直流电动机PWM控制系统设计开题报告

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。

直流电机PWM控制系统设计一、选题背景在现代化工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于国防、石油化学、机械、冶金等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和供应量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。

近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用。

直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。

采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路很容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。

二、方案论证(设计理念)PWM为主控电路的调速系统:基于单片机类由软件PROTUES来实现PWM调速，在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压ud不变的情况下﹐电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值，其方法如下:A、定宽调频法:保持:不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变。

脉宽调制为主控电路的调速系统:基于单片机类由软件来实现调速，在调速，在调速系统中占空比是一个重要参数在电源电压ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值，其方法如下：a、定宽调频法:保持:不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变.B、调宽调频法:保持t不变，只改变;，这样使周期(或频率)也随之改变。

C、定频调宽法:保持周期T(或频率)不变，同时改变;和t。

B、调宽调频法:保持t不变，只改变；，这样使周期(或频率)也随之改变.C、定频调宽法:保持周期T(或频率)不变，同时改变；和t.)前两种方法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，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压5。

西安交通大学城市学院
本科毕业设计（论文）开题报告
题目基于51单片机的PWM
直流电机调速系统设计
所在系电气与信息工程系
学生姓名 XX
专业测控技术与仪器
班级测控XXX学号 XXXXX
指导老师 XXXXXX
教学服务中心制表
2014年3月
B=KP [1+2T/TI+TD /T]
C=KP KD /T
式中 KP———比例系数；
T———采样周期；
TD———微分周期；
TI———积分周期；
KI———积分系数,KI= KP T/TI；
KD———微分系数，KD=TD /T。

（4）在Proteus环境下系统的硬件电路和仿真
利用Proteus软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。

完成本课题所需的工作条件(如工具书、计算机、实验、调研等)及解决办法KEILC 和Proteus软件、计算机
4、系统流程图如下：。

直流电机控制算法的研究与实现的开题报告一、选题背景和意义直流电机是一种常见的电动机种类，广泛应用于机械、工业、汽车、船舶、航空等领域。

随着现代控制技术的迅猛发展，直流电机的控制器件性能越来越精密、复杂，因此，如何设计一套有效、实用的直流电机控制算法技术已经成为研究的热点之一。

本研究拟通过系统地研究直流电机的控制原理、控制方法与控制器件性能等关键技术，设计并实现一套实用型的直流电机控制算法，为进一步推动直流电机技术的发展与应用提供科学依据和技术支撑，起到积极推动的作用。

二、研究内容1. 系统综述直流电机的基本原理、操作特性及其应用领域；2. 深入探讨直流电机控制算法的理论与实践问题；3. 研究常见的直流电机控制算法(Armature Control, Field Control, Chopper Control, PWM Control等)的工作原理、特点和适用范围，比较不同算法的优缺点；4. 基于所选控制算法的特点，设计相应的电路结构和数据处理算法，将其应用到实际的直流电机控制中；5. 针对实际应用中出现的问题，分析原因，提出优化方案。

三、研究方法1.理论方法：通过学习、总结和分析学术文献和经典著作，理解直流电机控制的基本原理、方法和技术；2.实验方法：根据设计思路，建立实验平台，对所选的算法进行实践验证，不断优化算法设计；3. 数据处理方法：采用MATLAB,python等软件、工具进行数据处理、实验数据分析与算法实现。

四、研究计划与进度安排主要任务计划进度实际进度文献综述 1周已完成直流电机基本原理及操作特性综述 2周已完成直流电机控制算法综述与分析 2周已完成设计算法方案及实验平台搭建 3周已完成算法实践验证、结果分析和提出方案 7周进行中论文撰写和形成 3周留出时间安排五、预期研究成果1. 深入了解并掌握直流电机控制算法的基本理论和概念；2. 设计实用型的直流电机控制算法，并通过实验验证其稳定性、性能以及应用价值；3. 比较常用直流电机控制算法的优缺点，提出本文实现的直流电机控制算法的优化方案；4. 最终完成一篇具有高水平的学术论文，为直流电机控制算法研究提供一定的参考和借鉴意义。

图1 直流双闭环调速系统结构图直流调速系统中应用最普通的方案是转速、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。

转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。

电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。

转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。

在双闭环调速系统中，电流调节器与转速调节器都是具有限幅输出的PI调节器。

本设计采用微型计算机实现双闭环直流调速系统的原理，可以达到比模拟控制系统更优的控制效果。

如今微处理技术发展速度极快，处理器的型号层出不穷，它们性能各异，有通用型的，也有一些专用型的。

以DSP微处理器为核心的直流调速系统具有调速精度高，稳定性好和调速过程容易等优点。

本课题设计由直流PWM调制电源和直流电动机等构成的不可逆双闭环调制系统，采用由DSP芯片TMS320LF2402作为主控芯片，采用数字调节器。

转速环按离散系统设计，电流环先按连续系统设计再离散化。

微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构如图2所示，系统由以下部分组成：主电路、检测电路、控制电路等。

图2 微机数字控制双闭环直流PWM 调速系统硬件结构图二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：．主要参数：PWM 装置数据：，器件开关频率为10KHz 。

Ω=13.0PWM R 负载电机数据:，，，kW P N 14=V U N 300=A I N 53= ，，。

1500min N n r =0.37a R =Ω 1.5λ=系统总电阻为，。

∑R Ω8.0s T m 29.0=．设计的基本内容：1） 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的要求。

（5）绘制直流电动机双闭环直流可逆调速系统电气原理总图，并用orcad 或matlab 软件进行拖动控制系统仿真（建立传递函数方框图），并研究参数变化时对直流电机动态性能的影响。

本科生毕业论文（设计）开题报告题目: 升压降压式直流脉宽调速系统设计姓名: 蒋菲菲学院: 工学院专业: 农业电气化及其自动化班级: 电气01班学号: 32110128指导教师: 陈仕进职称: 讲师2014 年2 月28 日南京农业大学教务处制本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）一、选题的意义通过对升压降压式直流调速系统的学习和了解，使我更好地掌握调速系统的基本理论和相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高系统的性能，使其能够适应范围更广，提高使用效率。

二、研究情况及发展前景近十年来，我国的电力拖动控制系统得到迅猛发展，并在现代控制理论基础上，实现快速在线计算及对系统的优化处理。

随着电子技术的进步，各类电气传动装置已由模拟控制转为数字控制。

伴随技术改革，直到出现直流脉宽调速系统。

PWM系统在很多方面有较大优越性：1、电路线路简单，使用的功率器件少2、开关频率高，电流容易连续，谐波少，电流损耗及发热都比较小3、低速性能好，稳速精度高，调速范围宽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、功率开关工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗不大，因而装置效率更高由于上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛三、主要参考文献1、陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社，20062、王兆安.电力电子技术.机械工业出版社20103、徐科军.一种基于SG3525的可逆直流脉宽调速.通讯电源技术，20064、周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真.中国电力出版社，2003研究的目标、内容和拟解决的关键问题一、研究的主要内容主要介绍系统主电路、SG3525PWM信号发生电路、闭环控制电路、动态参数等几部分内容的设计过程最后再详细分析调速系统的原理和要求的稳态、动态性能的基础上，设计直流脉宽调速电路，建立双闭环直流调速系统的数学模型。