PWM控制直流电机的系统的设计
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直流电机PWM控制系统设计
0 前言在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。
据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。
随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。
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。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流电机的数字控制是直流电动机控制的发展趋势，用单片机的数字控制的发展趋势,用单片机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
由于电网相控变流器供电的直流电机调速系统能够引起电网波形畸变、降低电网功率因数，除此之外，该系统还有体积大、价格高、电压电流脉动频率低、有噪声等缺点。
而采用直流电动机的PWM调速控制系统可以克服电网相控调速系统的上述诸多缺点。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。
PWM控制的直流电动机调速系统设计
課程設計設計報告書題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計二級學院現代科技學院專業電氣工程及自動化班級電氣062姓名*****學號**********同組同學姓名 ****** ******* 同組同學學 *********** *********2009年 12 月 23 日設計題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計1、前言近年來，隨著科技的進步，電力電子技術得到了迅速的發展，直流電機得到了越來越廣泛的應用。
直流它具有優良的調速特性,調速平滑、方便,調速範圍廣;超載能力大,能承受頻繁的衝擊負載,可實現頻繁的無級快速起動、制動和反轉;需要能滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機的調速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速，改變電樞電壓調速等技術已遠遠不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機調速的方法應運而生。
採用傳統的調速系統主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對雜訊敏感等。
而在用了PWM技術後，避免了以上的缺陷，實現了用數字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。
另外，由於PWM 調速系統的開關頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩的直流電流,低速特性好；同樣,由於開關頻率高,快速回應特性好,動態抗干擾能力強,可以獲得很寬的頻帶;開關器件只工作在開關狀態,主電路損耗小,裝置效率高。
PWM 具有很強的抗噪性，且有節約空間、比較經濟等特點。
2、設計要求及組內分工2.1設計要求（1）根據電機與拖動實驗室提供的直流電動機，設計基於PWM的電動機調速方案。
（2）選用合適的功率器件，設計電動機的驅動電路。
（3）設計PWM波形發生電路，使能通過按鍵對電機轉速進行調節，要求至少有兩個速度控制按鍵，其中一個為加速鍵（每按一次，使電機轉速增加）；另一個為減速鍵，功能與加速鍵相反。
（4）撰寫課程設計報告。
2.2組內分工（1）負責直流電動機調速控制硬體設計及電路焊接：主要由胡佳春和葉秋平完成（2）負責調速控制軟體編寫及調試：主要由朱健和葉秋平完成（3）撰寫報告：主要由胡佳春和朱健完成3、系統設計原理脈寬調製技術是利用數字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其是在對電機的轉速控制方面，可大大節省能量，PWM控制技術的理論基礎為：衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈衝，用這些脈衝來代替正弦波或其他所需要的波形。
基于PWM控制的直流电机调速系统的设计
－
＝ ＝ ｛
— ｌ 一． ：： ＝： ：
Ｐ ＷＭ信号的产生采用硬件 Ｐ ＷＭ信号 ，即不 采 用 中断 实 现 Ｐ ＷＭ 信 号 ，而 是 利 用 单 片机
ＭＰ ８Ｇ １ Ｐ Ａ模 式 ， Ｐ Ａ设 置成 Ｐ Ｃ ２ ５６的 Ｃ 将 Ｃ ＷＭ模
图 １ 整 休设 计
式直接产生 Ｐ ＷＭ信号 。频率取决于 Ｐ Ａ定时器的时钟源，占空 比取决于模块捕获寄存器 Ｃ Ａ ｎ Ｃ Ｃ Ｐ Ｌ与扩展 的第 ９ Ｅ Ａ ｎ 位 Ｃ ＰＬ的值 。由于使用 ９ 比较 ， 出占空比可以真正实现 ０ 位 输 ％到 １０ ０％可调 ，占空 比计算公式 为
杨春旭 ，林若波，彭燕标
（ 阳职业技术学院 ，广东 揭阳 ５ ２ ５ ） 揭 ２０ １
摘要 ：提 出一个基于 Ｐ ＷＭ 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 ＭＰ ８Ｇ １ Ｃ ２ ５ ６实现硬件 Ｐ ＷＭ 的输 出，从而控制 电机的电
１ 电机控制系统 的整体设计
系统整体设计如图 １所示 ，主要原理框图包 括： Ｃ Ｌ Ｄ显示 、 按盘输入 、测速模块 、Ｐ ＷＭ调速 模块 ４ 部分。电路原理图如图 ２ 所示。
１１ Ｐ ． ＷＭ 信 号
１ ． ： ．
ＭＰ ８ Ｇ １ 单 片机 Ｃ ２ ５６
（ 度 的测量 计算 ， 速 输入 及 系统 的控制 ， Ｐ ＷＭ信 号输 出 ） 、 ．
２ 电机调速 系统 的软件设计
２ １ 程序流 程框 图 ．
当系统启动后 ，单片机进行初始化设置 ，单片机检 ｉ 是否有键按下 ，再执行按键子程序 ，读取键值 ，调用 贝 ０
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图 １ 整 休设 计
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杨春旭 ，林若波，彭燕标
（ 阳职业技术学院 ，广东 揭阳 ５ ２ ５ ） 揭 ２０ １
摘要 ：提 出一个基于 Ｐ ＷＭ 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 ＭＰ ８Ｇ １ Ｃ ２ ５ ６实现硬件 Ｐ ＷＭ 的输 出，从而控制 电机的电
１ 电机控制系统 的整体设计
系统整体设计如图 １所示 ，主要原理框图包 括： Ｃ Ｌ Ｄ显示 、 按盘输入 、测速模块 、Ｐ ＷＭ调速 模块 ４ 部分。电路原理图如图 ２ 所示。
１１ Ｐ ． ＷＭ 信 号
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ＭＰ ８ Ｇ １ 单 片机 Ｃ ２ ５６
（ 度 的测量 计算 ， 速 输入 及 系统 的控制 ， Ｐ ＷＭ信 号输 出 ） 、 ．
２ 电机调速 系统 的软件设计
２ １ 程序流 程框 图 ．
当系统启动后 ，单片机进行初始化设置 ，单片机检 ｉ 是否有键按下 ，再执行按键子程序 ，读取键值 ，调用 贝 ０
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
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，需要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，这是通过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。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
示数码管显PWM单片机按键控制电机驱动基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。
单片机课程设计PWM直流电动机调速控制系统方案
单片机原理及应用—— P W M直流电机调速控制系统概括直流电动机具有良好的启动性能和调速特性。
具有起动转矩大、调速平稳、经济大范围、调速容易、调速后效率高等特点。
本文设计的直流电机调速系统主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路和独立按键组成的电子产品组成。
电源采用78系列芯片，采用PWM波方式实现电机+5V、+15V调速，PWM为脉宽调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立的按键实现电机的启停、调速和转向的手动控制，LED实现测量数据（速度）的显示。
电机转速采用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机统计1秒内方波脉冲个数，计算电机转速，实现直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速； H桥驱动电路； LED显示屏; 51单片机目录摘要2摘要错误!未定义书签。
目录3第 1 章引言41.1 概述41.2 国外发展现状41.3 要求51.4 设计目的及6第 2 章项目论证与选择72.1 电机调速模块72.2 PWM调速工作模式72.3 PWM脉宽调制方式错误!未定义书签。
2.4 PWM 软件实现错误!未定义书签。
第三章系统硬件电路设计83.1 信号输入电路83.2 电机PWM驱动模块电路9第 4 章系统的软件设计104.1 单片机选型104.2 系统软件设计分析10第 5 章 MCU 系统集成调试135.1 PROTEUS 设计与仿真平台错误!未定义书签。
18传统开发流程对比错误!未定义书签。
第一章简介1.1 概述现代工业的电驱动一般要求部分或全部自动化，因此必须与各种控制元件组成的自动控制系统相联动，而电驱动可视为自动电驱动系统的简称。
在这个系统中，生产机械可以自动控制。
随着现代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动电驱动正朝着计算机控制的生产过程自动化方向发展。
以实现高速、高质量、高效率的生产。
在大多数集成自动化系统中，自动化电力牵引系统仍然是不可或缺的组成部分。
基于FPGA的直流电机PWM调速系统设计实现分析
基于FPGA的直流电机PWM调速系统设计实现分析1.引言直流电机广泛应用于各个领域，如工业控制、机器人等。
调速系统是直流电机应用中非常重要的一部分，直流电机的调速在一定范围内能够满足不同负载需求。
本文将介绍基于FPGA的直流电机PWM调速系统的设计实现分析。
2.系统设计2.1系统架构设计基于FPGA的直流电机PWM调速系统主要包括FPGA、PWM控制器、驱动电路和直流电机。
其中，FPGA负责进行调速算法的运算和时序控制，PWM控制器用于生成PWM信号，驱动电路控制直流电机的转速和方向。
2.2算法设计调速算法一般采用PID控制算法，通过测量直流电机的转速和负载情况，计算出PWM占空比，并调整PWM信号的频率和占空比以实现电机的调速。
在FPGA中，可以使用硬件描述语言（HDL）进行算法实现。
使用VHDL或Verilog等HDL语言，编写PID控制器、计数器和状态机等模块，实现调速算法的运算和时序控制。
3.系统实现3.1FPGA的选择FPGA是可编程逻辑芯片，具有灵活性和高性能的特点。
在选择FPGA 时，需要考虑系统的性能需求、资源使用和开发成本等因素。
常用的FPGA型号包括Xilinx系列和Altera（Intel）系列等。
3.2PWM控制器设计PWM控制器的设计主要包括频率和占空比的控制。
可以使用计数器和状态机实现PWM信号的生成。
计数器用于计数并产生PWM控制信号的频率，状态机用于控制计数器并调整PWM占空比。
3.3驱动电路设计驱动电路主要负责将FPGA生成的PWM信号转化为适合驱动直流电机的电压和电流信号。
驱动电路一般包括功率放大器、H桥驱动模块和电流反馈模块等。
通过控制H桥驱动模块的开关，可以实现直流电机的正反转和调速功能。
4.总结本文介绍了基于FPGA的直流电机PWM调速系统的设计实现分析。
通过使用FPGA进行调速算法的运算和时序控制，实现了对直流电机的精确调速。
系统设计包括FPGA选择、PWM控制器设计和驱动电路设计等。
基于PWM控制直流电机自动调速系统设计
1 绪论1.1 课题的研究背景和意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。
长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。
由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高的效率，优异的动态特性;尽管近年来不断受到其他电动机(如交流变频电机、步进电机等)的挑战，但到目前为止，它仍然是大多数调速控制电动机的优先选择。
近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。
随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制 (PulseWidthModulation，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。
这种控制方式很容易在单片机控制中实现，从而为直流电动机控制数字化提供了契机。
五十多年来，直流电气传动经历了重大的变革。
首先，实现了整流器件的更新换代，从50年代的使用己久的直流发电机一电动机组(简称G-M系统)及水银整流装置，到60年代的晶闸管电动机调速系统(简称V-M系统)，使得变流技术产生了根本的变革。
再到脉宽调制 (PulsewidthModulation)变换器的产生，不仅在经济性和可靠性上有所提高，而且在技术性能上也显示了很大的优越性，使电气传动完成了一次大的飞跃。
另外，集成运算放大器和众多的电子模块的出现，不断促进了控制系统结构的变化。
随着计算机技术和通信技术的发展，数字信号处理器单片机应用于控制系统，控制电路己实现高集成化，小型化，高可靠性及低成本。
以上技术的应用，使系统的性能指标大幅度提高，应用范围不断扩大。
由于系统的调速精度高，调速范围广，所以，在对调速性能要求较高的场合，一般都采用直流电气传动。
技术迅速发展，走向成熟化、完善化、系统化、标准化，在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域中一直居于垄断地位[1]。
目前，国内各大专院校、科研单位和厂家也都在开发直流数字调速装置。
姚勇涛等人提出直流电动机及系统的参数辨识的方法。
该方法依据系统或环节的输入输出特性，应用最小二乘法，即可获得系统或环节的内部参数，所获的参数具有较高的精度，方法简便易行。
基于PWM的直流无刷电机控制系统
基于PWM的直流无刷电机控制系统一、本文概述随着科技的快速发展和电机控制技术的不断进步，直流无刷电机（BLDC，Brushless Direct Current Motor）在各个领域的应用越来越广泛。
它们具有高效、低噪音、长寿命等优点，尤其在航空、汽车、家用电器、电动工具以及机器人等领域得到了广泛应用。
而基于脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）的直流无刷电机控制系统，以其灵活的控制方式、精确的速度调节和优秀的动态响应特性，成为现代电机控制领域的重要研究方向。
本文将对基于PWM的直流无刷电机控制系统进行深入研究。
我们将简要介绍PWM技术的基本原理及其在电机控制中的应用。
接着，我们将重点探讨基于PWM的直流无刷电机控制系统的构成、工作原理以及主要控制策略。
文章还将分析该控制系统的性能特点，包括调速范围、动态响应、稳定性等。
我们将展望基于PWM的直流无刷电机控制系统的未来发展趋势和应用前景。
通过本文的研究，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的了解基于PWM的直流无刷电机控制系统的机会，同时为相关领域的工程师和研究者提供有益的参考和启示。
二、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机（Brushless Direct Current Motor，简称BLDCM）是一种通过电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。
其基本原理主要基于电磁感应和电子换向技术。
电磁感应：直流无刷电机内部通常包含定子（stator）和转子（rotor）两部分。
定子通常由多个电磁铁组成，而转子则带有永磁体。
当定子上的电磁铁通电时，会产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，从而驱动转子旋转。
这就是电磁感应的基本原理。
电子换向：与传统的直流电机使用机械换向器不同，直流无刷电机使用电子换向器。
电子换向器通常由微处理器和功率电子开关（如MOSFET或IGBT）组成。
微处理器根据电机的运行状态和位置传感器（如霍尔传感器）的反馈信号，控制功率电子开关的通断，从而实现电磁铁的电流方向的改变。
基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计
基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计一、引言直流电机是工业中最常见的电动机之一，其工作原理简单，结构紧凑，控制方便，广泛应用于各行各业。
为了满足不同工况下的运行需求，需要设计一个自动调速系统来调整直流电机的转速。
本文将基于PWM控制方法设计一个直流电机自动调速系统。
二、系统设计1.系统结构直流电机自动调速系统的基本结构包括传感器、控制器、电源和执行器。
传感器用于检测电机的转速，控制器根据检测到的转速信号进行处理，并通过PWM控制方法调整电机的输入电压，从而实现自动调速。
2.传感器选择直流电机的转速检测一般使用霍尔效应传感器来实现。
霍尔传感器可以直接测量电机转子的位置，并根据位置变化来计算转速。
传感器输出的信号经过放大和处理后，可以作为控制器的输入信号。
3.控制器设计控制器是整个自动调速系统的核心部分。
控制器接收传感器的转速信号，并通过PID算法对电机的转速进行调节。
PID算法是一种经典的控制方法，可以根据当前的偏差、偏差变化率和偏差积分值来计算控制量。
在本系统中，控制器输出的控制量即为PWM信号。
4.PWM控制方法PWM（Pulse Width Modulation）控制方法是一种通过调整脉冲宽度来控制输出电压的方法。
在本系统中，PWM控制方法可以通过改变PWM信号的占空比来调整电机的输入电压。
当需要提高电机转速时，增加PWM信号的占空比；当需要降低电机转速时，减小PWM信号的占空比。
通过反馈控制，控制器可以根据实际转速信号不断调整PWM信号的占空比，从而实现电机的自动调速。
5.电源选择在直流电机自动调速系统中，电源需要提供稳定的直流电压以供电机正常工作。
一般可选择线性稳压器或开关稳压器来提供所需的直流电压。
在选择电源时，需要考虑电机的功率和电源的效率，以确保系统的稳定性和可靠性。
6.执行器选择执行器是将控制信号转换为实际操作的部分。
在直流电机自动调速系统中，执行器可选择光耦隔离器和驱动芯片来实现PWM信号控制。
PWM直流电机调速系统设计
PWM直流电机调速系统设计PWM（脉宽调制）直流电机调速系统设计是通过改变电机输入电压的有效值和频率，以控制电机转速的一种方法。
本文将介绍PWM直流电机调速系统的原理、设计过程和实施步骤。
一、PWM直流电机调速系统原理1.电机：PWM直流电机调速系统使用的电机一般是带有永磁励磁的直流电机，其转速与输入电压成正比。
2.传感器：传感器主要用于检测电机转速和转速反馈。
常用的传感器有霍尔传感器和编码器。
3.控制器：控制器通过接收传感器反馈信号，并与用户输入信号进行比较来调整电机输入电压。
控制器一般包括比较器、计数器、时钟和PWM 发生器。
4.功率电源：功率电源负责提供PWM信号的电源。
PWM直流电机调速系统的工作原理是：先将用户输入转速转化为电压信号，然后通过比较器将输入信号与传感器反馈信号进行比较，再将比较结果输入给计数器，由计数器根据输入信号的边沿通过时钟控制PWM发生器，最后通过功率电源提供PWM信号给电机。
二、PWM直流电机调速系统设计过程1.确定电机类型和参数：根据实际需要确定使用的直流电机类型和技术参数，包括额定电压、额定转速、功率等。
2.选择传感器：根据调速要求选择合适的传感器，常用的有霍尔传感器和编码器。
3.设计控制器：根据电机类型和传感器选择合适的控制器，设计比较器、计数器、时钟和PWM发生器电路，并进行连线连接。
4.设计功率电源：根据控制器和电机的电压和电流要求设计适当的功率电源电路。
5.总结设计参数：总结所选器件和电路的技术参数，确保设计完整。
三、PWM直流电机调速系统实施步骤1.进行电路连线：根据设计图将所选器件和电路进行连线连接，包括控制器、传感器、电机和功率电源。
2.进行参数调整：根据需要进行控制器参数的调整，如比较器的阈值、计数器的初始值等。
3.进行调速测试：连接电源后，通过用户输入信号和传感器反馈信号进行调速测试。
根据测试结果进行参数调整。
4.优化系统性能：根据测试结果优化系统性能，如改进控制器参数、调整电机参数等。
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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日年月日目录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，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为PWM 的控制电压。
从闭环反馈结构上看，电流调节环在里面，是内环，按典型Ⅰ型系统设计；转速调节环在外面，成为外环，按典型Ⅱ型系统设计。
为了获得良好的动、静态品质，调节器均采用PI 调节器并对系统进行了校正。
检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测，转速还则是采用了测速电机进行检测，达到了比较理想的检测效果。
主电路部分采用了以GTR 为可控开关元件、H 桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。
PWM 方式是在大功率开关晶体管的基极上，加上脉冲宽度可调的方波电压，控制开关管的导通时间t ，改变占空比，达到控制目的。
图1是直流PWM 系统原理框图。
这是一个双闭环系统，有电流环和速度环。
核心部分是脉冲功率放大器和脉宽调制器。
控制部分采用SG1525集成控制器产生两路互补的PWM 脉冲波形，通过调节这两路波形的宽度来控制H 电路中的GTR 通断时间，便能够实现对电机速度的控制。
图1 直流电动机PWM 系统原理图图2为控制电路的原理图。
图中，V 为大功率晶体管，C 1、 R 1 、VD 1为过电压吸收电路。
由SG1525集成PWM 控制器产生的PWM 信号，经驱动电路隔离放大后，驱动晶体管。
输出的PWM 电压平均值按下式变化，其中的值由SG1525定频调宽法，即T 1+T 2=T 保持一定，使T 1在0～T 范围内变化来调节。
U a ===+Ud TT Ud T T T 1211Ud 系统的直流主回路电源V D ，经三相桥式不可控整流滤波电路供电。
当被控直流电机的额定功率较小时，V D 也可由单相桥式不可控整流滤波电路供电。
系统 由主开关器件V 的 PWM 斩波渡控制 ，在电感L 左端形成主控回路的PWM 脉宽可调控电压U a ，U a 再经 LC 滤波得到直流电机两端的平直直流电压V a 。
图2 系统结构图2.2直流电动机的脉宽调制的工作原理PWM驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，通过改变直流伺服电动机电枢上电压的“占比空”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。
PWM控制的示意图如图2所示，可控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S接通时，供电电源U S通过开关S施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能；当开关S断开时，中断了供电电源U S向电动机电流继续流通。
图3 PWM控制示意图电压平均值U as可用下式表示：Uas= t on ·U s/T=αUs （1-1）式中，t on 为开关每次接通的时间，T 为开关通断的工作周期，（即开关接通时间t on 和关断时间t off 之和），α为占空比，α= t on /T 。
由式（1-1）可见，改变开关接通时间t on 和开关周期T 的比例也即改变脉冲的占空比，电动机两端电压的平均值也随之改变，因而电动机转速得到了控制。
2．3 主回路在系统主电路部分，采用的是以大功率GTR 为开关元件、H 桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。
如图2所示。
图中，四只GTR 分为两组，1VT 和4VT 为一组，2VT 和3VT 为另一组。
同一组中的两只GTR 同时导通，同时关断，且两组晶体管之间可以是交替的导通和关断。
欲使电动机M 向正方向转动，则要求控制电压k U 为正，各三极管基极电压波形如图3所示。
欲使电动机反转，则使控制电压k U 为负即可]2[。
GTR 是一种双极性大功率高反压晶体管，它大多用作功率开关使用,而且 GTR 是一种具有自关断能力的全控型电力半导体器件，这一特性可以使各类变流电路的控制更加方便和灵活，线路结构大为简化。
图4双极式H 型 PWM 变换电路图5 双极式PWM 变换电路的电压、电流波形（a ）,(b) 三极管基极电压波形(c) 电枢电压波形 （d ）电枢电流波形(e) 重负载时 a i 波形 (f) E>S U 时a i 波形设矩形波的周期为T ，正向脉冲宽度为1t ，并设λ=1t /T 为占空比。
则电枢电压U 的平均值av U =（2λ-1）S U =（21t /T-1）S U ，并定义双极性双极式脉宽放大器的负载电压系数为ρ=av U /S U =21t /T-1即 av U =ρS U可见，ρ可在-1到+1之间变化。
双极式PWM 变换器的优点：1、电流一定连续；2、可使电机在四象限中运行；3、电动机停止时有微振电流，能消除正、反向时的静摩擦死区；4、低速时，每个晶体管的驱动脉冲仍较宽，有利于保证晶体管可靠导通；5、低速平稳性好，低速范围可达20000左右。
3单元电路设计3．1 转速、电流双闭环调节电路3．1．1电路原理在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，电流调节器的输出控制晶闸管整流器的触发装置。
电流调节器在里面称作内环，转速调节器在外面称作外环，这样就形成转速、电流双闭环调速系统。
双闭环直流调速系统原理图如图7所示。
检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测，转速则是采用了测速电机进行检测。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用 PI 调节器。
PI 调节器的输出由两部分组成，第一部分是比例部分，第二部分是积分部分。
把比例运算电路和积分电路组合起来就构成了比例积分调节器，如图6所示。
可知U O =-I 1R 1-R0C11∫U i dt I 1=I 0=U i /R 0U 0=-R 1U i /R 0- R 0C 1/1∫U i dt当突加输入信号U i 时，开始瞬间电容C 1相当于短路，反馈回路中只有电阻R 1，此时相当于比例调节器，它可以毫无延迟地起调节作用，故调节速度快；而后随着电容C 1被充电而开始积分，U 0线性增长，直到稳态。
图6 PI 调节器电路转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变化，稳态时实现转速无静差，对负载变化起抗扰作用，其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压变化，对电网电压的波动起及时抗扰作用，在转速动态过程中能够获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程， 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。
图7转速、电流调节电路图ASR–转速调节器 ACR–电流调节器 GT–触发装置M –直流电动机 TG–测速发电机 TA–电流互感器UPE---电力电子变换器Un*---转速给定电压Un---转速反馈电压U i*---电流给定电压Ui---电流反馈电压图中，来自速度给定电位器给定的信号Un*与速度反馈信号Un比较后，偏差为△Un= Un*-Un，送到速度调节器ASR的输入端。
速度调节器的输出U i*作为电流调节器ACR的给定信号，与电流反馈信号Ui比较后，偏差为△Un= U i*-U i，送到电流调节器ACR的输入端，电流调节器的输出Uct送到触发器，以控制可控整流器，整流器为电动机提供直流电压U d.。
3.3 PWM驱动装置控制电路PWM kHz图6为PWM驱动装置控制电路框图。
该控制电路包括恒频波形发生器、脉宽调制器、脉冲分配电路等脉宽调速系统所特有的电路。
图8 PWM 驱动装置控制电路框图3．3．1恒频波形发生器它的作用是产生频率恒定的振荡信号作为时间比较的基准，其波形可以是三角形波或锯齿波。
PWM 波由具有输出的PWM 控制器产生。
3.3.2脉宽调制器它的作用是实现电压、脉宽的转换（V/M ），即形成PWM 信号。
SG1525集成控制器由 R 2 和 Rp1分压给出 EA(+)(2引脚 )的系统设定值电压。
这就要求提供此电压的基准电源V REF 有较高精度。
V REF 受 15引脚V CC1电源电压的影响。
V CC1是标准三端集成稳压 器的输入 电压。
V REF 是稳压器的输出电压 Vcc 。
低于7V 或严重欠电压时，V REF 的精度 值(5．1V ±1% )就 得不到 保 证 ；为防止EA(+)设定值电压波动导致 系统失控 ，在器件内部设置有欠压锁定功能。
出现欠电压时 ，欠电压锁定功能使图7中 A 端 线 由低 电 压 上 升 为 逻 辑 高 电压 ．经 “或 ”一“或 非”门输出转化为 P1= P2=D C B A +++=D C B +++1；P1 =2P =1；P1 和P2的逻辑低电压使输出驱动晶体管T 1和 T 2 截止，P1和P2的逻辑高电压使晶体管T 和T 的集电极对地导通。
控制器 11 和 l4引脚的输出电压脉冲消失( V 01=V 02 = 0)，功率驱动 电路输出至主开关管V 的控制驱动脉冲消失，主开关管关断使直流电机停转。