直流电动机
正反转控制系统项目设计
学校：天津农学院
院（系）：机电工程系
专业：测控技术与仪器
班级： 2011级升本班
学生：郑智勋(31)
学号： 1106062131
指导教师：单慧勇
摘要
当今,自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展,而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用.长期以来,直流电动机因其转速调节及正反转控制比较灵活,方法简单,易于大范围平滑调速,控制性能好等特点,一直在传动领域占有统治地位.它广泛应用于数控机床,工业机器人等工厂自动化设备中.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
关键字：直流电动机、正反转控制
Abstract
Nowadays,automatic control systems have been widely used and developed in every aspect of life. As the artery in the area of electric drive systems, DC drivers become more and more important modern production. For a long time, DC motor has possessed the main role in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth timing in a wide range,besides,its control performance is excellent. DC motor is widely used on the automatic equipments ,such as CNC and industrial robot. As the scale of production becomes larger and larger the demand and requirements become higher and higher,so the research on improving the DC controlling system behavior has important sense. This paper system of DC motor multiple speeds based on STCMCU is designed,as its necessary test equipment. It finished the total project design of system and model selection. The hardware and software designof the system according to the preceding solutions are discussed detailed
项目设计思路及要求：
本项目的设计思路及要求是通过ATmega16单片机来控制L298芯片工作，L298电机驱动芯片来控制直流电动机的正反转与停止。PD口的PD1、PD4、PD7三个接三个控制电机动作的按键，分别为正转、反转和停止。PB口的PB0、PB1、PB2三个位来控制L298电机驱动芯片的IN1、IN2、ENA三个控制口，用高低电平来控制电动机的工作。
项目设计使用芯片介绍：
Atmega16单片机介绍：
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有
计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，具
一个SPI 串行端口，
择的省电模式。工作于空闲模式时CPU 停止工作，而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声； Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具
Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。
Flash存储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW 操作。通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决
方案。ATmega16 具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言程序调试器/ 软件仿真器、仿真器及评估板。
ATmega16引脚功能
VCC 电源正
GND 电源地
端口A(PA7..PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，
A
端口B(PB7..PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于
高阻状态。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能.
端口C(PC7..PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于
高阻状态。如果 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能.
端口D(PD7..PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 D 处于高阻状态。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能.
RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。
XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2 反向振荡放大器的输出端。
AVCC AVCC是端口A与ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。
AREF A/D 的模拟基准输入引脚。
直流电机的控制，可以采用芯片 L298（高压、大电流双桥驱动器）
其控制逻辑如下:
（Ｈ为输出高电平“１”、Ｌ为输出低电平“０”、Ｘ为输出高低任意一种电平“０或１”）
机的正转，将ENA连的管脚写1，将IN1 和 IN2连的管脚写0，即可实现。
直流电动机正反转控制电气图
控制系统流程图
电路系统接线图：
项目设计中所遇到的问题：
在此项目中，运用的是直流电动机进行正反转控制，由于直流电动机工作时具有惯性，因此当电机由正转切换到反转时，电机会降低转速到停止，再进行反转，（由反转切换到正转是现象相同），当需要停止时，按下停止键，电机会降低转速再停止。
Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真图及系统控制程序见电子版
参考文献
工厂电气控制技术（第二版）张运波刘淑荣高等教育出版社２００４．１１（２００９重印）
电机及拖动（第三版）许晓峰高等教育出版社２００７。１２（２００８重印）
电动机的单片机控制（第三版）王晓明北京航空航天大学出版社２０１１．３AVR单片机原理及应用李晓锋北京理工大学出版社
用单片机来控制直流电动机的正反转、加减速的程序如何写啊 用L293D芯片, EN12\IN1\IN2直接连接单片机(任意) EN12 连接单片机,IO口设为高 IN1\ IN2连接单片机IO口设为高\低时,直流电机正转,为低\高时反转 评论|10 2011-08-04 18:14digogog|三级 最简单的就是一个51 ，用一个p0的两个口来控制（P0^0和P0^1），四个端口 A、B、C、D．分为2组AB CD一组分开接电源正极，一组分开接电源 副极。两组的另外一段分别接电机的正极和副极，然后通过P＾0和P＾1给信号正转Y=AB /C/D 反转Y=/a/b CD 评论|00 2011-08-04 19:45wangshaoshay|八级 正负极反接就成了反转 单片机不能直接驱动电机，因为它电流输出太小，所以要通过H桥或者ULN2003等来驱动 评论|00 2011-08-09 23:24zhangdaicong|来自手机知道|六级 单片机不能直接驱动电机的，建议使用H桥或L298，新手使用L298吧，比较方便。如需交流请到机械创新论坛找我。 评论|00 2011-10-28 15:20热心网友 正反转就是电流流向改变就可以.加减速度主要是电动机电压大小控制就可以了. 具体的要有硬件才可以实现的. 评论|00 2011-10-28 15:27生活如歌_|十五级 参考这个程序，通过PWM调整占空比来调整转速 #include
课程设计报告 题目步进电机正反转及调速 控制系统的设计 课程名称微机原理及应用 院部名称机电工程学院 专业电气工程及其自动化班级10电气1班 学生姓名管志成 学号1004103027 课程设计地点C304 课程设计学时20 指导教师李国利 金陵科技学院教务处制
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，具有快速启动能力,定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。 本设计基于Proteus 7.8设计环境，运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、74244芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、按钮、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速，不同的按钮对应不同的速度，并且在没有速度按钮按下的时候，步进电机自动切换到停止状态。 关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统
一、概述 1.1 课程设计的目的 (4) 1.2课程设计的要求 (4) 二、总体设计方案及说明 2.1 系统总体设计方案 (5) 2.2系统工作框图 (5) 三、系统硬件电路设计 3.1 Intel 8086 微处理器的简介 (6) 3.2 步进电机的原理 (7) 3.3 ULN2003A的简介 (8) 3.4 74154芯片简介 (9) 3.5 74LS273芯片简介 (10) 3.6 8086最小系统的设计 (11) 3.7 步进电机及其驱动电路的设计 (12) 3.8 电机状态显示电路的设计 (12) 3.9 输入采样电路的设计 (13) 3.10系统总电路图 (14) 四、系统软件部分设计 4.1 系统流程图 (15) 4.2 系统软件源程序 (16) 4.2.1电机绕组通电顺序设定 (16) 4.2.2 延时子程序设计 (16) 4.2.3 汇编源程序及说明 (16) 五、总结 5.1 系统软硬件的联合调试 (21) 5.2 问题分析和解决方案 (23) 5.3 心得与体会 (23) 六、参考文献 (23) 附录：总电路图 (25)
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
PLC课程设计----电机正反转启动目录 第一章绪 论 ..................................................................... .................................... 2 1.1 设计背景与意 义 ..................................................................... .................... 3 1.2 PLC在电动机正反转控制中的应用概 况 ...................................................... 3 1.3 设计要求与任 务 ..................................................................... .................... 4 第二章控制系统设 计 ..................................................................... ...................... 5 2.1 确定方 案 ..................................................................... ............................... 5 2.2硬件设 计 ..................................................................... ................................ 7 2.3程序设 计 ..................................................................... ...............................11 第三章系统调 试 ..................................................................... .......................... 15 第四章总 结 ..................................................................... .................................. 16 参考文
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
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
直流电动机正反转Proteus仿真设计 引言 随着人民生活水平的提高，产品质量、性能、自动化程度等已经是人们选择产品的主要因素。其中，直流电动机正反转自动控制在生活中起了很大的作用，比如洗衣机的工作、遥控汽车的操作、DVD的应用等等，它在实际生活中给人们需求上提供了很大的方便与乐趣。不只是生活，它还在工业、农业、交通运输等各方面得到了广泛的应用，实现电动机正反转的控制是很多产品设计的核心问题。直流电动机显示出交流电动机不能比拟的良好启动性能和调速性能，比较广泛应用于速度调节要求过高，正反转频繁或多元同步协调运转的机械生产。因此，学会电动机正反转控制的原理是极其重要的。然而，在本直流电动机正反转仿真设计中，要借助Proteus软件、Keil软件和C语言的辅助进行仿真设计，通过仿真设计，让我们更清楚了解电动机正反转的原理和电路图，增强对直流电动机的认知。 在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。在本设计中，Proteus软件采用了电容、电阻、晶振、电动机、LED、开关、电动机等多种元件进行绘图，并基于80C51和ULN2003A进行电路图设计，充分展示Proteus软件元件库量大，掌握它的基本绘图操作。而对于Keil软件，采取创建工程，创建执行文件，利用C语言编写程序，生成hex文件，为Proteus 仿真提供驱动控制，实现直流电动机正反转的设计。 在本论文设计中，主要介绍直流电动机正反转原理，Proteus软件功能绘图、仿真调试，以及Keil软件功能、程序编写和仿真程序文件生成。让大家更清楚了解Proteus软件、Keil软件、C语言在直流电动机正反转仿真设计的应用。
湖南机电职业技术学院 《汽车单片机应用技术》实训报告 题目汽车直流电动机正反转控制 院系汽车工程系 专业汽车电子1004 学生姓名向杰 指导教师冉成科 完成日期 2012年3月16日
目录 实训要求 (3) 第一章单片机与键盘的接口 (3) 按键的分类 (3) 按键的结构特点 (3) 独立按键结构 (3) 第二章显示器与单片机接口 (4) LED显示及接口 (4) 第三章汽车发动机怠速系统单片机控制技术 (4) (4) 步进电动机控技术 (4) 直流电动机控制技术 (4) 第计四章总体设 (5) 第五章实训心得 (6)
实训要求 1、分析MCS-51单片机的键盘与显示接口技术。 2、熟练编写MCS-51单片机键盘与显示接口程序。 3、正确编写汽车直流电动机的单片机控制程序。 4、完成汽车直流电动机的单片机控制电路。 第一章单片机与键盘的接口 按键的分类 按键按照接口原理可分为非编码键盘与编码键盘两类，这两类键盘主要区别是识别符及给出相应键码的方法。非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别，编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别。 按键按照结构分为两类。一类是无触点开关键；另一类是触点式开关键；前者耐用，后者价低。 按键的结构特点 键盘是由若干独立的键组成，键的按下与释放是通过机械触点的闭和与断开来实现的，因机械触点的弹性作用，在闭和与断开的瞬间均有一个不稳定的过程。这种不稳定的状态称为抖动，抖动时间一般为5到10s。 独立按键结构单片机应用系统中，如果只需要几个功能键，此时可采用独立式按键结构。独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个按键单独占用一根I/O口线，其工作不会影响其他I/O口线的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但是，在按键太多时，I/O口线浪费较大，不宜采用
实用文档 2014年全国中等职业学校工科类专业——“创新杯”教师信息化教学设计和说课大赛 教材《电机与电气控制技术》 课题三相异步电动机正反转控制线路 姓名
教学设计方案 学习领域电机与电气控制技术授课年级13级 授课专业机电一体化专业学生数24人 授课类型理、实一体化教学授课时间160分钟 教学内容第六章第二节三相异步电动机直接起动控制电路 教材高等教育出版社赵承荻姚和芳主编《电机与电气控制技术》 教材分析1、本课程的教学要求是：学生通过本课程的学习，掌握有关的专业理论知识和操作技能， 具备分析解决一般技术问题的能力，达到中级维修电工技术等级标准的要求。 2、三相异步电动机正反转控制线路的学习基础是电动机自锁正转线路，同时它也是为今 后进行机床电路分析及自动化控制设计做好铺垫。该电路中的联锁控制是电动机各种控制线路常用的控制方法，因此这节内容也可以说是学习控制线路的启蒙教学。 教学重点1、电动机正反转控制线路的工作原理。 2、电路设计。 教学难点电路设计。 关键点学生理解联锁控制的原理。 教学目标知识目标： ◆掌握电动机正反转控制电路的工作原理。 能力目标： ◆掌握设计电路的基本方法。 ◆提高学生对控制线路连接的操作技能。 情感目标： ◆培养学生自主学习能力，树立互帮互助的团队合作意识。 学情分析学习基础：已经学习了电动机的正转控制电路。 学习特点：总体表现为说过的没听见，讲过的不知道，只有做过的才理解。性格特点：个性鲜明，富于想象，自控能力差。 学习能力：目标不明确，学法不科学。 教法分析任务驱动法：给定任务，引导、启发学生循序渐进分步完成，培养学生自主学习和思维创新能力。 多媒体辅助教学法：在专业课教学中，利用课件的动态效果，使其趣味化，形象直观的帮助学生更好的理解知识。 分层教学法：在教学中根据学生学习情况，实行分层教学，让不同层次的学生都能感受到成功的喜悦。 启发引导教学法：在教学过程中进行启发性讲授，引导学生进行探究性的学习。 创设情境教学法：创设模拟情境，使学生感受任务的重要性。 学法分析分析归纳：通过对任务的分析，归纳出知识要点。 合作探究：以小组为单位讨论学习，树立团队合作意识。对比观察：通过对比、观察，整合出新的知识内容。
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：
单片机课程设计报告设计题目：步进电机控制系统 学院自动化与信息工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 姓名 学号 指导教师王水鱼 2010 年秋季学期
目录 1.设计目的 (2) 2.设计的主要内容和要求 (2) 3.题目及要求功能分析 (2) 4.设计方案 (5) 4.1 整体方案 (5) 4.2 具体方案 (5) 5．硬件电路的设计 (6) 5.1 硬件线路 (6) 5.2 工作原理 (7) 5.3 操作时序 (8) 6. 软件设计 (8) 6.1 软件结构 (8) 6.2 程序流程 (9) 6.3 源程序清单 (9) 7. 系统仿真 (9) 8. 使用说明 (10) 9. 设计总结 (10) 参考文献 (11) 附录 (12)
步进电机的控制 1.设计目的 （1）熟悉单片机编程原理。 （2）熟练掌握51单片机的控制电路和最小系统。 （3）单片机基本应用系统的设计方法。 2.设计的主要内容和要求 （1）查阅资料，了解步进电机的工作原理。 （2）通过单片机给参数控制电机的转动。 （3）通过按钮控制启停及反转。 （4）其他功能。 3．题目及要求功能分析 步进电机：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其精度高等特点，广泛应用于各种工业控制系统中。 三相单、双六拍步进电机的结构和工作原理： 三相单、双六拍步进电机通电方式：这种方式的通电顺
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 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：
直流电机正反转和加减调速控制的电路板制作 摘要：随着社会的发展与进步，电动机作为日常生产生活中必不可少的工具，在今天已经变得非常重要，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中，都大量使用着各种各样的电动机。据有关资料显示，当今社会人类生产生活中所用到的能源有接近百分之九十来源于电动机。在我国，目前有百分之六十的电能用于电动机。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XS128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，将电动机转速反馈到单片机中。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。 关键词:XS128，LM298，LM2940，直流电机正反转及调速。
Manufacture of DC motor reversing and add and subtract speed control circuit board Abstract:With the development and progress of society, motor as an essential tool in daily life, have become very important in today, both in industrial and agricultural production, transportation, national defense, aerospace, medical and health, business and office equipment, or in daily life of household appliances and consumer electronics products, a large number of motor using a variety of.According to statistics, the use of today's society energy in human production and life have close to ninety percent from motor. In China, there are currently sixty percent of the energy used in motor. Motor and people's life, are inseparable.The age of electricity, motor speed control using simulation method, PID control, simple and the motor control application more. Simple control refers to the motor starting, braking, reverse control and sequence control. This kind of control through a relay, optocoupler, programmable controller and switching elements to achieve. There is a kind of control called complex control, refers to the motor speed, angle, torque, voltage, current, power and other physical quantity control.The motor control system design of MCU based on MC9S12XS12kernel, use LM298 DC motor driver, using the PWM pulse width modulation control motor, and through the coupler tube speed, the microcontroller I/O port timing sampling, the motor speed feedback to the mcu. After the design and debugging, the control system can realize the control of motor speed with less error, system has a display of speed and control the motor starting, stopping and reversing function PC. Has certain practical significance. Keywords:XS128.LM298.LM2940.Manufacture of DC motor reversing and add and subtract speed control.
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。
※※大学 实习（实训）报告 实习（实训）名称：电气控制与PLC应用综合实践学院： 专业、班级： 指导教师： 报告人： 学号： 时间：
实习主要内容： 1．通过两周的课程实习,熟悉三菱FX2N系列PLC的编程软器件，以及编程方法； 2．通过实验程序的练习熟悉硬件连接、具体的程序编写与设计； 3．要能设计一些简单的工程实际控制电路； 4. 培养一定的工程思维，能分析一些简单的实际控制程序，并要能分析其控制的原 理，熟悉其是实现的具体功能。 主要收获体会与存在的问题： 在两周的课程实习中，我了解了三菱FX2N型PLC的内部结构，及对其内部的软器件的简单使用，对PLC的工作原理也更加熟悉；通过具体实验程序的练习，对于程序编写方法，例如经验设计法、顺序控制法等，都更加熟悉，并运用这些方法编写一些简单的具体程序。对于PLC在工程实际中的应用范围也有了很深的了解。另外再次熟悉了Microsoft Visio 2003对基本功能图的制作，了解了GX Developer 的基本操作。 有付出就有收获，在收获的同时我发现自己对本课程的掌握还不够透彻，对较复杂的控制图形不能很好地、迅速的画出梯形图。对Auto CAD的操作不熟练，对本实训所用到的编程软件不熟悉。 指导教师意见： 指导教师签字： 年月日
备注 课程设计任务书 一、设计题目：自动送料装车控制系统 二、系统的工艺（工作）过程 用PLC进行顺序控制十分方便，它可以采用多种编程方法，除了用基本逻辑指令和移位指令来编程以外，还可以用专用的顺序控制指令来编程。 按下系统启动按钮，红灯L1灭，绿灯L2亮，表示允许汽车开进装料，料斗K2，电机M1，M2，M3皆为旋转，当汽车到来时，如料斗中料不满（S1为打开），5s后K1开启进料；当料满（S1关闭）时，中止出料。当汽车开到装车位置（SQ 为关断），红灯L1亮，绿灯L2灭，同时M3运行经2S后M2启动，再经2S秒后，M1启动，M1接通2S后K2打开出料，当料满后（用SQ2断开表示），料斗K2关闭，电机M1延时2秒后关断M1停2S后M2停止。同时红灯L1灭，绿灯L2亮，按下停止按钮BS2，整个系统停止运行。 三、设计要求： 自动送料装车控制系统由三级传动送带、料斗、料位检测与送料、车位和吨位检测等环节组成 1.初始状态 按下系统启动按钮，红灯L1灭，绿灯L2亮，表示允许汽车开进装料，料斗K2，电机M1、M2、M3皆为OFF。 2.装车控制 （1）送料如料斗中料不满（S1为打开），5s后K1开启送料；当料满（S1关闭）时，中止装料。 （2）装车当汽车开到装车位置（SQ1为关断），红灯L1亮，绿灯L2灭，同时M3运行，经2S后M2启动，再经2S后M1启动，M1接通2S后K2打开出料，当料满后（用SQ2断开表示），料斗K2关闭，电机M1延时2S后关断，M1停2S 后M2停止，同时红灯L1灭，绿灯L2亮。 3.停机控制 按下停止按钮SB2，整个系统停止运行。 四、设计任务 1.熟悉被控对象，制定控制方案，分析被控对象的工艺过程及工作特点。 2.选择PLC的机型，选择是主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。 3.根据所选的PLC的型号列出输入输出设备与PLC输入输出端子的对照表，绘制PLC外部I/O接线图。 4.根据生产工艺要求，设计出顺序功能图。 5.根据PLC顺序功能图，画出梯形图。 6.按梯形图写出它的编程序。 7.设计说明书。 五、设计时间：2013年6月日——2013年7月日 指导老师：
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，
目录 1.概述 (2) (1).三相异步电动机 (2) (2).三相异步电动机的构造 (2) (3).三相异步电动机的工作原理 (4) (4).三相异步电机的启动方法 (9) 2.三相异步电动机正反转控制电路设计 (15) （1）.设计目的 (15) （2）.设计原理 (15) （3）.设计内容及要求 (15) （4）.设计步骤 (16) 1）.器材选取 (16) 2）.三相异步电动机正反转联锁控制电路的设计 (17) 3）.带信号灯及过载保护的三相异步电动机联锁正反转控制电 路的设计 (18) 3.总结及心得体会 (19)
4.主要参考文献 (21) 1.概述 (1).三相异步电动机 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。 在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。 对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和方法；（5）应用场合和如何正确使用。 (2)．三相异步电动机的构造 三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图1-1所示。
图 1-1 三相电动机的结构示意图1）．定子 三相异步电动机的定子由三部分组成： 定子定子铁心 由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠 成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作 用是嵌放定子三相绕组AX、BY、CZ。 定子绕组 三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子 铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接 成星形或三角形。 机座 机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁 心和绕组 2）．转子 三相异步电动机的转子由三部分组成： 转子转子铁心 由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠 成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作 用是嵌放转子三相绕组。 转子绕组转子绕组有两种形式：