PWM控制的直流电动机调速系统设计

一、课程设计的主要目标任务直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以与少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。

随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能与算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能[2]。

采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性与准确性得不到保证，甚至出现事故。

目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

二、课程设计系统方案选取1. 直流电动机运行原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需3 要的波形。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为图1：直流电机原理图式中Ua——电枢供电电压（V）；Ia ——电枢电流（A）；Ф——励磁磁通（Wb）；Ra——电枢回路总电阻（Ω）；CE ——电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。

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。

毕业设计论文PWM 控制直流机电调速脉宽调制(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，在许多需要调速或者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，普通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 摆布;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。

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。

电力拖动课程设计题目：直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统姓名：学号：班级：指导老师：课程评分：日期目录一、设计目标与技术参数二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计（二）桥式可逆PWM变换器的工作原理（三）双闭环调速系统的静特性分析（四）双闭环调速系统的稳态框图（五）双闭环调速系统的硬件电路（六）泵升电压限制（七）主电路参数计算和元件选择（八）调节器参数计算三、仿真（一）仿真原理（含建模及参数）（二）重要仿真结果（目的为验证设计参数的正确性）四、结论参考文献附录1：调速系统总图附录2：调速系统仿真图一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R0=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。

PWM变换器的放大系数：K S=20。

二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环调速系统就难以满足需要。

这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。

如图2-1所示。

图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。

****学院课程设计电子电气工程院电气工程及其自动化专业题目PWM控制直流调速系统设计学生姓名****班级***学号指导教师完成日期2010 年12 月28 日摘要以电力电子学和电机调速技术为基础，本设计了一种基于PWM控制技术的直流电机调速控制系统;为了得到好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制。

霍尔电流传感器与测速电机共同实现速度控制的功能，同时完成了人机交互的任务。

对于调速系统中要用到的大功率半导体开关器件，本文选用的是IGBT。

论文中对IGBT应用时要注意的各个技术方面进行了详细的讨论，给出了专用IGBT驱动芯片SG3525的内部结构和应用电路。

论文对PWM控制的原理进行了说明，重点对集成PWM控制器SG3525做了介绍，分析了SG3525的内部结构和外部电路的接法，并给出了它在系统中的应用电路。

论文对系统中用到测速电机和霍尔电流传感器的原理和应用也进行了介绍。

最后分析了系统的静动态特性，结果表明双闭环控制对系统的性能有很大的改善，即双闭环控制系统有响应快，静态稳定性好的特点。

关键词: IGBT；PWM控制；双闭环AbstractTo the power electronics and motor technology as the foundation, The design of a PWM control technology based on the DC motor speed control system; In order to obtain a good dynamic and static properties, The control system uses a double-loop control. Hall current sensor and guns together to achieve the motor speed control function, while the completion of the HCI mission.Speed Control System for the use of the power semiconductor devices, the paper uses the IGBT. The thesis of IGBT application to the attention of the various technical aspects of detailed discussions, given the exclusive IGBT driver IC SG3525 the internal structure and application circuit. PWM control of the paper, the principle of the note, with a focus on integrated PWM controller SG3525 made a presentation the SG3525 analysis of the internal structure and external circuit access method, and gives it a system of circuit. Papers on gun systems used motor and Hall current sensor application of the principle and also introduced. Finally, the paper analyzes the static and dynamic characteristics of the results shows that the closed-loop control on the performance of the system is greatly improved. that is, double-loop control system is fast response, good static stability characteristics.Keywords: IGBT; PWM control; Double Closed-loop目录第1章引言 (1)1.1课题来源 (1)1.2 直流电动机的调速方法介绍 (1)1.3 选择PWM控制系统的理由 (3)1.5 设计技术指标要求 (4)第2章 PWM控制直流调速系统主电路设计 (4)2.1 主电路结构设计 (4)2.1.1电路组成及系统分析 (4)2.2电路总体介绍 (5)2.2.1主电路工作原理 (5)2.2.2降压斩波电路与电机的电动状态 (6)2.2.3升压斩波电路与电机的制动状态 (6)2.2.4半桥电路与电机的电动和制动运行状态 (6)2.2.5电机可逆运行的实现 (7)2.3 PWM变换器介绍 (7)2.4.2 缓冲电路参数 (14)2.4.3 泵升电路参数 (14)第3章PWM控制直流调速系统控制电路设计 (16)3.1控制电路设计 (16)3.1.1 SG3525的应用 (16)3.1.2 SG3525芯片的主要特点 (16)3.1.3 SG3525引脚各端子功能 (17)3.1.4 SG3525的工作原理 (18)3.2 LM1413的应用 (19)3.3脉冲变压器的应用 (19)3.4速度调节器（ST-1） (19)3.5电枢电流调节器（LT-1） (21)3.6速度变换单元（FBS） (22)3.7电流检测 (23)3.8 脉冲变压器 (23)3.9 给定单元 (24)结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第1章引言1.1课题来源目前，直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。

基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。

但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。

MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。

最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。

关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。

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。

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。

基于单片机的 PWM直流电机调速系统设计摘要：本文以单片机STC12C5A60S2为核心，结合L298N专用驱动集成电路，通过产生的PWM波控制电机的转速，采用霍尔传感器检测电机转速并通过液晶显示电机实时转速。

最后采用 Keil和 Proteus对整个系统进行设计、编程以及仿真。

关键词：单片机;PWM调速;液晶显示;霍尔传感器;直流电机。

1.引言目前常用的电动机主要有交流电动机和直流电动机，直流电动机因为具有良好的调速性能，以及良好的起、制动性能而被广泛应用在电力拖动系统中。

而调速性能是指电动机在一定的负载条件下，可以根据实际需要，对电动机的转速进行人为的调节。

直流电动机可以在重负载的情况下，实现无级调速，并且调速范围较宽。

直流电动机转速公式：注：为转速、为电枢电压、为电枢电流、为电枢回路总电阻、为励磁磁通、为由电机结构决定的电动势常数。

通过上式可以看出，电动机转速的调节方法主要有以下三种：改变电枢供电电压;改变励磁磁通;调节电枢回路电阻。

以上三种调速方式，以调节电枢供电电压的方式是最好的，它可以实现宽范围的无极平滑调速。

2.PWM调节上面提到对于直流电动机的调速最好的方式是改变供电电压的方式，改变供电电压可以采用V-M调速系统和直流脉宽调速系统，而直流脉宽调速系统相对V-M调速系统具有开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

PWM调速的原理就是通过把恒定的直流电压调制成高度一定，宽度可变的脉冲电压序列，进而改变平均输出电压从而达到调节转速的目的，实质就是通过控制功率管如电力MOSFET，IGBT等的开关时间进而改变加在电机上的电压占空比就可以改变电机的平均电压。

功率管输入电压以及电机电枢电压的关系如下。

假设加在电动机两端的电压为，通过控制功率管的通断使得输出电压变成了一系列脉冲电压，其平均值计算公式为：，其中为占空比，通过改变占空比就可以改变的值，进而改变电动机转速。

3.调速系统硬件设计本设计采用单片机STC12C5A60S2产生的PWM脉冲波调节输出电压的大小，系统原理框图如图1所示。

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。

单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目 (1)1 设计要求及主要技术指标： (1)1.1 设计要求 (1)1.2 主要技术指标 (2)2 设计过程 (2)2.1 题目分析 (4)2.2 整体构思 (4)2.3 具体实现 ................... 错误!未定义书签。

3 元件说明及相关计算 (5)3.1 元件说明 (5)3.2 相关计算 (6)4 调试过程 (6)4.1 调试过程 (6)4.2 遇到问题及解决措施 (7)5 心得体会 (7)参考文献 (8)附录一：电路原理图 (9)附录二：程序清单 (9)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM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、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。

电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。

通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。

电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。

关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。

1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。

（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。

（3）设计一个4个按键的键盘。

K1:“启动/停止”。

K2：“正转/反转”。

K3：“加速”。

K4:“减速”。

（4）手动控制。

在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。

直流电机PWM调速控制系统设计一、引言直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产中的机械传动系统。

为了实现对直流电机的调速控制，可以采用PWM（脉宽调制）技术。

PWM调速控制系统通过控制脉冲宽度的变化来调整输出信号的平均电压，从而改变电机的转速。

本文将详细介绍直流电机PWM调速控制系统的设计原理、电路设计和控制算法等方面。

二、设计原理1、PWM调制原理PWM调制是一种通过改变脉冲宽度来控制平均电压的技术。

在PWM调速控制系统中，主要是通过改变脉冲的占空比来改变输出信号的平均电压，从而调整电机的转速。

2、直流电机调速原理直流电机的转速与电源电压成正比，转速调节的基本原理是改变电机的供电电压。

在PWM调速控制系统中，通过改变PWM信号的占空比，即每个周期高电平的时间占总周期时间的比例，来改变电机的供电电压，从而控制电机的转速。

三、电路设计1、输入电源电压变换电路为了适应不同的输入电源电压，需要设计输入电源电压变换电路。

该电路的功能是将输入电源电压通过变压器等元件进行变压或变换，使其适应电机的工作电压要求。

2、PWM信号发生电路PWM信号发生电路主要是负责产生PWM信号。

常用的PWM信号发生电路有555定时器电路和单片机控制电路等。

3、驱动电路驱动电路用于控制电机的供电电压。

常见的驱动电路有晶闸管调压电路、MOSFET驱动电路等。

通过改变驱动电路的控制信号，可以改变电机的转速。

四、控制算法在PWM调速控制系统中，需要设计相应的控制算法，来根据系统输入和输出变量进行调速控制。

常见的控制算法有PID控制算法等。

PID控制算法是一种经典的控制算法，通过对系统的误差、误差变化率和误差积分进行综合调节，来控制输出变量。

在PWM调速控制系统中，可以根据电机的转速反馈信号和设定转速信号，计算出误差，并根据PID 控制算法调节PWM信号的占空比，从而实现对电机转速的精确控制。

五、系统实现根据上述设计原理、电路设计和控制算法，可以实现直流电机PWM调速控制系统的设计。

直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、引言直流电机是电力传动中最常用的一种电动机，具有调速范围广、响应快、结构简单等优点。

而PWM（脉宽调制）技术是一种有效的电机调速方法，可以通过改变占空比控制电机的转速。

本文将介绍直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

二、建模分析1.直流电机的模型直流电机的数学模型包括电动势方程和电机转矩方程。

电动势方程描述电机的输出电动势与供电电压之间的关系，转矩方程描述电机的输出转矩与电机转速之间的关系。

2.PWM调速系统的控制策略PWM调速系统的控制策略主要包括PID控制和模糊控制两种方法。

PID控制是一种经典的控制方法，通过比较实际输出与期望输出，计算出控制量来调整系统。

模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊推理，将输入量映射为输出量。

三、电路设计1.电机驱动电路设计电机驱动电路主要由电流传感器、逆变器和滤波器组成。

电流传感器用于测量电机的电流，逆变器将直流电压转换为交流电压，滤波器用于消除电压中的高频噪声。

2.控制电路设计控制电路主要由控制器、比较器和PWM信号发生器组成。

控制器接收电机转速的反馈信号，并与期望转速进行比较，计算出控制量。

比较器将控制量与三角波进行比较，生成PWM信号。

PWM信号发生器将PWM信号转换为对应的脉宽调制信号。

四、仿真实验1.系统建模与参数设置根据直流电机的模型，建立MATLAB/Simulink仿真模型，并根据实际参数设置电机的转矩常数、转矩常数、电机阻抗等参数。

2.控制策略实现使用PID控制和模糊控制两种方法实现PWM调速系统的控制策略。

通过调节控制参数，比较不同控制方法在系统响应速度和稳定性上的差异。

3.仿真实验结果分析通过仿真实验，分析系统的静态误差、动态响应和稳定性等性能指标。

比较不同控制方法的优缺点，选择合适的控制方法。

五、结论本文介绍了直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。

基于51单片机的PWM直流电机调速系统一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，直流电机调速系统在众多领域如工业自动化、智能家居、航空航天等得到了广泛应用。

在众多调速方案中，基于脉冲宽度调制（PWM）的调速方式以其高效、稳定、易于实现等优点脱颖而出。

本文旨在探讨基于51单片机的PWM直流电机调速系统的设计与实现，以期为相关领域的技术人员提供一种可靠且实用的电机调速方案。

本文将简要介绍PWM调速的基本原理及其在直流电机控制中的应用。

随后，将详细介绍基于51单片机的PWM直流电机调速系统的硬件设计，包括电机选型、驱动电路设计、单片机选型及外围电路设计等。

在软件设计部分，本文将阐述PWM信号的生成方法、电机转速的检测与控制算法的实现。

还将对系统的性能进行测试与分析，以验证其调速效果及稳定性。

本文将总结基于51单片机的PWM直流电机调速系统的优点与不足，并提出改进建议。

希望通过本文的阐述，能为相关领域的研究与应用提供有益参考。

二、51单片机基础知识51单片机，也被称为8051微控制器，是Intel公司在1980年代初推出的一种8位CISC（复杂指令集计算机）单片机。

尽管Intel公司已经停止生产这种芯片，但由于其架构的通用性和广泛的应用，许多其他公司如Atmel、STC等仍然在生产与8051兼容的单片机。

51单片机的核心部分包括一个8位的CPU，以及4KB的ROM、低128B 的RAM和高位的SFR（特殊功能寄存器）等。

它还包括两个16位的定时/计数器，四个8位的I/O端口，一个全双工的串行通信口，以及一个中断系统。

这些功能使得51单片机在多种嵌入式系统中得到了广泛的应用。

在PWM（脉冲宽度调制）直流电机调速系统中，51单片机的主要作用是生成PWM信号以控制电机的速度。

这通常是通过定时/计数器来实现的。

定时/计数器可以设置一定的时间间隔，然后在这个时间间隔内，CPU可以控制I/O端口产生高电平或低电平，从而形成PWM信号。

PWM控制的直流电动机调速系统设计PWM（脉宽调制）控制的直流电动机调速系统是一种常用于工业和家用电机控制的方法。

它可以通过调整输出脉冲宽度来控制电机的转速。

本文将详细介绍PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。

一、设计目标本文所设计的PWM控制的直流电动机调速系统的设计目标如下：1.实现电机的精确转速控制。

2.提供多种转速档位选择。

3.实现反转功能。

4.提供过载保护功能。

二、设计原理具体的设计原理如下：1.产生PWM信号：使用微控制器或单片机的计时器/计数器模块来产生固定频率的脉冲信号，频率一般选择在20kHz左右。

通过调整计时器的计数值来改变脉冲的宽度，从而实现不同的电机转速。

2.控制电机转速：将微控制器或单片机的PWM输出信号经过电平转换电路后，接入电机的电源线，通过控制PWM信号的高电平时间来控制电机的转速。

3.实现不同的转速档位选择：通过增加多个PWM信号输出通道，可以实现多个转速档位的选择。

通过选择不同的PWM信号输出通道，可以实现不同的转速设定。

4.实现反转功能：通过改变PWM信号的极性可以实现电机的正转和反转操作。

正转时，PWM信号的高电平时间大于低电平时间；反转时，PWM信号的高电平时间小于低电平时间。

5.过载保护功能：通过添加电机负载的电流检测电路和电流限制功能，可以实现对电机过载时的自动保护。

三、设计步骤1.确定电机的额定电压和额定转速。

2.选择合适的微控制器或单片机作为控制核心，并编写PWM信号产生程序。

3.选择合适的驱动电路，将PWM信号转换成电机所需的电流和电压。

常用的驱动电路有H桥驱动电路和MOSFET驱动电路。

4.搭建电路原型，并进行电路调试和测试。

5.编写控制程序，实现转速档位选择、反转和过载保护功能。

6.进行系统整合和调试，确保系统的各项功能正常。

7.进行性能测试，并根据测试结果对系统进行调整和优化。

8.最后对系统进行稳定性测试，并记录测试结果。

四、总结本文详细介绍了PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。