【设计】PWM直流电机无级调速控制器设计资料

1 绪论1.1 课题研究背景PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。

直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。

到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。

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。

1.2 直流电机调速发展现况现代社会中，电能是最常用且最为普遍的二次能源。

而电机作为机电能量转换和信号转换的电磁装置，经过了一个多世纪的发展，其应用范围已经遍及现代社会和国民经济的各个领域及环节。

例如化学工业中的电镀、电解等设备，直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源以及有些移动运输机械，在缺少交流电源时其所需要的直流电源仍然使用直流发电机作为供电电源。

同步电机具有转矩大、效率和精度高、机械特性硬等优点，但是调速困难、容易“失步”等弱点大大限制了它的应用范围；而异步电机则结构简单、制造方便、运行可靠、价格便宜，但其机械特性软、启动困难、功率因数低、不能经济地实现范围较广的平滑调速，且必须从电网吸取滞后的励磁电流，从而降低电网功率因数；直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统，如电力牵引、轧钢机、起重设备等。

这也是直流电机能够在工业领域占有一席之地的原因。

而采用PWM调速系统控制电机，则具有很多的优越性，比如：开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

低速性能很好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。

综合设计报告单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术与仪器班级：0820801 学号：指导老师：成绩：设计时间：2011 年12 月重庆邮电大学自动化学院制一、题目直流电机调速与控制系统设计。

二、技术要求设计直流电机调速与控制系统，要求如下：1、学习直流电机调速与控制的基本原理；2、了解直流电机速度脉冲检测原理；3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路；4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信；5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。

6、要求电机能实现正反转控制；7、系统具有实时显示电机速度功能；8、电机的设定速度由电位器输入；9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。

三、给定条件1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料；2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等；3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机；四、设计1. 确定总体方案；2. 画出系统结构图；3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路；4. 设计串口及通信程序，完成和上位机的通信；5. 画出程序流程图并编写调试代码，完成报告；直流电机调速与控制摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。

无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。

据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。

同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。

电动机与人的生活息息相关，密不可分。

电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。

简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。

这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。

直流电机PWM调速控制器的设计摘要在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。

直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。

研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。

不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。

本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。

首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。

应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM 变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。

在此基础上，本文将做出AT89S52单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。

关键词：直流调速；双闭环；PWM ；AT89S52 ；直流电机The PWM speed controller design of Dc motorAbstractIn electrical time's today, the electric motor in the industry and agriculture production, the people daily life is playing the very vital role. The direct current machine is the most common one kind of electrical machinery, obtains the widespread application in various domains. The research direct current machine's control and the measuring technique, to increase the control precision and the speed of response, the frugal energy and so on have the important meaning. A problem about speed-modulation of DC motor is very important in the field automatic. The requests to the effect after the speed-modulation of the DC motor are different in different fields. Then, different speed-modulation ways are using in different fields.This paper researches DC-drive speed system with a dual-converter and dual-closed-loop based PWM, discussing a new control method that combines PWM with D C-drive, designs applies in direct current motor's double closed loop current velocity modulation system. DC motor is used very generally because its speed-modulation effect is very good and its speed-modulation is easily to be realized. PWM theory is used most generally among the speed-modulation ways. The text will introduce the H-PWM way mostly. We will try to do modulation to the DC motor with AT89S52. The importance of the text is the parts which are composed the system. Another importance is the principles of working about every parts.Key word: DC speed regulation ；Double-loop ；PWM ；AT89S52；DC moter；目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1问题的提出 (1)1.2 微机控制电机的发展和现状 (2)1.3 电机微机控制系统 (3)1.4本课题在实际应用方面的意义和价值 (4)2 直流电机PWM调速系统原理设计 (6)2.1 PWM脉宽调制 (6)2.1.1 PWM脉宽调制介绍 (6)2.1.2 PWM基本原理 (7)2.2 总体方框图 (7)2.3 转速、电流双闭环调速系统及其静特性 (8)2.3.1 提出问题 (8)2.3.2 转速和电流双闭环调速系统的组成 (9)2.3.3 稳态结构图和静特性 (10)2.3.4 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (11)2.4 双闭环脉宽调速系统的动态性能 (12)2.4.1 动态数学模型 (12)2.4.2 起动过程分析 (13)2.4.3 动态性能和转速调节器、电流调节器的作用 (15)2.5 电流调节器和转速调节器的设计 (16)2.5.1电流调节器的设计 (16)2.5.2 转速调节器的设计 (17)2.6 可逆PWM变换器 (18)2.6.1 可逆PWM变换器工作原理 (18)2.6.2 PWM控制电路 (20)2.6.3 脉宽调速系统的开环机械特性 (21)2.6.4 脉宽调制器和PWM变换器的传递函数 (22)3 直流电机PWM调速系统的硬件设计 (23)3.1 直流电机 (23)3.1.1 直流电机的结构 (23)3.1.2 直流电机的基本工作原理 (24)3.1.3 直流电机的调速原理 (24)3.1.4 直流电机PWM调速基本原理 (25)3.2 单片机控制单元 (26)3.3 电源电路 (27)3.4 H桥驱动电路 (27)3.5 转速检测、反馈电路 (28)3.6 LCD显示模块 (29)4 MATLAB/SIMULINK (30)4.1 Matlab/Simulink (30)4.1.1 Matlab/Simulink 的简介 (30)4.1.2 Matlab/Simulink的语言特点 (31)4.2 Simulink的启动与界面说明 (32)4.2.1 启动Simulink (32)4.2.2 Simulink的菜单 (32)4.2.3 Simulink的功能模块组 (32)4.3 Simulink的仿真过程 (33)4.3.1 创建结构图文件 (33)4.3.2 结构图程序设计 (33)4.3.3 Simulink仿真的启动与停止 (33)4.4 建立仿真模型 (33)4.4.1 PWM发生器的建模 (34)4.4.2 H桥PWM开环调速系统仿真建模 (35)4.4.3 H桥PWM双闭环调速系统仿真建模 (35)5 直流电机PWM调速系统仿真 (36)5.1 H桥PWM开环调速系统仿真结果 (36)5.2 H桥PWM双闭环调速系统的仿真结果 (38)6 总结 (40)致谢 (42)参考文献 (43)附录A：英文文献 (44)附录B：中文文献 (49)1 绪论本章首先介绍微机控制的发展及其现状的相关知识，然后介绍微机参与直流电机调速系统控制的相关技术及其设计软件。

摘要直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。

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；H桥驱动电路；LED显示器；51单片机ABSTRACTDC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by starting torque, maximum torque, in a wide range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control after the high efficiency. This design of DC motor speed control system, mainly by the microcontroller 51, power supply, H-bridge driver circuits, LED liquid crystal display, the Hall velocity and independent key component circuits of electronic products. Power supply with 78 series chip +5 V, +15 V for motor speed control using PWM wave mode, PWM is a pulse width modulation, duty cycle by changing the MCU 51. Achieved through independent buttons start and stop the motor, speed control, turning the manual control, LED realize the measurement data (speed) of the display. Motor speed using Hall sensor output square wave, by 51 seconds to 1 microcontroller square wave pulses are counted to calculate the speed of the motor to achieve a DC motor feedback control.Keywords: DC motor speed control；H bridge driver circuit；LED display目录摘要 (1)ABSTRACT (1)目录 (2)第1章引言 (3)1.1 概况 (3)1.2 国内外发展现状 (4)1.3 要求 (4)1.4 设计目的和意义 (5)第2章方案论证和选择 (6)2.1 电机调速控制模块 (6)2.2 PWM调速工作方式 (7)2.3 PWM调脉宽方式............................ 错误！未定义书签。

Value Engineering 0引言直流电机具有良好的线性调速性能和动态特性，目前仍是多数调速控制电机的最佳选择，而采用PWM 技术是直流电机调速控制的首选方案。

本文提出了利用AT89C51单片机产生PWM 信号，通过模拟信号调节PWM 的占空比进而实现直流电机的无级调速。

1直流电机PWM 调速原理直流电机转速表达式为n=（U-IR ）/Ce Φ（1）由表达式（1）可知直流电机的调速方法有三种：电枢回路串联电阻（R ）的调速方法，调节励磁磁通（Φ）的励磁调速方法，调节电枢电压的电枢控制方法（U）。

电枢回路串联电阻的调速方法特点是：机械特性变软，负载变化时转速波动大，静态稳定性差，调速范围不大，轻载时调速效果不明显，有级调速，调速平滑性差，调速时R 上损耗大，效率低。

励磁调速方法也称弱磁调速一般与降压调速配合使用以扩大调速范围。

调节电枢电压的电枢控制方法也称降压调速因其具备负载变化时转速波动小，静态稳定性好，调速范围大，转速调节平滑，可实现无级调速，调速时能量损失小，效率高等优点而被广泛的应用到直流电机的调速控制中。

降压调速一般是通过脉冲宽度调制（PWM ）技术实现的，也就是通过改变电枢电压接通时间与通电周期的比值即占空比来实现直流电机的调速。

PWM 信号波形图如图1所示，占空比α=T0，则加在电枢两端的PWM 电压信号的平均值U av =T0T0+T1·U s =α·U s 。

由此可见PWM 的占空比α决定输出到直流电机电枢电压的平均电压，进而决定了直流电机的转速。

如果能够实现占空比的连续调节即可实现直流电机无级调速。

———————————————————————作者简介：岳东海（1974-），男，讲师，研究生，研究方向为机电控制；颜鹏（1979-），男，讲师，研究生，研究方向为数控系统。

直流电机PWM 无级调速控制系统设计Design of DC-Motor PWM Stepless Speed Control System岳东海Yue Donghai ；颜鹏Yan Peng（常州信息职业技术学院，常州213164）（Changzhou College of Information Technology ，Changzhou 213164，China）摘要：为实现直流电机的无级调速，本文提出以AT89C51单片机为核心，利用L298驱动芯片、ADC0808模/数转换芯片和逻辑控制电路构建直流电机的PWM 无级调速控制系统。

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。

直流电机ＰＷＭ调速系统设计PWM(Pulse Width Modulation)控制就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间T 对脉冲的宽度进行调制的技术。

PWM控制技术在晶闸管时代就已经产生，但是最初为了使晶闸管通断要付出很大的代价，因而难以得到广泛应用。

以IGBT、功率MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善，给PWM控制技术提供了强大的物质基础，推动这项技术的迅猛发展。

对于直流电机，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、运行稳定的特点。

标签：直流电机PWM调速系统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。

一、PWM信号发生电路设计PWM信号发生器是由单片机和PWM脉冲发生电路两部分组成，其原理如图所示。

PWM脉冲可由具有PWM输出口的单片机(如80C552，80C198等)通过编程产生，或者由单片机外扩8253来构成脉宽调制器，还可以采用PWM专用芯片。

设计题目：PWM控制的直流电动机调速系统设计1、前言近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。

直流它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;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。

采用传统的调速系统主要有以下缺陷：模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而在用了PWM技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。

另外，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；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。

PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。

2、系统设计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a a ae U I R n C -=Φ∑ （1）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。

pwm 无极调速电路设计PWM (脉冲宽度调制）是一种将模拟信号转化为脉冲信号的技术，在无极调速中常被用于马达控制。

下面是一个简单的PWM无极调速电路设计：材料：1. Arduino开发板2. MOSFET（功率MOS管）3. 控制电路元件（电阻、电容等）步骤：1. 连接Arduino开发板和MOSFET。

将Arduino的PWM输出引脚连接到MOSFET的门极，将MOSFET的漏极（Source）连接到负载上的负极，将MOSFET的源极（Drain）与负载上的正极连接。

此时，Arduino控制的PWM信号将会通过MOSFET来控制负载。

2. 在负载上添加控制电路元件，如电阻和电容。

- 添加一个电阻，将MOSFET的源极连接到地。

这个电阻有助于稳定引脚电压。

- 为了滤除任何高频噪声，可以在电阻和负载之间并联一个电容。

3. 程序设计。

- 在Arduino编程环境中，使用analogWrite()函数来控制PWM 输出的占空比。

占空比是指PWM信号在一个周期内处于高电平的时间与周期时间之比。

通过改变占空比，可以改变负载上的电压和功率，从而实现无极调速。

- 为了实现无极调速，可以在程序中以固定的速率递增或递减占空比值，然后使用analogWrite()函数来输出PWM信号。

注意事项：- 选择合适的MOSFET来适应负载的功率需求。

- 控制电路元件的数值和类型需要根据实际需求进行选择。

- 注意电路的接地和电源连接的正确性，以确保电路的正常工作。

以上是一个简单的PWM无极调速电路设计的步骤和注意事项，具体的电路设计可能因具体需求的不同而有所差异，建议参考电路设计手册或咨询专业人士来获取更具体的设计指导。

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（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。

直流电机PWM 调速系统设计书第一章 绪论1.1 背景在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。

一次是元器件的更新，即以大功率半导体器件晶闸管取代传统的变流机组，以线形组件运算放大器取代电磁放大器件。

后一次技术更新主要是把现代控制理论和计算机技术用于电气工程，控制器由模拟式进入了数字式。

在前一次技术更新中，电气系统的动态设计仍采用经典控制理论的方法。

而后一次技术更新是设计思想和理论概念上的一个飞跃和质变，电气系统的结构和性能亦随之改观。

在整个电气自动化系统中，电力拖动及调速系统是其中的核心部分。

现代的电力拖动控制系统都是由惯性很小的晶闸管、电力晶体管或其他电力电子器件以及集成电路调节器等组成的。

经过合理的简化处理，整个系统一般都可以用低阶近似。

而以运算放大器为核心的有源校正网络（调节器），和由 R 、C 等元件构成的无源校正网络相比,又可以实现更为精确的比例、微分、积分控制规律,于是就有可能将各种各样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构。

目前，随着大功率电力电子器件的迅速发展，交流变频调速技术已日臻成熟并日渐成为实际应用的主流，但这并不意味着传统的直流调速技术已经完全退出了实际应用的舞台。

相反，近几年交流变频调速在控制精度的提高上遇到了瓶颈，于是直流调速的优势就显现了出来。

直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。

譬如在对控制精度有较高要求的造纸，转台，轮机定位等系统中仍离不开直流调速装置，因此加强对直流调速系统的研究还是很有必要的。

1.2 直流调速系统的方案设计1.2.1 设计已知参数1、拖动设备：直流电动机： W P N 185= V U N 220= A I N 1.1=N r n min /1600=，过载倍数5.1=λ。

2、负载：直流发电机：W P N 100= V U N 220= A I N 5.0= N r n min /1500=3、机组：转动惯量22065.0Nm GD =1.2.2 设计指标1、D ＝４，稳态时无静差。

直流电机PWM控制调速系统设计一、摘要脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation),就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间t对脉冲的宽度进行调制的技术。

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等领域最广泛应用的控制方式。

本文利用SG1525集成PWM控制器设计了一个基于PWM控制的直流调速系统，本系统采用了电流转速双闭环控制，并且设计了完善的保护措施，既保障了系统的可靠运行，又使系统具有较高的动、静态性能。

二、设计目的和意义在当今的社会生活中，电子科学技术的运用越来越深入到了各行各业之中，并得到了长足的发展和进步，自动化控制系统更是的到了广泛的应用，其中一项重要的应用就是——自动调速系统。

相较于交流电动机，直流电动机结构复杂、价格昂贵、制造困难且不容易维护，但由于直流电动机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强，适宜在广泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自调速系统中的重要形式。

而伴随着电力电子技术的不断发展，开关速度更快、控制更容易的全控性功率器件MOSFET和IGBT成为主流，PWM表现出了越大的优越性：主电路线路简单，需用的功率器件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

本设计采用PWM技术来对直流电机进行调速，与一般直流调速相比，既减少了对电源的污染，而且使控制过程更简单方便，减少了对人力资源的使用，又因为线路的简单化、功率器件需用的减少，使系统的维护、维修变得更加简单了，但动、静态性能却提高了。

三、设计原理1.PWM基本原理脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

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。

PWM直流电机无级调速控制器
【简要说明】
一、尺寸：长80mmX宽48mmX高38mm
二、主要芯片：KA3525
三、工作电压：直流8V~24V
四、额定工作电流3A以下
五、特点：
1、具有电源指示功能
2、实现对直流电机的无级调速
3、可控制一台直流电机
4、可间接控制直流电机调速
5、PWM信号输出
6、散热片可以更换
7、调制范围可从0-100％的调整
8、最低电流消耗约为35毫安。

最大峰值电流可以达到6A。

9、效率优于90％满负荷。

主意：如果要驱动大功率直流电机，可以更换芯片使用IGBT驱动直流电机。

适用场合：单片机学习、电子竞赛、产品开发、毕业设计。

【图片展示】
【原理图】
【占空比】
占空比（Duty Cycle）有如下含义：１)在一串脉冲串中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。

例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲串，其占
空比为0.25。

在开关电源测试中，占空比的定义就属于这一类。

下面是占空比在其它场合的定义，供参考 2)在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。

在CVSD调制（continuously variable slope delta modulation）中，比特“1”的平均比例（未完成）。

３)在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。

4)负载周期在中文成语中有句话可以形容：“三天打鱼，两天晒网”，则负载周期为0.60, 暨：三天/(三天+二天) = 3/(3+2) = 0.6。

【图片展示】。

目录1 绪论 (1)1.1 课题的研究背景和意义 (1)1.2 本设计的主要内容 (2)2 脉宽调制技术及其在直流电动机控制系统中的应用 (3)2.1 直流电机 (3)2.1.1 直流电机的构成和基本工作原理 (3)2.1.2 直流电动机控制系统中的PWM控制器 (8)2.2 无刷直流电动机控制系统中的PWM控制器 (8)2.3 脉宽调制(PWM)变换器 (10)2.3.1 双极式可逆PWM变换器 (10)2.3.2 单极式可逆PWM变换器 (13)2.4 PWM调制中的最佳开关频率计算 (15)3 系统的硬件设计 (16)3.1 单片机模块介绍 (16)3.1.1 单片机晶振电路 (19)3.1.2 单片机复位电路 (19)3.2 AD转换模块 (21)4 系统软件设计 (23)4.1 系统总程序框图设计 (23)4.2 电机转速测量程序设计 (25)4.3PWM信号的单片机程序实现 (27)结论 (28)参考文献 (28)致谢 (30)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。

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。

课程设计任务书目录摘要 (2)1 直流电机 (3)1.1 直流电机特性 (3)1.2 直流电机的原理 (3)1.3 直流电机的主要技术参数 (3)1.4 直流电机调速技术指标 (3)2 单片机的相关知识 (4)2.1 单片机简介 (4)2.2 单片机的特点 (4)2.3 AT89C51单片机介绍 (5)3 硬件电路设计 (6)3.1 PWM波形的程序实现 (6)3.2 直流电动机驱动 (7)3.3 续流电路设计 (8)4 软件设计 (9)4.1 主程序设计 (9)4.2 数码显数设计 (10)4.3 功能程序设计 (10)4.4 仿真图 (13)4.5 仿真结果分析 (15)5 学习心得体会 (15)参考文献 (16)摘要本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。

为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。

采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在过程控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。

设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。

关键词：AT89C51单片机；PWM调速；正反转控制1 直流电机1.1 直流电动机特性直流电动机具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，优异的动态特性。

目前仍然是大多数调速控制电动机的最优选择。

近年来随着计算机进入控制领域，以及PWM 控制方式成为主流。

应用单片机技术和脉宽调制技术对直流电动机进行调速控制，是各种智能化产品的首选方案。

如今，计算机软件和硬件技术的快速发展，在许多领域都有成熟的仿真软件在应用。