课程设计
目录
1 概述
1.1 设计思路 (1)
1.2 直流电动机PWM调速原理 (1)
1.3 总体设计原理图 (2)
2 直流电机的选择与电路设计
2.1 直流电机的选择 (3)
2.1.1 直流电机类型 (3)
2.1.2 直流电机结构 (3)
2.1.3 直流电机工作理 (4)
2.1.4 直流电机主要技术参数 (4)
2.2 直流电机的电路设计 (9)
2.2.1 延时保护电路 (9)
2.2.2 主电路 (10)
2.2.3 输出电压波形 (10)
3 单片机和输入
3.1 单片机的选择 (11)
3.2 输入 (11)
4 速度检测装置的选择
4.1 增量式光电编码盘的结构和工作原理 (15)
4.2 编码盘的方向辨别 (15)
4.3 光电编码盘与单片机的接口 (15)
4.4信号处理电路
5 显示装置
5.1数码管工作原理
5.2静态显示方式及其典型应用电路
6 直流电机PWM控制系统的实现
6.1 总电路图 (15)
7 直流电机控制程序
8 结束语
参考文献资料 (26)
1 系统论述
1.1 设计思路
直流电机PWM控制系统的主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成; LED数码显示部分由七段数码显示管组成。直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。1.2 基本原理
直流电动机电枢的PWM调压调速原理
直流电动机转速n 的表达式为式（3-1）： Φ
-=
K IR
U n (3-1)
式中 U ——电枢端电压；
I ——电枢电流； R ——电枢电路总电阻；
Φ——每极磁通量； K ——电动机结构参数。 本设计采用电枢控制方法。
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，对半导体功率器件的使用可分为两种方式：线形放大驱动方式和开关驱动方式。实际生活中，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功率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。
脉宽调制即PWM 控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，即通过对一系列的脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需波形。图2-2是利用开关管对直流电动机进行PWM 调速控制原理图和输入输出电压波形。在图2-2(a)中，当开关管MOSFET 的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压Us 。1t 秒后，栅极变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。2t 秒后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应者输入 的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图2-2(b)所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值0U 为式（3-2）：
S
S S U U T
t t t U t U α==++=
1
21100
（3-2）
式中 α——占空比，T
t 1
=
α。
图3-2 PWM 调速控制原理和电压波形图
Fig.3-2PWM speed control principle and the voltage waveform
占空比α表示了在一个周期T 里，开关管导通的时间与周期的比值。α的变化范围为10≤≤α。可知，当电源电压S U 不变的情况下，电枢的端电压的平均值0U 取决于占空比α的大小，改变α的值就可以改变电枢两端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM 调速原理。
在PWM 调速时，占空比 是一个重要的参数，以下三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1t 不变，只改变2t ，这样使周期T(或频率)也随之改变。
（2）调宽调频法
这种方法是保持2t 不变，而改变1t ，这样使周期T(或频率)也随之改变。
（3）定频调宽法(选用此方法)
这种方法是使周期T(或频率)保持不变，而同时改变1t 和2t 。 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，因此这两种方法很少用。目前，在直流电动机控制中，主要使用定频调宽法。
PWM 控制信号产生的方法有4中。
(1)分立电子元件组成的PWM 信号电路。它是最早期的方法，现在已被淘汰了。
(2) 软件模拟法
利用单片机的一个I/O 引脚，通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM 波输出。这种方法要占用CPU 大量时间，使单片机无法进行其它工作，因此也逐渐被淘汰。
(3)专用PWM 集成电路
从PWM 控制技术出现之日起，就有芯片制造商生产专用的PWM
集成电路芯片，现在市场上已有许多中。这些芯片除了有PWM 信号发生功能外，还有“死区”调节功能、保护功能等。在单片机控制直流电
动机中，使用专用的PWM集成电路可以减轻单片机的负担，工作可靠。
(4)单片机的PWM
新一代单片机增加了许多功能，其中包括PWM功能。单片机通过初始化设置，使其能自动地发出PWM脉冲波，只有在改变占空比是CPU才进行干预。
根据直流电动机的转矩（电流）与转速的关系，可以做一个图来表示电动机运行状态，如图3-3所示。从图中可以看出，第一象限是电动机正转运行状态；第三象限是电动机反转运行状态；第二和第四象限分别是电动机反转和正转时再生制动运行状态。电动机能在几个象限沙锅内工作与控制方式和电路结构有关。如果电动机在4个象限上都能运行，说明电动机的控制功能比较强。
图3-3 电动机4个运行象限
Fig.3-3 Motor 4 Quadrant Operation
1.3 总体设计原理图
第二章直流电机单元电路设计与分析
2.1 直流电机驱动模块
主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块（内含CMOSS 管、三太门等）组成。现在介绍下直流电机的运行原理
2.1.1 直流电机类型
直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。
2.1.2 直流电机结构
直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2.1所示。
图2.1 直流电动机结构 2.1.3 直流电机工作原理
直流电机电路模型如图2.2所示，磁极N 、S 间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd 。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改
变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
图2.2 直流电动机电路模型
+A
B
-a
b
c
d
N
S
图1.1 直流电机工作
2.1.4 直流电机主要技术参数
直流电机的主要额定值有：
额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。
额定电压Ue：长期运行的最高电压。
额定电流Ie：长期运行的最大电流。
额定转速n：单位时间内的电机转动快慢。以r/min为单位。
励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。
2.2 直流电机的电路设计
2.2.1 延时保护电路
利用IR2110芯片的完善设计可以实现延时保护电路。
IR2110使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证了加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率MOS器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔，因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率MOS器件同时导通而发生直流电源直通路的危险。
2.2.2 主电路
从上面的原理可以看出，产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必须导通，才能够给自举电容提供充电的通路。因此在这个电路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持续、不间断的导通的。我们可以采取双PWM信号来控制直流电机的正转以及它的速度。
将IC1的HIN端与IC2的LIN端相连，而把IC1的LIN端与IC2的HIN端相连，这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。
在HIN为高电平期间，Q1、Q4导通，在直流电机上加正向的工作电压。其具体的操作步骤如下：
当IC1的LO为低电平而HO为高电平的时候，Q2截止，C1上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q1的栅极上，从而使得Q1导通。同理，此时IC2的HO为低电平而LO为高电平，Q3截止，C3上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q4的栅极上，从而使得Q4导通。
电源经Q1至电动机的正极经过整个直流电机后再通过Q4到达零电位，完成整个的回路。此时直流电机正转。
在HIN为低电平期间，LIN端输入高电平，Q2、Q3导通，在直流电机上加反向工作电压。其具体的操作步骤如下：
当IC1的LO为高电平而HO为低电平的时候，Q2导通且Q1截止。此时Q2的漏极近乎于零电平，Vcc通过D1向C1充电，为Q1的又一次导通作准备。同理可知，IC2的HO为高电平而LO为低电平，Q3导通且Q4截止，Q3的漏极近乎于零电平，此时Vcc通过D2向C3充电，为Q4的又一次导通作准备。
电源经Q3至电动机的负极经过整个直流电机后再通过Q2到达零电位，完成整个的回路。此时，直流电机反转。
因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。
设PWM波的周期为T，HIN为高电平的时间为t1，这里忽略死区时间，那么LIN为高电平的时间就为T-t1。HIN信号的占空比为D=t1/T。设电源电压为V，那么电枢电压的平均值为：
V out= [ t1 - ( T - t1 ) ] V / T
= ( 2 t1 – T ) V / T
= ( 2D – 1 )V
定义负载电压系数为λ，λ= V out / V，那么λ= 2D – 1 ；当T为常数时，改变HIN为高电平的时间t1，也就改变了占空比D，从而达到了改变V out的目的。D在0—1之间变化，因此λ在±1之间变化。如果我们联系改变λ，那么便可以实现电机正向的无级调速。
当λ=0.5时，V out=0，此时电机的转速为0；
当0.5<λ<1时，V out为正，电机正转；
当λ=1时，V out=V，电机正转全速运行。
图2-13 系统主电路
2.2.3 输出电压波形
系统电路经过单片机控制的PWM信号产生电路送来的PWM信号，经过功率放大电路，形成输出电压的波形图如下图如示：
图2-14 输出电压波形
3 单片机和输入
3.1 单片机的选择
本系统以8051单片机为核心，通过单片机控制实现对直流电机的平滑调速。但是由于8051只有两个定时器T0和T1不足以完成要求，故外接一个8253以满足对定时器的要求。
8051单片机引脚图
8253单片机引脚图与之类似。晶振频率fosc=12MHz。
3.2 输入
输入采用键盘的编码输入：
对于独立式按键键盘，因按键数量少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号惟一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。如图9-15中的8号键，它位于第2行，第0列，因此，其键盘编码应为20H。采用上述编码对于不同行的键离散性较大，不利于散转指令对按键进行处理。因此，可采用依次排列键号的方式对按排进行编码。以图7.5中的4×4键盘为例，可将键号编码为：01H、02H、03H、…、0EH、0FH、10H等16个键号。编码相互转
换可通过计算或查表的方法实现。
图2-2 8051矩阵式键盘结构2
4 测速检测装置的选择
对转速的测量可以用直流测速发电机和光电编码盘角度检测传感器等。由于直流测速发电机是一种模拟测速装置，因而基于本设计的特点，这里采用数字式的光电编码盘角度检测传感器，来对电动机进行测速。
光电编码盘角度检测传感器是一种常用转速检测传感器它是编码式数字传感器，它将测得的角位移转换为脉冲形式的数字信号输出。光电编码盘角度检测传感器可分为两种：绝对式光电编码盘角度检测传感器和增量式光电编码盘角度检测传感器。本设计使用增量式光电编码盘角度检测传感器。
4.1 增量式光电编码盘的结构和工作原理
增量式光电编码盘是在一个码盘上只开出三条码道，由内向外分别为A、B、C，如图4-6(a)所示。在A、B码道的码盘上，等距离地开有透光的缝隙，两条码道上相邻的缝隙相互错开半个缝宽其展开图如4-6(b))所示。第三条码道C只开出一个缝隙，用来表示码盘的零位。在码盘的两侧分别安装光源和光敏元件，当码盘转动时，光源经过透光和不透光区域，相应地，每条码道将有一系列脉冲从光敏元件输出。码道上有多少条缝隙，就会有多少个脉冲输出。将这些脉冲整形后，输出的脉冲信号如图4-6(c)所示。
图4-6增量式光电编码盘的结构和工作原理
Fig. 4-6 Structure and operation principle of the increment type photoelectric code
plate
例如，国产SZGH-01型（选用该型号的装置）增量式光电编码盘采用封闭式结构，内装发光二极管（光源）、光电接收器和编码盘，通过联轴节与被测轴连接，将角位移转换成A、B两路脉冲信号，供可逆计数器记数，同时还输出一路零位脉冲信号作为零位标记。它每圈能输出600个A相或B相脉冲和一个零位脉冲，A、B相脉冲信号
的相位相差900。
4.2 编码盘的方向辨别
编码盘方向的辨别可以采用如图4-7所示的电路，下面介绍该电路的辨向原理。
经放大整形后的A、B两相脉冲分别输入到D触发器的D端和CP端，如图4-7(a)所示，因此，D触发器的CP端在A脉冲的上升沿触发，由于A、B脉冲相位相差900，当正转时B脉冲超前A脉冲900，触发器总是在B脉冲处于高电平时触发，如图4-7(a)所示，这时Q=1，表示正转；当反转时，A脉冲超前B脉冲900，触发器总是在B处于低电平时触发，这时Q=0，表示反转。
A、B脉冲的另一路经与门后，输出记数脉冲。这样用Q或Q控制可逆计数器是加计数还是减计数，就可以使可逆计数器对记数脉冲进行记数。
C相脉冲接到计数器的复位端，实现每转动一圈复位一次计数器。这样无论是正转还是反转，记数值每次反映的都是相对于上一角度的增量，形成增量编码。
图4-7编码盘方向辨别电路
Fig.4-7 direction distinguishing the circuit in the photoelectric code plate
4.3 光电编码盘与单片机的接口
用单片机对增量式光电编码盘进行接口时，可通过编码盘辨别方向电路直接与单片机的I/O口连接。如图(4-8)因为增量式光电编码盘将角位移转换成的两路脉冲信号是数字信号，可直接作为触发器D的输入信号，触发器的输出信号也是数字信号，也可直接接到单片机的I/O口。其中把光码盘输出的A、B两路脉冲信号经一与门，得到记数脉冲，送到单片机的I/O口，即作为所测量的电动机转速的信号；取D触发器的输出端Q和Q接到单片机I/O口，控制可逆记数器是加记数还是减记数，这样就可以判别电动机的转向。
4.4信号处理电路
被测物理量经过传感器变换后，变为电阻、电流、电压、电感等某种电参数的变化值。为了进行信号的分析、处理、显示和记录，须对信号作放大、运算、分析等处理，这就引入了中间变化电路。根据系统需要设计了如图4所示的
中间变换电路。
5 显示装置
5.1数码管工作原理
共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
中国计量学院 课程设计设计报告书 题目：PWM控制的直流电 动机调速系统设计 二级学院现代科技学院 专业电气工程及自动化 班级电气062 姓名***** 学号********** 同组同学姓名****** ******* 同组同学学*********** ********* 2009年12月23日
设计题目：PWM控制的直流电动机调速系统设计 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、设计要求及组内分工 2.1设计要求 （1）根据电机与拖动实验室提供的直流电动机，设计基于PWM的电动机 调速方案。 （2）选用合适的功率器件，设计电动机的驱动电路。 （3）设计PWM波形发生电路，使能通过按键对电机转速进行调节，要求至少有两个速度控制按键，其中一个为加速键（每按一次，使电机转速增 加）；另一个为减速键，功能与加速键相反。 （4）撰写课程设计报告。 2.2组内分工 （1）负责直流电动机调速控制硬件设计及电路焊接：主要由胡佳春和叶秋 平完成
摘要：提出一个基于PWM控制的直流电机控制系统，从硬件电路和软件设计两方面进行系统设计，介绍了调速系统的整体设计思路、硬件电路和控制算法。下位机采用MPC82G516实现硬件PWM的输出，从而控制电机的电枢电压，并显示电机调速结果。上位机采用LABVIEW软件，实现实时跟踪与显示。最后对控制系统进行实验，并对数据进行分析，结果表明该系统调速时间短，稳定性能好，具有较好的控制效果。 随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。电机采用微处理器控制的电压、电流、转矩、转速、转角等，实现全数字直流调速，控制精度、可靠性、稳定性、电机的性能得到提高。目前，PWM 调速成为电机调速的新方式，并凭借开关频率高、低速运行稳定、动态 [1-6][5-6]性能优良、效率高等优点，在电机调速中被普遍运用。但很多文献提到的 PWM 信号，多采用软件 PWM调速，即通过单片机的中断实现，缺点是占系统资源，易受系统中断影响和干扰，造成系统不稳定。本文将针对这一点，设计一种基于硬件 PWM 控制，调速时间更短的电机调速系统，并具有较好的稳定性能。 一、电机控制系统的整体设计 1.1 系统整体设计原理图 系统整体设计如图1所示，主要原理框图包括：LCD显示、按盘输入、测速模块、PWM调速模块四部分。电路原理图如图2所示： 图 1
图2 1.2 PWM信号 PWM信号的产生采用硬件PWM信号，即不采用中断实现PWM信号，而是利用单片机MPC82G516的PCA模式，PCA设置成PWM模式直接产生PWM信号。频率取决于PCA定时器的时钟源，占空比取决于模块捕获寄存器CCAPNL与扩展的第9位ECAPNL的值。由于使用9位比较，输出占空比可以真正实现0%到100%可调，占空比计算公式为: 占空比=1-{ ECAPnH，[CCAPnH]}/256 在电源电压 Ud 不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比η 的大小。通过改变η 的值可以改变电枢端电压的平均值，从而达到调速的目的。 1.3 测速模块 测速模块采用自带霍尔传感器并具有整形功能的直流电机调速板 J1，该模块能实现电机正反转、测速、调速功能，并自带整形芯片，调试效果较好。通过霍尔传感器把测速脉冲信号送单片机 P3.2，由单片机 P1.0送到测速模块第 5 脚，控制电机正反转。PWM 信号由 P1.2 送到测速模块第 3 脚，实现电机的调速。 1.4 I/O接口电路 输入模块采用 4 个按键 S1、S2、S3、S4，接在单片机 P1.4、P1.5、P1.6、P1.7，分别实现启动、加速、扩展功能、减速功能。电机正反转控制由 P1.0 送到测速模块第 1 脚。输出显示模块采用 LCD1602，是一种内置 8192 个 16*16
PWM ft流脉宽调速系统设计 1 PWM调速系统的主要问题 1.1什么是PWM 脉冲宽度调制（PWM）,是英文“ Pulse Width Modulation ”的缩写，简称脉 宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅 极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变， 这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数 字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点?由于当今科学技术的发展已经没有了 学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM 控制技术发展的主要方向之一。 1.2 PWM的优越性 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关 控制方式，形成了脉宽调制变换器一直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系 统，或直流PWM S速系统。与V-M系统相比，PWM S统在很多方面有较大的优越性：1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 2）开怪频率咼，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 3）低速性能好，稳速精度高，调速围宽，可达 1 : 10000左右。 4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当的时候，开关损耗也不大，因而装置效率较高 6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 由于有上述优点，直流PWM S速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容量 的高动态性能系统中，已经完全取代了V-M系统。 1.3 PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压
基于PWM勺电机调速系统 实验目的： 1. 学会并掌握可keil软件的使用； 2. 学会并掌握protues软件的使用； 3. 通过实验巩固单片机相关知识和检验自身动手能力 实验要求： 掌握单片机相关知识，利用调PWm空比的方式来控制直流电机的转速，并且在led 数码管上显示转速。 实验设备和仪器： 单片机最小系统 2. 直流电机 3. 示波器 实验内容： 本次实验设计是由小组五个成员共同完成基于PWM勺电机调速系统并完成实物搭建和撰写实验报告。本次实验小组共提供了两个方案，方案一和方案二，两个方案各自具有优缺点，详细内容会在下面给出。 方案一实验步骤：
1.利用protues画电路图，电路图如图1所示: 图1:方案一电路图 2.根据电路图编写C语言'代码： 代码如下： #include <> sbit PWM=P2A7; sbit CS3=P2A3; sbit CS2=P2A2; sbit CS1=P2A1； sbit CS0=P2A0； sbit key1=P1A。； sbit key2=P1A1； sbit key3=P1A2; sbit key4=P1A3; unsigned char timer1; unsigned char tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
void Time1Config(); void main(void) ( Time1Config(); while(1) ( if(timer1>100) 验仿真，部分仿真结果如图2图3所示： 图2:仿真结果图(1) 图3:仿真结果图(2) 4. 实物验证结果如图4所示： 图4:方案一实物验证结果 实物验证可以明显感觉到电机转速的变化，由于每个开发板不同，相比仿真程序，对实物验证程序进行了略微的修改，最终能达到要求。
说明PWM调速系统的工作原理
说明PWM调速系统的工作原理 脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)
需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM 控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作： * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将
直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 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，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。 微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。 论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速
目录 前言 (1) 第1章直流PWM-M调速系统 (2) 第2章UPE环节的电路波形分析 (4) 第3章电流调节器的设计 (6) 3.1 电流环结构框图的化简 (6) 3.2 电流调节器参数计算 (7) 3.3 参数校验 (8) 3.3.1 检查对电源电压的抗扰性能： (8) 3.3.2 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 (9) 3.3.3 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 (9) 3.3.4 电流环小时间常数近似处理条件 (9) 3.4 计算调节器电阻和电容 (9) 第4章转速调节器的设计 (11) 4.1 电流环的等效闭环传递函数 (11) 4.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 (11) 4.3 转速调节器的参数的计算 (14) 4.4 参数校验 (14) 4.4.1 电流环传递函数化简条件 (15) 4.4.2 转速环小时间常数近似处理条件 (15) 4.5 计算调节器电阻和电容 (15) 4.6 调速范围静差率的计算 (16) 第5章系统仿真 (17) 5.1 仿真软件Simulink介绍 (17) 5.2 Simulink仿真步骤 (17) 5.3 双闭环仿真模型 (17) 5.4 双闭环系统仿真波形图 (18) 结论 (19) 参考文献 (20)
直流电机PWM调速控制系统
摘要：为了验证控制策略和电机参数设计的合理性，基于matlab/simulink平台，从无刷直流电机的基本原理出发，详细介绍电机各个模块的组成，构建了无刷直流电机pwm调速控制系统的建模与仿真模型，给出仿真曲线并验证该模型的正确性。 关键词：无刷直流电机模型仿真 1、引言 随着无刷直流电机（bldcm）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。本文主要研究反电势近似梯形波的永磁无刷直流电机模型的建立与仿真，根据电机的参数和实际运行状况，通过matlab软件的simulink和psb 模块，快捷地创建一些电机控制系统模型，并与simulink结合，实现电机控制算法的仿真。文章介绍了如何创建无刷直流电动机的动态数学模型和pwm调速控制系统模型，并利用该模型，进行了pwm 调速控制系统的仿真试验。 2、无刷直流电机的数学模型 以两相导通三相六状态的无刷直流电机为例。方波无刷直流电动机的主要特征是反电动势为梯形波，包含有较多的高次谐波，这意味着定子和转子的互感是非正弦的，并且无刷直流电动机的电感为非线性[1]。采用直、交变换理论己经不是有效的分析方法，因此应该利用电机本身的相变量来建立数学模型。为简化数学模型的建立，在电动机模型建立时，认为电动机气隙是均匀的。并作以下假设[2]：
(1)电动机的气隙磁感应强度在空间呈梯形(近似为方波分布)； (2)定子齿槽的影响忽略不计； (3)电枢反应对气隙磁通的影响忽略不计； (4)忽略电动机中的磁滞和涡流损耗； (5)三相绕组完全对称。 无刷直流电动机在运行过程中，每相绕组通过的不是持续不变的电流，该电流和转子作用产生的转矩，以及绕组上的感应电动势也都不是持续的。因此转矩和反电动势都采用平均值的概念。由以上假设，根据无刷直流电动机的特性，可建立其电压方程、转矩方程、状态方程以及等效电路结构。 对于三相无刷直流电机，其电压平衡方程可表示为[3] 式中：为定子相绕组电压（v）；为定子相绕组电流（a）；为定子相绕组反电动势（v）；r为每相绕组的电阻（）； l为每相绕组的电感（h）；m 为每相绕组间的互感（h）。 在通电期间，无刷直流电机的带电导体处于相同的磁场下，各相绕组的反电动势为理想梯形波，其幅值为 式中：为反电动势系数；为转子的机械角速度。 无刷直流电动机的电磁转矩方程为： 式中：为电磁转矩；转子的机械角速度。 无刷直流电动机的运动方程为：（4） 式中：为负载转矩；f为粘滞阻尼系数；j为转子与负载的转动惯量。
目录 前言 (1) 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、直流调速系统整体设计 (2) 四、系统参数选取 (7) 五、各部分设计 (8) 六、双闭环系统设计 (14) 七、系统仿真 (17) 八、设计总结 (18) 参考文献 (19)
前言 由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展，脉宽调制（PWM）调速技术已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包括正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算 三、直流调速系统整体设计 1、直流电机PWM调速控制原理 直流电动机转速公式为： n=(U-IR)/Kφ 其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。 PWM的核心部件是电压-脉宽变换器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。在本次课程设计采用双闭环直流调速系统进行调速控制。 2、双闭环直流调速系统 A.双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电
学号：0 课程设计 直流双环系统（二）的设计及仿真分析题目 （六） 学院自动化学院 专业自动化卓越工程师 班级自动化zy1101 姓名周青 指导教师刘芙蓉
2014 年 7 月 2 日 课程设计任务书 学生姓名： 周青 专业班级： 自动化zy1101 指导教师： 刘芙蓉 工作单位： 自动化学院 题 目: 直流双环系统（二）的设计及仿真分析（六） 初始条件： 有一转速、电流双闭环控制的H 形双极式PWM 直流调速系统，电动机参数为： 200,48, 3.7,200/min N N N N P W U V I A n r ====，电枢电阻 6.5a R =Ω，电枢回路总电阻 8R =Ω，允许电流过载倍数2λ=，电势系数0.12min/e C V r =?，电磁时间常数 0.015l T s =，机电时间常数0.2m T s =，电流反馈滤波时间常数0.001oi T s =，转速 反馈滤波时间常数0.005on T s =，调节器输入输出电压** 10nm im cm U U U V ===，调节器输入电阻040R k =Ω，电力晶体管的开关频率1f kHz =，PWM 环节的放大倍数 4.8s K =。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 试对该系统进行动态参数设计。设计指标：稳态无静差，电流超调量 5%i σ≤；空载起动到额定转速时的转速超调量20%n σ≤，过渡过程时间 0.1s t s ≤。画出系统结构框图并计算： (1) 电流反馈系数β和转速反馈系数α； (2) 设计电流调节器，计算电阻和电容的数值（取040R k =Ω）； (3) 设计转速调节器，计算电阻和电容的数值（取040R k =Ω）；
设计报告书 4.1.3、采用PWM 控制的调速方法 图1为PWM 降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图1a 中，假定晶体 管V 1先导通T 1，秒(忽略V 1的管压降，这期间电源电压Ud 全部加到电枢上)，然后关断T 2秒(这期间电枢端电压为零)。如此反复，则电枢端电压波形如图1b 中所示。电动机电枢端电压Ua 为其平均值。
图1 PWM 降压斩波器原理电路及输出电压波形 a) 原理图 b)输出电压波形 1112a d d d T T U U U U T T T α= ==+ (3) 式(3)中 1112T T T T T α= =+ （4） α为一个周期T 中，晶体管V1导通时间的比率，称为负载率或占空比。使用下面三种方法中的任何一种，都可以改变α的值，从而达到调压的目的： (1)定宽调频法：T1保持一定，使T2在0～∞范围内变化； (2)调宽调频法：T2保持一定，使T1在0～∞范围内变化 (3)定频调宽法：T1+T2=T 保持一定，使T ，在0～T 范围内变化。 不管哪种方法，α的变化范围均为0≤α≤l ，因而电枢电压平均值Ua 的调节范围为0～Ud ，均为正值，即电动机只能在某一方向调速，称为不可逆调速。当需要电动机在正、反向两个方向调速运转，即可逆调速时，就要使用图1—2a 所示的桥式(或称H 型)降压斩波电路。 在图2a 中，晶体管V 1、V 4是同时导通同时关断的，V 2、V 3也是同时导通同时关断的，但V 1与V 2、V 3与V 4都不允许同时导通，否则电源Ud 直通短路。设V 1、V 4先同时导通T1秒后同时关断，间隔一定时间(为避免电源直通短路。该间隔时间称为死区时问)之后，再使V 2、V 3同时导通T2秒后同时关断，如此反复，则电动机电枢端电压波形如图2b 所示。 图2 桥式PWM 降压斩波器原理电路及输出电压波形 a)原理图 b)输出电压波形 电动机电枢端电压的平均值为 12112(21)(21)a d d d T T T U U U U T T T α-= =-=-+ (4) 由于0≤α≤1，Ua 值的范围是 -Ud ～+Ud ，因而电动机可以在正、反两个
摘要 本论文主要介绍了PWM波直流调速系统的设计过程,介绍了直流伺服系统的发展及趋势。本调速系统是包括硬件和软件部分，由转速调节器和电流调节器构成双闭环调速系统。基于8031单片机的控制，使电路简单可靠。 关键词 PWM 单片机集成芯片
PWM D.C.Speed Regulation System Abstract The thesis mostly introduce know clearly PWM D.C. speed regulation system’s design process. The thesis incorporation actuality introduce know D.C. Servo System’s develop and trend. The contents includes hardware parts and software parts. The speed regulation system adoption 8031 Microprocessor.It makes system simple and dependable. Keywords PWM microprocessor integrated chip
目录 摘要 (1) 第一章绪论 (4) 1.1国外发展概况 (4) 1.2国内发展概况 (4) 第二章方案论证 (6) 2.1技术指标 (6) 2.2方案论证 (6) 第三章系统设计 (7) 3.1系统框图 (7) 3.2 PWM技术原理 (7) 3.3 硬件设计 (7) 3.3.1 硬件组成 (8) 3.3.2 最小应用系统 (8) 3.3.3 脉冲发生电路 (17) 3.3.4 功率放大电路 (19) 3.3.5 测速电路 (21) 本节小结 (23) 3.4 数学模型 (23) 第四章软件设计 (25) 结论 (34) 谢辞 (35) 参考文献 (36)
学号：0 课程设计 题 直流双环系统（二）的设计及仿真分析（六） 目 学 自动化学院 院 专 自动化卓越工程师 业 班 自动化zy1101 级 姓周青
名 指导 教师 刘芙蓉 2014 年7 月2 日 课程设计任务书 学生姓名： 周青 专业班级： 自动化zy1101 指导教师： 刘芙蓉 工作单位： 自动化学院 题 目: 直流双环系统（二）的设计及仿真分析（六） 初始条件： 有一转速、电流双闭环控制的H 形双极式PWM 直流调速系统，电动机参数为： 200,48, 3.7,200/min N N N N P W U V I A n r ====，电枢电阻 6.5a R =Ω，电枢回路总电阻8R =Ω，允 许电流过载倍数2λ=，电势系数0.12min/e C V r =?，电磁时间常数0.015l T s =，机电时间常数0.2m T s =，电流反馈滤波时间常数0.001oi T s =，转速反馈滤波时间常数0.005on T s =， 调节器输入输出电压** 10nm im cm U U U V ===，调节器输入电阻040R k =Ω，电力晶体管的开 关频率1f kHz =，PWM 环节的放大倍数 4.8s K =。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等 具体要求） 试对该系统进行动态参数设计。设计指标：稳态无静差，电流超调量5%i σ≤；空载起动到额定转速时的转速超调量20%n σ≤，过渡过程时间0.1s t s ≤。画出系统结构框图并计算：
(1)电流反馈系数β和转速反馈系数α； (2)设计电流调节器，计算电阻和电容的数值（取 040 R k =Ω）； (3)设计转速调节器，计算电阻和电容的数值（取 040 R k =Ω）； (4)让电机空载启动到额定转速，稳定运行后转速反馈断开，观察并录下电机的 转速、电流等的波形，并进行分析。 时间安排：布置课程设计题目 - 完成课程设计 ．28 - 撰写课程设计报告 答辩并上交报告 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
说明PW碉速系统的工作原理 说明PWM调速系统的工作原理脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM )是英文“ Pulse Width Modulation 的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。 脉冲宽度调制(PWM )是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无
(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。 多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载) 需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为 1kHz 到200kHz 之间。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如 ‘Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM 控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：*设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期*在PWM控制寄存器中设置接通时间 *设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O 管脚 *启动定时器 *使能PWM控制器 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形
PWM直流脉宽调速系统设计 1 PWM调速系统的主要问题 什么是PWM 脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM 控制技术发展的主要方向之一。 PWM的优越性 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器—直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。与V-M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性： 1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 2）开怪频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。 4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当的时候，开关损耗也不大，因而装置效率较高 6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 由于有上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了V-M系统。 PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可以改变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的
中国地质大学长城学院本科毕业设计 题目PWM控制的直流电动机 调速系统的设计 系别信息工程系 学生姓名 专业电气工程及其自动化 学号04309139 指导教师 职称讲师 2013 年 5 月20 日
PWM控制的直流电动机调速系统设计 摘要 直流电机具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。 转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速测量出电机转速，并且实现对电机的调速在实际工作中具有非常大的使用价值。直流电机具有非常好的调速性能，目前，在一些对调速性能要求比较严格的场合中，主要使用的还是直流调速系统。 本设计是以单片机AT89C51和L298控制的直流电机PWM调速系统。利用AT89C51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LED上的实时显示。 关键词：直流电机；转速；AT89C51；L298；PWM调速
ABSTRACT DC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by starting torque, maximum torque, in a wide range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control after the high efficiency. Speed is an important physical quantity in the operation of the DC motor, how to accurately and quickly measure the motor speed, and to achieve in practical work with a very large value in use of the motor speed control. DC motor has very good speed performance, in some occasions more stringent requirements on the speed performance, the main use of the DC speed control system. This design is DC motor PWM speed control system which is based on single chip microcomputer AT89C51 and L298 to control. Using AT89C51 chip to design the low-cost dc motor control system, which can simplify the system structure, reduce the system cost, enhance the system performance, meet the needs of more applications. System control the move forward, reverse, stop, acceleration and deceleration of the motor, and PWM duty ratio in real-time display on LED. Keywords：DC Motor；Speed；AT89C51；L298；PMW Speed Automatic
基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计 I
摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。本文中采用了三极管组成了PWM信号的驱动系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外，本系统中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量，经过处理后，将测量值送到液晶显示出来。 关键词：PWM信号，霍尔元件，液晶显示，直流电动机 II
目录 目录 ................................................................................................................................ III 1 引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.1.2 开发背景 (1) 1.1.3 选题意义 (2) 1.2 研究方法及调速原理 (2) 1.2.1 直流调速系统实现方式 (4) 1.2.2 控制程序的设计 (5) 2 系统硬件电路的设计 (6) 2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (6) 2.2 STC89C51单片机简介 (6) 2.2.1 STC89C51单片机的组成 (6) 2.2.2 CPU及部分部件的作用和功能 (6) 2.2.3 STC89C51单片机引脚图 (7) 2.2.4 STC89C51引脚功能 (7) 3 PWM信号发生电路设计 (10) 3.1 PWM的基本原理 (10) 3.2 系统的硬件电路设计与分析 (10) 3.3 H桥的驱动电路设计方案 (11) 5 主电路设计 (13) 5.1 单片机最小系统 (13) 5.2 液晶电路 (13) 5.2.1 LCD 1602功能介绍 (14) 5.2.2 LCD 1602性能参数 (15) 5.2.3 LCD 1602与单片机连接 (17) 5.2.4 LCD 1602的显示与控制命令 (18) 5.3 按键电路 (19) 5.4 霍尔元件电路 (20) III
基于PWM的电机调速系统 实验目的： 1.学会并掌握可keil软件的使用； 2.学会并掌握protues软件的使用； 3.通过实验巩固单片机相关知识和检验自身动手能力 实验要求： 掌握单片机相关知识，利用调PWM占空比的方式来控制直流电机的转速，并且在led数码管上显示转速。 实验设备和仪器： 1.89c51单片机最小系统 2.直流电机 3.示波器 实验内容： 本次实验设计是由小组五个成员共同完成基于PWM的电机调速系统并完成实物搭建和撰写实验报告。本次实验小组共提供了两个方案，方案一和方案二，两个方案各自具有优缺点，详细内容会在下面给出。 方案一实验步骤： 1.利用protues画电路图，电路图如图1所示： 图1：方案一电路图 2.根据电路图编写C语言代码： 代码如下： #include
sbit CS3=P2^3; sbit CS2=P2^2; sbit CS1=P2^1; sbit CS0=P2^0; sbit key1=P1^0; sbit key2=P1^1; sbit key3=P1^2; sbit key4=P1^3; unsigned char timer1; unsigned char tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void Time1Config(); void main(void) { Time1Config(); while(1) { if(timer1>100) //PWM周期为100*0.5ms { timer1=0; } if(~key1) { if(timer1 <30) //改变30这个值可以改变直流电机的速度 { PWM=1; } else { PWM=0; } CS0=0;CS1=0;CS2=1;CS3=0; P0=tab[3]; P0=0xff; CS0=0;CS1=0;CS2=0;CS3=1; P0=tab[0]; P0=0xff; } else if(~key2) {if(timer1 <50) { PWM=1;
PWM调速系统的基本原理 发布时间：2011-08-20 点击率：1899 PWM调速系统的基本原理：电动机分为交流电机和直流电机两大类。直流电机以其良好的线性特性、 优异的控制性能、较强的过载能力成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择，一直处 在调速领域主导地位。传统的直流电机调速方法很多，如调压调速、弱磁调速等，它们存在着调速响应慢、精度差、调速装置复杂等缺点。随着全控式电力电子器件技术的发展，以大功率晶体管作为开关器件的直 流脉宽调制（PWM）调速系统已成为直流调速系统的主要发展方向。 为配套24V直流电机，设计了一种直流无刷电机驱动器。采用PIC16F690单片机作为控制器， MOSFET 为驱动元件，配以相应的控制软件构成控制系统。整个系统的精度、快速性以及可靠性等指标都能满足实际需求。 在PWM 调速系统中，一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽3 种方法改变控制脉冲的占空比，但是前两种方法在调速时改变了控制脉宽的周期，从而引起控制脉冲频率的改变，当该频率与系统的固有 频率接近时将会引起振荡。为避免之，设计采用定频调宽改变占空比的方法来调节直流电动机电枢两端电压。 定频调宽法的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开 的时间比（占空比）来改变直流电机电枢上电压的占空比，从而改变平均电压，控制电机的转速。在PWM 调速系统中，当电机通电时其速度增加，电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。而且采用PWM 技术构成的无级调速系统，启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的优点。 现假定电机始终接通电源时，电机最大转速为Vmax, 占空比为D = t /T, 则电机的平均速度Vd =D*Vmax, 由公式可知，当改变占空比D = t /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。在一般应用中，可将平均速度与占空比D 近似地看成线性关系。 开关电源 cs-lvkedianyuan.html
设计性质: 课程设计 目录 1 摘要 1 一、设计任务 2 （一）系统总体方案确定 2 （二）主电路硬件结构、参数计算和元件选择 3 （三）系统参数计算 3 （四）设计要求 3 二、系统总体方案设计 3 1、方案比较 3 2、方案论证 4 3、方案选择 5 三、双闭环直流调速系统的硬件结构 5 1、主电路 6 2、限流电阻7 3、泵升电压限制7 四、主电路参数计算和元件选择8 1、整流二极管的选择8 2、绝缘栅双极晶体管的选择8 五、调节器参数设计和选择9 1、调节器工程设计方法的基本思路9 2、电流环的参数设计9 3、转速环的参数10 六、课程设计心得体会13 参考文献14 设计任务 （一）系统总体方案确定 方案比较、方案论证、方案选择 （二）主电路硬件结构、参数计算和元件选择 双闭环直流调速系统的硬件结构中主电路、限流电阻、泵升电压限制的设计，主电路参数计算包括整流二极管计和绝缘珊双极晶体管的计算和选择 （三）系统参数计算 1、电流调节器ACR中，计算。 2、转速调节器ASR中，计算。 （四）设计要求 直流电动机设计双闭环直流调速系统，技术要求如下： 额定功率Pe=18kW；额定电压Ue=220V额定电流Ie=94A；额定转速=1000r/min;电枢回路总电阻R=0.45?;电磁时间常数=0.0297s;机电时间常数Tm=0.427s；电动势系数=0.2059V*min/r；转速过滤时间常数；电流反馈存储系数；转速反馈存储系数；转速调节器采样周期；调速围0-1000 r/min ;电流过载倍数：1.5倍;电流超调量，运算放大器，电流反馈系数 晶体管PWM功率放大器：工作频率：2kHz；工作方式：H型双极性