小功率直流电机控制器设计与制作

序号（学号〉： 161240303长春大学 毕业设计（论文）直流电机速度PID 控制系统设计李一丹国际教育学院自动化1612403曹福成2016 年 5 月 30 0姓 名 学 院 专 业 班 级 指导教师直流电机速度PID控制系统设计摘要：针对现有的直流电机控速难的问题，本文设计了一种基于ATmegal6L单片机的直流电机速度控制系统。

本系统以ATinegal6L单片机为主控制器，搭载了L298n为电机驱动，通过霍尔元件进行测速，通过按键控制电机的转动方向和转动速度，并配以温度传感器DS18B20对温度进行监测，通过PID算法调节PW\1 进行对速度控制。

该系统包括的模块主要有单片机为主体的控制模块、电机的驱动模块、对电机速度进行监测的模块、由LCD1602构成的显示ky r模块、电源模块和按键控制模块等。

本系统可以通过PID算法实现可编程脉宽波形对直流电机的速度进行控制，并且可以显示出当前电机的转速。

关键词：单片机；PID算法；直流电机The design of DC motor speed control system with PID Abstract: According to the existing DC motor speed control problem, this paper describes the design of a DC motor speed control system based on ATmegal6L MCU. To ATMEGA16L microcontroller as the main controller for the system, equipped with a L298n for motor drive, through the hall element of speed, through the buttons to control the motor rotation direction and the rotation speed, and the temperature sensor DS18B20 the temperature monitoring, PID algorithm is used to adjust the PWM control of the speed. The system includes the following modules display microprocessor control module, as the main body of the motor drive module, monitoring module, the speed of motor is composed of LCD1602 module, power supply module and key control module.This system can realize through PID algorithm to control the speed of the programming pulse waveforms of DC motor, and can display the current motor speed.Keywords: single chip microcomputer, PID algorithm, DC motor ky r戈ml ml ——II —In —In | * 11—I 1111 ml 1111目录Bit (1)l.i选题背景及意义 (1)1.2国内外研宄现状 (2)1.3木文主要研究的内容 (3)第2章总体方案论述 (4)ky r2.1系统主要传感器介绍 (4)2.1.1温度传感器 (4)2.1.2转速检测模块 (5)2.2系统总体功能及方案选择 (6)2.2.1系统所需模块及功能 (6)2.2.2主控制器选择 (8)第3章系统总体硬件设计 (10)3.1单片机最小系统 (10)3.1.1ATmegal6L单片机的引脚分布 (10)3.1.2最小系统的硬件电路 (13)3.2电机驱动电路 (14)3.3温度检测电路 (15)3.4光电管提示电路和按键控制电路 (15)3.5LCD1602 显示电路 (16)3.6电源电路 (17)3.7本章小节 (18)第4章系统软件设计 (19)4.1系统总体流程图 (19)4.2 PID算法简介 (19)4.2.1PID算法介绍 (20)4.2.2HD算法结果 (21)4.3系统调试步骤 (21)4.4误差分析即改进方法 (22)给论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)隱 (26)附录I系统总体硬件电路图 (26)附录II系统中部分程序 (27)ky r In—ml ml ml ml | , I af—.第1章绪论1.1选题背景及意义电动机简称电机，俗称马达，在现实生活中，我们处处都可以见到电机的身影，小到小学生玩的电动四驱车，大到炼钢厂用的滚动罐，这些都是电机家族的成员。

小型电动机实用设计手册摘要：一、小型电动机概述1.小型电动机的定义和特点2.小型电动机的分类和应用领域二、小型电动机的设计原理1.设计小型电动机的基本原则2.小型电动机的主要技术参数3.小型电动机的性能要求与评价标准三、小型电动机的结构设计1.小型电动机的组成结构2.定子与转子的设计3.电磁装置的设计4.轴承与密封结构设计四、小型电动机的制造工艺1.定子与转子的制造过程2.电磁装置的制造工艺3.轴承与密封的制造工艺五、小型电动机的性能优化1.提高小型电动机的效率2.减小小型电动机的体积与重量3.增强小型电动机的可靠性与耐久性六、小型电动机的应用案例与前景展望1.实际应用案例2.行业发展趋势与前景展望正文：【小型电动机实用设计手册】一、小型电动机概述小型电动机是指体积小、重量轻、功率低的一种电动机。

它具有高效、节能、环保、高可靠性等特点，广泛应用于各种自动化设备、仪器仪表、家用电器等领域。

小型电动机的分类主要有直流电动机、交流电动机、永磁同步电动机等。

二、小型电动机的设计原理设计小型电动机需要遵循以下原则：确保电动机性能稳定、可靠；满足不同应用场景的需求；优化结构设计，降低成本。

小型电动机的主要技术参数包括额定功率、额定电压、额定电流、转速等。

性能要求与评价标准主要包括效率、体积、重量、可靠性等。

三、小型电动机的结构设计小型电动机通常由定子、转子、电磁装置、轴承与密封等部分组成。

定子与转子的设计要充分考虑散热、电磁力、机械强度等因素。

电磁装置的设计需要优化磁场分布，提高电动机的效率。

轴承与密封结构设计要保证电动机的可靠性和耐久性。

四、小型电动机的制造工艺定子与转子的制造过程需保证尺寸精度、表面质量等要求。

电磁装置的制造工艺要求高，包括绕组、磁钢、铁芯等部件的制作。

轴承与密封的制造工艺要确保其性能稳定、可靠。

五、小型电动机的性能优化提高小型电动机的效率可以通过优化设计、采用新材料、新工艺等途径实现。

第45卷2012年第4期4月MICROMOTORSVol.45．No.4Apr.2012收稿日期：2011-08-04作者简介：雷丹（1981），女，讲师，工程硕士，研究方向为电力电子及运动控制系统。

赵金（1967），男，教授，博士生导师，系实验中心主任，美国田纳西大学访问学者。

研究方向为运动控制理论与技术、智能控制及智能信号处理。

一种小功率无刷直流电机控制系统的设计雷丹1，赵金2，李睿1（ 1.华中科技大学武昌分校机电与自动化学院，武汉430064； 2.华中科技大学控制科学与工程系，武汉430068）摘要：无刷直流电机控制系统由控制电路、检测反馈电路、信号隔离电路、驱动电路、主电路五大部分组成，其中控制电路采用MSP430F1611单片机实现；信号隔离采用了高速光耦6N137；转速检测利用无刷电机内部的霍尔传感器实现；电流检测引进了TI 公司的霍尔电流传感器ACS712；驱动电路采用IR2130驱动芯片，该芯片自带2μs 的死区时间，可同时输出六路驱动信号；主电路则采用三相桥式结构，由六个场效应管IRF540构成。

整个系统按照转速、电流双闭环控制方式，引进PI 算法，以一台52W 的无刷直流电机（42BLF02）为被控对象，实现了电机的转速控制并保证了良好的稳态及动态性能，整个系统充分发挥了集成芯片的优势，电路简单，功耗低，而且可靠性比较高，具有一定的应用价值。

关键词：双闭环；无刷直流电机；MSP430F1611；IR2130中图分类号：TM36+1文献标志码：A文章编号：1001-6848（2012）04-0036-05Design of Control System for Low －power Brushless DC MotorLEI Dan 1，ZHAO Jin 2，LI Rui 1（1.School of Machanical ＆Electrical Engineering and Automation ，Huazhong University of Science and Technology Wuchang Branch ，Wuhan 430064，China ； 2.Department of Control Science and Engineering ，Huazhong University of Science and Technology ，Wuhan 430068，China ）Abstract ：This paper introduced the design of brushless DC motor control system consists of five part such as control circuit ，detection feedback circuit ，signal isolating circuit ，drive circuit and main circuit．The single chip microcomputer MSP430F1611used as control circuit ；The light coupling N137used as signal isolating ；Rev test using brushless motors internal hall sensors to realize ；Electric current detection introduced TI company's hall current sensor ACS712；The IR2130used as driving circuit ，the chip bring 2μs the dead zone of time ，at the same time all six drive signal output ；Main circuit is three-phase bridge type structure ，composed by six mosfet IRF540．The whole system adoped the speed and the current double closed loop con-trol mode ，which with PI algorithm ，with a 52W of brushless DC motor （42BLF02）for the controlled object ，realized the motor speed control and to ensure the good steady and dynamic performance．The whole system give full play to the advantages of integrated chips ，circuit is simple ，low power consumption ，and high relia-bility ，it is worth to be applied．Key words ：double closed loop ；brushless DC motor ；MSP430F1611；IR21300引言由于有刷直流电机机械电刷和换向器之间存在着相对的机械摩擦，所以控制系统寿命短、可靠性差、噪声大并且易产生火花，加上制造成本高及维修困难等缺点，也导致有刷直流电机的调速精度和性能受到了一定的制约［1－2］。

编号学士学位论文小功率直流电机调速器硬件设计学生姓名：XXXX学号：2011020XXXX系部：物理系专业：电子信息科学与技术年级：11级指导教师：XXX完成日期：2015 年0 5 月0 8 日中文摘要本设计以IAP15F2K61S2单片机为系统控制的核心，以驱动芯片L298N组成电机的驱动模块，并实时的测量电机的实际速度，并把该速度信息在LED显示频上显示，组成了一个小型的闭环的小功率直流电机调速的系统。

为了能够实现电机调速的稳定和快速，使用PWM控制配合L298N电机驱动芯片对小功率直流电机进行驱动和调速方式是比较好的调速系统解决方案。

其中L298N内部集成两路H桥式驱动电路。

本系统中使用IAP15F2K61S2单片机控制其产生的PWM信号占空比大小，和采用光电码盘采集的电机转速信号来进行调速。

在LED液晶上显示当前转速和设置的转速，让当前转速作为反馈信号与设置的转速比较，以确定IAP15F2K61S2单片机给加速信号还是减速信号，直到两者的速度相等后保持这个速度稳定运行。

在本设计中编写了IAP15F2K61S2调速程序、键盘输入程序、测速程序；编写了IAP15F2K61S2的键盘输入程序、LED显示程序。

经测试，系统调速效果良好，测速比较精确，能够快速的使电机的转速以设定的速度转动。

本设计用的元器件比较少，结构简单，维护方便，便于应用到实际工业生产中。

关键词：单片机调速；直流调速；驱动电路；测速电路２AbstractThe design IAP15F2K61S2 microcontroller as the core of the control system, motor drive module to drive chip L298N, and the actual motor speed measurement in real time, and the speed of information in the LED display frequency display, composed of small power DC motor speed control system of a small loop. In order to realize the motor speed stable and fast, using the PWM control with the L298N motor driver chip to drive and speed control method of small power DC motor speed control system is a good solution. L298N which contains two H bridge driving circuit. This system uses the IAP15F2K61S2 microcontroller PWM signal the duty ratio and the size of photoelectric encoder motor speed signal acquisition speed. Display the current speed and set speed in LED LCD, let the current speed as feedback signal and the speed of the set, to determine the IAP15F2K61S2 microcontroller to the acceleration signal or deceleration signal, to maintain the stable operation speed until the speed of both equal after. In this design, write IAP15F2K61S2 speed control program, keyboard input program, speed program; write the keyboard input program, IAP15F2K61S2 display program LED. After testing, the system control effect is good, the speed is more accurate, can quickly make the speed of the motor to rotate the set speed. The design uses fewer components, simple structure, convenient maintenance, convenient for application to actualKey words:Single chip microcomputer control; DC motor; drive circuit; circuit３４目 录1 引言 (5)1.1课题背景及意义 (5)1.2本课题研究方法和目标 (5)1.3主要技术介绍 ................................................... 5 2 方案研究与主要芯片选择 (6)2.1 总体方案原理及设计框图 (6)2.2 主控芯片的选择与论证 (6)2.3 显示设备的选择与论证 (7)2.4 驱动模块选择 ................................................... 8 3 硬件电路设计 .. (10)3.1 单片机PWM 控制单元介绍 (10)3.2 驱动控制电路设计 (12)3.3 测速电路设计 (13)3.4 液晶显示电路设计 (14)3.5 电源电路的设计 (15)3.6 按键输入电路的设计 (16)3.7电路总设计思想 ................................................ 16 结 论 ............................................................ 17 致 谢 (19)５1 引言1.1课题背景及意义工业生产中，电机有着举足轻重的作用。

无刷直流电机控制器设计与实现无刷直流电机控制器是一种常见的电力控制装置，适用于各种工业生产和民用领域，有着广泛的应用前景。

本文将介绍无刷直流电机控制器的设计与实现，从电机控制原理、硬件设计、软件编程等方面全面解析，帮助读者了解和掌握无刷直流电机控制器的基本知识和技术。

一、电机控制原理无刷直流电机的控制原理是利用调整电子元器件的工作状态，改变电机相序和电压大小，控制电机的转速和方向。

具体实现需要依赖于电机控制芯片和相关的控制电路。

硬件设计方面，无刷直流电机控制器需要包括电源电路、驱动电路、反馈电路等几个方面。

电源电路是为了提供可靠的稳定电压，保证无刷电机的正常工作。

驱动电路是控制电机转速和方向的核心，主要包括电机驱动芯片、功率管、电机端口等。

反馈电路是为了实现电机转速的反馈控制，保证稳定性和精确性。

二、硬件设计无刷直流电机控制器的硬件设计，主要包括电源电路、驱动电路、反馈电路和中控电路等几个方面。

其中，电源电路是为了提供电压和电流，保证无刷电机的正常工作；驱动电路是用来控制电机的方向和速度；反馈电路则是通过反馈电路检测电机的当前转速状态，实现对电机的有效控制；中控电路则是通过处理驱动电路和反馈电路的场效应管的信号，实现对无刷直流电机的一个全面控制。

三、软件编程无刷直流电机控制器的软件编程是制作控制器的一个必要步骤。

其实现基于C 语言，主要应用于控制电路和集成电路之间的通信和控制。

在编程过程中，需要掌握相关的控制原理和编程技巧，进而实现对无刷直流电机的有效控制和操作。

四、实现结果无刷直流电机控制器的实现结果对于工业控制和民用领域有着广泛的应用前景，其中包括机械加工、医疗设备、交通工具等各个领域。

通过对无刷直流电机控制器的掌握和实现，可以实现对无刷直流电机进一步的优化和改进。

小型直流电机的控制器的制作与设计一：绪论：主要是一些关于现代的电子信息工业的前沿水平的发展与本专业的相关联的程度。

二方案设计:方框图：描述整个电路的设计思路与制作的流程，从整体上能对电路有一个整体的认识。

三介绍单元电路：我们所设计的主要的由两部分构成:1、5伏电源的设计与实现。

利用了一个220v变9v的变压器，实现电压的一个大的调压。

电压的功率为10瓦特。

能够满足电路设计的功率需求，电路平稳运行10分钟变压器的发热大概在3摄氏度左右。

不会造成变压器因过热而造成的故障。

整流桥：整流桥为4个二极管构成含有两个输入端（交流输入），不分正负号。

2个输出长脚的一端为正极性，通过整流桥的作用将9v 的交流电转换为含有大量的谐波的直流电压。

一个4700uf的大电容将电压稳定在6.4v左右。

而0.1uf的小电容作为滤波电容虑掉高次谐波，使波形更加平稳脉动更小。

LM7805：三段稳压器，为芯片稳压。

整流桥：整流桥作为重要的换流器件，将交流电（AC）转换成直流电（AD）。

由于整流桥的核心部件为4个二极管，属于硅的半导体材料。

其特点是正向通过时电流大，其反向截止的漏电流很小符合整流的相关条件S8050三极管：为NPN型三极管，在电路中用作开关，其功耗低，通断时的阻抗大，通断电流在0.5A左右满足电路所需的最大电流的通过而不至于将三极管损毁。

4700uf电解电容：以金属氧化膜为介质制作的电容，它以各种金属箔带为正极，在金属箔带上形成一层氧化膜作为介质，最大电压50v，精密度为±20%2输出的电压调整：在5v电压出口上串接一个500欧的电位器来改变输出的电压大小，由于电位器的阻值很小，所以对功率的消耗很小，基本上不会影响到整个电机的功率输出。

3直流电机的正反转部分：S8050三极管：为NPN型三极管，在电路中用作开关，其功耗低，通断时的阻抗大，通断电流在0.5A左右满足电路所需的最大电流的通过而不至于将三极管损毁。

辽宁工业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：小型直流电机控制器的设计院（系）：电气工程学院专业班级： xxxxxxxxxxx学号： xxxxxxxxxx学生姓名： xxxxxxx指导教师：（签字）起止时间：2016.6.6-2016.6.17课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目小型直流电机控制器的设计课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能小型直流电机控制器可以通过按键设置参数，实现电机的启动、加速、减速、急停、 恒速等功能。

硬件设计包括CPU 选型、最小系统电路、电机驱动电路、按键电路、显示。

设计任务及要求1、确定设计方案，画出方案框图。

2、进行硬件电路的设计，包括元器件选择，绘制原理图。

3、进行实物的制作。

4、绘出程序流程图，并编写完整程序。

5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。

6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。

技术参数1、电机参数：5~12V 可选，工作电流500mA 以下； 进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2天）2、系统硬件设计及实物制作（3天）3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3天）4、撰写、打印设计说明书（1天）5、验收及答辩。

（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用到电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。

因此电机控制器已成为生产中必不可少的设备。

本设计以STC12C5A60S2单片机为核心，可以通过按键设置参数，实现电机的启动、加速、减速、急停、恒速等功能。

小功率低成本的无刷直流电动机控制器研制合肥工业大学自动化研究所肖本贤摘要：针对电动助力车与压缩机电机的特点，对其驱动控制进行了研究，提出了一种高效低价的小型控制器的设计。

主要介绍以专用控制芯片MCC33035、MC33039、IR2130为核心构成的永磁无刷直流电动机控制器结构，主要涉及核心控制电路的构成、功率开关元件的驱动以及必要的保护措施。

1 引言永磁无刷直流电动机是近年随着电力电子器件及新型永磁材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机那样固有的优越的起动性能和调速特性，而无机械式换向机构，现以广泛应用于各种调速驱动场合，其应用前景看好，尤其从当今的环保、能源、效率等综合因素出发，水磁无刷直流电机可望在未来的电动车及冰箱或空调类永磁压缩机领域占有主导地位。

永磁无刷直流电动机控制器结构已有多种形式，有最初复杂的模拟式到近来以单片机为核心的数字式，但新型电机控制专用芯片的出现，给无刷直流电机调速装置设计带来了极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定，组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强、特别适用于对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。

2 无刷直流电机的驱动控制电路无刷直流电动机功率开关电路一般采用桥式或非桥式驱动，由于三相星形桥式驱动方式，其绕组利用率较高、力矩波动小，因而被大量采纳。

图1 是其工作原理图，对压缩机类负载，其输入可采用220V／50HZ市电输入、二极管单相全桥整流、电容滤波后得到；而对电动车其直流电源一般均为蓄电池。

图中主回路功率器件选用POWER-MOSFET，驱动电路采用IR公司生产的六输出高压MOS 栅极驱动器IR2130。

MC33035是MOTOROLA公司研制的第二代无刷直流电机控制专用集成电路，加上一片MC33039电子测速器将转子位置信号进行F／V转换，形成转速反馈信号，即可构成转速闭环调节系统。

电动车控制器设计与制作技术报告同组姓名：刘平萍、朱宪璘、张婷、严宇佳班级： 12电信2班题目：单片机实现电动机控制器任课老师：谢军2015年 5月摘要随着国内电动车行业发展越来越盛行，电动车的行车安全及其的充电安全日趋重要。

而电动车控制器是用来控制电动车的运行、运行防飞车、停车倒车、假充电提醒以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，电动车控制器是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。

电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。

如今世面上的电动车的控制器也是种类繁多，大多数生产厂家都是买一些元器件和主板进行组装，并没有掌握其核心技术，也没有了解控制器的软件技术。

而我们所要做的是电动三轮车控制器。

关键词：刹车单片机报警AbstractWith the development of domestic electric car industry is more and more popular, ele ctric vehicle driving safety and rechargeable security has become increasingly important. And electric vehicle controller is used to c ontrol the operation of the electric car, ru nning speed, stop astern, false charge remind and other electronic devices at the core o f the control device, electric vehicle contro ller is the brain electric cars, electric ve hicle is important parts. Electric cars for now mainly include electric bicycle, electric motorcycle, electric tricycle, electric three -wheeled motorcycle, electric carriage, storage battery, such as electric vehicle controller also because of the different models have different performance and characteristics. Various types of electric vehicle controller is now on the world, most manufacturers are buy some components and assemble motherboard , did not grasp its core technology, also n ot understand the software technology of the controller. And we have to do is the elec tric tricycle controller.Key words: Brake、Single chip microcomput、、Call the police。

《电子技术基础》课程设计报告书课题名称小功率直流电机调速电路的设计姓名学号专业机械设计制造及其制动化指导教师目录1，设计的任务及要求 (1)2，电路图的设计与确定 (2)3，取样电路部分的理论计算............................................................................ 4，减法电路部分的理论计算............................................................................ 5，电流驱动部分的理论计算............................................................................ 6，电压比较部分的理论计算............................................................................ 7，系统电路总图................................................................................................ 8，电源参数的选择............................................................................................ 9，经验体会........................................................................................................ 附录：原器件清单............................................................................................小功率直流电机调速电路的设计摘要：基于模拟电子技术的学习，通过模拟电子技术课程设计，培养理论联想的能力。

电子技术综合训练设计报告题目：小功率直流电机控制器设计与制作姓名：学号：班级：同组成员：指导老师：日期：直流电机以其优良的性能应用于当代社会的各行各业中，而直流电机控制器的优劣直接影响了直流电机的使用。

对于小功率直流电机控制器，应能实现对电机的正反转控制和无级调速控制。

用H桥可实现电机的正、反转控制。

通过对多谐振荡器的占空比调节产生PWM波形，用PWM方式实现对电机的无级调速控制。

为方便使用，在控制器中增加了测速系统。

利用光电转换装置将电机转速转换为脉冲电信号，用计数器对采集到的脉冲电信号进行计量，最后用寄存器对输出信号锁存并加译码器和数码管进行译码显示。

整个设计利用Multisim软件进行仿真测试，最后进行电路板的焊接与调试。

关键词：直流电机控制器 H桥 PWM控制转速检测1 设计任务和要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)2 系统设计 (4)2.1 系统要求 (4)2.2 方案设计 (4)2.3 系统工作原理 (4)3 单元设计 (5)3.1 电源模块 (5)3.1.1电路结构与工作原理 (5)3.1.2电路仿真 (6)3.1.3元器件的选择与参数确定 (6)3.2 PWM调速模块 (6)3.2.1电路结构与工作原理 (6)3.2.2电路仿真 (8)3.2.3元器件的选择与参数确定 (9)3.3 H桥模块 (10)3.3.1电路结构与工作原理 (10)3.3.2电路仿真 (11)3.3.3元器件的选择与参数确定 (12)3.4 光电转换模块 (12)3.4.1电路结构与工作原理 (12)3.3.2元器件的选择与参数确定 (13)3.5 测速模块 (13)3.5.1 总体电路结构与工作原理 (13)3.5.2 部分电路设计与仿真 (14)4 系统仿真 (21)4.1 控制器系统总图与仿真 (21)4.2 测速系统总图与仿真 (22)5 电路安装、调试与测试 (25)5.1 电路安装 (25)5.2 电路调试 (25)5.3 系统功能与性能测试 (25)5.3.1测试方法设计 (25)5.3.2测试结果与分析 (25)6 结论 (27)7总结、体会和建议 (28)8参考文献 (29)附录1 元件清单 (30)附录2 部分芯片引脚图 (31)一、设计任务和要求1.1 设计任务设计并制作一个小功率直流电机控制器，能够实现对小功率直流电机的控制，并能够对电机的转速进行测量和显示。

第9卷第17期2009年9月167121819 (2009) 1724946205 科学技术与工程Science Technolog y and EngineeringVol19 No117 S ep. 2009ν2009 Sci1 Tech1Engng1直流无刷电机轻小型控制模块软硬件设计徐江1, 2 肖功海1 杜奇1 杨一德1(中国科学院上海技术物理所1 ,上海200083;中国科学院研究生院2 ,北京100039 )摘要针对带霍尔元件直流无刷电动机,设计一种基于AVR单片机的轻小型控制模块。

该控制模块包含控制电路板、嵌入式软件、人机界面,能灵活修改控制算法中的控制策略,具有3种控制方式,体积小,重量轻,人机界面友好,输入电源电压范围可达10 V至40 V。

测试结果表明,转速控制的稳定性与准确度较高,适用于对空间与载重要求严格的场合。

关键词电机控制轻小型控制模块直流无刷电机(BLDC)模块化中图法分类号TM383. 41; 文献标志码 A直流无刷电机(B rushless D irect Current, BLDC) 在需要考虑空间与重量因素的场合得到了越来越多的应用[ 1 ] 。

通常采用脉宽调制( Pulse W idth Mod2 ulation, PWM )方式来对BLDC进行控制。

市场上有不少固化了PWM 波产生功能的BLDC专用控制芯片,其原理通常是把直流电压作为输入信号转换为PWM 波,从而控制电机转速。

因此, 要实现BLDC 的数字化控制,须引入数模变换电路, 增加了电路复杂度和实现成本。

另一方面,分压电阻调速控制方式不利于适应复杂多变的控制对象与环境。

市面上基于DSP的无刷电机驱动模块,可通过改写软件实现控制策略的灵活性,但是往往整体电路尺寸较大,有的还需要与电机驱动板配套使用, 增加了整个控制模块的体积和成本。

本文所设计的BLDC控制模块具备轻小型的特点,适用于机器人与航空领域等对空间与载重要求严格的场合。

一设计目的本设计是要利用89C52单片机PWM调速电路实现小功率直流电机的转速调节。

本系统必须符合以下几点要求：（1）在（1000-5500）转/分内对直流电机进行任意调速，最小调速级差为1转/分。

（2）电机能再所设速度下稳定运转，运转速度与设定速度之差小于±20转/分。

（3）电机启动和加减80%额定负载时，其转速能迅速回到设定值，转速超调±5%内。

下面，本文将从硬件和软件两方面按系统功能要求进行设计。

二方案设计2.1单片机部分器件接口电路图1 单片机接口电路本设计采用的是STC的89C52单片机，选用STC的单片机是因为它是宽电压供电，工作电压范围为5.5V--3.4V，比起一般51系列单片机的5.5V--4.5V更能有效的避免电源抖动所带来的问题。

晶振选用石英晶振，频率为20MHz，比起传统的12MHz能更快的处理速度。

在第九脚RST，复位脚为，加了一个复位按键和违法电路，复位原理为：第一次上到是，+5V通过给电容充电，于是此时电容相当于短路，+5V直接加到RST上，单片机自动复位。

过了极短的时间，电容充电完毕，此时电容则相当于开路，于是RST脚被电阻R113拉为低，单片机开始正常工作。

当RESET键按下时，+5V通过按键加到RST脚，单片机复位，RESET键弹起之后，RST脚重新被R113拉为低，单片机开始正常工作。

单片机供电方面，采用的是12V直流通过7805三端稳压器稳压到5V，给单片机和显示部分供电。

2.2 按键输入电路图2 按键输入电路本设计中，按键输入比较简单，就是在按键信号输入I/O口与地线间串接一按键。

在按键没有按下的情况下，I/O口悬空，所以为高；当按键按下后，地线的把I/O口的店铺拉低，单片机便可识别有键按下。

2.3 PWM驱动电路图3 PWM驱动电路首先简单介绍一下PWM工作原理：如图所示，R21为P1.1口的上拉电阻，R20为限流电阻。

当P1.1口为低时，8050基极电压被拉低，此时8050截止，所以9012基极为高，9012截止，电机两端没有电压。

为了在高温等恶劣环境中实现无刷直流电机(BLDCM)的伺服控制,提出了一种基于电磁原理的新型BLDCM转子位置传感器.传感器激励用集中绕组对称地安放在定子槽的中心位置,检测用集中绕组密绕在定子齿上,转子外圆周表面设计有与电机N极和S极位置对应的凸起和凹陷.实际工作时,以正弦交流电作为励磁载波,单个检测绕组和激励绕组间的总互感是转子位置角的函数,通过对检测绕组中感应调幅波的监测即可实现转子位置的检测.传感器定子、转子铁心均由新型软磁合金薄片堆叠而成,励磁载波的频率可提升至100kHz.建立了传感器的线性模型和等效磁网络模型,并以后者为基础利用模拟退火算法对系统的结构参数进行了优化.利用ANSYS软件对传感器进行了有限元分析,并设计了相应的试验系统.仿真和试验结果验证了整体设计方案的正确性和有效性.高温电机在石油测井、航天及国防等领域有广泛的应用，目前一般采用感应电机但感应电机存在功率因数低、损耗大、效率低，温升高，而且速度和功率控制电路非常复杂。

无刷直流电机转子为永磁结构，转子无电流、效率高、功率密度大、驱动电路简单、控制方便，因而是替代高温感应电机的理想产品。

驱动电路是无刷直流电机系统适应高温环境的关键，必须满足耐高温、可靠性高等高温环境的要求。

本文针对这些要求设计开发了一种能够在高温环境下工作的小功率无刷直流电动机的驱动器。

该驱动器采用了高等级的军工级器件，可驱动额定电压为12 V、额定电流小于2 A 的无刷直流电机，具有开环速度调节和恒功率运行等控制功能。

驱动器的逻辑部分采用高性能的单片机；开关主电路中采用了特殊结构，从而省去了功率器件的隔离或悬浮自举驱动芯片，大大简化了驱动电路的结构；逻辑电路部分的电源由功率电源稳压得到，从而使整个驱动器只需一个外部电源。

对驱动器在150℃的高温环境下进行的运行实验证明了其运行的可靠性。

1系统硬件电路设计驱动器硬件主要包括单片机电路、开关主电路、限流保护电路等原理图如图1所示。

本科毕业论文（设计）工作记录及成绩评定册（理工类）论文题目小功率直流电动机调速系统设计学生姓名学号所在学院控制工程学院专业电气工程及其自动化班级电气2008级班指导教师伍瑾斐（讲师）二零一一年六月成都信息工程学院教务处制使用说明一、此册中各项内容为学校对本科毕业论文（设计）的工作和成绩评定记录，请各环节记录人按指定格式认真填写；二、指导教师、评阅教师、答辩小组记分均为百分制（无小数点，四舍五入），学院答辩委员会成绩为五级制（优(>=90)、良(>=80、<90)、中(>=70、<80)、合格(>=60、〈70)、不合格(<60)）；三、参加二辩的学生，根据学生具体情况，由各教学单位选择所需表格填写（表格包括指导教师、评阅教师、答辩小组评阅表）并附于最后；四、本科毕业论文（设计）工作完成后，由各学院办公室组织将论文（设计）和此册等资料装入专用档案袋中，放入学院资料室保存。

本科毕业论文（设计）任务书题目小功率直流电动机调速系统设计题目来源□科研项目□生产实践□自选题目■其他题目类型□理论研究□科学实验■设计开发□其他选题背景及目的直流电机调速系统最常用的方式是调节电枢电压达到调速目的，其核心技术是脉宽调制技术（Pulse Width Modulation），因其工作方式是控制驱动器件工作在开关模式，使输出平均电压与占空比成正比，可以达到近似线性输出，所以相比传统的电枢回路串电阻调速方式具有无极调速和节能高效的优点。

在现代化的各种电气传动设备中，小功率直流电机应用相当广泛，对其节能和高精度要求则更为严格，需要有性能优良的调速系统与其配合工作。

采用PWM控制技术构成的无级调速系统，起停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定等特点。

因此，对基于PWM的小功率直流电机调速系统进行设计具有较好的实用性。

工作任务及要求主要工作内容包括：1、PWM调速系统方案简述；2、主电路元器件选型，绘制相应电路图；3、驱动电路和控制电路设计，绘制出总电路原理图；4、编写软件，实现电机的速度控制；5、设计PCB电路板，制作出本设计实物；6、测试调速效果并对结果进行分析；7、提出设计方案改进意见。

目录1 引言 (2)1.1伺服系统的发展简况 (4)1.2伺服系统的发展趋势 (5)2 伺服系统的组成原理及基本特征 (6)2.1伺服系统的组成原理 (6)2.2伺服系统的分类 (6)3 直流电机概述 (7)3.1直流电机的结构 (7)3.1.1.定子 (7)3.1.2. 转子(电枢) (9)3.2直流电动机的工作原理 (11)3.3直流电机与交流电机区别 (12)4 直流电机调速原理 (14)4.1直流电机正反转调速 (15)4.2 H桥驱动电路 (16)4.3 使能控制和方向逻辑 (17)5 双闭环直流晶闸管调速系统设计 (20)5.1总体方案设计 (20)5.1.1 方案比较 (20)5.1.2 方案论证 (21)5.1.3 方案选择 (21)5.1.4 设计要求 (22)5.2单元模块设计 (22)5.2.1 转速给定电路设计 (22)5.2.2 转速检测电路设计 (23)5.2.3 电流检测电路设计 (23)5.2.4 整流及晶闸管保护电路设计 (24)5.2.4 .1 过电压保护和du/dt限制 (25)5.2.4 .2过电流保护和di/dt限制 (25)5.2.4 .3 整流电路参数计算 (25)5.2.5电源设计 (27)5.2.6 控制电路设计 (28)5.3系统调试 (33)参考文献 (36)附A：总电路图 (37)摘要通过学习，对直流伺服系统有了进一步的了解。

论文对直流伺服系统的发展史、工作情况进行了较全面的论述。

结合毕业设计题目，对小功率直流伺服系统控制电路进行了设计，控制电路包括：信号发生器、信号放大器、比较器和功率放大器。

在论文中，对控制电路的各组成部分经行了详细的理论分析，对线路的可行性也进行了探讨，并对设计的线路进行了实验。

通过实验后修正了电路，改正后的电路经实验是可行的；实验表明：在控制信号的控制下，电路能输出控制电机工作的电压信号，达到了毕业任务书上的要求。

关键词直流电机伺服系统控制电路AbstractBy studying，a further comprehension about DC servo system has been gained. The paper takes a comprehensive view of the development history and working condition of DC servo system.Linking the title of the graduation project，we designed a low-power DC servo system control circuit,which is composed of signal generator、signal-amplifier、comparer and power amplifier. In the paper, the author made a very detailed theoretical analysis on the components of system, and approached the feasibility of the circuitrym,also finished the experiment .The adjusted circuit after experiment is feasible. The experiment indicates that under the control of the control signal,the circuit is able to output the voltage signal which controls the machine work,achieving the requirement of the graduation task.Keywords DC motor Servo system Control circuit1 引言本次毕业设计是小功率直流伺服系统控制电路的硬件设计。

《学生实验_制作简易直流电机》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生巩固和理解在课堂上学到的关于直流电机的基础知识，通过亲手制作简易直流电机，锻炼学生的动手能力和观察能力，提高学生的物理实验技能。

二、作业内容1. 完成简易直流电机模型的制作。

模型材料包括电池、导线、硬纸板、小马达等。

要求学生们按照课堂上教授的步骤和方法，独立完成整个制作过程。

2. 观察并记录简易直流电机的工作原理和过程，并总结交流。

学生们需要观察电机转动的过程，理解电机的能量转化机制，并分享自己的理解和感受。

3. 对制作完成的电机进行性能评估。

要求学生们使用测量工具，如电流表和电压表，测量电机的输出功率、转速等参数，评估电机性能。

三、作业要求1. 作业需独立完成，不得抄袭。

2. 学生们需认真阅读和理解课堂内容，确保作业的正确性。

3. 完成作业后，需提交电子版照片或视频，以及书面总结报告。

4. 学生们需按时提交作业，作业评价将在提交后的三周内完成。

四、作业评价1. 评价标准：根据学生们提交的作业照片或视频的质量、书面总结报告的准确性以及讨论区的交流内容，进行评价。

2. 分值分配：作业照片或视频（40分），书面总结报告（30分），讨论区交流内容（30分）。

3. 评价方式：教师评价与学生互评相结合，以教师评价为主。

五、作业反馈在作业评价完成后，将向所有学生反馈评价结果，包括改进建议和鼓励性评语。

对于在作业中遇到困难的学生，将提供针对性的辅导和支持。

通过本次作业，我们期望学生们能够：1. 进一步理解和掌握直流电机的制作和观察方法。

2. 能够运用所学知识评估电机的性能，锻炼分析问题和解决问题的能力。

3. 通过讨论区的交流内容，促进同学之间的学习和经验分享。

4. 通过教师评价和鼓励性评语，增强学生的学习自信和兴趣。

我们鼓励学生们在完成作业的过程中提出自己的想法和疑问，与教师和同学进行交流和讨论，共同推动物理学习的进步。

作业设计方案（第二课时）一、作业目标通过本次作业，学生应能够：1. 熟练掌握简易直流电机的工作原理和制作方法；2. 深入理解电机的机械效应，包括电磁力、转矩和转速等；3. 运用所学知识，分析和解决实际制作中的问题。