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基于单片机的直流电机闭环调速控制系统xin

滨江学院

专业综合设计

题目直流电机闭环调速系统控制

院系自动控制

专业自动化

组别第二组

组长周未政

指导教师周旺平

二0 一0 年十二月二十八日基于单片机的直流电机闭环调速控制系统

摘要：设计以AT89C51单片机控制模块为核心，由单片机控制、红外线光电检测装置、直流电机转速为被测量组成的控制系统。原理是利用红外线光电传感器接收直流电机转速所产生的红外信号转换成电信号传输给单片机，并调节转速的闭环调速控制系统。

1.AT80C51单片机介绍

1.1主电源引脚

V ss—(20脚)：电路地电平

V cc—(40脚)：正常运行和编程校检（8051/8751)时为+5V电源。

1.2外接晶振或外部振荡器引脚

XTAL1—(19脚)：接外部晶振的一个引脚. 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器. 当采用外部振荡器时，此引脚应该接地.

XTAL2—(18脚)：接外部晶振的另一个引脚. 在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端. 当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。

1.3控制、选通或电源复用引脚

RST/V pd—(9引脚)： RST即Reset（复位)信号输入端。

ALE/PROG—(30引脚)： ALE，允许地址索存信号输出。

PSEN—(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。.

V pp/EA—(31引脚)： EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。

1.4多功能I/O口引脚

P0口—（32-39脚)：8位漏极开路双向并行I/O接口.

P1口—（1-8脚)： 8位准双向并行I/O接口.

P2口—（21-28脚)：8位准双向并行I/O接口.

P3口—（10-17脚)：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。它还提供第二特殊功能，具体含义为：

P3.0—(10脚)RXD：串行数据接收端。

P3.1—(10脚)TXD：串行数据发送端。

P3.2—(10脚)INT0：外部中断0请求端，低电平有效。

P3.3—(10脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。.

P3.4—(10脚)T0：定时器/计数器0外部事件计数输入端。.

P3.5—(10脚)T 1：定时器/计数器1外部事件计数输入端。 P3.6—(10脚)WR ：外部数据存储器写选通，低电平有效。 P3.7—(10脚)RD ：外部数据存储器读选通，低电平有效。

2. 设计任务

通过加速、减速按键实现电机的加速与减速，并将当前的转速的设定值反馈回来经PID 调解后的转速经LCD 显示出来。

单片机89C51

显示器

速度采集电路

电动机

电动机驱动电路

单片机（PID 运算运算控制器、PWM

模拟发生器）

按键

电机调速系统框图

3.系统流程图

开始 80C51初始化软件变量初始化检测转子位置PWM 波初始化计算电机转速

电机给定转速是

否改变

PID 控制电机

电机控制软件流程图

开始参数初始化

采集输入及输出值

计算偏差 e k

控制器输出

? e k ? < e max ?

PD 控制

PID 控制Y

上图为积分分离式PID 控制算法的流程图。通过80C51给定的转速与红外检测电路测得的经计算后的速度得到偏差e k 。与设定的e max 相比较，若e k ＜e max 可以采用PID 控制提高系统的控制精度，若e k ≥e max 则采用PD 控制，可以避免系统产生较大的超调量而且采用PD 控制又可以提高系统的灵敏性。

4.电路模块及原理

4.1驱动电路

直流电动机驱动电路图如图1所示。其中L298 的ENA、IN1和IN2引脚与单片机的输出引脚相连，图中未表示。

图2 直流电动机驱动电路图

L298芯片管脚说明：

（1）S ENSA：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。

（2）O UT1：输出端，与M1对应。

（3）O UT2：输出端，与M2对应。

（4）V S：电源，用来给电动机供电。

（5）I N1：输入端。

（6）E NA：使能端，和M1、M2配合使用。

（7）I N2：输入端。

（8）G ND：接地。

（9）V CC：电源，用来给芯片供电。

（10）IN3：输入端

（11）ENB：使能端，和M3、M4配合使用。

（12）IN2：输入端。

（13）OUT3：输出端，与M3对应。

（14）OUT4：输出端，与M4对应。

（15）SENSB：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。

电机控制说明如表1所示，其中*值可取1也可取0。

SENSEENA IN1 IN2 电机效果

0 * * 停止

1 1 0 正传

1 0 1 反转

1 0 0 停止PROTEUS仿真加速PWM脉宽如下图

4.2稳压电路L7805cc

其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压了

4.3时钟电路

就单片机内部每个部件要想协调一致地工作，必须在统一口令——时钟信号的控制下工作。单片机工作所需要的时钟信号有两种产生方式，即内部时钟方式和外部时钟方式。图是内部时钟方式：单片机内部有一个构成振荡器的增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶振一起构成自激振荡器。在该图中，电容C1和C2取30pf，晶体的振荡频率取12Mhz，晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。实际连接如图所示

4.4按键电路

4.5复位电路

8051系列单片机在启动时都需要复位，使CPU及系统部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作. 8051系列单片机的复位信号从RST引脚接入到芯片的施密特触发器中. 当单片机系统处于正常工作状态，且振荡器稳定后，在每个机器周期都要对RST引脚的状态进行采样[7].

复位电路有上电复位和手动复位

上电复位：上电复位电路是一种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到Vcc，接一个电阻到低就可以了. 上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着Vcc对电容的充电过程而回落, 所以RST复位引脚的高电平维持时间取决于电容的充电时间. 为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间.

手动复位：手动复位需要人为在复位输入端加高电平让系统复位. 一般采用的方法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按键，当按下按键后， Vcc和RST端接通， RST引脚在高电平，而且按键动作一般是数十毫秒，大于2个机器周期的时间，能够安全的让系统复位.

本系统采用的是上电复位方式

4.6检测电路

4.6.1传感器

本设计采用的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路）

红外线发射管

简介：红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。

产品参数：发射距离、发射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）、发射的光强度、波长。以上决定红外线发射管产品的主要性能及使用范围。

红外线接收管

特征与原理：

红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对（简称：光生载流子）。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

分类：

红外线接收管有两种，一种是光电二极管，另一种是光电三极管。光电二极管就是将光信号转化为电信号，光电三极管在将光信号转化为电信号的同时，也把电流放大了。因此，光电三极管也分为两种，分别别是NPN型和PNP型。

作用：

红外接收管的作用是进行光电转换，在光控、红外线遥控、光探测、光纤通信、光电耦合等方面有广泛的应用。

如何选择红外线接收管：红外线最重要的参数就是光电信号的放大倍率，一般的有1000-1300 1300-1800 1800-2500，这些对灵敏度有决定作用。

红外计数电路

红外计数电路主要由红外发射和接收电路组成. 红外发射和接收电路: 在电动机上安装一对红外发射和接收管, 当电动机转动时,对红外光反射、散射和折射,穿过红外光的光强瞬间减少, 红外接收管导通程度也在瞬间减小, 因而产生一个脉冲信号; 信号放大比较电路: 电容拾取脉冲信号后由运放LM324进行放大, 放大倍数为10倍, 再将放大的信号由运放LM324比较后输出标准的低电平脉冲信号(undershoot), 其中C1=0. 01μF, R1=11KΩ, R2=500Ω, R3=10KΩ, R4=100KΩ, R5=100KΩ, R6=5KΩ, R7=100KΩ, R6 和R7 起着抗干扰作用[1]. 然后将获得的脉冲信号送到单片机的计数器引脚进行计数, 这样就可以达到计数的目的.

4.6.2光电耦合器抑制尖脉冲和各种杂讯干扰信号

光电耦合器之所以在传输信号的同时能够有效得抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使得通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因：

1.光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105-106欧姆。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉了。

2.光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。

3.光电耦合器可以起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号短接时，也

不会损坏仪表。因为光电耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

4.光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10微秒，适于对回应速度要求很高的场合。

4.7 lm358

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式

LM358

内部频率补偿

· 直流电压增益高(约100dB)

· 单位增益频带宽(约1MHz)

· 电源电压范围宽：单电源；

双电源(±1.5 一±15V)

· 低功耗电流，适合于电池供电

· 低输入偏流

· 低输入失调电压和失调电流

· 共模输入电压范围宽，包括接地

· 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围

· 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)

该装置电路原理见图1。由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1 的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1 等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器IC2中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2①脚输出的信号已足够强。IC3作电压比较器，它的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2①脚输出的信号电压到达IC3的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC3的⑦脚由原来的高电平变为低电平。IC4 为报警延时电路，R14 和C6 组成延时电路，其时间约为1 分钟。当IC3的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4 的②脚变为低电平，它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4 的①脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，

IC3的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2 截止。由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6 缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1 分钟，即持续1分钟报警。

由VT3、R20、C8 组成开机延时电路，时间也约为1 分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。

该装置采用9－12V直流电源供电，由T 降压，全桥U整流，C10 滤波，检测电路采用IC5 78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。

4.8液晶显示原理

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。

根据要求选用1602LCD：

1602LCD尺寸图

1602LCD主要技术参数：

显示容量:16×2个字符

芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

1602内部结构

5仿真软件简介

Protues软件：

修改好各组件属性以后就要将程序（HEX文件）载入单片机了。首先双击单片机图标，系统同样会弹出“Edit Component”对话框，，来打开选择程序代码窗口，选中相应的HEX文件后返回，这时，按钮左侧的框中就填入了相应的HEX文件，点击对话框的“OK”按钮，回到文档，程序文件就添加完毕了。

工具条从左到右依次是“Play”、“Step”、“Pause”、“Stop”按钮，即运行、步进、暂停、停止。下面我们点击“Play”按钮来仿真运行，可以看到系统按照程序在运行着，而且我们还能看到其高低电平的实时变化。如果已经观察到了结果就可以点击“Stop”来停止运行。

6编程软件简介

Keil C51单片机软件开发系统的整体结构

C51工具包中的uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE), 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程. 开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件. 然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ). 目标文件可由LIB51创14建生成库文件, 也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS). ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件, 以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试, 也可由仿真器使用直接对目标板进行调试, 也可以直接写

入程序存贮器如EPROM中.

3、使用独立的Keil仿真器时, 应注意的事项：

(1) 仿真器标配11.0592MHz的晶振, 但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振.

(2) 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片, 不复位目标系统.

(3) 仿真芯片的31脚(/EA)已接至高电平, 所以仿真时只能使用片内ROM, 不能使用片外ROM; 但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连, 故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM(其CPU的/EA引脚接至低电平)的目标系统中使用.

优点：Keil C51生成的目标代码效率非常之高, 多数语句生成的汇编代码很紧凑, 容易理解. 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势.

所以说, 一台计算机、一套电子仿真软件, 再加上一本虚拟实验教程, 就可相当于一个设备先进的实验室.

(2) 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片, 不复位目标系统.

优点：Keil C51生成的目标代码效率非常之高, 多数语句生成的汇编代码很紧凑, 容易理解. 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势.

所以说, 一台计算机、一套电子仿真软件, 再加上一本虚拟实验教程, 就可相当于一个设备先进的实验室. 以虚代实、以软代硬, 就建立一个完善的虚拟实验室. 在计算机上学习电工基础, 模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程, 并进行电路设计、仿真、调试等。

7 原理图(见附录1)

8 序列表（见附录2）

9 小结

本系统用单片机AT89C51作为直流电机调速系统的控制核心，利用红外传感器测量直流电机的转速，控制直流电机的转动速度，用PWM调速方式控制直流电机转动的速度，以及停止转动，采用PID自动调节速度至预先设定的速度。整个系统的电路逻辑结构简单，可靠性能高，实现功能强。在设计中牵涉到很多自己不熟悉的知识,学会了自己解决问题.使用中用到了KEIL 软件进行程序的调试,生成可执行文件,并用PROTEUS进行了仿真实验。

10 参考文献

[1] 王高，柳宁，谢存禧.基于DSP的数字PID伺服控制系统设计[J].微计算机信息，2008(24)：

84-86.

[2] 席鑫宁，潘宏侠.基于DSP的电机控制与状态监测系统设计[J].大电机技术，2009(3)：31-33.

[3] 王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[4] 杨宁，胡学军.单片机与控制技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[5] 杨加国单片机原理与应用C51 程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.3

附录一

系统原理图

附录二

程序模块清单

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit add=P0^0;

sbit dec=P0^1;

sbit en1=P3^0; /* L298的Enable A */ sbit s1=P3^1; /* L298的Input 1 */ sbit s2=P3^2; /* L298的Input 2 */ uchar t=0; /* 中断计数器 */

uchar m1=0; /* 电机1速度值 */ uchar tmp1; /* 电机当前速度值 */ sbit E=P3^7 ;

sbit RW=P3^6 ;

sbit RS =P3^5 ;

sbit test =P3^4;

int time = 0 ;

int high = 20 ;

int period=0 ;

int change = 0 ;

int flag = 0 ;

int num_medium=0;

int num_display = 0;

int count_speed=0;

uchar

wword[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36 ,0x37,0x38,0x39};

/* 电机控制函数 index-电机号(1,2); speed-电机速度 (-100—100) */

void motor(uchar index, char speed)

{

if(speed>=0 && speed<=100)

{

if(index==1) /* 电机1的处理 */

{

m1=abs(speed); /* 取速度的绝对值 */

if(speed>0)

{

s1=1;

s2=0;

}

void delay1(uint j) /* 简易延时函数 */

{

for(j;j>0;j--); }

//延时t毫秒

void delay(uchar t) {

uint i ;

while(t)

{

for(i=0;i<125;i++);

t--;

}

void wc51r(uchar j) {

RS=0;

RW=0;

P1=j;

E=1;

E=0;

delay(3);

}

//写数据函数LCD

void wc51ddr(uchar j) {

RS=1;

RW=0;

P1=j;

E=1;

E=0;

delay(2);

}

//初始化函数LCD

void init ()

{

wc51r(0x01); //清屏

wc51r(0x38); //使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型

wc51r(0x0c); //显示器件，光标开，字符不闪烁

wc51r(0x06); //字符不动，光标自动右移一格

}

/****************************************** ***********************************/

/***T1中断服务程序**************单位时间（S）方波的个数**********************/

void time1_int(void) interrupt 3

{

count_speed++;

if(count_speed==20)

{ count_speed = 0;

num_display = num_medium;

num_medium = 0;

} }

/****************************************** ***********************************/

/***************************************速度显示的数据处理********************/

void datamade()

{

uint data MM,NN;

wc51r(0xc2);

wc51ddr('S');

wc51ddr('p');

wc51ddr('e');

wc51ddr('d');

wc51ddr(0x3a);

NN = num_display%100; MM = num_display/100; wc51ddr(wword[MM]);

MM = NN/10;

NN = NN%10;

wc51ddr(wword[MM]);

wc51ddr(wword[NN]);

}

/****************************************** ***********************************/

/************************主函数******************************************* ***/

void main()

{

unsigned char i;

P2 = 0x00;

ET0 = 1;

ET1 = 1;

TMOD = 0x12;

TH0=0x9B; /* 装入定时器的初值 */

TL0=0x9B;

TH1 =0x3c;

TL1 =0xb0;

EA=1; /* 开中断 */

TR0 = 1;

TR1 = 1;

init(); //液晶显示初始化程序

while(1)

{

while(add==0&&i<=100)

{ motor(1,i);

i++;

delay1(5000);

}

while(dec==0&&i>=0)

{

motor(1,i);

i--;

delay1(5000);

}

wc51r(0x84);

wc51ddr('H');

wc51ddr('e');

wc51ddr('I');

wc51ddr('o');

if(test==0 )

num_medium++;

datamade();

}

void timer0() interrupt 1 /* T0中断服务程序 */ {

if(t==0) /* 1个PWM周期完成后才会接受新数值

{

tmp1=m1;

}

if(t

t++;

if(t>=100) t=0; /* 1个PWM信号由100次中断产生 */

}

PID程序:

#include

#define uchar unsigned char

uchar timecount,PWMH,SpeedSet,SpeedDet; uchar KP,KI,KD;

int e1,e2,e3,uk,duk;

sbit Dir=P1^0;

sbit PWM=P3^0;

void delay(uchar i)

{

uchar j;

for(;i>0;i--)

{

for(j=29;j>0;j--)

;

}

void PWMout(uchar q)

{

PWM=1;

delay(q);

PWM=0;

delay(100-q);

}

void timer1() interrupt 3

{

TH1=0x3c; //50ms

TL1=0xb0;

if(--timecount==0)

{

timecount=4;

TR0=0;

SpeedDet=TL0;

TL0=0;

TR0=1;

e1=SpeedSet-SpeedDet;

duk=(KP*(e1-e2)+KI*e1+KD*(e1-2*e2+e3))/ 10;

uk=uk+duk;

if(uk>100)uk=100;

else if(uk<-100)uk=-100;

if(uk<0)

{

PWMH=-uk;

Dir=0;

}

else

{

双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验

双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验魏小景张晓娇刘姣（自动化0602班）摘要：采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计，选择调节器结构，进行参数的计算和校验;给出系统动态结构图，建立起动、抗负载扰动的Matlab Simulink 仿真模型.分析系统起动的转速和电流的仿真波形 ,并进行调试 ,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善。关键词:双闭环调速系统;调节器;Matlab Simulink建模仿真 1.引言双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，直流电机双闭环调速系统的工程设计主要是设计两个调节器。调节器的设计一般包括两个方面:第一选择调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所需的稳态精度. 第二选择调节器的参数,以满足动态性能指标。本文就直流电机调速进行了较系统的研究，从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，然后进行双闭环直流电机设计方法研究，最后用实际系统进行工程设计，并采用Matlab/Sim-ulink进行仿真。 2.基本原理和系统建模为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串联连接. 把转速调节器ASR 的输出当作电流调节器ACR 的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置GT ,TA为电流传感器,TG 为测速发电机. 从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边叫做外环,这样就形了转速、图1 直流电机双闭环调速系统的动态结构图

转速单闭环直流调速系统设计

郑州航空工业管理学院电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级题目转速单闭环的直流拖动系统姓名学号指导教师孙标二ОО十年月日

电力拖动自动控制系统课程设计一、设计目的加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。二、设计任务设计一个转速单闭环的直流拖动系统

题目：单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 2 设计要求（1）闭环系统稳定（2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图；（2）调节器设计；（3）绘制校正后系统的动态结构图；（4）撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要

目录第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -

基于单片机的直流电机控制器的设计

目录摘要............................................................................................................................................................... I I ABSTRACT ................................................................................................................................................. III 1系统论述 (5) 1.1设计思路 (5) 1.2基本原理 (5) 1.3总体设计框图 (5) 2直流电机单元电路设计与分析 (6) 2.1直流电机驱动模块 (6) 2.2直流电机的中断键盘控制模块 (11) 2．31602LCD液晶显示模块 (13) 3直流电机PWM控制系统的实现 (15) 3.1总电路图 (15) 3.2总电路功能介绍 (16) 3.3直流电机控制程序 (16) 4系统仿真 (23) 5结束语 (26) 参考文献资料 (27)

摘要本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采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，不断给光电隔离电路发送PWM 波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。关键词：AT89C51单片机；PWM调速；正反转控制；仿真。

单闭环直流调速系统

第十七单元晶闸管直流调速系统第二节单闭环直流调速系统一、转速负反馈直流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。 1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降，而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为： T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。

图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。但在闭环系统中有转速反馈装置，转速稍有降落，转速反馈电压Ufn就相应减小，使偏差电压△U增加，通过转速调节器ASR自动调节，提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02，使系统工作在随线②机械特性上，使电动机转速有所回升，最后稳定在曲线②机械特性的B点上。同理随着负载电流增加为Id3，Id4，经过转速负反馈闭环系统自动调节作用，相应工作在曲线③④机械特性上，稳定在曲线③④机械特性的C，D点上。将A，B，C，D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。由图可见，静特性的硬度比开环机械特性硬，转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系，但两者是不同的，闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系，它只是闭环系统调节作用的结果，是在每条机械特性上取一个相应的工作点，只能表示静态关系，不能反映动态过程。当负载突然增加时，如图所示由Idl突增到Id2时，转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降，然后随着Ud01升高为Ud02，转速n再回升到B点稳定运行，整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2．转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析对调速系统来说，转速给定电压不变时，除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外，还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化，例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等，所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说，可以被转速检测装置检测出来，再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中，对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说，转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化，闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度，必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。

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，

直流电机双闭环调速系统设计.

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个

基于单片机对直流电机的控制

基于单片机对直流电机的控制第十五组姓名：吴代露20131325010 张鹏飞20131325012 金静丽20131325014 周敏20131325015 胡会华20131325017 顾蓉20131325018 专业：2013级信息工程（系统工程方向）指导老师：周旺平 2014.12.22

基于单片机对直流电机的控制内容摘要电动机作为最主要的动力源，在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法，随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化。关键字：电动机飞思卡尔 PWM控制一、引言（一）直流电机的定义直流电机（direct current machine）: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。（二）直流电机的基本结构由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。（三）直流电机工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。（四）直流电机的分类直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。（1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。（2）有刷直流电动机：又可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等；铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域；铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。（1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，直流串励电

直流电机双闭环调速大作业

题目(中)直流电机双闭环控制调速姓名与学号指导教师年级与专业

所在学院

目录：一、电机控制实验目的和要求 (4) 二、双闭环调速控制内容 (4) 三、主要仪器设备和仿真平台 (5) 四、仿真建模步骤及分析 (5) 1．直流电机双闭环调速各模块功能分析 (5) 2.仿真结果分析（转速、转矩改变） (18) 3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (24) 4.电流调节器改用PI调节器后的仿真 (27) 5.加入位置闭环后的仿真 (28) 6.速度无超调仿真 (30) 七、实验心得 (32)

一、电机控制实验目的和要求 1、加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解。 2、学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真。 3、掌握PI调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。二、双闭环调速控制内容必做： 1、描述Chopper-Fed DC Motor Drive中每个模块的功能。 2、仿真结果分析：包括转速改变、转矩改变下电机运行性能，并解释相应现象。 3、转速PI调节器参数对电机运行性能的影响。 4、电流调节器改用PI调节器后，对电机运行调速结果的影响。选做： 5、加入位置闭环 6、速度无超调

三、主要仪器设备和仿真平台 1、MATLAB R2014b 2、Microsoft Officials Word 2016 四、仿真建模步骤及分析 1．直流电机双闭环调速各模块功能分析参考Matlab自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK仿真模型： demo/simulink/simpowersystem/Power Electronics Models/Chopper-Fed DC Motor Drive

微机原理课程设计—直流电机闭环调速控制系统

实验课题：直流电机调速控制实验内容：本实验完成的是一个实现对直流电机转速调节的应用。编写实验程序，用ADC0809完成模拟信号到数字信号的转换。输入模拟信号有A/D转换单元可调电位器提供的0~5V，将其转换后的数字信号读入累加器，做为控制电机的给定转速。用8255的B口作为直流电机的控制信号输出口，通过对电机转速反馈量的运算，调节控制信号，达到控制电机匀速转动的的作用。并将累加器中给定的转速和当前测量转速显示在屏幕上。再通过LED灯显示出转速的大小变化。实验目的：（1）学习掌握模/数信号转换的基本原理。（2）掌握的ADC0809、8255芯片的使用方法。（3）学习PC系统中扩展简单I/O接口的方法。（4）了解实现直流电机转速调节的基本方法。实验要求：利用微机接口实验系统的硬件资源，运用汇编语言设计实现直流电机的调速控制功能。基本功能要求：1、利用A/D转换方式实现模拟量给定信号的采样；2、实现PWM方式直流电机速度调节；3、LED灯显示当前直流电机速度状态。实验设备：（1）硬件要求： PC微机一台、TD-PIT实验系统一套（2）软件要求：唐都编程软件，tdpit编程软件，“轻松编程”软件实验原理：各芯片的功能简介：（1）8255的基本输出接口电路：并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息，CPU 和接口之间的数据传递总是并行的，即可以同时进行传递8位，16位，32位等。8255可编程外围接口芯片是具有A、B、C三个并行接口，+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0—基本输入/出方式、方式1—选通输入/出方式、方式2—双向选通工作方式。

数字化直流电机双闭环调速系统

数字化直流电机双闭调速系统摘要本文叙述了直流电动机的基本原理和调速原理，介绍了直流电动机开环和双闭环调速系统的组成及静、动态特性，并且根据直流电动机的基本方程建立了调速系统的数学模型，给出了动态结构框图，用工程设计方法设计了直流电动机双闭环调速系统。最后用MATLAB 软件搭建了仿真模型，对调速系统进行了仿真研究。通过对直流电动机双闭环调速系统动态特性的研究与仿真，可以清楚地看到，直流电动机双闭环调速系统具有较好的动态特性，可以在给定调速范围内，实现无静差平滑调速，这为直流电动机调速系统的硬件实验提供了理论依据。关键词：直流调速；双闭环调速；转速环；电流环；MATLAB 仿真目录第1 章绪论 (1) 第2 章课程设计的方案 (2) 2.1 概述 (2) 2.2 方案选择 (2) 2.3 系统组成总体结构 (4) 第3 章硬件设计 (5) 3.1 单片机控制器 (5) 3.2 接口电路 (5)

3.3 D/A 转换电路 (6) 3.4 触发电路 (6) 3.5 三相整流电路 (7) 3.6 电流检测电路 (7) 3.7 A/D 转换电路 (8) 3.8 转速检测电路 (8) 3.9 键盘显示电路 (9) 第4 章软件设计 (11) 4.1 设计要求 (11) 4.2 电流环的设计 (11) 4.3 转速环的设计 (12) 4.4 闭环动态结构框图设计 (12) 4.5 程序设计 (13) 第5 章系统测试与分析/实验数据及分析 (15) 第6 章课程设计总结 (17) 参考文献 (18) 第1章绪论三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足生产要求，但是因为元件容易老化，在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及标准性得不到保证，甚至出现事故。而如今首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。大功率直流调速系统通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动领域应用历史悠久。近年来，

基于单片机的直流电机

摘要本课程主要是设计一个基于单片机的直流电机 PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围，提高了调速精度，改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用 5V 的直流电机，以 MCS-51 单片机为控制核心，采用 LCD12864 液晶作为显示元件，进行软硬件的设计。硬件电路由protel 设计制作，主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路和驱动电路。软件设计在 Keil 开发平台用 C 语言编写，程序采用模块化设计方案，包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。本系统 PWM 控制直流电机采用调压调速的方法，整体设计包括软件和硬件两个部分。通过利用单片机产生 PWM 控制信号控制直流电机，详细介绍脉宽调制 ( PWM) 控制原理，直流电机的工作原理和数学模型以及用 H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况，说明系统运行正常，各个功能模块实现是可行的，控制精度比较高，能够满足系统的基本要求。关键词：单片机；PWM；直流电机；L298N；LCD12864；

目录一、设计任务 (1) 二、设计方案 (1) 三、系统硬件设计 (3) 1、 STC52最小系统 (3) 2、电机模块 (8) 3、 L298N模块 (9) 4、测速模块 (11) 5、测压模块 (12) 6、液晶模块 (13) 7、按键模块 (15) 8、灯光信号模块 (16) 四、系统软件设计 (17) 1、软件流程图 (17) 2、 PWM程序设计 (18) 3、测压程序设计 (18) 4、测速程序设计 (19) 5、液晶驱动程序设计 (20) 6、菜单程序设计 (21) 7、按键程序设计 (23) 8、电机反电动势系数计算程序 (24) 9、电机力矩系数计算程序 (25) 10、逼近算法控制程序 (25) 11、比例控制程序 (25) 12、 PID控制程序 (26) 五、直流调速系统动态数学模型的建立 (28) 六、调速数据 (32) 1、比例调速数据 (32) 2、 PID调速数据 (33) 3、逼近算法调速数据 (34) 4、反电动势系数和电机力矩系数数据 (34) 七、心得体会 (34) 参考文献 (36) 附录一硬件原理图 (37) 附录二硬件PCB图 (38) 附录三程序清单 (39)

直流电动机调速控制系统论文

安徽三联学院年度论文直流电动机调速系统的研究 Dc motor speed control system research 专业：电气工程及其自动化姓名：薄朋_____________ 学号: 1002164___________ 指导老师：张金翰________ 2013年1月10日信息与通信技术系

【摘要】直流电动机诞生与19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。直流调速系统具有优良的启动、制动性能，宜于在宽广范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。电动机拖动生产机械运行时，系统的速度需要根据工作状态和工艺要求的不同进行调节，使生产机械以最合理的速度工作，从而提高产品和生产效率，这就要求人为采取一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要。关键字：直流电动机调速【abstract 】Dc motor was born in the 19th century, more than 100 years of history, and has become the main drive power machinery. Dc speed control system has good start, braking performance, like in the wide range smoothing speed and are in need of high performance controlled electric drive field has been widely used in the field. Motor drive production machine operation, the speed of the system need according to the working status and technological requirements of different carries on the adjustment, production machinery with the most reasonable speed work, so as to improve the products and production efficiency, this requires people to take certain method to change the production machinery working speed, in order to meet production need. Key words: Dc motor speed regulation

基于单片机的直流电机控制设计性实验报告

设计题目:直流电机控制电路设计一设计目得 1掌握单片机用PWＭ实现直流电机调整得基本方法,掌握直流电机得驱动原理。 2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速得实现方法. 二设计要求用已学得知识配合5１单片机设计一个可以正转、反转或变速运动得直流电机控制电路，并用示波器观察其模拟变化状况。三设计思路及原理利用单片机对PWM信号得软件实现方法.MCS一５１系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWＭ信号软件实现得核心就是单片机内部得定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从８051得任意输出口输出不同占空比得脉冲波形。从而实现对直流电动机得转速控制。 .AT８9Ｃ5１得P1、0—P1、2控制直流电机得快、慢、转向,低电平有效.P3、0为PＷM波输出,P3、１为转向控制输出，Ｐ3、2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速，晶振为12Ｍ,利用定时器控制产生占空比可变得PＷM波，按K1键,PＷM值增加,则占空比增加,电机转快,按K2键，PＷＭ值减少，则占空比减小，电机转慢，当PWM值增加到最大值255或者最小值1时,蜂鸣器将报警四实验器材 DＶCＣ试验箱导线若电源等器件

PROＴＵＥS仿真软件KRＩＬ软件五实验流程与程序 #incｌuｄe 〈 reg51、h > sbiｔK1 =P１^０；增加键ｓbit Ｋ2 =P１^１ ; 减少键 sbit K３ =P1^２；转向选择键 sbit PWＭＵOT =P3^０； PWM波输出?? ｓbｉｔｔurn_around =P3^1 ;?转向控制输出 sbiｔ BＥEP =P3^2 ；蜂鸣器 unｓiｇned iｎｔ PWＭ； void Ｂeep（void）; ｖｏiｄ deｌay（ｕnｓiｇned int n）; void main(ｖｏid) ｛ TＭOＤ=0ｘ1１；//设置T0、Ｔ1为方式1，(1６位定时器) TH0＝0 ; 65536us延时常数{ｔ=(6５536—TH)/fose／12} ?ＴL0=０； TＨ１=PＷＭ; //脉宽调节,高８位 ? TＬ１=0；ＥA=１;? //开总中断ＥＴ0＝１; //开Ｔ0中断? ET1=１；??//开T1中断

基于STC52单片机的直流电机PWM调速系统

实训报告实训名称直流电机调速试验系别电子与电气工程学院专业、班级09测控C1 学生姓名、学号刘凡094821257 学生姓名、学号沈阳094821345 学生姓名、学号覃新造094820364 指导教师陈进实训地点16号楼212室实训日期2012 年5月20日

基于STC52单片机的直流电机PWM调速系统摘要本文介绍一种基于STC52单片机控制的PWM直流电机脉宽调速系统。系统以廉价的STC52单片机为控制核心，以直流电机为控制对象。从系统的角度出发，对电路进行总体方案论证设计，确定电路各个的功能模块之间的功能衔接和接口设置，详细分析了各个模块的方案论证和参数设置。整个系统利用52单片机的定时器产生1K左右的PWM脉冲，通过快速光耦6N137实现控制单元与驱动单元的强弱电隔离，采用4个9013和2个9012构成的H桥电路实现对直流电机的调速，用光电编码盘完成测速功能。关键字STC52，PWM，光耦隔离，光电编码盘

1前言 1.1数字直流调速的意义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。从上世纪80年代中后期起，世界各大电气公司如ABB、通用、西屋、西门子等都在竞相开发数字式调速传动装置，经过二十几年的发展，当前直流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制[1]。特别是采用了微处理器及其他先进电力电子技术，使数字式直流调速装置在精度的准确性、控制性能的优良性和抗干扰的性能有很大的提高和发展，在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为目前最新控制水平的传动方式显示了强大优势。全数字化直流调速系统不断升级换代，为工程应用和工业生产提供了优越的条件。采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。由于微处理器具有较佳的性价比，所以微处理器在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。近年来，尽管交流调速系统发展很快，但是直流电机凭借其良好的启动、制动性能，在金属切削机床、轧钢机、海洋钻机、挖掘机、造纸机、矿井卷扬机、电镀、高层电梯等需要广泛范围内平滑调速的高性能可控电力拖动领域中仍得到了广泛的应用。现阶段，我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商，而国外先进的控制器价格昂贵，且技术转让受限，为此研究及更好的使用国外先进的控制器，吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点，具有重要的实际意义和重大的经济价值。 1.2研究现状综述 1.2.1电气传动的发展现状 20世纪70年代以来，直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进[1]。同时，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制的电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代[1]。早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，

基于51单片机控制直流电机的设计

可以实现的功能是：按下左转键则开始向左转动按下右转键则向右转动按下停止键则开始逐渐停止转动按下调速键一次则会加速一档按下调速键二次则会加速二档按下调速键三次则会加速三档按下调速键四次则会加速四档按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位设计思路：直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用，图中的二极管就直到这个作用，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。用51实现PWM信号的输出，相对麻烦点，要是AVR就可以方便地实现PWM信号，由见51单片机的局限性与AVR单片机的优势。原理图

详细程序： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit PW1=P2^0 ; sbit PW2=P2^1 ; //控制电机的两个输入 sbit accelerate=P2^2 ; //调速按键 sbit stop=P2^3 ; //停止按键 sbit left=P2^4 ; //左转按键 sbit right=P2^5 ; //右转按键 #define right_turn PW1=0;PW2=1 //顺时针转动 #define left_turn PW1=1;PW2=0 //逆向转动 #define end_turn PW1=1;PW2=1 //停转 uint t0=25000,t1=25000; //初始时占空比为50% uint a=25000; // 设置定时器装载初值 25ms 设定频率为20Hz uchar flag=1; //此标志用于选择不同的装载初值 uchar dflag; //左右转标志 uchar count; //用来标志速度档位 void keyscan(); //键盘扫描 void delay(uchar z); void time_init(); //定时器的初始化 void adjust_speed(); //通过调整占空比来调整速度 void main()