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直流电机控制器设计.

摘要

电动机作为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。尤其随着计算机技术和微电子技术的高速发展，电动机的控制策略也发生了深刻的变化，传统的模拟控制方法已逐渐被以微控制器为核心的数字控制方法所取代。采用微处理器， DSP 控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅速发展。

ABSTRACT

Electromotor as the most important device which can convert the electrical energy into mechanial ones , have been pplied in all fields of our country.With the rapid development of computer techinc and micro electronics technic,control strategy of the electromotor have been profoundly changed.Traditional analog control has been replaced by digital control which is based on microcontroller. With modern technic like the microprocessor ,DSP and so on,digital control system have been developed rapidly.

第一章引言

1.1 课题的背景及意义

直流电动机以其调速性能好、起动转矩大等优点，在相当长的一段时间内，在电动机调速领域占据着很重要的位置。随着电力电子技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势。但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机的速度控制，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单。而且，随着科学技术的发展和国防现代化建设的要求，军队的武器装备正朝着高、精、尖的方向发展。在保证可靠性的前提下，要求武器的控制精度越来越高，响应速度越来越快，环境适应性越来越强，控制部分的体积越来越小，操作也越来越简单。在许多武器装备中，直流电动机的应用极为广泛，因此直流电动机的控制系统就显得尤为重要。

随着计算机和微电子技术的不断发展与创新，信息化引领着时代的发展，而信息化的基础是数字化，对直流电动机控制系统进行数字化改造后与原有的模拟控制系统相比具有如下优点[1]：

1、数字控制系统的硬件标准化程度高，制作成本低；

2、数字控制系统不受器件温度漂移的影响，具有更强的抗干扰能力；

3、通过软件实现控制方案，可方便引入各种先进的控制规律如自适应、非线性、智能化等；

4、可用软件程序实现系统的监控保护、故障自诊断、故障自修复等多种功能，大大降低了

系统的故障率，提高了系统的可靠性；

5、数字控制系统的体积小，重量轻，功耗也大大降低；

本设计使用的主控芯片是TMS320F28035，TMS320F28XX系列DSP是TI公司近年来推出的面向电机数字控制的32位定点数字信号处理器，其具有高速信号处理和数字控制所必须的体系结构特点，有为电机控制应用提供较多的外围设备。另外，DSP 的高速数据处理能力，使它可以执行一些高性能的复杂控制算法，减少传感器信号采样到控制命令输出之间的延迟，改善速度控制中的动态行为。

1.2 直流电动机驱动控制器的特点

直流电动机驱动控制器能够实时检测速度反馈信号和电流反馈信号，其技术特点包括：1、主控芯片采用电机专用 DSP 处理器，控制算法精确，性能优良。各种附加功能完善，进

一步扩展其他功能的能力充足。

2、综合采用各种新技术和新材料，整个电机驱动控制器体积小巧。

3、直流电动机启动平稳，对电源系统的冲激较小。

4、系统效率高，电机驱动控制器全功率输出时发热小，工作温升低。

5、系统对外干扰低，耐受干扰的能力较强。

1.3 本设计的主要工作

本次毕业设计所要完成的工作如下：

1、完成对控制电路以及驱动电路的设计；

2、用DXP绘制相关电路的原理图；

3、对器件进行封装并绘制出本次设计的PCB板；

4、研究控制算法，完成软件设计；

5、撰写毕业设计论文。

第二章直流电动机的结构与工作原理

2.1直流电动机的结构

直流电动机的平面结构图如图2.1所示。途中A、B为电刷，1、2为换向片，N、S为主磁极，a、d为线圈及流过线圈的电流。

2.1 直流电动机的平面结构图

直流电动机由定子和转子两个部分组成[6]。

一、定子

定子是直流电动机的静止部分。它包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等部件。

1、主磁极：产生主磁场，永磁电机的主磁极直接由不同极性的永久磁体组成，励磁电机的主磁极则由主磁极铁芯和主磁极绕组两部分组成；

2、换向磁极：产生附加磁场，以改善换向机的换向条件，减小换向器上的火花；

3、机座：一方面作为电动机的磁路，另一方面用来在其上安装主磁极、换向磁极，同时也作为电动机的外壳；

4、端盖：在机座的两边各有一个端盖，端盖的中心处装有轴承，用来支持转子的转轴，端盖上还固定有电刷架；

5、电刷装置：通过电刷与换向器表面之间的滑动接触，把电枢绕组中的电流引入或引出。

二、转子

直流电动机的转子又称为电枢，是电动机的旋转部分。由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部分组成。

1、电枢铁芯：由硅钢片叠压而成，其表面有许多均匀分布的槽，用来嵌放电枢绕组。其作用是提供磁路；

2、电枢绕组：由许多相同的线圈组成，按一定规律嵌放在电枢铁芯槽内，并与换向器相连。其作用是产生感应电动势和电磁转矩；

3、换向器：由许多铜制换向片组成，外形呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。其作用是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电动机旋转；

4、转轴：一般用合金钢锻压而成，其作用是用来传递转矩；

5、风扇：用来降低电动机在运行中的温升。

2.2 直流电动机的工作原理

直流电动机的工作原理如图2.1所示，图中N和S是一对在空间固定的永久磁铁，在两个磁极之间装一个可以转动的圆柱铁芯，代表电动机转子，铁芯上固定线圈abcd。当电流经电源从电刷A→换向片1→线圈→另一换向片2→电刷B回到电源时，在线圈里电流流

向为a →b →c →d 。由左手定则可知，此线圈将受到逆时针方向的电磁转矩的作用，当该电磁转矩大于负载转矩时，转子就会逆时针方向转动。当转子位置转过180度时，ab 边则由靠近N 侧转向了靠近S 侧，cd 边则由靠近S 侧转向了靠近N 侧。由于换向片与电刷接触的相对位置发生了变化，所以线圈中的电流方向也发生了变化，线圈中的电流方向为d →c →b →a 。再由左手定则可知，线圈仍受到逆时针方向的电磁转矩的作用，使转子仍保持逆时针方向转动。电动机在旋转过程中，由于电刷和换向片的作用，直流电流交替的由线圈ab 边和cd 边流入，产生持续的逆时针方向的电磁转矩，使直流电动机连续旋转。

图2.2 直流电动机的工作原理图

2.3直流电动机的控制原理

直流电动机的转速n 和其他参量的关系可表示为：

e a

a a C R I U n -=

式中，Ua 为电枢供电电压(V)；Ia 为点数电流（A ）；Φ为励磁磁通(Wb)；Ra 为电枢回路总电阻(Ω)；Ce 为电动势系数，a

C e 60=

P 为电磁对数,a 为电枢并联支路数,N 为导体数。由关系式可以看出，只要改变电枢电压Ua 、电枢回路总电阻Ra 、励磁磁通Φ的大小就可以改变电动机的转速。因此，直流电动机有三种基本调速方法:改变电枢回路总电阻Ra;改变电枢供电电压Ua;改变励磁磁通Φ。

直流电动机的转速控制方法可分为两类[1][3]

：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢电压控制法。本系统中所控制的电机为直流永磁电动机，因此只能选用电枢电压控制法进行控制，电枢电压控制法是在保持励磁磁通不变的情况下，通过调整电枢电压来实现调速的。

对电机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电机电枢电压的控制和驱动中，对半导体功率器件的使用上又可分为两种方式:线形放大驱动方式和开关驱动方式。线形放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线形区，这种方式的优点是:控制原理简单、对邻近电路干扰小，但是功率器件在线形区工作时，会将大部分电能转化为热能导致效率低下，散热问题

严重。因此这种方式只用于数瓦以下的微小功率直流电机的驱动[4]

。

为了获得可调的直流电压，利用电力电子器件的完全可空性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成可变大小和极性的直流电压作为电动机的电枢端电压，实现系统的平滑调速，这种调速系统成为直流脉宽调速系统。它越来越广泛地应用在各种功率的调速系

统中。直流脉宽调速的主电路采用脉宽调制型变换器，简称PWM 变换器[5]

。

脉宽调制技术，是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。图2.2就是最简单的PWM 控制原理图。在图 2.3 (a)中，当开关管 MOSFET 的栅极输入高电平时，开关管导通，直流伺服电机

电枢绕组两端有电压 Us 。t1 时间后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电机电枢两端电压为零。t2 时间后，栅极输入重新变为高电平，开关管重复前面的过程。这样，对应着输入的电平高低，直流电机电枢绕组两端的电压波形如图 2.3(b)所示。在电源电压 Us 不变的情况下，电枢两端电压的平均值 Ua 取决于占空比的大小，占空比的大小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。

（a ）原理图（b ）输入输出电压波形图2.3 PWM 调速控制原理和电压波形图

2.4 直流电动机速度控制的要求

任何一台需要速度控制的设备，其生产工艺对控制性能都有一定的要求。例如重型铣床的进给机构需要在很宽的范围内调速，最高速可达600mm/min ，而最低速只有2mm/min ，最高速是最低速的30倍；高速造纸机要求抄纸速度达到1000m/min ，稳速误差小于±0.01%；等等。所有这些要求，都可以转换成速度控制系统的稳态或动态性能指标，作为设计系统时的依据。对于调速系统的速度控制要求归纳起来主要有一下三点： a.调速：在一定的最高转速和最低转速的范围内，能够进行分档地（有级）或平滑地（无级）调速。 b.稳速：以一定的精度在所需的转速上稳定运行，在各种可能的干扰下不允许有过大的转速波动。

c.加、减速：频繁起动、制动的设备要求尽快地加、减速以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。

M VD

VI UI Ui T t1 t2 Ud

第三章控制电路的设计

3.1 系统方案

3.1.1 主控芯片的选择

在嵌入式系统中，可选用的控制芯片很多，像单片机有 51系列，96 系列等，这些芯片应用广泛，价格也很便宜，并且在实际应用中，有很多例子可以参考，但缺点是速度不可能很快，需要扩展较多外围器件，增加了开发成本和研制周期；而DSP 具有如下的优点：低成本，低功耗，高性能的处理能力；具有强大的外部通信接口（SCI 、SPI 、CAN ）便于构成打的控制系统；在一个指令周期可完成一次乘法和一次加法；程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；片内具有快速RAM ，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；快速的中断处理和硬件I/O 支持；具有在单周期内操作的多个硬件产生器；可以并行执行多个操作；支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。因此，我们选用DSP 芯片作为电机控制的主控芯片。

3.1.2 系统总体框图

控制单元电路是整个直流电动机驱动控制器的核心，主要包括微控制器DSP TMS320F28035、电源电路、复位电路、晶振电路、JPAG 接口电路、CAN 总线电路等。基本框图如图3.1所示。

图3.1 控制单元基本框图

3.2 主控芯片TMS320F28035的介绍

3.2.1 TMS320F28035的特点

TMS320F28035为一款最新的电机控制专用DSP 芯片，它是TI 公司在TMS320C2000平台上使用32位内核的DSP ，实时处理能力强，能应用于很多复杂的控制算法；高性能低功率，应用起来更加灵活方便、快速，能满足多种通讯的需要，这些可省去复杂的外围电路，提高

了系统的集成度和可靠性。它有如下的特性[7][8]

： 1.亮点;

DCM

中央处理器

A/D

PWM

转速检测

电流检测

PWM 控制

功率驱动电路

CAN

上位机

高效 32 位中央处理单元(CPU)(TMS320C28x TM)

60MHz 器件

3.3V 单电源

集成型加电和欠压复位

两个内部零引脚振荡器

多达 45 个复用通用输入输出 (GPIO) 引脚

三个 32 位 CPU 定时器

片载闪存，SRAM，OTP 内存

代码安全模块

串行端口外设 (SCI/SPI/I2C/LIN/eCAN)

增强型控制外设

56 引脚，64 引脚，和 80 引脚封装

2.高效 32 位中央处理单元 (CPU) ( TMS320C28x TM);

60MHz（16.67ns 周期时间）

16 x 16 和 32 x 32 介质访问控制 (MAC) 运算

16 x 16 双 MAC

哈佛 (Harvard) 总线架构

连动运算

快速中断响应和处理

统一存储器编程模型

高效代码（使用 C/C++ 和汇编语言）

3.多达 45 个具有输入滤波功能可单独编程的多路复用通用输入输出 (GPIO) 引脚;

4.可支持所有外设中断的外设中断扩展 (PIE) 模块;

5.三个 32 位 CPU 定时器;

6.每个 ePWM 模块中的独立 16 位定时器;

7.串行端口外设;

一个 SCI(UART) 模块

两个 SPI 模块

一个内部集成电路 (I2C) 总线

一个本地互连网络 (LIN) 总线

一个增强型控制器局域网络 (eCAN) 总线

8.高级仿真特性;

分析和断点功能

借助硬件的实时调试

F2803x Piccolo TM系列微控制器为 C28x TM内核和控制律加速器 (CLA) 供电，此内核和CLA 与低引脚数量器件中的高集成控制外设向耦合。该系列的代码与以往基于 C28x 的代码相兼容，并且提供了很高的模拟集成度。

一个内部电压稳压器允许单一电源轨运行。对HRPWM 模块实施了改进，以提供双边缘控制（调频）。增设了具有内部10位基准的模拟比较器，并可直接对其进行路由以控制 PWM 输出。 ADC可在 0V 至 3.3V固定全标度范围内进行转换操作，并支持公制比例 VREFHI/ VREFLO基准。 ADC 接口专门针对低开销/低延迟进行了优化。

3.2.2 TMS320F28035的内存总线

与很对MCU 类型器件一样，多总线被用于在内存和外设以及CPU 之间移动数据。此内存总线架构包含一个程序读取总线、数据读取总线、和数据写入总线。此程序读取总线由22 条地址线路和32 条数据线路组成。数据读取和写入总线由32 条地址线路和32 条数据线路组成。32 位宽数据总线可实现单周期32 位运行。多总线结构，通常称为哈弗总线，使得C28x 能够在一个单周期内取一个指令、读取一个数据值和写入一个数据值。所有连接在内存总线上的外设和内存优先内存访问。总的来说，内存总线访问的优先级可概括如下：

最高级：数据写入（内存总线上不能同时进行数据和程序写入。）

程序写入（内存总线上不能同时进行数据和程序写入。）

数据读取

程序读取（内存总线上不能同时进行程序读取和取指令。）

最低级：取指令（内存总线上不能同时进行程序读取和取指令。）

3.2.3 TMS320F28035外设总线

为了在多种德州仪器(TI) MCU 器件系列间实现外设迁移，此器件采用一个针对外设互连的外设总线标准。外设总线桥复用了多种总线，此总线将处理器内存总线组装进一个由16 条地址线路和16 或者32 条数据线和相关控制信号组成的单总线中。支持外设总线的三个版本。一个版本只支持16 位访问（被称为外设帧2）。另外版本支持16 位和32 位访问（被称为外设帧1）。第三版本支持CLA 访问和16 位以及32 位访问（被称为外设帧3）。

3.3 电源电路的设计

目前许多外围电路所需要的电压是5V，而TMS320F28035的工作电压时3.3V，驱动电压为15V，因此要将24V的电压转换成5V和15V，再由5V电压转换成3.3V电压。其转换电路如图3.3.1所示。

图3.3 .1电源电路

图中LM7815和LM7805是分别输出15V和5V的转换芯片，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的LM78XX系列和负电压输出的LM79XX系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子像是普通的三极管，TO-220 的标准封装，也有LM9013样子的TO-92封装。他们的管脚图如图3.3.2所示[9]。

图3.3.2 LM7805和LM7815的管脚图

LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V 输出，负载电流为800mA 时为1.2V 。它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列。LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.25～13.8V 输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（1.8V 、2.5V 、2.85V 、3.3V 和5V ）的型号。这里我们输出为3.3V ，正好满足 TMS320F28025的工作电压的需要。LM1117 还具有内部电流限制和过热保护的特点，把输出电流限制到大约 1A 。 LM117的可调压型号在输出端和调节端之间具有一个1.25V 的参考电压V REF ，如图3.3.3所示，该电压通过跨接电阻R1产生一个恒定电流I1。调节端输出的电流I A 会使输出的电压产生误差，但由于I A 非常小所以忽略不计。因此，只要调节R2的大小就可以输出不同等级的电压，即

)1()()1())((

2112

211

R R V R R I R R V R R I R V V REF A REF A REF

OUT +

=+++=++=

图3.3.3 LM1117结构图

3.4 复位电路的设计

本系统采用RC 复位电路，其电路图如图3.4所示。该电路主要实现了上电复位和系统运行时手动按键复位功能。该电路的工作原理如下：XRSN 是低电平有效，即当XRSN 输出低电平时，系统复位。在系统上电时，电源通过电阻 R12向电容 C31 充电，当 C31两端的电压未达到高电平的门限电压时，XRSN 端输出低电平，系统处于复位状态；当 C31 两端的电压达到高电平门限电压时，XRSN 端输出高电平，系统进入正常工作状态。当用户按下按钮 REST 时，C31两端的电荷被泄掉，XRSN 端输出低电平，系统进入复位状态。通过调整电阻和电容的参数可以改变复位状态的时间。

V REF I A

图3.4 复位电路图 3.5 晶振电路的设计

时钟发生器是为 DSP 芯片提供时钟信号，这里使用的是 20MHZ 的有源晶振，TMS320F28035

支持动态锁相环路（PLL ）比率变化。20M 晶振通过0～4倍频后就可以得到DSP 所需要的时钟信号，晶振电路如图3.5所示。

图3.5 晶振电路图

3.6 JPAG 接口电路的设计

JTAG 是 Joint Test Action Group （联合测试行动小组）的简称。该组织提出了边界

扫描测试方案，后来成为IEEE 1149.1标准，即IEEE 标准试验存取口和边沿扫视技术[10]

。

DSP 有 JTAG 硬件测试仿真接口，它可以与外界进行数据交换[11]

。TMS320F28035支持实时模式运行，此运行模式可在处理器正在运行和执行代码且处理中断的同时允许修改内存内容、

外设、和寄存器位置[7]

。用户也可以通过非时间关键代码进行单步操作，同时可在没有干扰的情况下启用将被处理的时间关键中断。此器件在CPU 的硬件内执行实时模式。这是28x 系列器件所特有的特性，无需软件监控。此外，还提供了特别分析硬件以实现硬件断电或者数据/地址观察点的设置并当一个匹配发生时生成不同的用户可选中断事件。这些器件不支持边界扫描；然而，如果将下面的因素考虑在内的话，也可提供IDCODE 和BYPASS （旁路）特性。缺省情况下不支持IDCODE 。用户需要搜索JTAG 的SHIFT IR 和SHIFT DR 状态序列来获得IDCODE 。对于BYPASS 指令，第一个被移位的DR 值应该为1。具体的仿真连接接口图

如图3.6。

图3.6 JPAG仿真接口图

3.7 CAN总线通信电路的设计

eCAN 模块是 TMS320F2812 DSP 片上的增强型 CAN 控制器, 其性能较之已有的 DSP 内嵌 CAN 控制器有较大的提高,数据传输更加灵活方便, 数据量更大、可靠性更高、功能更加完备。随着 TMS320F2812 的大量推广使用, 基于 eCAN 的 CAN总线通信方式将得到广泛的应用[12]。

这里我们选用CAN现场总线主要是因为他有如下优点[13]：

1.具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；

2.采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声环境中工作；

3.具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网路；

4.可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；

5.可靠的错误处理和检错机制；

6.发送的信息遭到破坏后可自动重发；

7.节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

8.报文不包含源地址或目标地址哎，仅用标示符来指示功能信息、优先级信息。

下图为CAN总线的电路图。其中,CANTX和CANRX接TMS320F28035 DSP的CAN管脚,CANH 和CANL接外部CAN总线。TMS320F28035 DSP内的CAN控制器必须通过CAN驱动芯片才能与外部的CAN控制器进行通信。

选择SN65HVD230收发器是为了增大通信距离,提高系统的瞬间抗干扰能力,保护总线,降低射频干扰(RFI)实现热防护等。SN65HVD230 CAN驱动芯片是为3.3Ｖ供电的 DSP设计CAN 总线收发器,TMS320F28035 DSP集成的CAN总线控制器配合总线收发器SN65HVD230,至少可以连接110个节点,可提供高达1Mbit/s数据传输率。系统中将其引脚8(RS)接地选择高速工作方式。在传输线两端并联1个120Ω的匹配电阻,以克服长线效应,减小通讯介质中信号的反射。

图3.7 CAN总线接线图

第四章功率驱动电路的设计

4.1 逆变电路的设计

功率逆变电路如图4.1所示，该电路为可逆PWM变换器，可逆PWM变换器按主电路结构不同有H形和T形等，由于H形变换器在实际应用中比较广泛，所以这里我们选用H形PWM 变换器。

全控型器件主要有MOSFET和IGBT，这两者都具有开关频率高、输入阻抗高、通态电压低和热稳定性好的特点,所以是本控制系统的首选器件。。但由于MOSFET比IGBT的开关频率高,价格便宜,且保护电路相对简单,广泛应用于各类中小功率开关电路中,因此本控制系统选用MOSFET作为开关器件[14]。功率MOSFET有以下的优点：

①开关速度快开关的速度由极间寄生电容决定,故其开关时间很短(小于50~100ns),工作频率很高（达500KHZ以上）；

②驱动功率小它是电压型器件,驱动功率小,功率增益高,驱动电路简单；

③安全工作区宽 MOSFET没有二次击穿现象,因此比同等功率的GTR器件安全,工作区大，也更稳定耐用；

④过载和抗干扰能力强短时过载电流可达额定值的4倍。

图4.1 逆变电路

所以我们选取MOSFET 作为逆变电路的功率管。该电路由4个MOSFET 管构成双极性H 形PWM 变换器。如图所示，4个功率开关器件的基极驱动电压分为两组。T1和T4同时导通和关断，其驱动电压Ub1=Ub4；T2和T3同时动作，其驱动电压Ub2=Ub3。它们的波形图如图4.2所示。

Ub1

Ub2

Ub3

Ub4 O

Us Ub1 Ub4 Ub2 Ub3

O t

+Us

-Us

t on T

1 2 3

图4.2 逆变器电压和电流波形图

在一个开关周期内，当0≤t ≤t on 时，Ub1和Ub2为正，MOSFET 管T1和T4饱和导通；而Ub2和Ub3为负，T2和T3截止。这时+Us 加在电动机电枢两端，电枢电压Ua=Us ，且Ua>Ea,正向的电枢电流沿回路1流通。在t on ≤t

由于电枢电压的正负变化，使电流波形存在两种情况，即图中的ia1和ia2。ia1相当于电动机负载较重的情况，这时负载平均电流较大，在续流阶段电流仍维持正方向，电动机始终工作在电动运行阶段。ia2相当于负载较轻的情况，平均电流较小，在t on ≤t

4.2 驱动电路的设计

本系统中的功率集成电路选用 IRF 公司的 IR2011，它是一个高功率、具有独立的高端和低端参考输出通道的高速功率MOSFET 驱动、理想地应用于100W ～250W D 类音频放大器和直流-直流变换器。逻辑输入与标准CMOS 或LSTTL 输出相兼容，输出为3.0 V ，并没有任何减速。

一片 IR2011 可以驱动同侧桥臂的两个开关管，其功能框图如图4.2.1所示。其中，HIN 、LIN 分别接用来控制同侧桥臂的两路 PWM 信号，HIN 为高端输入，LIN 为低端输入，输入兼容 3.3V 和 5V 逻辑电平。VB 、HO 、VS 控制高端开关管,VCC 、LO 、COM 控制低端开关管。

图4.2.1 IR2011功能框图

O t

ia1 ia2

由于我们选用的是双极性H形PWM变换器，所以这里需要两片IR2011来驱动4个MOSFET 管。具体的连接图如图4.2.2所示。

图4.2.2 驱动电路

4.3 电流检测电路设计

电流的检测方法有多种，可以使用精密电阻串在被测回路里，将电流转换成电压通过AD获取电阻两端的电压来间接求得电流，但是这种方法如果电流过大的话会由于电阻发热造成电阻值发生漂移，测得的电流就不准确了，同时串了个电阻(虽然不大)，会对被测电路产生影响。于是我选择了基于霍尔效应的霍尔电流传感器，这种电流传感器具有体积小、能将被测电流完全隔离开等优点。这里我们选用的是Allegro公司生产的ACS712ELCTR-05B-T 这款芯片，该芯片有以下的特点和优点[15]:低噪声的模拟信号路径；设备的宽带是通过设置新的过滤器引脚；5μs输出上升时间,响应于步骤输入电流；80 kHz带宽；在T总输出误差为1.5％；占用空间小,低厚度SOIC8封装；1.2mΩ内部导体电阻；2.1 kVRMS的最小绝缘电压的引脚；5.0 V单电源工作；66至185 mV / A输出灵敏度；成正比的输出电压的AC或DC电流；工厂校准的准确性；极度稳定的输出偏移电压；几乎为零的磁滞；电源电压的成比例输出；它的量程为-5A~+5A，符合本次设计参数（24V，50W），输入被测电流输出一个与被测电流成线性关系的电压值，如图4.3.1所示。两者的具体关系式为：U IOUT=0.185I P+2.5。具有185mv/A的输出灵敏度，80KHz带宽。

图4.3.1 输入电流与输出电压的关系图

由于流过电动机的电流是双极性的，所以我们将霍尔电流传感器串联在电动机回路，检测正反电流，完整的电流检测电路图见图4.3.2。我们的设计参数为电压24V 和功率50W ，也就是说回路中的电流约为2.08A,考虑安全裕量我们将回路中的电流扩大2.5倍，即输入到霍尔传感器的电流为-5A~5A ，正好为ACS712的满量程。由于DSP 的 ADC 可在 0V 至 3.3V 固定全标度范围内进行转换操作，所以我们必须将输入的-5A ~5A 的电流转换成0~3.3V 的电压

图4.3.2 电流检测电路

送至DSP 的ADC 引脚，通过ADC 的内部程序来计算出实际电流，从而实现电流检测的目的。这里选用运放MC3558来实现整个转换电路的设计。

如图所示，当电流流进霍尔传感器时线性地输出电压U IOUT =0.185I P +2.5，该电压再通过减法电路输出送至ADC 的电压U O 。

282328222216221622

1628232822221622

162823282222165.2))((3.3185.0)5.2185.0())((

3.3))((

R R R R R R R R I R R I R R

R R R R R R U R R

U R R R R R R U P P IOUT

REF O -+++-

=+-++=-++=

我们想要的到的关系为65.133.0+-=P O I U ,于是可以推算出

???

????=-++=65.15.2))((3.333.0185.0221628232822221622

R R R R R R R R R

我们选取R 22=1K Ω，于是可得R 16=1.8K Ω；再将R 16与R 22代入第二个等式中可得28235.0R R =。选R 23=1K Ω，于是R 28=2K Ω。

4.4 转速检测电路设计

速度检测，有多种方法可以实现，比如测速发电机，光电编码器，光电对管，电枢电流高次谐波频率法等等，这里我们选用永磁直流测速发电机来实现转速检测，测速发电机的结构图如图4.4.1所示。测速发电机：（1）后端盖（2）轴承（3）外壳（4)磁缸（5）装配外壳（6）绕组（7）换向器（8）刷盒；直流电机：（9）电刷（10）换向器（11）绕组（12）电机-测速发电机轴（13）外壳／磁缸（14）轴承（15）轴承固定环(16)接线端。

图4.4.1 测速发电机结构图

永磁直流测速发电机是一种将转子速度转换为电气信号的机电式信号原件，是伺服系统中的基本原件之一。在转速反馈系统中,测速发电机是一个关键的装置,它的输出电压的幅值正比于转速,极性反映电机的转向。测速精度、线性度、波型的纹波系数以及测量的小滞后性是它的主要性能指标。现有测速发电机的性能指标一般能满足大多数调速系统的需要。

基于本次设计电机的参数，我ZCF121直流测速发电机，该发电机具有线性误差小、运行可靠、尺寸小、重量轻等特点。它是转速达3000r/min 时输出50V ，由于DSP 的ADC 工作电压为0~3.3V ，所以我们必须用运放把发电机反馈的电压转换成0~3.3V 。具体的电路如图4.4.2所示。

图4.4.2 转速检测电路

该电路的设计原则与电流电测相似，也是运用一个减法电路，测速发电机输出的电压U i 经过滤波电路送至运放的负端，运放的正端接DSP 的基准电压U VREF ，转换关系式为：

i REF O U R R

U R R R R R R U 37

34403940373734))((

-++= 我们的目的是为了将测速发电机输出的-50V~50V 电压转换成0~3.3V 电压，所以两者的线性

关系为：

65.1033.0+-=i O U U 于是我们可以得到

???????==++033.065.1))((37

3440

39403737

34R R U R R R R R R REF

取R 37=100K Ω，于是R 34=3.3K Ω,再将R 37=100K Ω，R 34=3.3K Ω代入到第一个等式中得到

R 39=1.066R 40，所以取R 39=6.6K Ω，R 40=6.2K Ω。

第五章系统软件设计

5.1 引论

如果说硬件是实现直流电机控制的基础，那么系统软件就是整个控制器的核心和灵魂，控制系统的软件设计必须具备实时性、可靠性和易维护性。本实验系统DSP控制器的软件设计是采用结构化的编程思想，把整个控制系统的程序进行分模块处理,分别构建各个功能模块程序,最后组合各个功能程序模块联调实现整个 DSP 电机控制程序的设计。基于前面的硬件设计，根据需求采用结构化的编程思想编写控制软件，最终实现整个控制器的控制流程，实现直流电机控制。DSP系统软件是采用结构化程序设计，在TI专用的集成开发环境CCS5.1下完成系统项目程序的开发，调试本系统采用混合编程方式完成，以C语言为主。

5.2 DSP软件开发环境CCS

CCS（Code Composer Studio)是一种针对TMS320系列DSP的集成开发环境，采用图形接口界面，提供有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具,集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能,因此具有较强大的功能，并且支持汇编语言和C语言的混合编译。 CCS5.1 是一套完整的用于开发和调试TI嵌入式应用程序的软件开发环境,它具有适用于每个TI器件系列的编译器、源码编辑器、项目构建环境、调试器、仿真器以及多种其它功能。它的主要功能如下：

1.具有集成可视化代码编辑界面，可以通过界面直接编写C、汇编、.cmd等文件；

2.含有集成代码生成工具，具有多种功能集成到一个软件环境中；

3.高性能编辑器支持汇编文件的动态语法加亮显示，使用户很容易阅读代码，发现语法错误；

4.基本调试工具具有装入执行代码、查看寄存器、存储器、反汇编、变量窗口等功能；

5.能在调试程序的过程中，完成硬件断点、软件断点和条件断点的设置；

6.可用于算法的仿真，数据的实时监测等；

7.支持多DSP的调试；

8.支持RTDX技术，可在不中断目标系统运行的情况下，实现DSP和其它应用程序的交换；

5.3 系统软件的总体结构

本系统的软件主要由主程序模块和中断子程序模块两大部分构成，主程序的工作为完成整个控制系统的初始化,当系统上电时便开始执行,当遇到故障复位时才能重新开始执行,并完成参数给定、显示处理和开中断等工作；中断服务程序包含整个控制系统的算法实现,是软件较为核心的部分[16]，主要是完成包括A/D采样、控制策略实现以及PWM调制信号输出等功能。

5.3.1 主程序设计

控制系统的主程序如图5.3.1所示，

直流电机转速控制

直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

直流电机转速控制课程设计姓名：学号：班级：

目录 1．直流电机转速控制方案设计 (2) 设计要求 (2) 设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 主要器件功能 (3) 硬件原理图 (6) 3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 硬件测试 (8) 软件调试……………………………………………………………(11

1．直流电机转速控制方案设计设计要求通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。设计框图本课题中测量控制电路组成框图如下所示：

图1 2．直流电机转速控制硬件设计主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电源正端为VCC，电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片，它采用I2C接口，能直接驱动8位共阴式数码管，同时可扫描管理多达64只按键，实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外，它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功

PWM控制直流电机的系统的设计

电力电子与电机拖动综合课程设计题目： PWM控制直流电机的系统专业： 05自动化学号： 200510320219 姓名：张建华完成日期：指导教师：李晓高

电力电子与电机拖动综合课程设计任务书班级：自动化05 姓名：张建华指导老师：2008年6月10日年月日

1 引言直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，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，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。 2 系统概述 2.1 系统构成本系统主要有信号发生电路、PWM速度控制电路、电机驱动电路等几部分组成。整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图1所示。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器

直流电机PWM调速与控制设计报告

综合设计报告单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术与仪器班级：0820801 学号：指导老师：成绩：设计时间：2011 年12 月重庆邮电大学自动化学院制

一、题目直流电机调速与控制系统设计。二、技术要求设计直流电机调速与控制系统，要求如下： 1、学习直流电机调速与控制的基本原理； 2、了解直流电机速度脉冲检测原理； 3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路； 4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信； 5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。 6、要求电机能实现正反转控制； 7、系统具有实时显示电机速度功能； 8、电机的设定速度由电位器输入； 9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。三、给定条件 1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料； 2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等； 3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机；四、设计 1. 确定总体方案； 2. 画出系统结构图； 3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路； 4. 设计串口及通信程序，完成和上位机的通信； 5. 画出程序流程图并编写调试代码，完成报告；

直流电机调速与控制摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。本电机控制系统基于51内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM 脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制，其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示与控制由上位机实现。经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。具有一定的实际应用意义。关键字：直流电机、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298 一、系统原理及功能概述 1、系统设计原理本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计，主要用于电机的测速与转速控制，硬件方面设计有可调电源模块，串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路；软件方面采用基于C语言的编程语言，能实现系统与上位机的通信，并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态，如开启、停止、正反转等。单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器，该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令，同时它还自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD转换器、一个SPI接口等，

直流电机驱动电路设计

直流电机驱动电路设计一、直流电机驱动电路的设计目标在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 1. 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。 2. 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。二、三极管-电阻作栅极驱动

1．输入与电平转换部分：输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。 2．栅极驱动部分：后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容（大约 1000pF）进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通（“共态导通”）造成电源短路。当运放输出端为低电平（约为1V至2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC）时，下面的三极管导通，场效

PWM控制直流电机调速

毕业设计论文PWM控制直流电机调速绪论脉宽调制(PWM)控制技术，是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲序列，并控制电压脉冲的宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。PWM控制技术广泛地应用于开关稳压电源，不间断电源(UPS)，以及交直流电动机传动等领。本文阐述了PWM变频调速系统的基本原理和特点，并在此基础上给出了一种基于Mitel SA866DE三相PWM波形发生器和绝缘栅双极功率晶体管(IGBT)的变频调速设计方案。直流电动机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;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。直流电动机的转速调节主要有三种方法：调节电枢供电的电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。针对三种调速方法，都有各自的特点，也存在一定的缺陷。例如改变电枢回路电阻调速只能实现有级调速，减弱磁通虽然能够平滑调速，但这种方法的调速范围不大，一般都是配合变压调速使用。所以，在直流调速系统中，都是以变压调速为主。其中，在变压调速系统中，大体上又可分为可控整流式调速系统和直流PWM调速系统两种。直流PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点: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，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右;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;直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。正因为直流PWM调速系统有以上的优点，并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。传统的模拟和数字电路PWM已被大规模集成电路所取代,这就使得数字调制技术成为可能。目前,在该领域中大部分应用的是数字脉宽调制器与微处理器集为一体的专用控制芯片, 如TI公司生产的TMS320C24X系列芯片。电动机调速系统采用微机实现数字化控制,是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后,整个调速系统实现全数字化,结构简单,可靠性高,操作维护方便,电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平,静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。

直流电机控制系统设计

XX大学课程设计（论文）题目直流电机控制系统设计班级学号学生姓名指导教师

沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称专业基础课程设计院（系）自动化学院专业测控技术与仪器班级学号姓名课程设计题目直流电机控制系统设计课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日课程设计的内容及要求： 1.内容利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求（1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。（2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。（3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。（4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。（5）完成系统硬件电路的设计。（6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。指导教师年月日负责教师年月日

学生签字年月日目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)

直流电机调速控制系统设计

成绩电气控制与PLC 课程设计说明书直流电机调速控制系统设计 . Translate DC motor speed Control system design 学生姓名王杰学号20130503213 信电工程学院13自动学院班级化专业名称电气工程及其自动化指导教师肖理庆

201 6年 6 月 14 日

目录 1 直流电机调速控制系统模型 0 1.1 直流调速系统的主导调速方法 0 因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。 0 1.2 直流电机调速控制的传递函数 0 1.2.1 电流与电压的传递函数 (1) 1.2.2 电动势与电流的传递函数 (1) 由已学可知，单轴系统的运用方程为: (1) 1.3 直流调速系统的控制方法选择 (3) 1.3.1 开环直流调速系统 (3) 1.3.2 单闭环直流调速系统 (3) 由前述分析可知，开环系统不能满足较高的调速指标要求，因此必须采取闭环控制系统。图1-4所示的是，转速反馈单闭环调速系统，其是一种结构相对复杂的反馈控制系统。转速控制是动态性能的控制，相比开环系统，速度闭环控制的控制精度及控制稳定性要好得多，但缺乏对于静态电流I的有效控制，故这类系统被称之为“有静差”调速系统。 (4) 1.3.3 双闭环直流调速系统 (4) 图1-4 双闭环控制直流调速控制系统 (4) 1.3.3.1 转速调节器（ASR） (4) 1.3.3.1 电流调节器（ACR） (4) 1.4 直流电机的可逆运行 (5) 1.2 ×××××× (7) 1.2.1 电流与电压的传递函数 (7) (8) 3 PLC在直流调速系统中的应用 (8) 2 ××××× (9) 2.1 ×××××× (9) 2.1.1 ×××× (9) 3 ××××× (11) 3.1 ×××××× (11) 3.1.1 ×××× (11) 参考文献 (12) 附录 (13) 附录1 (13)

无刷直流电机控制系统的设计

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

直流电机调速计算机控制技术课程设计

计算机控制技术课程设计专业：自动化班级：姓名：学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016年07月15日

直流电机调速系统设计 1设计目的本课程设计是在修完《计算机控制技术A》课程之后，为加强对学生系统设计和应用能力的培养而开设的综合设计训练环节。本课程设计结合《计算机控制技术A》课程的基础理论，重点强调实际应用技能训练，包括计算机控制系统算法软件和硬件设计。其课程设计任务是使学生通过应用计算机控制技术的基本理论，基本知识与基本技能，掌握计算控制技术中各主要环节的设计、调试方法，初步掌握并具备应用计算机进行设备技术改造和产品开发的能力，培养学生的创新意识，提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。 2 设计方法设计一个直流电机系统，合理选择PID控制规律，掌握被控对象参数检测方法、H桥驱动的功能、旋转编码器的功能、单片机PWM控制波形输出方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高解决实际工程问题的能力。直流电机调速系统是以电机转速作为变量，单片机根据采集电机转速的测量值与设定值的偏差去控制PWM波形的脉宽，从而改变直流电机两端的电压，达到控制转速的目的。直流电机调速系统由单片机、直流电机、光电式旋转编码器、H桥驱动、LCD显示屏等及相关电路组成。 3 设计方案及原理 3.1系统功能介绍整个控制系统由控制器、执行器、被控对象和测量变送组成，在本次控制系统中控制器为单片机，采用算法为PID增量算法控制规律，执行器为H桥驱动电路，测量变送器为光电式旋转编码器，被控对象为直流电机。然后通过单片机对数据进行处理，控制转速的大小和正反转。 3.2系统组成总体结构计算机控制系统由控制计算机系统和生产过程两大部分组成。控制计算机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机系统，它可以根据系统的规模和要求选择或设计不同种类的计算机。计算机控制系统基本结构如图1所示。

微机原理课程设计—直流电机闭环调速控制系统

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

直流电机控制电路集锦

直流电机控制电路集锦直流电机的类型按：直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。但对它的使用和控制，很多读者还不熟悉，而且其技术资料亦难于查找。直流电机控制电路集锦，将使读者“得来全不费功夫”! 在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。站长的几句说明：本文内容比较详实完整，但遗憾的是原稿的印刷质量和绘图的确很差，尽管采取了很多措施，有些图仍可能看不太清楚。直流电机，大体上可分为四类：第一类为有几相绕组的步进电机。这些步进电机，外加适当的序列脉冲，可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路，很容易实现控制。例如常用的SAAl027或SAAl024专用步进电机控制电路。步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。例如：机器人手臂的运动，高级字轮的字符选择，计算机驱动器的磁头控制，打印机的字头控制等，都要用到步进电机。第二类为永磁式换流器直流电机，它的设计很简单，但使用极为广泛。当外加额定直流电压时，转速几乎相等。这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。也用于变速范围很宽的驱动装置，例如：小型电钻、模型火车、电子玩具等。在这些应用中，它借助于电子控制电路的作用，使电机功能大大加强。第三类是所谓的伺服电机，伺服电机是自动装置中的执行元件，它的最大特点是可控。在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小，除去控制信号电压后，伺服电机就立即停止转动。伺服电机应用甚广，几乎所有的自动控制系统中都需要用到。例如测速电机，它的输出正比于电机的速度；或者齿轮盒驱动电位器机构，它的输出正比于电位器移动的位置．当这类电机与适当的功率控制反馈环配合时，它的速度可以与外部振荡器频率精确锁定，或与外部位移控制旋钮进行锁定。唱机或激光唱机的转盘常用伺服电机。天线转动系统，遥控模型飞机和舰船也都要用到伺服电机。最后一类为两相低电压交流电机。这类电机通常是直流电源供给一个低频振荡器，然后再用低频低压的交流去驱动电机。这类电机偶尔也用在转盘驱动机构中。步进电机的基本工作原理

直流电机转速控制

. 直流电机转速控制课程设计

姓名：学号：班级：目录 1．直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6)

3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11 1．直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。

1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图本课题中测量控制电路组成框图如下所示：图1

2．直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电

直流电机控制系统设计范本

直流电机控制系统设计

XX大学课程设计（论文）题目直流电机控制系统设计班级学号学生姓名指导教师

沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称专业基础课程设计院（系）自动化学院专业测控技术与仪器班级学号姓名课程设计题目直流电机控制系统设计课程设计时间: 7 月 9 日至 7 月 20 日课程设计的内容及要求： 1.内容利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求（1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。（2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。（3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。（4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。（5）完成系统硬件电路的设计。（6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。

指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日目录 0 前言...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。

直流电机调速电路的设计

课程设计说明书直流电机调速电路的设计系、部：学生姓名：指导教师：专业：班级：完成时间：摘要

将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，被国际电工委员会命名为电力电子学或称为电力电子技术，他是一门综合了电子技术，控制技术和电力技术的新兴交叉学科。直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用，用作直流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，仍得到广泛使用。直流电动机是人类最早发明和应用的有一种电机。直流电动机是将直流电转换为的旋转机械。他与交流电动机相比，虽然直流电动机因为结构复杂，维护困难，价格比较贵等缺点制约了它的发展，应用不如交流电动机广泛。但由于直流电动机有优良的启动，调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。关键词电力电子技术；直流电动机；机械能 ABSTRACT

Will the electronic technology and control technology into the traditional power technology, using semiconductor switching parts of all kinds of power transformation of electric power circuit implementation transformation and control, constitute a complete discipline, be door to the international electrotechnical commission named power electronics or called power electronic technology, he is a comprehensive electronic technology, control technology and the emerging interdisciplinary power technology. Dc motor is one of the main types of the motor. A dc motor as a generator can use, also can use as a motor, used as dc generators can get dc power, and as a dc motor, since it has good performance of speed adjustment, in many speed performa, is still widely used. Dc motor is the earliest human invention and application of a kind of motor. Current motor is converted to dc of rotating machine. He compared with ac motor, although dc motor for the complex structure, maintenance difficulties, price is more expensive shortcomings constrains its development, the application as ac motor widely. But because of dc motor with fine start, speed and braking performance, so in industry still has a place. Key words power electronic technology; dc motor; mechanical energy 目录

直流电动机调速控制系统论文

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

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

直流电动机控制电路的设计

课程设计(论文) 题目名称直流电动机控制电路的设计课程名称电力拖动基础课程设计学生姓名周孝雄学号0941202031 系、专业电气工程系、09自动化指导教师邱雄迩 2011年12 月18 日

邵阳学院课程设计（论文）任务书注： 1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效； 2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

指导教师（签字）：学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名周孝雄学号0941202031 系电气工程系专业班级09自动化班题目名称直流电动机控制电路的设计课程名称电力拖动基础一、学生自我总结二、指导教师评定注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

当今，自动化控制系统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。直流电动机应用如此之广，主要在于其采用了PWM脉宽调制电路来控制直流电动机的调速。在这里介绍了PWM脉宽产生的电路。该电路运用模拟电子电路基础知识完成，利用产生的方波信号带动负载转动。本设计原理简单，易于理解，电路实现简单。我们先概括介绍了电路中锁需要的电路模块，然后给出了整体的电路图，并做了测试及得出测试结果。关键词：直流电动机，PWM，三极管

1绪论 (7) 1.1概述 (7) 1.2 直流电动机的基本理论 (7) 1.3直流脉宽调速系统 (10) 2 元器件介绍 (13) 2.1 SG2731 (13) 2.2 三极管C4466 和 A1693 (16) 3 系统设计方案 (17) 3.1直流电动机控制电路 (17) 4直流电动机控制电路的测试 (19) 4.1 测试步骤 (19) 4.2 测试结果 (19) 5实验总结 (21) 参考文献 (22)

直流电机控制系统设计(1)

湖南工程学院课程设计《DSP原理及应用》题目：直流电机控制系统设计专业：班级：姓名：学号：指导教师： 2015年5 月19 日

摘要直流电动机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；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于TMS320LF2407单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速，TMS320LF2407;

前言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，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。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以

基于STM32的直流电机调速控制器的设计说明

基于STM32的直流电机调速控制器的设计摘要：介绍了一款主要由STM32微处理器，IR2110驱动芯片，光电编码器等构成的直流电机PWM调速控制器。详细介绍了直流电机调速原理、光电编码器的工作原理。并根据整体方案设计，设计了逻辑信号处理电路、IR2110 驱动电路以及主程序，PWM输出子程序等硬软件设计。本设计主要可以应用在小型电动船或车上，具有较高的使用价值。关键词：直流电机；光电编码器；PWM；IR2110驱动 A PWM speed controller of DC motor based on STM32 LI Zhi-hong QIAN Chen-liang the School of Automation，Wuhan University of Technology Wuhan HuBei China 430070 Abstract：A PWM speed controller of DC motor based on STM32 is introduced in this paper. The main components of the controller are STM32，IR2110 driver IC，photoelectric encoder and so on. This paper elaborated on the governor principle of DC motor and working principle of photoelectric encoder. According to

the entire project plan，the hardware and software design，including signal processing logic circuit， IR2110 driver circuit，main program and PWM subroutine were designed. This controller mainly applied on small electric boat or car，which owns higher use value. Keywords：DC motor；photoelectric encoder；PWM；IR2110 driver 1 前言随着电力电子技术的发展，直流电机靠其优良的控制性能和线性特性等诸多特点在工业控制、航海、汽车工程和精密家电等诸多领域内被广泛应用。[1]经过多年的研发，如今的直流电机调速技术也已经达到了一个新的高度在精准性、可控性和抗干扰性能的优良性上得到了很大的提高。 [2] 如今，数字式直流调速系统已经逐渐变成了主流，本文以STM32作为主控芯片，IR2110为驱动芯片设计了一款直流电机控制器，可以通过调节光电编码器的旋转方向和角度来控制直流电机的转速和转向。该控制器可以应用于小型电动船或车上，具有较高使用价值。 2具体原理和方法 2.1直流电机调速原理