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一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。
由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，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，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。
如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。
脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。
平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。
相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。
双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。
双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。
正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。
整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。
共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。
变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。
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。
《计算机控制技术课程设计》题目：基于STM32的直流电机PID调速学院：计算机与电子信息学院专业：电气工程及其自动化班级：电气12-5 学号：姓名：任课教师：完成时间：——基于STM32的直流电机PID调速摘要电机转速控制在运动控制系统中占有至关重要的地位，本设计将电机转速控制作为研究对象；以PID为基本控制算法，STM32F103单片机为控制核心，产生受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。
同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。
在系统中采320×240TFTLCD显示器作为显示部件，通过4个按键通过界面切换方式设置P、I、D、V四个参数和正反转控制，启动后可以通过显示部件了解电机当前的运行状态和系统的CPU温度。
该系统控制精度高，具有很强的抗干扰能力。
关键词：PID 直流电机反馈调节Based on the STM32 PID speed control of dc motorAbstractMotor speed control occupies a crucial position in the motion control system, the design of the motor speed control for the study; in the basic PID control algorithm, STM32F103 microcontroller core, by the PID control algorithm generates a PWM pulse to achieve DC speed control. At the same time the use of photoelectric sensors to convert the motor speed to pulse frequency feedback to the microcontroller to achieve closed-loop speed control, to speed static error adjustment purposes. Mining 320 × 240TFTLCD monitor as a display unit in the system, through four key settings P, I, D, V four parameters and reversing control through the interface switching mode, start to understand the current state of the motor and the system through the display unit CPU temperature. The system control and high precision, has a strong anti-jamming capability.Keywords: PID DC motor feedback regulation目录1. 绪论 (1)研究背景与意义 (1)本文主要研究方法 (1)2. 设计方案与论证 (2)系统设计方案 (2)控制器模块设计方案 (2)3. 系统硬件电路设计 (3)整体电路设计 (3)整体理论 (3)整体简单结构图和资源分配图 (3)最小单片机系统设计 (4)STM32F103复位电路 (6)电源电路 (6)电机驱动电路设计 (7)光电码盘编码器电路设计 (7)显示电路设计 (8)按键电路设计 (10)4. 系统软件设计 (10)PID算法 (10)PID参数整定方法 (11)电机速度采集算法 (12)程序流程图 (12)5. 系统调试 (13)软件调试 (13)系统测试与分析 (14)6. 总结与展望 (15)参考文献 (16)附录一部分程序源程序 (17)附录二系统界面实物图和PCB图 (20)1.绪论1.1研究背景与意义电动机在现代的工业中，是主要的驱动设备，尤其是直流电动机，由于它的平滑调速性和结构上的简单，使其成为许多电器，如洗衣机，电梯等的驱动。
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。
直流电动机双闭环调速系统课程设计一、引言直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和日常生活中。
在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对电动机进行调速。
传统的电动机调速方法是通过改变电源电压或者改变电动机的极数来实现，但这种方法存在调速范围小、调速精度低、调速响应慢等问题。
因此，现代工业中普遍采用电子调速技术，其中双闭环调速系统是一种常用的调速方案。
二、直流电动机双闭环调速系统的原理直流电动机双闭环调速系统由速度环和电流环组成。
速度环是通过测量电动机转速来控制电动机的转速，电流环是通过测量电动机电流来控制电动机的负载。
两个环路相互独立，但又相互联系，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
三、直流电动机双闭环调速系统的设计1.硬件设计硬件设计包括电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块。
其中电源模块提供电源，电机驱动模块将电源转换为电机驱动信号，信号采集模块采集电机转速和电流信号，控制模块根据采集到的信号进行PID控制。
2.软件设计软件设计包括PID控制器设计和程序编写。
PID控制器是直流电动机双闭环调速系统的核心，其作用是根据采集到的信号计算出控制量，控制电机的转速和负载。
程序编写是将PID控制器的计算结果转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
四、直流电动机双闭环调速系统的实现1.电路连接将电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块按照设计要求连接起来。
2.参数设置根据电机的参数和工作要求，设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分系数和微分系数等。
3.程序编写根据PID控制器的计算结果，编写程序将其转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
五、直流电动机双闭环调速系统的应用直流电动机双闭环调速系统广泛应用于工业生产和日常生活中，如机床、风机、水泵、电梯等。
其优点是调速范围广、调速精度高、调速响应快、负载能力强等。
六、总结直流电动机双闭环调速系统是一种常用的电子调速方案，其原理是通过速度环和电流环相互独立但相互联系的方式，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
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。
本科毕业设计论文论文题目基于单片机的直流电动机闭环调速控制系统设计基于单片机的直流电动机闭环调速控制系统设计摘要本文介绍利用51系列单片机控制PWM信号从而实现对大功率直流电机转速进行控制的系统设计。
文章中采用了STC89C52单片机芯片，通过软件控制，对PWM输出占空比进行调节，从而控制电机的平均电压以实现电机速度的控制。
此外，还采用了IR2110芯片与功率管（MOSFET）构成H桥驱动电路作为直流电机调速功率放大电路的驱动模块。
本设计中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量，反馈给单片机，通过液晶显示出来。
另外，通过对电流的采样，实现过流保护。
在软件方面，文章中详细介绍了PWM运算程序以及速度测量程序等的编写思路和具体的程序实现。
关键词PWM, IR2110, 直流电动机, STC单片机ABSTRACT This article describes the use of 51 series microcomputercontrol of the PWM signal in order to achieve high-power DC motor speed control system design. With the help of stc89c52, a kind of MCU, the paper described how to adjust the output of the PWM duty cycle to control the average motor voltage and so to control motor speed. In addition, the uses of the IR2110 chip and power tube (MOSFET) constitute the H bridge drive circuit as a driver module of DC motor speed control circuit of power amplifier. The design adopts the Hall element to measure the DC motor speed, and the result of it feeds back to the microcontroller and shows on the liquid crystal display.Moreover, through to the electric current sampling, realizes the overflow protection. On the software side, the article introduced in detail the procedures, as well as computing speed PWM measurement procedures for the preparation of ideas and the realization of the specific procedure.KEY WORDS PWM, IR2110, DC motor, STC microcomputer目录摘要 (2)前言 (4)第一章系统硬件电路设计 (5)1.1 系统总设计框图介绍 (5)1.2 单片机系统设计介绍 (6)1.2.1 8051单片机简介： (6)1.2.2 STC单片机简介 (6)1.2.3 最小系统原理图及按键部分： (8)1.3 功率放大驱动电路设计 (8)1.3.1 IR2110芯片及外围原理图 (9)1.3.2IR2110性能与特点 (9)1.3.3 IR2110的引脚图以及功能 (10)1.3.4 IR2110 工作原理 (12)1.3.5 光耦隔离设计 (13)1.3.6 H桥驱动设计 (13)1.4 电机测速电路设计 (15)1.4.1 霍尔元件介绍 (15)1.4.2 霍尔传感器的工作原理 (16)1.5 显示模块设计 (17)1.5.1 LCM 1602简介 (17)1.5.2 LCM 1602写操作时序图 (18)1.6 电源模块设计 (18)1.6.1 电源模块的原理图 (18)1.6.2 稳压芯片简介 (19)第二章软件设计分析 (20)2.1 主程序流程图 (20)2.2 PWM 基本原理及其实现方法 (20)2.2.1 PWM基本原理 (20)2.2.2 实现方法 (21)2.2.3 PWM调节的中断程序及分析 (22)2.2.4 PWM输出的特殊编程 (25)2.2 测速的实现 (27)2.3.1 测速的方法 (27)2.3.2 软件实现分析 (28)3.3.3 编程的可靠性分析 (28)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (29)基于单片机的直流电动机闭环调速控制系统设计前言本文介绍利用51系列单片机控制PWM信号从而实现对大功率直流电机转速进行控制的系统设计。
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。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，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。
PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
直流电动机具有良好的线性调速特性、控制简单、效率高及优异的动态特性，长期以来一直占据着调速控制领域的重要地位。
本文主要利用单片机输出PWM，调节占空比来控制输出的电压大小，从而达到调速的功能。
不同的占空比对应不同的输出平均电压，在平均电压的作用下，直流电机就会以对应的转速运转。
本文还用到IR2110芯片组成的H桥驱动模块来驱动大功率直流电机，不仅起到弱电控制强电的效果而且可以控制电机的正反转及瞬时停下。
在检测速度的模块中用到霍尔元件及磁片来检测速度。
霍尔元件有着抗干扰强，外围电路简单等优点，在测速应用上被大量引用。
通过液晶显示模块显示出电压的占空比以及直流电机的实时速度，通过改变其占空比，调节到需要的转速下。
过流保护模块可以保护不当操作而使到电机短路而停止电机。
第一章系统硬件电路设计1.1 系统总设计框图介绍图1-1 系统设计框图本文使用STC单片机89C52，通过编程使其产生可调PWM信号，经过光电耦合器，输给IR2110模块，驱动H桥，控制电机，可实现电机正反转控制，及无级调速功能。
通过霍尔元件可以检测到电机转速脉冲，反馈给单片机，经过液晶显示出来。
当单片机控制电机停下时，液晶显示时钟。
1.2 单片机系统设计介绍1.2.1 8051单片机简介：图1-2 单片机组成图8051单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。
其基本组成如上图所示。
1.2.2 STC单片机简介1．STC89C52单片机简介STC单片机是由美国设计,国内宏晶公司贴牌生产的,这个芯片设计的时候就吸取51系列单片很容易被破解的教训,改进了加密机制.它是51系类单片机的增强型。
STC89C52单片机内含8KB的ROM，外接最大64KB；内建RAM为256B，外接最大64KB；拥有3个16位定时器/计数器；中断源有6个；4个8位I/O口。
2．STC89C52的特点1) 加密性强,很难解密或破解,解密费用很高、国内能解密的人少,一般的仿制者望而退步.2) 抗干扰能力强:1 、高抗静电(ESD保护)2 、轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰(EFT 测试)3 、宽电压,不怕电源抖动4 、宽温度范围,-40℃~85℃5 、I/O 口经过特殊处理6 、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理7 、单片机内部的时钟电路经过特殊处理8 、单片机内部的复位电路经过特殊处理9 、单片机内部的看门狗电路经过特殊处理3) 三大降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施:1 、禁止ALE输出;2 、如选 6 时钟/机器周期,外部时钟频率可降一半;3 、单片机时钟振荡器增益可设为1/2Gain.4) 超低功耗:1 、掉电模式:典型功耗<0.1 μ A2 、空闲模式:典型功耗2mA3 、正常工作模式:典型功耗4mA-7mA4 、掉电模式可由外部中断唤醒,适用于电池 .5) 在系统可编程,无需编程器,可远程升级6) 可供应内部集成MAX810专用复位电路的单片机,7) STC单片机直接替换ATMEL,PHILIPS,Winbond产品1.2.3 最小系统原理图及按键部分：图1-3 单片机最小系统单片机最小系统能够正常运行必须有复位电路、晶振、单片机芯片，才能保证系统的稳定运行。
图1-4 按键控制四个按键分别控制电机的开关、正反转、速度升、速度降。
按键悬空的时候单片机的IO口为高电平，当按键按下时，单片机IO口为低电平。
※单片机控制电路应（未有）给出，同时应标出单片机控制信号与驱动电路如何相连接，附上总电路图等1.3 功率放大驱动电路设计该驱动电路采用IR2110集成芯片，它可以输出上下桥的PWM信号。
两个IR2110可以架构H桥驱动电路。
1.3.1 IR2110芯片及外围原理图图1-5 H桥驱动电路及光耦隔离由单片机产生PWM信号，通过光耦隔离输入IR2110，驱动场效应管构成的H 桥驱动电路，驱动电机，控制速度及正反转。
1.3.2IR2110性能与特点IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。
它把驱动高压侧和低压侧MOSFET 或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设欠压封锁，成本低、易于调试。
高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。
与此同时，IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。
