某大学
本科毕业设计（论文）开题报告
题目基于DSP的
无刷直流电机调速系统设计
指导教师**
院（系、部）电气与控制工程学院
专业班级自动化08-7
学号*********
姓名***
日期2012年3月4日
一、选题的目的、意义和研究现状
一、目的和意义
在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在农业生产，交通运输，国防航空技术，医疗卫生，商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器都大量的使用着各种各样的电动机。而随着控制智能化，仪器小型化，功耗微小化等对设备要求的日益苛刻，把单片机应用于电动机的控制也越来越成为研究的焦点。
无刷直流电动机的主要特点：高效率：无刷直流电动机转子上既无铜耗也无铁耗，其效率比同容量异步电动机提高5%-12%。功率因子高：无刷直流电动机无需吸取激磁电流，功率因子接近1。启动转矩大，启动电流小：无刷直流电动机的机械特性和调节特性与他激直流电动机枢控时相应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调节范围宽，但没有因电刷换向器引起的缺点，电子换向取代了机械换向。电动机出力高：该电动机的体积和最高工作转速相同时，较异步电动机输出功率提高30%。适应性强：电源电压偏离额定值+10%或-15%，环境温度相差40K以及负载转矩从0—100%额定转矩波动时，无刷直流电动机的实际转速与设定转速的稳态偏差，不大于设定转速±1%。
无刷直流电动机是一种自控式调速系统，它无需像普通同步电动机那样需要启动绕组；在负载突变时，不会产生振荡和失步。具有直流电动机特性、交流异步电动机的结构。适合长期低速运转、频繁启动的场合，这是变频调速器拖动Y系列电动机不可能实现的。
二、研究现状
最近两年以前，无刷直流电动机比整流式电动机要昂贵许多。然而，设计和原材料的发展进步已经触发了无刷直流电动机价格的急剧下降。目前，这两种电动机技术之间的成本差别仅有大约10%。无刷直流电动机具有与整流式电动机同样的马力，但是更小、更轻。由于没有有刷整流器接口，无刷直流电动机具有更低地噪声。事实上也无需维护。并且，其具有更长的使用寿命。去除掉有刷整流器接口要求的控制和驱动电子器件，由其向无刷直流电动机提供电源。此外，包含运动控制算法的微控制器可以向无刷直流电动机提供理想的性能。
二、研究方案及预期结果
一、研究方案比较与分析
1、电机调速控制模块：
方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。
2、PWM调速工作方式：
方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。
方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。
由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以采用单极性工作制。
3、PWM调脉宽方式：
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。采用定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。
4、PWM软件实现方式：
方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。
方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有
一定的误差。但是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围，故采用方案二。
二、预期结果
本文设计并实现了一种基于双单片机通信的无刷直流电动机控制系统。该设计方案电路简单、可靠性强、价格便宜。系统主要包括单片机控制电路、逻辑保护电路、过流保护电路、驱动电路、测速电路、转子位置检测电路等。本设计总共分成四个部分：第一部分无刷直流电动机的基本原理；第二部分无刷直流电动机的单片机控制；第三部分无刷直流电动机的多参数测量；第四部分无刷直流电动机的双单片机通信。其原理如图1所示。
1.转子位置检测电路
控制无刷直流电动机时，必须要知道转子的位置。在本设计方案中，采用了三个光电式位置传感器。这种传感器利用光电效应，由跟随电动机转子一起旋转的遮光板和固定不动的光源及光电管等部件组成。
2.驱动电路
绝缘栅极双极型晶体管IGBT的栅极驱动电压一般为15V±10%，而关断负偏置电压为5～6V。因此选用TLP250驱动IGBT。TLP250内部是光电耦合的，实现将控制电路与主电路隔离。当TLP250接收到一个低电平时，其输出近似为15V，可以驱动IGBT使其导通；相反，当接收到一个高电平时，输出近似为—5V，使IGBT截止。六只TLP250随着输入电平变化，可以很好地控制IGBT的开断，从而实现换相。
3 保护电路
电动机起动时，由于转速较低，故转子磁通切割定子绕组所产生的反电势很小，因而可能产生过大的电流I。通常要加过流保护电路，主回路中通过电动机的电流最终通过电阻Rf接地。为防止单片机系统受环境干扰或执行程序时出错，在单片机输出端加了一个逻辑
保护电路。
4 测速电路
如果要对直流无刷电动机的转速进行精确控制，首先要对它的转速进行精确测量。笔者利用转子位置传感器所产生的脉冲信号来反映电机的转速。将传感器输出端接到单片机，随着电机的转动，单片机不断的接收到高低电平。当单片机检测到一个下跳沿时开始启动定时器工作，直到接收到下一个相邻的下跳沿时为止。相继两个高电平之间的时间与电机的转速成正比，可以测量出电动机的转速。
5 双单片机控制电路
在本设计方案中，用单片机来控制无刷直流电机的起动、换相、调速、正反转及停车。在设计中，由于程序在测量转速时，有一个等待延时时间，如果电动机转速较低，则传感器传输的两个高电平间隔较大，则必然影响到电机换向，使电机失步而停车。为避免这种情况，在设计时使用了两片89C52单片机，其中一块为主单片机，一块为从单片机。从单片机主要负责控制电动机的换相时机。当从单片机接收到转子位置检测电路的转子位置信息后，由其P1口向逻辑保护电路发出两路信号，逻辑保护电路将接收到的信号反相后传输给六只IGBT的栅极驱动电路，从而控制定子绕组的换相时机。主单片机负责测量转速，并将测到的实际转速与给定转速比较，将比较结果通过串行口TXD传送到从单片机。从单片机接收到信息后，在换相时机不变的前提下，改变定子国绕组电流通电时间，从而达到调整的目的。
三、研究进度
第1—4 周检索有关书籍、资料，完成开题报告；
第5—7周学习DSP的知识，了解无刷直流电动机的原理
第8—9周完成系统硬件电路的设计，绘制原理图
第10—13周整个系统软件设计（汇编语言及C语言编程），调试系统
第14—15周文字录入，排版，绘图，论文整理及修改，准备答辩
四、主要参考文献
[1] 张雄伟.DSP芯片原理与应用，北京：机械工业出版社，2005
[2] 牛小兵 .DSP控制器使用教程，北京：国防工业出版社，2007
[3] 韩志军等.单片机应用系统设计，北京：机械工业出版社，2005.1
[4] 何希才，姜余祥.电动机控制电路应用实例，北京：中国电力出版社，2005.1
[5] 张琛.直流无刷电动机原理及应用(第2版)，北京：机械工业出版社，1996
[6] 李朝青.单片机原理及接口技术（第3版），北京：北京航空航天大学出版社，2005.10
五、指导教师意见
指导教师签字：
实验六 直流伺服电机实验 一、实验设备及仪器 被测电机铭牌参数： P N =185W ，U N =220V ，I N =1.1A ， 使用设备规格(编号)： 1．MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I 、MEL-IIA 、B ）； 2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）； 3．直流并励电动机M03（作直流伺服电机）； 4．220V 直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）； 5．三相可调电阻900Ω（MEL-03）； 6．三相可调电阻90Ω（MEL-04）； 7．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）； 二、实验目的 1．通过实验测出直流伺服电动机的参数r a 、e κ、T κ。 2．掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。 三、实验项目 1．用伏安法测出直流伺服电动机的电枢绕组电阻r a 。
2．保持U f=U fN=220V，分别测取U a =220V及U a＝110V的机械特性n=f(T)。3．保持U f=U fN=220V，分别测取T2＝0.8N.m及T2＝0的调节特性n=f(Ua)。4．测直流伺服电动机的机电时间常数。 四、实验说明及操作步骤 1．用伏安法测电枢的直流电阻Ra
表中Ra=（R a1+R a2+R a3）/3; R aref=Ra*a ref θ θ + + 235 235 （3）计算基准工作温度时的电枢电阻 由实验测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值： R aref=Ra a ref θ θ + + 235 235
YANG Zhenyu, Engineering Department. The Technology Research of Double Closed-loop Control System for Permanent Magnet BLDCM[J]. Electronic Science & Technology, 2017. WANG Xiaojun, HU Changlun. Modeling and Simulation Analysis of Double-stator Permanent-magnet Motor Control System[J]. micromotors, 2016. Chai F, Chen R. Torque analysis for double-stator permanent-magnet motor[J]. 哈尔滨工业大学学报:英文版, 2002. Feng C , Shu-Kang C , Shu-Mei C . Torque analysis for double-stator permanent-magnet motor[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2017, 9(4):p.411-414. 王玉彬, 程明, 花为,等. 双定子永磁无刷电机裂比的分析与优化[J]. 中国电机工程学报, 2018, 030(030):62-67. 王雅玲. 电动汽车用双定子永磁无刷电机研究[D]. 山东大学, 2014. 蒲海, 吴敏. 双定子永磁无刷电动机发电机状态有限元时步法的实现[J]. 煤矿机械, 2014, 35(8). 原腾飞. 双定子永磁无刷电机建模及其控制方法探析[J]. 科技创新导报, 2017(14):84-85. 王雅玲, 徐衍亮. 基于电动汽车驱动的双定子永磁无刷直流电机绕组换接运行分析[J]. 电工技术学报, 2014, 029(001):98-103.
无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”
图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电
直流无刷电机实验报告 一、硬件电路原理简述 1、总体硬件电路图 图总体硬件电路原理图 单片机通过霍尔传感器获得转子的位置，并以此为依据控制PWM波的通断。
2、霍尔元件测量值与PWM波通断的关系 图霍尔元件测量值与PWM波通断的关系 二、软件架构 1、Components与变量定义 图 Components列表 PWMMC是用来产生控制电机的PWM波的。添加PWMMC时会同时加入一个eFlexPWM。
PWM_Out对应的是GPIO B2口，这个口电位为高时，电压才会被加到电机上。 GPIO B3控制着一个继电器，用于防止启动时过大的冲击电流。程序开始后不久就应把B3置高。 Halla、Hallb、Hallc对应于3个霍尔传感器。依次为GPIOC3、C4、C6。 TimerInt是用于测速的。根据2次霍尔元件的中断间的时间间隔来计算转速。 2、电机旋转控制代码 for(;;) { Hall_Sensor = 0b00000000; Halla = Halla_GetVal(); Hallb = Hallb_GetVal(); Hallc = Hallc_GetVal(); if(Halla) Hall_Sensor |= 0b00000100; if(Hallb) Hall_Sensor |= 0b00000010; if(Hallc)
Hall_Sensor |= 0b00000001; switch(Hall_Sensor) { case 0b0000011: PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_A, PWM_SM1_ENABLE); PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_B, PWM_SM2_ENABLE); break; case 0b0000001: PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_A, PWM_SM1_ENABLE); PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_B, PWM_SM0_ENABLE); break; case 0b0000101: PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_A, PWM_SM2_ENABLE); PESL(eFPWM1_DEVICE, PWM_OUTPUT_B, PWM_SM0_ENABLE); break;
电动机实验报告 篇一：电机实验报告 黑龙江科技大学 综合性、设计性实验报告 实验项目名称电机维修与测试 所属课程名称电机学 实验日期 XX年5.6—5.13 班级电气11-13班 学号 姓名 成绩 电气与信息工程学院实验室 篇二：电机实验报告 实验报告本 课程名称：电机拖动基础班级：电气11-2 姓名田昊石泰旭孙思伟 指导老师：_史成平 实验一单相变压器实验 实验名称：单相变压器实验 实验目的：1.通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。
2.通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目：1. 空载实验测取空载特性U0=f(I0), P0=f(U0)。 2. 短路实验测取短路特性Uk=f(Ik), Pk=f(I)。 3. 负载实验保持U1=U1N，cos?2?1的条件下，测取U2=f(I2)。 （一）填写实验设备表 （二）空载实验 1．填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗PFe、励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、电压比k （三）短路实验 1. 填写短路实验数据表格 O （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 表3 cos?2=1 （五）问题讨论 1. 在实验中各仪表量程的选择依据是什么？ 根据实验的单相变压器额定电压、额定电流、额定容量、空载电压，单 相变压器电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸等。 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到
起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？ 防止误操作造成人身伤害、防止对变压器及其它仪器仪表等设备过压过 流而损坏。 3. 实验的体会和建议 1.电压和电流的区别：空载试验在低压侧施加额定电压，高压侧开路;短路 试验在高压侧进行，将低压侧短路，在高压侧施加可调的低电压。2.测量范围的不同：空载试验主要测量的是铁芯损耗和空载电流, 而短路试 验主测量的是短路损耗和短路电阻。3.测量目的不同：空载试验主要测量数据反映铁芯情况，短路试验反映的是线圈方面的问题。 4.试验时，要注意电压线圈和电流线圈的同名端，要避免接错线。选择的导 线应该是高压导线，要不漏线头要有绝缘外皮保护。5.通过负载试验可以知道变压器的阻抗越小越好。阻抗起着限制变压器的电 流的作用，在设计时我们要考虑这些。 篇三：直流电动机实验报告 电机 实验报告 课程名称：______电机实验_________指导老师：___
Xxxx大学 本科毕业论文开题报告 基于Simulink的直流电机转速控制仿真研究 学号： xxx 姓名： 导师： 学院： 专业： 日期：
目录 一、选题依据、目的和意义 二、国内外研究现状及发展趋势 三、研究的主要内容及实验方法 四、目标，主要特色及工作进度 五、主要参考文献
一、选题依据、目的和意义 直流电机分为有刷和无刷两种，无刷直流电机（BLDCM）是在有刷直流电动机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流；无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种是梯形波（一般是“方波”），另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。 无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以减少40％—50％左右。由于永磁材料的加工问题，致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大的应用潜力。 1.1选题依据 无刷直流电动机因卓越的性能和不可替代的技术优势倍受人们的关注,特别是自70年代后期以来伴随着永磁材料技术、计算机及控制技术等支撑技术的快速发展及微电机制造工艺水平的不断提高,无刷直流电动机在高性能中、小伺服驱动领域获得广泛应用并日趋占据主导地位。随着无刷直流电机应用领域的不断扩大,要求控制系统设计简易、成本低廉、控制算法合理。建立无刷直流电机控制系统的仿真模型,可以有效的节省控制系统设计时间,及时验证系统的控制算法,同时可以充分利用计算机仿真的优越性,很方便的改变系统的结构,加入不同的扰动和参数变化,可以更好的考察系统在不同结构和不同工况下的静、动特性。因此如何建立无刷直流电机控制系统的仿真模型成为迫切需要解决的关键问题。 1.2目的和意义 无刷直流电动机具有体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高、无滑动接触和换相火花、可靠性高、使用寿命长及噪声低等优点，在航空航天、伺服控制、数控机床、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器等方面都获得了广泛应用。随着无刷直流电机应用领域的不断扩大，要求控制系统设计简易、成本低廉、控制算法合理、开发周期短。通过建立有效的无刷直流电动机系统仿真模型，可以
目录 1绪论 (1) 1.1 直流无刷电动机发展状况 (1) 1.2直流无刷电机控制技术的发展 (1) 2 直流无刷电动机的工作原理 (2) 2.1 直流无刷电动机的结构与原理 (2) 2.2三相绕组直流无刷电动机控制主回路的基本类型 (4) 2.3直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器 (5) 3 直流无刷电动机控制系统的数学模型 (6) 3. 1直流无刷电动机的基本方程 (7) 3. 2直流无刷电动机控制系统的动态数学模型 (10) 4 硬件电路 (12) 4.1 主电路 (12) 4.2换相电路 (14) 5 软件部分设计 (17) 5. 1软件总体构成 (17) 5. 2主程序的设计 (17) 5. 3中断子程序的设计 (19) 结论 (21) 参考文献 (22) 致谢 .............................................................. 错误!未定义书签。
1绪论 1.1 直流无刷电动机发展状况 电动机作为机电能量转换装置，其应用围已经遍及国民经济的各个领域，电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中。但传统的直流电动机均采用机械电刷的方式进行换向，存在相对的机械摩擦，和由此带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。因此，早在1917年，Bulgier就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。 1955年，美国D·Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着无刷直流电机的诞生。1978年，原联邦德国MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC永磁无刷直流电机及其驱动系统，标志着永磁无刷直流电机真正进入了实用阶段。二十世纪80年代国际上对无刷电机开展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波无刷直流电机，在10多年的时间里，无刷直流电机在国际上己得到较为充分的发展。现代电力电子器件工艺日臻成熟，出现了功率晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET)，特别是绝缘栅双极晶体管(IGBT ), MOS可控晶闸管(IGCT)的开发成功，使无刷直流电机功率驱动电路的可靠性和稳定性得到保障。直流无刷电动机的发展也使得传统的电机学科同当代许多新技术的发展密切相关。随着大功率半导体器件、电力电子技术、微电子技术、数字信号处理技术、现代控制理论的发展以及高性能永磁材料的不断出现，如今的无刷直流电机系统己经成为集特种电动机、功率驱动器、检测元件、控制软件与硬件于一体的典型的机电一体化产品，体现了当今工程科学领域的许多最新成果。 1.2直流无刷电机控制技术的发展 常规控制器(PID控制)尽管控制精度较高，但它需要建立描述动态系统的精确的数学模型，对于未知动态变化的系统要建立精确的数学模型是比较困难的。比如干扰、参数漂移和噪声等不可能在很高的精度下进行模型化。
直流发电机的工作特性实验报告范文 篇一：直流发电机实验报告 一、实验目的 1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。 2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。 二、预习要点 1、什么是发电机的运行特性？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。 2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？ 3、并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？ 4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？ 三、实验项目 1、他励发电机实验 （1）测空载特性保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。 （2）测外特性保持n=nN使If=IfN ，测取U=f（IL）。 （3）测调节特性保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。 2、并励发电机实验 （1）观察自励过程
（2）测外特性保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。 3、复励发电机实验 积复励发电机外特性保持n=nN使Rf2＝常数，测取U＝f（IL）。 四、实验设备及挂件排列顺序 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序D31、D44、D31、D42、D51 五、实验方法1、他励直流发电机 励磁电源图2－3直流他励发电机接线图 按图2-3接线。图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。MG与G由联轴器直接连接。开关S选用D51组件。Rf1选用D44的1800 Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。R1选用D44的180Ω变阻器。R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。直流电流表和电压表选用D31，并根据需要选择合适的量程。电枢电源打开之前，应先将电枢电源的调节旋钮拧到最小。（1）测空载特性 1）断开发电机G的负载开关S。将Rf2调至最大。
河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 院系：电子信息工程学院2013年03月31日 课题名称无刷直流电机驱动电路 学生姓名赵永亮专业班级自动化093课题类型硬件设计 指导教师丁喆职称副教授课题来源生产实际1. 设计（或研究）的依据与意义 电动机作为机电能量转换装置，一直在人类生产和生活中起着十分重要的作用，其应用范围遍及各个领域。电力拖动自动控制系统已经成为现代电器化及自动化的基础，而实现工业企业的电气化及自动化对于提高产品质量，改善工人的劳动条件，增加工作可靠性以及劳动生产率均有重大的意义。因多年来，人们对电动机的研究一直未停断。电动机主要分为同步电机、异步电机和直流电动机三种类型，其容量大到几万千瓦，小到几瓦。长期以来，直流电动机一直占据着速度控制和位置控制的统治地位。众所周知，直流电动机具有运行效率高、调速性能好等诸多优点，但传统的直流电动机均采用电刷换向，以机械接触方法进行换向，因而存在相应的机械摩擦，带来了火花、噪声、电磁干扰大以及寿命短等缺点，再加上制造成本高以及维修困难等缺点，大大限制了它的应用范围。因此无刷直流电动机应运而生。1955年美国的D.Harrison等人首次申请了用晶体管换向电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电机的诞生，而电子换向的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的ＭＡＣ经典无刷直流电动机及其驱动器的推出之后。 直流无刷电动机的主要特点：高效率：无刷直流电动机转子上既无铜耗也无铁耗，其效率比同容量异步电动机提高５％—１２％。．启动转矩大，启动电流小：无刷直流电动机的机械特性和调节特性与他励直流电动机枢控时相应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调节范围宽，且没有因电刷换向器引起的缺点，电子换向取代了机械换向。无刷直流电动机是一种自控式调速系统，它无需像普通同步电动机那样需要启动绕组；在负载突变时，不会产生振荡和失步。无刷直流电机具有直流电动机特性、永磁同步电动机类似的结构。适合长期低速运转、启动频繁的场合，这是变频调速器拖动Ｙ系列电动机不太容易实现的。因此得到了广泛的应用，无论在数控机床，机器人等制造加工领域，还是家用电器如洗衣机，电脑硬盘等场合都日益受到重视。无刷直流电动机是集材料科学、电力电子技术、微电子技术和电机理论等多学科为一体的机电一体化产品，在诸多领域有着广阔的应用前景。因此，对无刷直流电机本体及其控制方法进行系统、深入的研究具有十分重要的现实意义。
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
论文题目 : 无刷直流电动机转矩脉动抑制的研究 姓名 : 专业名称 : 控制理论与控制工程 研究方向 : 交流传动与伺服控制 指导教师 : 日期:2011年12月30日 青岛大学硕士研究生学位论文开题报告 一选题的目的和意义
现代社会中，电能是最常用且最为普遍的二次能源。而电机作为机电能量转换装置，经过一个多世纪的发展，其应用范围已遍及现代社会和国民经济的各个领域及环节。为了适应不同的实际应用，各种类型的电机应运而生，其中包括直流电机、异步电机、同步电机、开关磁阻电机和各种其他类型的电机，其容量小到几毫瓦，大到百万千瓦。 相比之下，直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但是传统直流电机均采用电刷以机械方式换向，因而存在机械摩擦，使电机寿命缩短，并带来了噪音、火花以及无线电干扰等问题，且制造成本高及维修困难。 异步电机结构简单、制造方便、运行可靠、价格便宜，但其机械特性软、启动困难、功率因数低，不能经济地实现范围较广的平滑调速，且必须从电网吸收滞后的励磁电流，从而降低电网功率因数。 他控式变频同步电机具有转矩大、效率和精度高、机械特性硬等优点，但调速困难、容易“失步”等弱点大大限制了它的应用范围。 开关磁阻电机转子既无绕组也无永磁体，其结构简单、成本低廉，在低速时具有较大的转矩，控制换相时无上下桥直通等问题，但其噪声和转矩波动相对较大，这在某种程度上限制了该类型电机的推广应用。 无刷直流电机在保持传统直流电机优越的调速性能基础上，克服了原来机械换向和电刷引起的一系列问题，且具有效率高、功率密度大、功率因数高、体积小、控制精度高等明显优点。但是位置传感器的安装与使用，一般会增加电机的成本，并影响无刷直流电机控制系统的可靠性和工作寿命；另外，位置传感器装入电机内部，还可能会增大电机的体积，在汽车，航空航天，家用电器，办公自动化领域等对电机体积有严格要求与限制的行业中更适于使用无传感器无刷直流电机。 于是对于无刷无位置传感器直流电动机的转矩脉动抑制的研究就有了很大的意义。
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停
直流电机实验报告 学院：电气工程学院 班级：电气1204班 姓名：卞景季 学号： 11291121 组号： 22
一，实验目的： 掌握直流电机工作特性和机械特性的测定。 二，实验内容及原理： 1，直流并励发电机 ① 转速特性：a e e a a a e a I n C R C U n I R E U n C E '0//βφφφ -?=-=+== 其中φe C U n /0=为理想空载转速， 转速特性为φβe a C R /'=的直线（即斜率为β’的直线） ② 转矩特性 φa T e I C T =不计去磁，a T e I C T '=特性曲 线为一过原点的直线。当考虑电枢反应时实际曲线偏离直线 Ia C T '，仍接近于一条直线。 ③ 机械特性 φ φφφa T T e e e a a a I C T C C RT C U n n C E R I E U =-=?=+='// 当U,R.Φ一定时能得出机械特性曲线。 实验内容： 直流电动机M 运行后，将电阻R 1调至零，I f2调至校正值，再调节负载电阻R 2、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=U N ，Ia=0.5I N ，I f ＝I fN 记下此时MG 的I F 值。 2）保持此时的I F 值（即T 2值）和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压Ua ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua ，转速n 和电枢电流Ia 。 3）共取数据8-9组，记录于表中 （2）改变励磁电流的调速 1）直流电动机运行后，将M 的电枢串联电阻R 1和磁场调节电阻R f1调至零，将MG 的磁场调节电阻I f2调至校正值，再调节M 的电枢电源调压旋钮和MG 的负载，使电动机M 的U=U N ，Ia ＝0.5I N 记下此时的I F 值。
科学技术学院 毕业设计（论文）开题报告 题目：刻录机用电机Ф24.5×13的(机械结构)设计 学科部：理工学科 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 填表日期：2011 年12 月17 日
一、选题的依据及意义 本人的课题是刻录机用电机Φ24.5×13的设计，电机分为无刷直流电机和有刷电机。 无刷直流电机是同步电机的一种，它将同步电机加上电子式控制，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。它无电刷、低干扰、噪音低、运转顺畅、寿命长、低维护成本。无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。有刷电机内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换向器和电刷来完成的。由于有刷电机的结构原因，电刷和换向器的接触电阻很大，造成电机整体电阻较大，容易发热影响有刷电机的寿命。从而也导致电机功率下降，工作效率远比无刷低。再有碳刷长期使用清理十分不方便。 表1无刷电机与有刷电机比较 电机 类别 无刷电机有刷电机 适用范围乳制品行业、酿造行业、肉制品加工 行业、豆制品加工行业、饮料加工行 业、糕点加工业、药品业、电子精密 厂、等一些更高要求的无尘车间等。 只能适用于各式洗手间等对要求不是太高 的区域，而像无尘车间和防爆车间就无法使 用了。 使用寿命可连续工作20000小时左右，常规的 使用寿命7-10年。通常使用寿命在几 万小时这个数量级，但是由于轴承的 不同无刷电机使用寿命也有很大不 同。 可连续工作5000小时左右，常规的使用寿 命2-3年。通常有刷电机的连续工作寿命在 几百到1千多个小时，到达使用极限就需要 更换碳刷，不然很容易造成轴承的磨损。 使用效果通常是数字变频控制，可控性强，从 每分钟几转，到每分钟几万转都可以 很容易实现。 一般启动以后工作转速恒定，调速不是很容 易，串激电机也能达到每分钟20000。 节能方面采用变频技术控制的会比串激电机节 能很多，无刷电机的耗电量只是碳刷 的1/3。 采用碳刷摩擦产生热、耗能大。 日后维修无碳刷、维修方便、省钱。碳刷电机磨损后，不仅更换碳刷，还更换转 齿等电机周边的附件，成本要高出很多。最 主要的是，整体的功能将会受到影响。 噪音 方面 无碳刷噪音相对较低。碳刷磨损，噪音高。
毕业设计论文 题目永磁无刷直流电机调速系统设计 （院）系电气与信息工程系 专业电气工程及其自动化班级 0001 学号 0001120121 学生姓名万志雄 导师姓名谢卫才 完成日期 2004-6-15
湖南工程学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：无刷永磁直流电机调速系统 姓名万志雄系别电气与信息工程系专业电气工程及其自动化班级0001 学号 指导老师谢卫才教研室主任 一、基本任务及要求： 阐述无刷直流电机的发展过程，基本原理和结构。从无刷永磁直流电动机的基本原理和调速原理出发，设计出一个无刷永磁直流电机和系统。 二、进度安排及完成时间： 2月16日明确设计任务书和具体安排 2月20日下午设计任务书抽查 2月16日-3月6日查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告 3月6日抽查文献综述、开题报告撰写情况 3月7日-3月21日毕业实习、撰写实习报告 3月22日-5月29日毕业设计 4月底毕业设计中期检查 5月30日-6月15日撰写毕业设计说明书（论文） 6月16日毕业设计说明书抽查（论文） 6月16日-6月20日修改、装订毕业设计说明书、指导教师评阅 6月18日-6月26日毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩）
前言 永磁无刷直流电动机由于没有换向火花，没有无线电干扰，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，又具有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特点，因此被广泛用于国民经济的各个领域，并且日益普及。所以,对于永磁无刷直流电动机的研究将是具有非常重要的意义.本文针对永磁无刷直流电动机所具有的各种优点 本课题对永磁无刷直流电动机的研究基于以下几个方面:无刷直流电机本体的研究, 气隙磁场和电磁转矩的研究, 电磁转矩的研究, 电气损耗的研究, 系统仿真的研究, 换向逻辑的问题的研究, 位置传感器的设计的研究. 但是，由于许多原因，无刷永磁直流电机还存在缺陷，并没有完全适应国民经济的发展，且电机的需求量在随着国民经济的迅猛增长而不断增大。由此可以看出，研究新型无刷直流电机是当务之急。 本课题主要从无刷永磁直流电动机的基本原理出发，阐述无刷永磁直流电动机的基本结构、控制和具体的应用,并且设计一台无刷永磁直流电动机。 本课题主要解决以下几个方面的问题:永磁无刷直流电动机的结构原理,电磁设计和具体应用.
本科实验报告 课程名称：微机原理及接口技术 课题项目：直流电机测速实验 专业班级：电科1201 学号：2012001610 学生姓名：王天宇 指导教师：任光龙 2015年 5 月24 日
直流电机测速实验 一、实验目的 1.掌握8254的工作原理和编程方法 2.了解光电开关，掌握光电传感器测速电机转速的方法。 二、实验内容 光电测速的基本电路有光电传感器、计数器/定时器组成。被测电机主轴上固定一个圆盘，圆盘的边缘上有小孔。传感器的红外线发射端和接收端装在圆盘的两侧，电机带动圆盘转到有孔的位置时，红外线光通过，接收管导通，输出低电平。红外线被挡住时，接收截止，输出高电平。用计数器/定时器记录在一定时间内传感器发出的脉冲个数，就可以计算车电机的转速， 三、线路连接 线路连接：8254计数器/定时器0和2作为定时器，确定测速时间，定时器0的CLK0连1MHZ脉冲频率，OUT0作为定时器2的输入，与CLK2相连，输出OUT2与8255的PA0端相连。GATE0和GATE2均接+5V，8354计数器/定时器1作为计数器，，输入CLK1与直流电机计数端连接，GATE1与8254的PC0相连。电机DJ端与+5V~0V模拟开关SW1相连。如下图所示。
四、编程提示 8254计数器/定时器1作为计数器记录脉冲个数，计数器/定时器0和2作为定时器，组成10~60秒定时器，测量脉冲个数，算出点击每分钟的转速并显示在屏幕上， 8255的PA0根据OUT2的开始和结束时间，通过PC0向8254计数器/定时器1发出开始和停止计数信号。 五、流程图
六、实验程序： DATA SEGMENT IOPORT EQU 0D880H-0280H IO8255K EQU IOPORT+283H IO8255A EQU IOPORT+280H IO8255C EQU IOPORT+282H IO8254K EQU IOPORT+28BH IO82542 EQU IOPORT+28AH IO82541 EQU IOPORT+289H IO82540 EQU IOPORT+288H MESS DB 'STRIKE ANY KEY,RETURN TO DOS!', 0AH, 0DH,'$' COU DB 0 COU1 DB 0 COUNT1 DB 0 COUNT2 DB 0 COUNT3 DB 0 COUNT4 DB 0 DATA ENDS CODE SEGMENT
电动汽车用大功率无刷直流电机设计开题报告 课题国内外研究现状 无刷直流电机启动转矩大、调速性能好、效率高、能量密度大、过载能力强、性能稳定、安全可靠，是电动汽车的理想驱动电机。目前，许多国外汽车厂商生产的电动汽车已采用无刷直流电机作为驱动系统，如：日本丰田公司的CUV-4、EV-PIus电动轿车，日产公司的Prairie JOY厢式电动车，中部电力公司得Dream Mini电动轿车，东京电机大学的2座电动轿车等。国家“863”计划将永磁高速无刷直流电动机列为电动汽车驱动电机之一，已吸引了大批的科研院所及企业对其投入研究。但是，我国在大功率永磁无刷直流电动机的研究方面仍处于起步阶段。永磁无刷直流电动机在电动汽车领域的应用，还有待其在本体设计和控制策略方面技术的成熟。 国内外研究动态及存在问题 目前，无刷直流电机在电动汽车中的应用主要存在低速转矩脉动和退磁问题。严重影响整车性能。对于转矩脉动，当前主要从电机本体设计和控制策略两方面入手对其进行抑制；对于退磁问题，在电机设计方面要考虑工作温度点、铁磁材料结构和表面处理等问题，在控制方面要采取措施，避免疲劳退磁和突然失磁。 研究内容 本论文拟设计一台满足电动汽车性能要求的30kW无刷直流电机。主要研究内容如下：
（1）合理设计电机槽开口宽度、合理配置电机的极槽组合、合理调整磁路系统的尺寸，从而提高BLDC的功率密度，满足电动汽车对电机质量小、功率密度高的要求。 （2）通过合理的极槽组合，合理设计槽开口宽度抑制转矩脉动，从而改善电动汽车低速运行时的振动和噪声问题。 （3）对设计的样机进行实验仿真。 研究意义 无刷直流电机是应用于电动汽车驱动系统的最有前途的电机之一。本论文致力于对电动汽车用BLDC存在的低速转矩脉动进行研究，并通过合理设计进一步提高电机的功率密度。通过实验仿真验证所提出方法的有效性，从而促进BLDC在电动汽车驱动系统上的应用。 可行性分析 BLDC转矩脉动的抑制是当前研究的热点，通过阅读相关专业书籍和文献，结合电动汽车的性能要求，利用实验室良好的实验条件，完全可以设计出有效抑制低速转矩脉动的电动汽车用大功率BLDC. 研究方法与步骤 1. 阅读相关专业书籍和文献，全面掌握BLDC的原理和设计方法，深入了解课题当前的研究动态和方法。 2. 学习电机设计和仿真软件。 3. 结合电动汽车性能要求，以减小转矩脉动，提高功率密度为主要目标，设计电机。 4. 对设计的样机进行实验仿真，验证其性能。
PID闭环速度调节器采用比例积分微分控制 闭环速度调节器采用比例积分微分控制（简称PID控制），其输出是输入的比例、积分和微分的函数。PID调节器控制结构简单，参数容易整定，不必求出被控对象的数学模型，因此PID 调节器得到了广泛的应用。 PID调节器虽然易于使用，但在设计、调试无刷直流电机控制器的过程中应注意：PID调节器易受干扰、采样精度的影响，且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。所以，在不影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进，关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。 2速度设定值和电机转速的获取 为在单片机中实现PID调节，需要得到电机速度设定值（通过A／D变换器）和电机的实际转速，这需要通过精心的设计才能完成。 无刷直流电机的实际转速可通过测量转子位置传感器（通常是霍尔传感器）信号得到，在电机转动过程中，通过霍尔传感器可以得到如图2所示的周期信号。 由图2可知，电机每转一圈，每一相霍尔传感器产生2个周期的方波，且其周期与电机转速成反比，因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实际转速。为尽可能缩短一次速度采样的时间，可测得任意一相霍尔传感器的一个正脉冲的宽度，则电机的实际转速为：但由于利用霍尔传感器信号测速，所以测量电机转速时的采样周期是变化的，低速时采样周期要长些，这影响了PID 调节器的输出，导致电机低速时的动态特性变差。解决的办法是将三相霍尔传感器信号相“与”，产生3倍于一相霍尔传感器信号频率的倍频信号，这样可缩短一次速度采样的时间，但得增加额外的硬件开销。直接利用霍尔传感器信号测速虽然方便易行，但这种测速方法对霍尔传感器在电机定子圆周上的定位有较严格的要求，当霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差时，相邻2个正脉冲的宽度不一致，会导致较大的测速误差，影响PID调节器的调节性能。若对测速精度要求较高时，可采用增量式光电码盘，但同样会增加了电路的复杂性和硬件的开销。 电机速度设定值可以通过一定范围内的电压来表示。系统中采用了串行A／D（如ADS7818）来实现速度设定值的采样。但在电机调速的过程中，电机控制器的功率输出部分会对A／D模拟输入电压产生干扰，进行抗干扰处理。 3非线性变速积分的PID算法 （1）PID算法的数字实现 离散形式的PID表达式为： 其中：KP，KI，KD分别为调节器的比例、积分和微分系数；E（k），E（k－1）分别为第k 次和k－1次时的期望偏差值；P（k）为第k次时调节器的输出。 比例环节的作用是对信号的偏差瞬间做出反应，KP越大，控制作用越强，但过大的KP会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。积分环节的作用虽然可以消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量，甚至使系统出现等幅振荡，减小KI可以降低系统的超调量，但会减慢系统的响应过程。微分环节的作用是阻止偏差的变化，有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，但其对干扰敏感，不利于系统的鲁棒性。 （2）经典PID算法的积分饱和现象 当电机转速的设定值突然改变，或电机的转速发生突变时，会引起偏差的阶跃，使｜E（k）｜增大，PID的输出P（k）将急剧增加或减小，以至于超过控制量的上下限Pmax，此时的实际控制量只能限制在Pmax，电机的转速M（k）虽然不断上升，但由于控制量受到限制，其增长的速度减慢，偏差E（k）将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值，从而使得PID 算式中的积分项不断地得到累积。当电机转速超过设定值后，开始出现负的偏差，但由于积分项已有相当大的累积值，还要经过相当一段时间后控制量才能脱离饱和区，这就是正向积分饱和，反向积分饱和与此类似。解决的办法：一是缩短PID的采样周期（这一点单片机往往达不到），
自动控制原理实验 实验报告 直流电机转速控制设计 一、实验目的 1、了解直流电机转速测量与控制的基本原理。 2、掌握LabVIEW图形化编程方法，编写直流电机转速控制系统程序。 3、熟悉PID参数对系统性能的影响，通过PID参数调整掌握PID控制原理。 二、实验设备与器件 计算机、NI ELVIS II多功能虚拟仪器综合实验平台、LabVIEW软件、万用表、12V直流电
机、光电管，电阻、导线。 三、实验原理 直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：通过调节直流电机的输入电压大小调节电机转速；利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲、采样脉冲信号，获取脉冲周期。将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲频率换算为电机转速；比较电机的测量转速与设定转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID控制器输出控制电压，通可变电源输出作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。 四、实验过程 （1）在实验板上搭建出电机转速光电检测电路 将光电管、直流电机安装在实验板上的合适位置，使得直流电机的圆片恰好在光电管之中，用导线将光电管与相应阻值的电阻相连，并将电路与相应的接口相连，连接好的电路图如下。 （2）编写程序，实现PID控制 SP为期望转速输出，是用户通过转盘输入期望的转速；PV为实际测量得到的电机转速，通过光电开关测量马达转速可以得到；MV为PID输出控制电压，将其接到“模拟DBL”模块，实现控制电源产生所需的直流电机控制电压。通过不断地检测马达转速与期望值对比产生偏差，通过PID控制器产生控制信号，实现对直流电机转速的控制。 编写的程序如下图所示
五、调试过程及结果 PID参数调整如下时，系统出现了振荡现象，导致了系统的不稳定。 于是将参数kc调小，调整后的参数如下：