直流调压调速控制系统设计

课程设计--直流电机调速控制系统设计指导教师评定成绩：审定成绩：**********课程设计报告设计题目：直流电机调速控制系统设计学校：********************学生姓名：**********专业：********************班级：***********学号：**************指导教师：*****************8设计时间：2013 年12 月目录引言 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (10)六、他励直流电动机的调速方法 (11)七、PWM调制电路 (14)八、H桥驱动电路 (14)九、直流电动机调速控制系统设计 (15)十、心得体会 (22)附录参考文献 (23)课程设计任务书 (23)引言现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又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。

直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。

改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。

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。

直流电动机调压调速可控整流电源设计一、设计目标设计一个可控整流电源，满足直流电动机调压调速的需求。

该电源应具备以下特点：1.输出电压稳定可调；2.输出电流稳定可控；3.满足直流电动机调压调速的要求；4.设计成本低廉；5.性能可靠稳定。

二、设计原理可控整流电源的设计原理主要基于三相桥式可控整流电路。

该电路由6个可控晶闸管组成，分为正半桥和负半桥。

按照正弦交流电源的输入，晶闸管控制引脚接收控制信号，将交流电源的负半周期向直流方向进行整流。

同时，交流电源的正半周期通过极性相反的晶闸管进行整流。

通过控制晶闸管的导通时间，可以调节整流电流的大小和方向，从而实现直流电动机的调压调速需求。

三、设计步骤1.确定直流电动机的额定电压和电流，根据其负载要求确定整流电源的输出电压和电流范围。

2.选择适合的可控晶闸管，根据其额定电压和电流选择合适的型号。

3.根据整流电源输出电压和电流的范围，计算控制晶闸管的导通时间和周期。

4.根据计算结果，设计控制电路，包括控制信号发生器，控制信号的调节电路以及触发电路等。

5.确定整流电源的滤波电路，包括电感和电容等元件。

6.搭建整流电源的实验原型，进行测试和调试，验证设计的可行性。

7.根据实际测试结果进行优化和改进，完善整流电源的性能和稳定性。

四、设计实现1.整流电路：采用三相桥式可控整流电路，由6个可控晶闸管组成。

2.控制电路：采用微控制器或FPGA芯片控制，通过脉宽调制（PWM）的方式生成控制信号，控制晶闸管的导通时间和周期。

3.滤波电路：采用L-C滤波电路，电感和电容组合滤除直流电源中的脉动。

4.保护电路：设计过流保护和过压保护等电路，确保整流电源稳定可靠，避免对电动机的损坏。

5.控制算法：采用PID控制算法，通过测量电动机的转速和负载情况，调节控制信号的占空比，以实现电机的调压调速。

五、设计优化和改进1.优化控制电路：采用先进的数字控制器，改进PWM控制算法，提高整流电源的响应速度和稳定性。

直流电机调速系统的设计直流电机调速系统是控制直流电机转速的一个重要工程应用领域。

在很多工业领域中，直流电机的转速控制是非常重要的，因为直流电机的转速对于机械设备的运行效率和稳定性有着重要影响。

本文将详细介绍直流电机调速系统的设计原理和步骤。

一、直流电机调速系统的基本原理直流电机调速系统的基本原理是通过改变电机的电压和电流来控制电机的转速。

一般来说，直流电机的转速与电机的电压和负载有关，转速随电压增加而增加，转速随负载增加而减小。

因此，当我们需要调节直流电机的转速时，可以通过改变电机的电压和负载来实现。

二、直流电机调速系统的设计步骤1.确定设计要求：在设计直流电机调速系统之前，首先需要确定系统的设计要求，包括所需的转速范围、响应速度、控制精度和负载要求等。

这些设计要求将指导系统的设计和选择适当的控制器。

2.选择控制器：根据设计要求，选择适当的控制器。

常见的直流电机调速控制器有PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。

根据实际情况，选择最合适的控制器来实现转速调节。

3.选择传感器：为了实时监测电机的转速和位置，需要选择合适的传感器来进行测量。

常见的传感器有光电编码器、霍尔效应传感器和转速传感器等。

根据实际需求，选择合适的传感器进行安装和测量。

4.搭建电路：根据控制器的要求，搭建合适的电路来实现控制和测量功能。

通常需要安装电压和电流传感器来实时监测电机的电压和电流，并将测量结果反馈给控制器。

5.调试和测试：在电路搭建完成后，需要进行调试和测试来验证系统的性能。

首先调整控制器的参数，使得系统能够按照设计要求进行转速调节。

然后进行负载试验，测试系统在不同负载下的转速调节性能。

对系统进行调试和测试，可以发现问题并及时解决，确保系统能够正常工作。

6.性能优化：根据测试结果，对系统进行性能优化。

根据实际需求，调整控制器的参数和传感器的位置，改善系统的转速调节性能和响应速度。

优化后的系统将更好地满足设计要求。

三、直流电机调速系统的工程应用总结：本文详细介绍了直流电机调速系统的设计原理和步骤。

直流电机调速系统设计与实现直流电机调速系统是一种常见的电机控制系统，通过调节电机的转速和输出功率，可以实现对机械设备的精准控制。

在工业生产和机械设备中得到广泛应用。

本文将介绍直流电机调速系统的设计和实现过程。

一、系统设计1. 电机选择：首先需要选择适合的直流电机作为调速系统的执行器。

根据需要的输出功率和转速范围，选择合适的电机型号和规格。

2. 电机驱动器选择：电机驱动器是控制电机转速的核心设备。

根据电机的额定电流和电压，选择合适的电机驱动器。

常见的电机驱动器包括PWM调速器、直流电机驱动模块等。

3. 控制器选择：控制器是调速系统的大脑，负责接收输入信号，并输出控制信号来调节电机转速。

常见的控制器包括单片机、PLC等。

4. 传感器选择：为了实现闭环控制，通常需要使用传感器来检测电机的转速和位置。

根据具体的需求选择合适的传感器，如编码器、霍尔传感器等。

5. 调速算法设计：根据应用需求，设计合适的调速算法。

常见的调速算法包括PID控制、模糊控制等。

二、系统实现1. 硬件连接：根据设计需求，将电机、电机驱动器、控制器和传感器等硬件设备连接起来。

确保电气连接正确无误。

2. 软件编程：根据设计的调速算法，编写控制程序。

在控制器上实现信号的采集、处理和输出，实现电机的闭环控制。

3. 参数调试：在系统搭建完成后，进行参数调试。

根据实际效果，调节PID参数等，使电机能够稳定运行并达到设计要求的转速和功率输出。

4. 性能测试：进行系统的性能测试，包括转速稳定性、响应速度等。

根据测试结果对系统进行优化和改进。

5. 系统应用：将设计好的直流电机调速系统应用到具体的机械设备中，实现精准的控制和调节。

根据实际应用情况，对系统进行进一步调优和改进。

通过以上设计和实现过程，可以建立一个稳定可靠的直流电机调速系统，实现对电机转速和功率的精确控制。

在工业生产和机械领域中得到广泛应用，提高了生产效率和设备的精度。

希望本文对直流电机调速系统的设计和实现有所帮助，让读者对这一领域有更深入的了解。

****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MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真一、直流调压调速控制系统的原理直流调压调速控制系统主要由电压控制回路和速度控制回路组成。

电压控制回路用于控制电动机的电压，从而实现电动机的调压；速度控制回路用于调整电动机的转速，实现电动机的调速。

电压控制回路和速度控制回路之间是相互联系的，二者协同工作才能使电动机达到预定的工作状态。

在本文的仿真中，我们将重点关注电压控制回路和速度控制回路的设计和性能。

二、仿真模型的建立在MATLAB中，我们可以通过Simulink工具建立直流调压调速控制系统的仿真模型。

我们需要建立电动机的数学模型，包括转矩方程、速度方程和电压方程；我们需要设计电压控制回路和速度控制回路的控制算法和参数。

将电动机模型和控制回路结合在一起，形成直流调压调速控制系统的仿真模型。

三、电压控制回路的仿真分析电压控制回路的主要任务是根据速度控制回路的信号要求，生成电压信号并送往电动机，控制电动机的转矩。

在仿真中，我们可以通过改变输入信号的幅值和频率，观察电压控制回路的响应特性，比如超调量、调节时间等。

我们也可以通过引入一些干扰信号，例如负载扰动，来观察电压控制回路的抗扰性能。

通过仿真分析，我们可以得出电压控制回路设计的满意度和稳定性。

五、整体系统的仿真分析经过对电压控制回路和速度控制回路的单独仿真分析后，我们可以将两者结合在一起，形成整体的直流调压调速控制系统的仿真模型。

通过整体系统的仿真分析，我们可以评估控制系统的性能和稳定性。

我们可以观察系统在不同工作状态下的响应特性，比如启动、调压和调速的过程中的响应速度、控制精度和稳定性。

我们也可以引入一些复杂的工况和干扰信号，例如负载变化和电网故障，来观察整体系统的鲁棒性和抗干扰能力。

通过仿真分析，我们可以评估整体系统的设计合理性和可靠性。

六、结论通过MATLAB的仿真分析，我们可以对直流调压调速控制系统的性能和稳定性进行全面评估。

我们可以深入了解电压控制回路和速度控制回路的设计和性能，找出设计的不足和改进的方向。

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。

基于STM32单片机的直流电机调速系统设计直流电机调速系统是电子控制技术在实际生产中的应用之一，利用数字信号处理器（DSP）和单片机（MCU）等嵌入式系统，通过变换输出电压、调整周期和频率等方式实现对电机运行状态的控制。

本文将介绍一种基于STM32单片机的直流电机调速系统设计方案。

1. 系统设计方案系统设计主要分为硬件方案和软件方案两部分。

1.1 硬件方案设计：硬件主要包括STM32单片机模块、电机模块、电源模块、继电器模块。

STM32单片机模块采用STM32F103C8T6芯片，拥有高性能、低功耗、低成本和丰富的外设资源，为系统开发提供了最佳解决方案。

电机模块采用直流电机，电源模块采用可调电源模块，可以输出0-36V的电压。

继电器模块用于控制电机正反转。

1.2 软件方案设计：软件设计主要涉及编程语言和控制算法的选择。

控制算法采用PID控制算法，以实现对电流、转速、转矩等参数的调节。

2. 系统实现过程2.1 电机驱动设计：电机驱动采用PWM调制技术，控制电机转速。

具体过程为：由程序控制产生一个PWM波，通过适当调整占空比，使电机输出电压和电机转速成正比关系。

2.2 PID控制算法设计：PID控制器通过测量实际变量值及其与期望值之间的误差，并将其输入到控制系统中进行计算，以调节输出信号。

在本系统中，设置了三个参数Kp、Ki、Kd分别对应比例、积分和微分系数。

根据实际情况，分别调整这三个参数，可以让电机达到稳定的运行状态。

2.3 系统运行流程：启动系统后，首先进行硬件模块的初始化，然后进入主函数，通过读取控制输入参数，比如速度、电流等参数，交由PID控制器计算得出PWM输出信号，送给电机驱动模块，以产生不同的控制效果。

同时，还可以通过设置按钮来切换电机正反转方向，以便实现更精确的控制效果。

3. 总结本系统设计基于STM32单片机，采用PWM驱动技术和PID 控制算法，实现了对直流电机转速、转矩、电流等运行状态参数的精确调节。