直流电动机速系统

驻马店职业技术学院 论文题目： 直流电动机调速系统设计 学员姓名： 魏灵光 学 号： 0962930171 系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 导师姓名： 王海彦 目录 摘 要 ..................................................................................1 毕业设计（论文）开题报告 ...............................................................2 中期进展情况检查表 .....................................................................3 毕业设计(论文)结题验收 .................................................................4 一、引言 ...............................................................................5 二、直流电机调速系统的概述 .............................................................5 （一）电机基本调速方法 .............................................................5 （二）直流电机调速系统的概述 .......................................................6 三、单闭环直流调速系统与双闭环直流调速系统 .............................................8 （一）单闭环直流调速系统 ...........................................................8 （二）双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 ...................................12 四、PWM脉宽调制 .......................................................................15 （一）PWM基本介绍 .................................................................15 （二）脉宽调制变换器 ..............................................................15 （三） 桥式可逆PWM变换器 .........................................................16 五、PWM直流调速系统的硬件设计 .........................................................19 （一）总体方案 ....................................................................19 （二）单片机系统设计 ..............................................................19 （三）隔离和功率驱动模块设计 ......................................................20 （四）反馈回路模块设计 ............................................................21 （五）按键控制与LED显示单元 ......................................................23 六、PWM直流调速系统的软件设计 .........................................................24 （一）主程序设计 ..................................................................24 （二）键盘显示器程序设计 ..........................................................25 （三）中断服务程序设计 ............................................................26 （四） PID控制算法子程序设计 ......................................................29 结论 ..................................................................................31 致 谢 .............................................................................31 参考文献 ...............................................................................1 1

摘 要

采用单片机构成的直流电机数字PWM调速系统，其控制核心主要由单片机、转速电流输入通道、键盘显示模块、数字PI调节器、数字PWM波形发生器等组成，可实时采集转速和电流，由软件编程实现转速电流数字PI调节器的运算并产生数字PWM波。系统通过对电流和转速两个参数的实时采集和处理，实现了直流电动机的实时数字PWM控制，在运行中获得了良好的动静态性能。由于系统结构简单，具有实用价值和推广意义。 关键词：单片机；调速；直流电动机；数字PWM控制 2

毕业设计（论文）开题报告 题目：电动机调速系统的设计 1． 本课题的来源、选题依据：《单片机原理及其接口技术》近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进人控制领域以及高开关频率、全控型第二代电力半导体GTR、GTO、MOSFET、IGBT等的发展，脉宽调制(PWM)直流调速系统在调速控制中得到越来越普遍的使用。

2． 本课题的设计（研究）意义（相关技术的现状和发展趋势）： 系统通过对电流和转速两个参数的实时采集和处理，实现了直流电动机的实时数字PWM控制，在运行中获得了良好的动静态性能。由于系统结构简单，具有实用价值和推广意义。

3． 本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的实现手段（途径）：（可以另附页） 控制系统硬件电路设计、软件流程图设计及电气原理图的绘制

4． 文献综述（列出主要参考文献的作者、名称、出版社、出版时间以及与本课题相关的主要参考要点）： [1]李发海，王岩. 电机与拖动基础，第2版，清华大学出版社. 2004 [2]陈伯时，阮毅，陈维钧，倪国宗，陈敏逊 电力拖动自动控制系统 [3]王兆安，黄俊 电力电子技术 第四版，机械工业出版社 2005， [4]万福君 潘松峰 单片微机原理系统设计与应用 第二版， 2004 [5]李仁定 电机的微机控制 机械工业出版社 2004

指导教师意见：

指导教师： 年 月 日

专业部意见：

签字 年 月 日 3

中期进展情况检查表 2010年 11 月 15 日 课题名称 电动机调速系统的设计

学生姓名 魏灵光 学 号 0962930171 专 业 机电一体化 指导教师 王海彦 职 称

主要研究内容及进展

控制系统硬件电路设计、软件流程图设计及电气原理图的绘制

尚须完成的任务 电气原理图的绘制

存在的主要问题及解决措施

对电机调速涉及的一些知识点掌握的还不扎实，还需要进一步巩固。

指导教师审查意见

专业部审查意见 4

毕业设计(论文)结题验收 一、完成日期 2012年04月20日

二、完成质量 基本完成任务书规定的设计内容，格式完全按照规定要求设定。比较系统的掌握电动机调速系统。

三、存在问题 对电动机对电动机的基本要求知识内容尚有欠缺，对电动机调速系统的设计方面的 知识应当加强。应加深对专业知识的理解。

四、结论 满足毕业设计任务书所有内容要求，条理清晰，逻辑性强，格式规范。设计深度和项点实现了毕业设计的相关要求，毕业设计合格。

指导教师： 王海彦 2012年 04 月 25 日 5

一、引言 长期以来，由于直流电机具有良好的线性调速特性，较高的效率，优异的动态特性，广泛应用在调速控制中。直流电机速度控制容易、启动制动性能良好,且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制；而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法，调节电阻R即可改变端电压,达到调速目的，但这种传统的调压调速方法效率低。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进人控制领域以及高开关频率、全控型第二代电力半导体GTR、GTO、MOSFET、IGBT等的发展，脉宽调制(PWM)直流调速系统在调速控制中得到越来越普遍的使用。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点，更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现，使整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能，因此具有很好的发展前景。

二、直流电机调速系统的概述 （一）电机基本调速方法 由电机学基本理论可知，直流电动机转速特性方程式为

eUIRnK

 （2-1）

式中n —转速（r/min）； U—电枢电压（V） I—电枢电流（A）； R—电枢回路总电阻（）； Φ—励磁磁通（Wb）；

eK—由电机结构决定的电动势常数；

由上式可见，直流电动机调速方案可有以下三种。 1.电枢串电阻调速

图2-1调阻调速特性曲线