毕业设计论文
题目S7-200PLC控制的PWM直流电机
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设计总说明
随着PLC技术的发展，以及其性价比的提高，利用PLC控制直流电动机已经越来越普遍，采用先进的PWM控制技术则可构成直流电动机无级调速系统，同时起、停时直流系统无冲击，而且具有启动功耗小，运行稳定等特点。
本文介绍了24伏29瓦直流电动机PWM调速硬件系统，编写了用S7-200 PLC实现24伏29瓦直流电动机PWM的控制程序，程序包括控制系统的指令的初始化、转速检测、调速三部分。与相应的硬件电路配合，实现了对24伏29瓦直流电动机的PWM控制。该控制系统功能包括电机的PWM调速、转速检测、电机转速的调节。PWM调速是用S7-200 PLC内部自带的PWM高速脉冲输出功能指令，通过对其占空比的设置来改变脉冲宽度和周期，实现控制任务；速度检测和调速是通过硬件与S7-200 PLC的高速计数器配合和PWM 的设置来实现的，所有程序都己编译通过，经过实验验证，工作状态良好。
文中对直流电动机结构、工作原理、PWM调速系统的构成、S7-200 PLC 的部分指令以及用S7-200 PLC实现PWM调速做了简单介绍。
关键词：直流电动机；PWM调速；S7-200 PLC；转速检测；单闭环
目录
1设计内容及要求 (6)
1.1 (6)
1.2 (10)
1.3 .............................................................................................. 错误！未定义书签。
2 系统的总体设计.......................................................................... 错误！未定义书签。
2.1直流电动机的结构及工作原理......................................... 错误！未定义书签。
2.1.1直流电动机的结构................................................... 错误！未定义书签。
2.1.2直流电机的工作原理............................................... 错误！未定义书签。
2.2直流电动机的基本方程..................................................... 错误！未定义书签。
2.3直流电动机的机械特性 (8)
2.4直流电动机的调速 (16)
2.4.1他励直流电动机的串电阻调速 (16)
2.4.2降低电枢供电电压调速........................................... 错误！未定义书签。
2.4.3减弱磁通调速........................................................... 错误！未定义书签。
3 系统的硬件设计.......................................................................... 错误！未定义书签。
3.1直流电机的PWM调速概述 (22)
3.2直流电动机PWM调速系统的构成 ................................. 错误！未定义书签。
3.3 S7-200PLC实现直流电动机的PWM调速 (23)
3.3.1S7-200PLC的高速脉冲输出指令 (23)
3.3.2控制原理的实现 (25)
4 系统的软件设计.......................................................................... 错误！未定义书签。
4.1S7-200 PLC编程的基本概念 (30)
4.2S7-200 PLC的编程指令 (32)
4.2.1基本逻辑指令 (32)
4.2.2基本功能指令 (33)
4.2.3中断指令和高速计数器指令................................... 错误！未定义书签。
4.3STEP 7-Micro/MIN V4.0编程软件简介 (11)
4.3.1编程软件项目的组成 (11)
4.3.2程序的编写与传送 (12)
5 实验结果分析 (17)
5.1控制系统设计概述 (17)
5.2.1控制系统的电源设计............................................... 错误！未定义书签。
5.2.2控制系统功率驱动电路的设计............................... 错误！未定义书签。
6 结论.............................................................................................. 错误！未定义书签。
6.1调速控制系统软件概述 (34)
6.2控制系统功率驱动软件..................................................... 错误！未定义书签。
6.2.1功率驱动软件编程思想 (36)
6.2.2功率驱动软件的流程图........................................... 错误！未定义书签。
6.2.3功率驱动软件程序编写........................................... 错误！未定义书签。
6.3控制系统测速软件 (36)
6.3.1系统测速软件编程思想 (20)
6.3.2控制系统测速软件流程图 (36)
6.3.3控制系统测速软件编程 (38)
6.4控制系统扫描显示软件 (40)
6.4.1扫描显示软件编程思想 (40)
6.4.2扫描显示软件流程图............................................... 错误！未定义书签。
6.4.3扫描显示软件程序编写........................................... 错误！未定义书签。
7 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。
7.1本次设计实验结果及分析 (41)
7.2本控制系统特点 (42)
1 设计内容及要求
1.1 设计目的
本设计是针对电机对象，由上位机给定分程系数，用西门子 S7-200可编程控制器的原理编程，特别是光电编码器脉冲数的读取和PID算法程序的编制。其中，使用KINGVIEW 监控组态软件编写上位机监控程序，完成显示控制流程，实时曲线，结构框图，历史曲线，报表打印等功能。
1.2 设计内容
设计一个直流电机转速控制系统，其主要内容为：
1.熟悉可编程控制器和实验设备。
2.掌握西门子S7-200-CPU224的性能，熟悉编程环境。
3.掌握建立计算机控制技术系统的方法，按系统要求组成系统，进行调试以满足给定指标。
4.绘制系统结构图，提供程序梯形图。
利用西门子PLC设计电机转速的控制系统，编写程序，实现单闭环控制系统，实现如下工程：
1、实现启动过程准时间最优，静态调速无静差
2、在CAD上画出系统的硬件控制原理图
3、要求电机完成启动、停车、加减速控制
4、在计算机上用组态王模拟实验现场流程图，并进行参数设定。
1.3 设计原理
利用小型过程控制装置结合计算机控制技术，在组态软件下编程并通过调整和改进控制算法，从而实现单闭环控制系统设计要求。通过利用调节器的工程整定方法，最后得到一组能稳定、准确、快速的达到控制要求的PID 参数。
通过本设计掌握分程控制系统的基本概念，了解分程控制系统的组成结构。掌握分程控制系统的特点、分程控制系统的设计思想。掌握分程控制参数整定方法，熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，用计算机进行PID 参数的调整和自动控制的投运。
2 系统的总体设计
2.1试验系统简介
2.1.1直流电动机概述
直流电动机是指通过直流电流而产生机械运动的电动机。
在工业生产中，常需要利用电动机的轴上转矩拖动生产机械，对产品进行加工。根据工艺要求，生产机械需要各种不同的速度，因而要求电动机能够在所需要的范围内进行进度调节。和交流电动机比较，直流电动机具有更好的调速性能，不但调速范围广，且易于平滑调节；起、制动转矩大，易于快速起、停车；易于控制，因而直接流电动机被广泛应用于深调速和高精度，特别是快速可逆电力拖动系统中。例如，用来作为轧钢机、金属切削机床等生产机械的拖动电动机。电子技术的发展和现代控制理论的应用，使直流电机拖动系统更能适应高精度、高指标的生产机械的要求。此外，小容量直流电机大多在自动控制系统中以伺服电动机、测速发电机等形式作为测
量、执行元件使用。
半导体技术的发展，促使直流电机也有所发展，同时也扩大了直流电机的应用范围。但是，和交流电动机比较，直流电动机有结构较复杂、制造成本较高、维修较为困难等缺点，出而直流电功机的应用也受到一定的限制。
目前，虽然由晶闸管整流元件组成的静止固态直流电源设备已基本上取代了直流发电机，但直流电动机仍以其良好调速性能的优势在许多传动性能要求高的场合占据一定地位。
2.1.2直流电动机的结构
直流电机在结构上是由固定部分(定子)和旋转部分(转子)组成的。定子主要用来产生磁通和作电机的机械支撑；转子通常称为电枢，用来产生感应电势和电磁转矩[1]。下面分别介绍定、转子的主要部件。
(一)定子
1、主磁极主磁极的作用是产生主磁通建立气隙磁场，并使电枢表面的气隙磁通密度按一定的波形沿空间分布。它由磁极铁心和励磁绕组两部分组成，如图2-1所示。磁极铁心一般由1～1.5mm的低碳钢板冲片叠装而成。
图2-1直流电机结构示意图
1—主磁极；2—励磁绕组；3—机座；4—端盖；5—轴承；6—电刷；7—电枢铁心；
8—电枢绕组；9—换向器；10—轴；11—风扇；12—极靴；13—换向极；
14—换向绕组；15—电枢齿；16—电枢槽；17—底座
励磁绕组用圆截面或矩形截面的绝缘导体绕制、浸漆烘干而成。磁极铁心套上励磁绕组后用螺钉固定在机座上。主磁极数总数是偶数，各磁极上励磁绕组通常都串联连接，连接时要保证相邻磁极的极性按N、S依次排列。
2、换向极换向极的作用是改善换向，消除或减小电刷与换向器之间的火花。换向极的结构与主磁极相似，由铁心和励磁绕组组成，如图2-1所
示。铁心由薄钢板或整块钢制成。换向磁极安装在两个主磁极之间的几何中性线上，并用螺钉固定在机座上。换向磁极的数目一般与主磁极相等；个别小电机，换向极数目也可以少于主磁极的数目。
3、机座 机座既作为电机的机械支撑，又是磁极间磁通的通路，称为定子磁轭。机座由铸钢铸成或由厚钢板焊接而成。
4、电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、握杆、握杆座及铜丝辫等零部件组成。电刷装置的作用是把转动的电抠电路与不转的外电路接通，它是固定不动的。电刷的数目一般等于主磁极数目，各电刷在换向器表面的分布应是等距的。
(二)转子
1、电抠铁心 电枢铁心是主磁路的一部分。当电枢在磁场中旋转时，铁心个的磁通方向不断变化，因而会产生涡流及磁滞损耗。为了减少磁损耗，铁心通常用0.5mm 硅钢片叠成。
2、电枢绕组 电枢绕组是直流电机的主要电路，是直流电机实现机电能量转换的关银部件。当电枢在磁场中旋转时，电枢绕组中产生感应电动势；当电枢绕组中流过电流时，它在磁场中受力产生电磁转矩。电枢绕组由一个一个的线圈元件组成，嵌放在电枢铁心的槽中。
3、换向器 换向器是直流电机员重要的部件之一。对于电动机是将输入的直流电流转换为电枢绕组元件中的交变电流，产生恒定方向的电磁转矩。根据电机的容量和转速的不同，换向器有多种结构形式。
2.1.3直流电动机的机械特性
电动机的机械特性是指U=U N =常值，I f =I fN =常值，电枢回路电阻(R a +R c )=常值条件下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即n=f （T em ）。它是选用电动机和评价电动机性能时的主要依据之一。本论文重点介绍他励直流电动机的机械特性。
他励直流电动机的机械特性方程为：
2
a c em e e T R R U n T C C C +=-ΦΦ （2-1） 当电动机外加电压为额定值U N ，气隙磁通也为额定值ΦN ，且电枢回路不外串电阻R c ,即R c =0时，电动机的机械特性称为固有机械特性（也称自然机械特性），如图2-2中直线1所示。它是一条略微向下倾斜的直线。
n
n n n em 的机械特性
他励直流电动机
22-图
当改变电动机的外加电压U 、主磁通φ或电枢外串电阻R c 三个参数中的一个时，就可得到人工机械特性。图2-6中直线2为电枢电阻人工机械特性、直线3为改变电动机外加电压人工机械特性、直线4为减小磁通的人工机械特性。
（一）固有机械特性的绘制
忽略电枢反应的去磁通效应时，他励直流电动机的固有机械特性是一直线，只要知道机械特性上的两个点，就可以绘出固有机械特性。取理想空载点和额定运行点计算比较方便。在理想空载点：
00
N e N em U n n C T ==
Φ= 在额定运行点： N
e m N T N
n n T T C I ===Φ
计算出额定电磁转矩：
9.55emN T N N e N N T C I C I =Φ=Φ （2-2）
在电动机的名牌上可以查到U N 、I N 及n N 三个数据，只要知道电枢回路电阻R a ，就能算出n 0及T N 。电动机名牌上是不标出R a 的。为了求出R a 的值，对效率电机可以采用伏安法实测，如果没有实际电机，则可以根据名牌数据估算R a 的值。估算的依据是，普通直流电动机在额定状态下运行时，其电枢铜耗约占总铜耗的1/2～2/3。
电动机的总损耗为：
N N N N p U I P
=-∑ （2-3） 额定电枢铜耗为： 2
C u a N N a p I R =
因此，电枢电阻R a 为：
a R =3
21012()23N N N N
U I P I -? （2-4） 式中，P N 为电动机的额定功率，单位为KW 。
综上所述，根据名牌计算电动机固有机械特性的步骤是：
1、根据U N 、P N 、I N 按式（2-4）估算R a ；
2、按式（2-2）计算C e ΦN ；求n 0=U N /C e ΦN ；
3、计算T emN =9.55C e ΦN I N 。在坐标纸上标出（n 0，0）、（n N ，T N ）两点，
过这两点连成一直线，即得到固有机械特性。
（二）人为机械特性的绘制
求出R a 、C e ΦN 后，人为机械特性就容易计算了。计算电枢串电阻的人为机械特性时，首先计算理想空载转速n 0=U N /C e ΦN ，得出理想空载点（n= n 0，T em =0），再根据已知的电枢外串电阻R c 以及额定电磁转矩T emN =9.55C e ΦN I N ，计算在额定负载转矩下电动机的转速n RN ：
N R n =0n -N n e c a T C R R 2)
(55.9Φ+ （2-5） 得到额定负载下的运行点（n=n RN ，T em =T N ）。过这两点连一直线，即得到电枢外串电阻R c 的人为机械特性。
2.2 S7-200 PLC 概述
PLC 主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程装置组成，PLC 的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。目前PLC 已经广泛引用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中。
西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型PLC ，可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统，由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。
S7-200的可靠性高，可以用梯形图、语句表、和功能图三种语言来编程。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器、高速输出、PID 控制、RS-485通信/编程接口、PPI 通信协议、MPI 通信协议和自由端口模式通信功能，最大的可以扩展到248点数字量I/O 或35路模拟量I/O ，最多有30多KB 程序和数据存储空间。
西门子公司在2004年推出了升级产品CPU 224和CPU 226，本设计所用的是CPU 224，新产品CPU 224除具备升级CPU 特性外，还集成有2路模拟量输入，1路模拟量输出，有2个RS-485通信口，高速脉冲输出频率提高到100 kHz ，2相高速计数器频率提高到100kHz ，有PID 自整定功能。这种新型CPU 增强了S7-200在运动控制、过程控制、位置控制、数据监视和采集（远程终端应用）以及通信方面的功能。
STEP 7-Micro/WIN V4.0 是S7-200 PLC 系列产品的最新版编程软件，本设计编程就是用STEP 7-Micro/WIN V4.0 编程软件来完成的。STEP 7-Micro/WIN V4.0 的兼容性极强，支持所有S7-200 CPU 22x 系列产品，增
加了数据记录指令、PID自整定指令、配方指令、夏令时指令、间隔定时指令、诊断LED（DIAG_LED）指令、线性斜坡脉冲指令等。
2.3 STEP 7-Micro/MIN V4.0编程软件简介
本节所述的内容是STEP 7-Micro/WIN V4.0版编程软件的介绍与应用，安装编程软件的计算机应使用Windows操作系统，为了实现PLC与计算机的通信，必须配备下列设备中的一种：一条PC/PPI电缆或PPI多主站电缆；一块插在个人计算机中的通信处理器（CP）卡和MPI（多点接口）电缆。2.3.1编程软件项目的组成
图4-3是V4.0编程软件的界面，项目（Project）包括下列基本组件[4]：（1）程序块程序块由可执行的代码和注释组成，可执行的代码由主程序（OB1）、可选的子程序和中断程序组成。代码编译并被下载到PLC，程序注释被忽略。
（2）数据块数据块由数据（变量存储器的初始值）和注释组成。数据被编译并下载到PLC，注释被忽略，数据块的编写方法详见[13,10]。
代替继电器控制系统的数字量控制系统可以只设置主程序OB1，不使用子程序、中断程序和数据块。
（3）系统块系统块用来设置系统的参数，例如存储器的断电保持范围、密码、STOP模式时PLC的输出状态（输出表）、模拟量与数字量输入滤波值、脉冲捕捉位等，系统块中的信息需要下载到PLC，系统块中参数的设置方法详见[13,10]。
（4）符号表符号表允许程序员用符号来代替存储器的地址，符号地址便于记忆，使程序更容易理解。程序编译后下载到PLC时，所有的符号地址被转换为绝对地址，符号表中的信息不会下载到PLC。
（5）状态表状态表用来观察程序执行时指定的内部变量的状态，状态表并不下载到PLC，仅仅是监控用户程序运行情况的一种工具。
（6）交叉引用表交叉引用表列举出程序中使用的各操作数在哪一个程序块的哪一个网络中出现，以及使用它们的指令的助记符。还可以查看哪些内存区域已经被使用，在作为位使用还是作为字节使用。在运行（RUN）模式下编辑程序时，可以查看程序当前正在使用的跳变触点的编号。交叉引用表并不下载到PLC，编译成功后才能看到交叉引用表的内容。在交叉引用表中双击某操作数，可以显示出包含该操作数的那一部分程序。
（7）项目中各部分的参数设置执行菜单命令“工具”—“选项”，在出现的对话框中选择某一选项卡，可以进行有关的参数设置。
图2-3 V4.0编程软件的界面
2.3.2程序的编写与传送
操作步骤如下：
（1）创建一个项目或打开一个已有的项目执行菜单命令“文件”—“新建”或按工具条最左边的【新建项目】按钮；用菜单命令“文件”—“打开”可以打开已有的项目。
（2）设置与读取PLC的型号在编程之前，应正确设置其型号，以防止创建程序时发生编译错误。执行“PLC”—“类型”菜单命令，在出现的对话框中可选择型号。
（3）选择编译语言和指令集执行菜单命令“工具”—“选项”，将弹出选项窗口，在“一般”选项卡中可选择语言和指令集。
（4）确定程序结构较简单的控制程序一般只有主程序（OB1）,系统较大、功能复杂的程序除了主程序外，可能还有子程序、中断程序和数据块。
（5）编写符号项目符号表用符号地址代替存储器的地址，便于记忆。
（6）编写数据块数字量控制程序一般不需要数据块。
（7）编写用户程序用选择的编程语言编写用户程序。
（8）注释与符号信息表符号信息表列出了网络中使用符号地址的有关信息，未显示网络注释时可以在网络的标题行输入信息。
（9）编译程序选择“PLC”菜单中的命令按钮，可以分别编译当前打开的程序或全部程序。
（10）程序的下载、上载和清除
2.4组态王的组成
利用组态软件可以进行人机对话，设计组态画面时必须设计包括：监控画面，实时曲线，历史曲线，参数设定，报表生成。在设计后可以有效地直观地对控制单位与被控单位进行监控。
2.4.1画面制作
?建模
建模就是在对系统要求进行分析后，建立数学模型。以转速控制系统为例，直流电机为控制对象，目的是将直流电机的转速实时显示出。
?文本输入
用鼠标单击“工具箱”中的“文本”工具按钮，然后将鼠标移动到画面上适当位置单击，用户便可以输入文字。输入完毕后，单击鼠标，文字输入完成。
?图素输入
利用组态王的图库绘制需要的图素。单击“图库”中的“打开图库”菜单项（或使用快捷键F2），出现“图库管理器”窗口。
?动画连接
要逼真的显示系统的运行状况，必须将图素和数据库中已经设定的相应变量联系起来，即让画面“动”起来。将图素和数据库中对应变量建立联系的过程称为“动画连接”。建立动画连接后，当数据库中的变量发生变化后，图形对象就可以按照设定的动画连接随之做同步的变化。
?命令语言及控制程序编写
命令语言都是靠事件触发执行的，如定时、数据的变化、键盘键的按下、鼠标的点击等。根据事件和功能的不同，包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命令语言、动画连接命令语言和画面命令语言等。具有完备的词法语法查错功能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、控件函数、SQL 函数和系统函数。
图2-4 组态监控画面
?趋势曲线和其他曲线
1）历史趋势曲线
在组态王开发系统中制作画面时，选择菜单“图库＼打开图库”项，弹出“图库管理器”，单击“图库管理器”中的“历史曲线”，在图库窗口内用鼠标左键双击历史曲线（如果图库窗口不可见，请按F2 键激活它），然后图库窗口消失，鼠标在画面中变为直角符号“┌”，鼠标移动到画面上适当位置，单击左键，历史曲线就复制到画面上了。
2）实时趋势曲线
在组态王开发系统中制作画面时，选择菜单“工具＼实时趋势曲线”项
或单击工具箱中的“画实时趋势曲线”按钮，此时鼠标在画面中变为十字形，在画面中用鼠标画出一个矩形，实时趋势曲线就在这个矩形中绘出。
?数据报表
数据报表是反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录的一种重要形式。它既能反映系统实时的生产情况，也能对长期的生产过程进行统计、分析，使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。
2.4.2 组态王通讯与变量设置
（1）通讯连接设置
设置上位机与下位机的连接：在组态王工程浏览器树型目录中，选择设备，在右边的工作区中出现了“新建”图标, 双击此“新建”图标，弹出“设备配置向导”对话框。在上述对话框选择西门子提供的“S7—200”的“PPI”项后单击“下一步”弹出对话框，接下来为设备选择连接的串口为COM1，设备地址为2，以及设置通信故障恢复参数，（一般情况下使用系统默认设置即可）。
（2）变量定义
在组态王工程浏览器中提供了“数据库”项供用户定义设备变量。根据系统设计中每个界面需要的各种变量，在数据词典中进行相应的变量定义。所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。对于大批同一类型的变量，组态王还提供了可以快速成批定义变量的方法——即结构变量的定义。以下为本次设计中所需要定义的一些数据变量。
2.5测速方法
目前工业中测量转速的方式主要有两种。一种是将转速转化为模拟信号, 对模拟信号进行测量。如测速发电机是将转速直接转换为电压信号,
然后测量其电压。这种方法的缺点是被测信号易受电磁干扰和温度变化的影响。另一种是将转速信号转化为脉冲信号, 然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量。这种方法的优点在于抗干扰能力强、不受温度变化影响、稳定性好 。
2.6 直流电动机的调速
在生产实践中，有许多生产机械根据工艺
要求需要调节速度。改变生产机械的转速可以采用改变传动机构的速比实现，这种方法称为机械调速。在生产中应用较多的是电气调速，即人为地改变电动机的参数，从而得到不同的转速。
从机械特性可知，电动机的转速由电动机
的机械特性和负载机械特性的交点，即工作点决定。若工作点变了，电动机的转速也就变了。如图2-6所示，电动机额定运行时工作于固有机
械特性1与负载机械特性3的交点A ，其转速为n A ，如果在电枢回路串入电阻，那么电动机的机械特性将变为图中直线2，它与负载机械特性3的交点为B 点，电动机的转速变为n B ，从而实现了转速调节。常见的几种调速方式：1他励直流电动机的串电阻调速 2降低电枢供电电压调速 3减弱磁通调速 2.7 如何实现电机启动过程的准时间最优
在设备物理上的允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制”，对于调速系统，在电动机允许过载能力限制下的恒流启动，就是时间最优控制。实际启动过程与理想启动过程相比还有一些差距，不过这两段时间只占全部启动时间中很小的成分，无伤大局，故可称做“准时间最优控制”。
2.8 如何实现电机调速的静态调速无静差
积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。比例调节器的输出朱取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则n
n n n 62 图电动机的调速
包含了输入偏差量的全部历史。从无静差的角度突出地表明了积分控制优于比例控制的地方，但是从另一方面看，在控制的快速性上，积分控制却又不如比例控制。同样在阶跃输入作用之下，比例调节器的输出可以立即响应，而积分调节器的输出却只能逐渐地变化。比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自缺点，扬长避短，相互补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。
2.9 如何实现电机调速
调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机的转速。
3 硬件设计
3.1控制系统设计概述
本次设计采用S7-200 PLC实现PWM控制直流电动机，单闭环回路，使用PLC的CPU224模块。分析本设计后决策使用的硬件有：开关、固态继电器、整流装置、光电编码器、直流电机、西门子PLCS7-200。设计用霍尔传感器来检测电动机的转速，将其以脉冲的形式输出，并送至PLC内部的高速脉冲计数器，使用M法测速原理，通过编程转换成转速，经过软件实时扫描，从而得到电机的转速。
图3-1 控制结构框图
3.2控制系统的硬件设计
确定了相关的实验设备之后，接下来就需要硬件选型表3.3 实验平台的搭建、
下面是相关的实验设备实物图及整体的实物连接图
图3-2 实物元件图
图3-3 整体实物连接图
图3-4 电气控制原理图
3.4 控制系统的转速检测
转速的测量方式有多种，数字测速具有测速精度高、分辨能力强、受器件影响小等优点，被广泛应用于调速要求高、调速范围大的系统。数字测速方法有M法、T法、M/T法和E/T法，关于各方法的使用和优缺点，本实验使用了M法测速。
3.5 系统测速软件编程思想
速度检测有模拟和数字两种检测方法。模拟测速一般采用测速发电机，其输出电压不仅表示了转速的大小，还包含了转速的方向，不过模拟测速方法的精度不够高，在低速时更为严重。对于要求精度高、调速范围大的系统，一般采用数字测速。数字测速具有测速精度高、分辨能力强、受器件影响小等优点，被广泛应用于各种调速系统。考虑到实验经费等多方面因素，本次设计采用数字测速。
数字测速最常见的检测元件是光电式旋转编码器，旋转编码器与电动机相连，当电动机转动时，便发出转速或转角信号，然后送给接受处理装置。脉冲送到PLC的高速计数器中，再通过基于测速原理的计算转换成转速值。
目前常用的测速方法有以下几种：
（1）M法：是在一定时间间隔内，对霍尔传感器输出脉冲数进行计数，并计算出转速，适用于电动机转速的高速测量。
（2）T法：是通过测量霍尔传感器的脉冲周期来计算电机转速的一种测量方法，适合于电动机的低速测量。
（3）M/T法：是结合了M法和T 法的优点，在低速及高速段均有较高的分辨能力和测量精度。
（4）E/T法：其原理是从T法出发，只是为了克服T法高速时的精度问题。
本次实验设计中的电动机的额定转速为3000r/min，用T法或M/T法难以实现传感器两个输出脉冲之间时间的测量，所以在本次设计中采用了M法测量。
（一）M法测速的原理
在一定的时间T c内测取霍尔传感器输出的脉冲个数M1, 用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速（如图6-3所示）。把M1除以T c就可得到霍尔传感器输出脉冲的频率f1=M1/T c，所以又称频率法。电动机每转一圈共产生Z个脉冲，把f1除以Z就得到电动机的转速。在习惯上，时间T c以
论文设计 设计（论文）题目：基于单片机的温度控制系统 院系：电子信息工程学院 专业班级：电子信息工程11-01 学生姓名：张战锋 指导教师：耿鑫
郑州轻工业学院 二〇一四年十月二十日
基于单片机的温度控制系统 摘要 温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。 本温度设计采用现在流行的AT89S51单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。 本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。该设计已应用于花房，可对花房温度进行智能监控。 【关键词】温度箱，AT89S51，单片机，控制，模拟
目录 1 引言 (3) 1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 (3) 1.2 温度控制系统的目的 (4) 1.3 温度控制系统完成的功能 (4) 2 总体设计方案 (4) 3 DS18B20温度传感器简介 (11) 3.1 温度传感器的历史及简介 (11) 3.2 DS18B20的工作原理 (11) 3.2.1 DS18B20工作时序 (11) 3.2.2 ROM操作命令 (14) 3.3 DS18B20的测温原理 (14) 3.3.1 DS18B20的测温原理: (14) 3.3.2 DS18B20的测温流程 (16) 4.1 设计原则 (16) 4.2 引脚连接 (17) 4.2.1 晶振电路 (17) 4.2.2 串口引脚 (17) 5 系统整体设计 (18)
XX职业技术学院 毕业项目 2011 届 项目类别：毕业设计_________ _ _____ 项目名称：单片机直流电机调速系统的设计 专业名称：机电一体化 姓名：XXX 班级：08机电3班 指导教师：XX 2011年X月X日 目录 摘要 (3) Abstract (4) 一、总体设计概述 (5) (一)总体硬件电路设计 (5) (二)系统总体设计框图 (5) (三)8051单片机简介 (6) 二、PWM信号发生电路设计 (8) (一)PWM的基本原理 (8) (二)PWM信号发生电路设计 (8) (三)PWM发生电路主要芯片的工作原理 (10) 三、功率放大驱动电路设计..................................................................,11 (一)芯片IR2110性能及特点 (11) (二)IR2110的引脚图以及功能 (11)
四、主电路设计 (12) (一)延时保护电路 (12) (二)主电路 (12) (三)输出电压波形 (13) (四)系统总体电路图 (14) 五、测速发电机 (16) 六、滤波电路 (17) 七、A/D转换 (18) (一)芯片选型 (18) (二)ADC0809的引脚及其功能 (18) 八、系统软件部分的设计 (19) (一)PI 转速调节器原理图及参数计算...............................................................,. (19) (二)系统中的部分程序设计 (19) (三)主程序设计 (19) (四)PI控制算法子程序设计 (20) 九、系统调试 (22) (一)软件调试 (22) (二)系统仿真 (22) 十、论 (23) 致谢 (24) 参考文献 (25) 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。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，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。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：PWM信号;测速发电机;PI运算 Abstract
河南科技大学 2009 届本科毕业论文 论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计 学生姓名： 所在院系：信息工程学院 所学专业：计算机科学与技术 导师姓名： 完成时间：2009-05-22
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。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，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。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算 1
The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based On SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation o f D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation 2
FPGA实验报告
基于FPGA勺PWM控制器设计 1设计任务与要求 1.1掌握PWM fe术原理；了解PWM控制方法及应用；完成基于FPGA勺PWM控制器设计。 1.2通过课程设计的实践，进一步理解和掌握硬件描述语言（VHDL或VerilOg ）和TOP-DOWN设计流程，提高对实际项目的分析和设计能力，体会FPGA项目的过程，熟悉实验报告的编写规范。 2设计原理分析 2.1利用FPGA语言编写程序实现对50MHZ勺硬件晶振进行分频和调节占空比。对硬件晶振的上升沿就行计数，当2nHZ频率利用高低电平进行分频时，当计数到n-1是对原电平进行反向就可以实现分频。占空比是对上升沿的计数是两个不同的数值时进行反向。 2.2脉宽调制（PWM基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于∏∕n ,但幅值不等，且脉冲顶 部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM fe形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。 在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交一直一交变频器中，PWM 逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。
无刷直流电动机 一、简介： 一种用电子换向的小功率直流电动机。又称无换向器电动机、无整流子直流电动机。它是用半导体逆变器取代一般直流电动机中的机械换向器，构成没有换向器的直流电动机。这种电机结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声低，广泛应用于现代生产设备、仪器仪表、计算机外围设备和高级家用电器。 同步电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。而转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。无刷电动 机结构如图1。 图1无刷直流电动机结构图 二、特点（优点及意义）： 1、全面替代直流电机调速、全面替代变频器+变频电机调速、全面替代异步电机+减速机调速； 2、可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；3 3、具有传统直流电机的所有优点，同时又取消了碳刷、滑环结构； 4、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小； 5、无级调速，调速范围广，过载能力强； 6、体积小、重量轻、出力大； 7、软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置； 8、效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%~60%，仅节电一项一年可收回购置成本；
9、可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；10、耐颠簸震 动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；11、没有无线电干扰，不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型；12、根据需要可选梯形波磁场电机和正旋波磁场电机。i 三、发展历程： 无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相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，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相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，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。ii 四、国内外无刷电机的发展现状： 1、市场：我国无刷直流电机的研制开发起于70年代初期，主要是为我国自行研制的军事装备和宇航技术发展而配套。由于需要量少，只需由某些科研单位试制提供就能满足要求。经过20多年的发展，虽然在新产品开发方面缩短了与国际先进水平的差距，但由于无刷电机产品是总和了电机、微电子、控制、计算机等技术于一身的高技术产品，受到了我国基础工业落后的制约，因此无论在产量、品种、质量及应用上与国际先进水平差距甚大。目前，国内研制的单位虽然不少，但能有一定批量的单位却屈指可数。当今日本、德国、台湾是无刷电机主要生产国和地区，日本的年产量超过8000万台，其中约50%出口海外，德国年产量约3000万台，台湾主要生产较低档次无刷电机，年产量超过1000万台。iii 2、技术：几乎所有的无刷电动机产品都是为特定用途设计制造的。试图生产一种通用系列无刷电动机来适应千变万化的市场需求，是不可能的。各公司设计制造各种特殊结构、特定用途的无刷直流电动机，在设计、结构和工艺新技术方面不断的革新，以适应不同整机市场的需求。例如： ①永磁材料技术：适应不同性能参数永磁材料，瓦型、环型表面粘接结构和
直流无刷电机驱动技术的研究 摘要 随着现代电力电子技术的发展和永磁材料性能的不断提高，无刷直流电动机的系统在高性能运动控制领域越来越受到重视。无刷直流电动机既具有直流电动机运行效率高、调速性能好、无励磁损耗等诸多特点，又具备交流电动机的运行可靠、结构简单、维护方便等一系列优点，在国民经济各个领域的应用日益普及。 本文在对无刷直流电动机控制系统的发展及应用综述的基础上，详细的介绍了无刷直流电动机的基本结构、工作原理和运行特性，并给出了其数学模型。简述了无刷直流电动机的控制策略，并分析了无位置传感器控制技术的原理和方法。然后对无刷直流电动机双闭环控制系统的硬、软件设计作了详细论述。系统以 TI 公司的 TMS320LF2407 芯片为控制核心，分析了 PWM 信号的产生分配情况，给出反电动势过零点、速度及电流等检测电路设计，并以 IR2130 作为驱动芯片设计了无刷直流电动机的驱动电路，采用三段式起动方式来起动电动机。系统的软件采用模块化设计方法，主要包括初始化程序、起动子程序、换相子程序、ADC 中断服务程序等。最后运用 SIMULINK 建立了无刷直流电动机控制系统的仿真模型，并对给定实例进行仿真。 本论文所述无刷直流电动机控制系统的设计方案，可以获得良好的速度控制性能，而且 DSP 技术不仅使系统获得了高精度，高可靠性，还简化了系统结构。： 关键词：无刷直流电动机 PWM 控制无位置传感器仿真
Abstract With the development of power electronics technology and ceaseless advance of permanent magnet material, Brushless DC motor (BLDCM) is more and more attention in the field of control. BLDCM widely used in the various fields of the national economy because this motor not only loss etc. but also motor for reliable operation, simple structure and easy maintenance etc. On the basis of the summary for developments and applications of BLDCM control system,the thesis introduces the structure, running principle, operational characteristics and mathematical model of BLDCM. It outlines BLDCM control strategy, and discusses the principles and methods of the control technology with no position sensor detection. Then the of the double closed loop control system is dissertated in detail.The controller of the of PWM signals and designs the circuit of BEMF-zero-crossing, velocity and current detection. This system chooses syllogism jump-start motor. Besides, the drive circuit of the BLDCM is designed with IR2130. System software is modular in design methods, Including initialization, starting, commutation subroutine, ADC interrupt service procedures. Finally, it established a BLDCM control system simulation model by SIMULINK, and simulate to the case model.
毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：直流电动机无级调速 1．设计（论文）的主要任务及目标 (1) 本次的设计任务就是直流电动机无级调速的设计，使其能更好的为我们的生产和生活服务。 (2) 本次的设计目的就是要求设计要使得电动机转速可以由零平滑调至额定转速，能实现高速起动，具有较高的调速精度。 2．设计（论文）的基本要求和内容 (1) 直流电动机的基本知识 (2) 直流电动机的运行原理 (3) 主电路以及控制电路的设计 3．主要参考文献 [1] 张家生.电机原理与拖动基础.北京邮电学院出版社，2006年 [2] 唐介.电机与拖动. 北京:高等教育出版社,2003年 [3] 陈世元.电机学.中国电力出版社，2004年 [4] 徐邦荃.直流调速系统与交流调速系统.华中科技大学出版社,2008年 [5] 赵影.电机与电力拖动. 北京:国防工业出版社,2006年 4．进度安排 设计（论文）各阶段名称起止日期 1 论文初稿2012年12月27日 2 第一次修改2012年12月30日 3 第二次修改2013年01月08日 4 第三次修改2013年02月17日 5 论文终稿2013年03月16日 I
直流电动机无极调速 摘要 本设计主要是运用调速系统对直流电动机进行调速，使其实现无级的效果。此调速系统由主电路和控制电路两部分组成：主电路是采用晶闸管可控整流装置进行调速;控制电路是采用双闭环速度电流调节方法进行反馈。系统采用调压调速的调速方法可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速。双闭环速度电流调节这种方法虽然初次头次成本相对而言较高，但它保证了系统的性能，保证了对生产工艺要求的满足，它既兼顾了启动时的电流的动态过程，又保证稳态后速度的稳定性，在起动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。达到稳态后，只要转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用很好地满足了生产需要。 关键词：无级调速；双闭环；晶闸管 II
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
北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
毕业设计（论文） 题目:无刷电机驱动的电动自行车 的控制系统设计 专业:数控技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师:
摘要 近年来，燃油交通工具因尾气排放问题已造成城市空气的严重污染。于是发展绿色交通工具已经成为一个重要的课题。考虑到我国的国情，发展电动自行车具有重要的环保意义。随着电机技术及功率器件性能的不断提高，电动自行车的控制器发展迅速。本文设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33033为控制芯片，以功率器件MOSFET为开关器件驱动电机，实现对无刷直流电机的控制。设计出了电路原理图、印制板电路图和电路板实物的3维效果图。 关键词：无刷直流电机MC33033 原理图印制板电路图
Abstract In recent years, transportation fuel emission problem has been caused by urban air pollution levels. So the development of green transport has become an important issue. Taking into account China's national conditions, development of electric bicycles has important environmental significance. With the motor technology and continuously improve the performance of power devices, the rapid development of electric bicycle controller. This design uses a brushless DC motor for the control of dedicated control chip MC33033 chip, in order to power MOSFET devices as the switching device drive motor, to achieve control of the electric bike. Design a circuit diagram, PCB circuit diagrams and circuit board real 3-D renderings. Keywords：brushless DC motor MC33033 Schematic PCB circuit
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。 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PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC 网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。 如果您认为本词条还有待完善，需要补充新内容或修改错误内容
毕业论文 课题名称无刷直流电机双闭环PI控制系统仿真 系部 专业 班级 学号 姓名 指导教师
摘要 本设计基于MATLAB/SIMULINK环境，利用其自带模块，编写S-函数程序，建立无刷直流电机的闭环控制系统模型。此系统采用转速-电流PI双闭环控制策略。其中，转速环为控制外环，使用PI控制算法；电流环为控制内环，采用滞环比较PWM控制方式，使得实际电流能跟踪参考电流。在分析了无刷直流电机的物理特性之后，可以建立其数学模型，将它与控制系统数学模型结合，就可以实现电机控制。将仿真结果与理论分析对比之后，可以看到本控制系统具有良好的控制效果。 关键词：无刷直流电机；双闭环控制系统；MATLAB/Simulink；PI控制 Abstract
based on MATLAB/SIMULINK environment, using the automatic module and writing S - function program establish a model of the closed loop control system of brushless dc motor. This system USES PI speed - current double closed-loop control strategy. Among them, the speed loop as the outer ring to use PI control algorithm; Current loop to control the inner ring, using the hysteresis PWM control mode, makes the actual current can track reference current. Physical properties after the analysis of the brushless dc motor, can establish its mathematical model, combined with control system mathematical model, it can achieve motor control. After compare the simulation results and theoretical analysis, you can see this control system has good control effect. Keywords: Brushless DC Motor; double-loop control system; MATLAB/Simulink; PI control
摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could
直流无刷电动机研发设计毕业论文 目录 中文摘要 (Ⅰ) Abstract (Ⅱ) 第一章绪论 (1) 1.1 课题的背景及研究意义 (1) 1.2 直流无刷电机控制系统的研究 (3) 1.3 PCI总线的应用 (7) 1.4 课题研究的主要容 (9) 1.5 论文的组织结构 (10) 第二章直流无刷电机控制原理 (11) 2.1 无刷直流电机的结构 (11) 2.2 无刷直流电机工作原理 (13) 2.3 无刷直流电机PID调速原理 (17) 第三章系统硬件设计 (21) 3.1 PCI运动卡控制电机的实现方法 (21) 3.2 硬件总体设计思想 (22) 3.3 数据采集卡及接线端子板 (23) 3.4 直流电机及其驱动器 (25)
3.4硬件连线示意图 (27) 第四章系统软件设计 (28) 4.1 软件总体设计思想 (28) 4.2 图形化编程软件LabVIEW简介 (29) 4.3 PCI控制卡的各子程序设计 (30) 4.3.1 转速控制程序 (30) 4.3.2 转速检测程序 (36) 4.3.3 PID控制程序 (40) 4.4 总程序框图 (41) 第五章实验与结论 (43) 5.1 硬件的安装与测试 (43) 5.2 软件测试 (45) 5.2.1 转速控制程序测试 (45) 5.2.2 转速检测程序测试 (46) 5.2.3 PID程序测试 (48) 5.3 结果分析 (50) 第六章总结与展望 (52) 6.1本文工作总结 (52) 6.2 研究展望 (52) 致谢 (54) 参考文献 (55)
附录一中文翻译 (57) 附录二外文原文 (67)
无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计
学号：1008421057 本科毕业论文（设计） (2014届) 直流无刷电机控制系统的设计 院系电子信息工程学院 专业电子信息工程 姓名胡杰 指导教师陆俊峰陈兵兵 高工助教 2014年4月
摘要 无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。 自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。 本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。 关键词：控制系统；DSPIC30F2010芯片；无刷直流电机
Abstract Brushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention. Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth. The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop. Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor
基于PWM控制器芯片的AC/DC电源设计 目前，在100W以下电源方案中，一般都使用脉冲宽度调制（PWM）控制芯片来实现PWM的调制，开关控制模式相对直流工作模式有很高的工作效率，使用反激离线工作模式，提高了系统工作的安全性，非常适合应用在便携式充电设备及电源适配器，比如，手机充电器，电源适配器等，因此，AC/DC PWM开关电源芯片在市场上的需求量非常大。不过传统的AC/DC电源方案都是使用变压器次级线圈反馈模式（SSR）,变压器次级反馈工作模式都需要低压端的恒压－恒流控制芯片协助完成电压的转换和实现恒流，此类应用方案增加了系统应用复杂程度，同时还增加系统方案的设计成本，本文要介绍的AC/DC电源控制芯片是思旺电子的SE3910，这是一款变压器原边线圈反馈模式（PSR）的PWM控制芯片。 SE3910技术特点 SE3910是一款绿色模式PWM控制器芯片,适用于小功率AC/DC充电器,适配器及LED驱动方案；该芯片为SOP－8封装，PWM模式工作时开关频率固定在40KHz,其内部集成了恒压恒流控制模块，应用方案使用PSR模式，省略了传统方案中的光耦合器、恒压/恒流控制芯片及其周围电路，大大简化了芯片的应用成本，降低了系统应用的复杂度。 芯片设计时特别考虑了EMI，对开关频率模块特别设计有频率抖动功能，每3.2ms 的周期内按所设计的顺序出现8种不同的开关频率，将电磁干扰频谱转移到一个相对较宽的频率带宽，从而达到优化系统EMI的目的。 同时SE3910的工作状态使用多模式调节功能，在空载或轻负载时，芯片会自动进入PFM工作模式，保证电源系统输入能量和输出能量精确守恒，防止了轻载或空载时能量过大，当负载升高到芯片所设置的重载设计值时，芯片会控制系统自动进入PWM工作模式，大幅度的优化了系统的工作效率，使系统效率能够达到80%以上，也减小了空载和轻载工作状态下的输出纹波。 芯片设计有软启动功能，很好的抑制了系统上电时的大电流，保护了电路板的损坏，减小了系统启动时的大电流对系统功耗的影响；芯片还具有电源欠压保护功能，LEB 功能、过温度保护功能等，最大程度的提高了芯片工作时的可靠性和安全性；芯片适合应用在5W及5W以下的电源方案中。 典型应用方案 SE3910能广泛应用在各种低功率AC/DC开关电源方案中，比如手机充电器，电源适配器等，除此之外，由于芯片集成有恒流功能，所以也可广泛应用在小功率LED驱动方案中。 图1是SE3910基本的应用电路，其中由变压器/输出级/R3/R4/SE3910等组成负反馈通路，通过调整GATE端的开关信号占空比来控制变压器的转换能量，使系统稳定在设置的工作状态。交流电压先经过一个桥式整流电路将交流转换成高压直流信号，R1和C2组成系统启动电路，VIN是SE3910的启动PIN，COMV PIN上的R5、C6和C7组成系统补偿电路，确保系统具有稳定的频率响应，FB是输出电压检测PIN，通过设置R3/R4就可以调整变压器副边上的电压，根据变压器电压比与匝数比成正比的原理，来实现对直流输出电压的调整；GATE是PWM输出PIN，它用来控制功率管13003来实现控制变压器原边的峰值电流，来达到对变压器转换能量的控制，CS PIN用来检测变压器峰值电流，当系统工作在恒流模式时，CS PIN上的电压会被固定在设置的最大值，也就确定了变压器原边最大峰值电流，从而实现输出也恒流，通过调整R6电阻就可以灵活调整输出恒流值。