24 v直流电机控制系统的设计

景德镇陶瓷学院电力电子与电机拖动课程设计（论文）

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

景德镇陶瓷学院电力电子与电机拖动课程设计（论文）

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

设计题目：PWM控制直流电机的系统

设计任务与要求 设计一直流PWM（脉宽调制）调速的电机控制系统。该电机拖动的负载为短时工作方式，负载转矩为T=1.5N·M,最大转矩为1500r/min。负载短时工作时间为tr=20s,要求采用普通直流电动机拖动。设计要求进行起动转矩校核。

设计步骤

设计说明书一份

电路图一份

参考文献

教研室主任签字：

年 月 日

景德镇陶瓷学院电力电子与电机拖动课程设计（论文）

目 录

景德镇陶瓷学院电力电子与电机拖动课程设计（论文）

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。

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，都停留在实验阶段，无法推广到实际中使用，1970年以后，半导体的快速发展，许多新型的全控型半导体功率器件（如MOSFET、IGBT等）不断出现，而且高性能的永磁材料（如SmCo、NsFeB）陆续出现[2]，这些都为无刷直流电机广泛应用提供了有利的条件。

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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。

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

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

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ky r

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