 3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机；四、设计 1. 确定总体方案； 2. 画出系统结构图； 3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路； 4. 设计串口及通信程序，完成和上位机的通信； 5. 画出程序流程图并编写调试代码，完成报告；

直流电机调速与控制摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。本电机控制系统基于51内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM 脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制，其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示与控制由上位机实现。经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。具有一定的实际应用意义。关键字：直流电机、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298 一、系统原理及功能概述 1、系统设计原理本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计，主要用于电机的测速与转速控制，硬件方面设计有可调电源模块，串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路；软件方面采用基于C语言的编程语言，能实现系统与上位机的通信，并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态，如开启、停止、正反转等。单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器，该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令，同时它还自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD转换器、一个SPI接口等，

直流无刷电动机工作原理及控制方法

由於直流無刷電動機既具有交流電動機の結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優點，又具備直流電動機の運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多優點，故在當今國民經濟各領域應用日益普及。一個多世紀以來，電動機作為機電能量轉換裝置，其應用範圍已遍及國民經濟の各個領域以及人們の日常生活中。其主要類型有同步電動機、異步電動機和直流電動機三種。由於傳統の直流電動機均采用電刷以機械方法進行換向，因而存在相對の機械摩擦，由此帶來了噪聲、火化、無線電幹擾以及壽命短等弱點，再加上制造成本高及維修困難等缺點，從而大大限制了它の應用範圍，致使目前工農業生產上大多數均采用三相異步電動機。針對上述傳統直流電動機の弊病，早在上世紀30年代就有人開始研制以電子換向代替電刷機械換向の直流無刷電動機。經過了幾十年の努力，直至上世紀60年代初終於實現了這一願望。上世紀70年代以來，隨著電力電子工業の飛速發展，許多高性能半導體功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相繼出現，以及高性能永磁材料の問世，均為直流無刷電動機の廣泛應用奠定了堅實の基礎。三相直流無刷電動機の基本組成直流無刷永磁電動機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分組成。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等），轉子由永久磁鋼按一定極對數（2p=2,4,…）組成。圖1所示為三相兩極直流無刷電機結構，圖1 三相兩極直流無刷電機組成三相定子繞組分別與電子開關線路中相應の功率開關器件聯結，A、B、C相繞組分別與功率開關管V1、V2、V3相接。位置傳感器の跟蹤轉子與電動機轉軸相聯結。當定子繞組の某一相通電時，該電流與轉子永久磁鋼の磁極所產生の磁場相互作用而產生轉矩，驅動轉子旋轉，再由位置傳感器將轉子磁鋼位置變換成電信號，去控制電子開關線

直流电动机速度控制设计汇总

第一章：概述直流电动机是人类发明最早和应用的一种电机。与交流电机相比，直流电机因结构复、维护苦难，价格昂贵等缺点制约了它的发展，应用不及交流电机广泛。但由于直流电动机具有优良的启动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。转速调节的主要技术指标是：调速范围D和负载变化时对转速的影响即静差率，以及调速时的允许负载性质等（静差率就是表示在负载变化时拖动装置转速降落的程度。静差率越小，表示转速稳定性越好，对生产机械，如机床加工的零件，其加工的精度及表面光洁度就越高）。而直流电动机的突出优点是恰好是能在很大的范围内具有平滑，平稳的调速性能，过载能力较强，热动和制动转矩较大。因此，从可靠性来看，直流电动机仍有一定的优势。调节直流电动机转速的方法有三种：（１）电枢回路串电阻；（２）改变励磁电流；（３）改变电枢回路的电源电压；而本文从另一个角度来阐述直流电机的速度控制，即利用自动控制中的反馈来调节电机的平稳运行以达到各项性能指标。

第二章：系统数学模型本系统的简化方框图为：其对应的原理图为：控制系统的被控对象为电动机（带负载），系统的输出量是转速w ，参数亮是Ui 。控制系统由给定电位器、运算放大器1（含比较作用）、运算放大器2（含RC 校正网络）、功率放大器、测速发电机、减速器等部分组成。工作原理为：当负载角速度ω和电动机角速度m ω一致的时候，反馈电压为0，电机处于平衡状态即电动机运行稳定。当负载的角速度收到干扰的作用时，ω和m ω失谐，控制系统通过反馈电压的作用来改变 m ω直到达到新的一致使系统恢复稳定，电机稳定运行。

2.1直流电动机的数学模型：直流电动机的数学模型。直流电动机可以在较宽的速度范围和负载范围内得到连续和准确地控制，因此在控制工程中应用非常广泛。直流电动机产生的力矩与磁通和电枢电流成正比，通过改变电枢电流或改变激磁电流都可以对电流电机的力矩和转速进行控制。图2.2是一个电枢控制式直流电动机的原理图。在这种控制方式中，激磁电流恒定，控制电压加在电枢上，这是一种普遍采用的控制方式。设为输入的控制电压电枢电流为电机产生的主动力矩为电机轴的角速度为电机的电感为电枢导数的电阻为电枢转动中产生的反电势为电机和负载的转动惯量根据电路的克希霍夫定理 (2-1) 电机的主动转矩 (2-2) 其中为电机的力矩常数。反电势 (2-3) 式中为电机反电势比例系数力矩平衡方程