微机原理课程设计—直流电机闭环调速控制系统

微机原理及应用课程设计说明书设计题目：微型直流电机调速系统设计、系统功能要求分析1二、方案设计及其说明 (2)三、原理线路设计 (3)1．原理线路2．工作原理说明3．操作时序分析4．特点说明四、程序设计 (4)1．程序结构及流程2．程序算法分析3．关键程序段说明4．源程序清单五、....................................................... 系统调试及结论. (5)1．调试方法2．重点问题及解决方法3．运行结果及结论六、设计体会 (6)参考文献 (7)、系统功能要求分析此设计要求利用实验装置，设计一个直流电机控制系统的原理线路，编制应用程序，实现直流电机转速控制的功能，并且进一步可增加转速测量的功能。

系统功能具体要求及分析如下：(1)开始运行，电机停止：未按任何键之前，设定初值，使经DA0832转换后的电流为零，电机不转。

(2)按档调速功能：直流电机可有三个转速，分为一、二、三档，其中按下按键“一”电机在低速档运行；按下按键“二”电机在中速档运行；按下按键“三”电机在高速档运行。

(3)连续调速功能：按下“加速”键，编程控制DA0832输入数字量累加，直流电机可在原速基础上升速；按下“减速” 键，编程控制DA0832输入数字量自减，直流电机可相对原速减速。

(4)停止功能：设有停止键，控制电机的停止运行。

调节电位器改变DA0832 的基准电压，使得初值00H对应的输出电流为0,从而电机停止运行。

(5)改变转向功能：原理上，调节DAC0832勺基准电压，使得某一中间值对应转速为零，则在输入数字量大于此值时为正电压，电机正转；再输入数字量小于此值时为负电压，电极反转。

(6)测速功能：在一定时间内对霍尔元件产生的脉冲数计数，从而求得电机转速，并在数码管显示。

二、方案设计及其说明(一)硬件设计在硬件上，所用到的芯片主要有：CPU8086并行通信接口芯片8255A、可编程定时计数芯片8253、可编程中断控制器8259A以及键盘扫描显示芯片8279。

直流电机控制一、实习目的和要求1. 实习目的实习是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节，是教学计划中进行综合训练的重要实践环节，是有助于培养应用型人才的一种教学形式，它将使学生在综合运用所学知识，解决本专业方向的实际问题方面得到系统性的训练。

实习可以使学生在以下几个方面得到训练和提高：1）汇编语言程序设计的能力；2）软件调试的能力;3）利用所学过的知识，初步分析计算机软/硬件工作方法的能力；4）计算机定时/计数系统、中断系统的设计、编程与调试的能力；5）设计结果分析、总结及撰写技术报告的能力；６) 答辩的能力：包括口头对实习情况分析、讲解的能力。

2.实习的要求：1）实习按统一教学计划安排进行，学生分成小组(2～3人一组)，在教师指导下完成系统分析、构成、软件调试及系统调试的工作。

指导教师对不同的学生，针对具体情况提出不同的设计指标或设计要求。

2）各小组内学生应独立完成课题的编程工作。

3）在实习的教学过程中，指导教师分阶段对学生完成的工作及所得结果进行检查，只有正确完成本阶段的工作方允许进行下阶段的工作。

4）学生撰写的实习技术报告，应有方案论证，软件功能介绍及软件程序等。

对设计、调试的结果应加以全面分析，进行总结，指出需要改进的地方，分章节的撰写成文，总字数不少于4千字。

报告中应书写工整，图表齐全，有程序清单。

二、直流电机硬件电路设计及描述2.1直流电机的结构直流电机由定子和转子两部分组成。

在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出。

2.2直流电机的工作原理直流电机电路模型，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。

当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。

根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改NSN S＋ U＋ U变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。

北华大学课程设计报告课程名称：微型计算机原理与接口技术课设题目：微机控制直流脉宽调速系统设计班级：通信10-1学号：16姓名：孙鹏指导教师：张锡鹤目录一、设计题目介绍..................................................... - 2 -二、调速系统框图设计 ............................................. - 3 -三、系统相关芯片介绍 ............................................. - 4 -四、A/D转换设计..................................................... - 5 -五、显示和报警设计................................................. - 6 -六、系统软件设计..................................................... - 8 -七、实习心得.......................................................... - 13 - 参考文献 ................................................................. - 14 -一、设计题目介绍设计题目：微机控制直流脉宽调速系统设计设计目的1)掌握8088CPU最小总线模式下设计“计算机控制系统”软件的方法；2)掌握微机控制直流脉宽调速系统的设计方法和思想；3)掌握一般性系统的设计流程与调试技巧。

设计要求1)根据设计的技术要求，制定总体设计方案；2)绘制软件流程图——总图；3)绘制软件各模块流程图；4)编写源程序；5)上机用Emu8086软件调试程序；6)编写设计报告。

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。

实验报告直流电机闭环调速控制系统设计和实现班级:姓名:学号:时间:指导老师:2012年6月一、实验目的1．了解闭环调速控制系统的构成。

2．熟悉PID 控制规律，并且用算法实现。

二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三、实验原理根据上述系统方框图，硬件线路图可设计如下，图中画“○”的线需用户自行接好。

上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管脚P1.4，输出PWM 脉冲经驱动后控制直流电机，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作测速中断。

实验中，用系统的数字量输出端口“DOUT0”来模拟产生 PMW 脉宽调制信号，构成系统的控制量，经驱动电路驱动后控制电机运转。

霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。

在参数给定情况下，经PID 运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。

系统定时器定时1ms，作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转速。

直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序流程图如下：四、实验步骤1．参照图 6.1-3 的流程图，编写实验程序，编译、链接。

2．按图6.1-2 接线，检查无误后开启设备电源，将编译链接好的程序装载到控制机中。

3．打开专用图形界面，运行程序，观察电机转速，分析其响应特性。

4．若不满意，改变参数：积分分离值Iband、比例系数KPP、积分系数KII、微分系数 KDD 的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。

5．注意：在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0 的状态应保持上次的状态。

当DOUT0 为1 时，直流电机将停止转动；当DOUT0 为0 时，直流电机将全速转动，如果长时间让直流电机全速转动，可能会导致电机单元出现故障，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复位键.五、心得体会此次实验是直流电机闭环调速控制系统的设计和实现，通过这次实验，让我了解了闭环调速控制系统的基本构成。

计算机控制技术课程设计报告设计课题：直流电机转速闭环控制（采用单片机教学实验系统）班级：报告人：指导教师：完成日期：2011年9月22日重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书课程设计题目直流电机转速闭环控制（采用单片机教学实验系统）学院自动化学院专业自动化专业年级（1）已知参数和设计要求1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。

2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。

3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。

（2）实现方法采用单片机教学实验系统实现（限≤4人选做）学生应完成的工作：1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。

分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。

2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计（如：系统初始化；主程序；A/D转换；D/A转换；标度变换；显示与键盘管理；控制算法处理；输出等）。

3）对设计控制系统进行系统联调。

4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容（包括设计总体思路、设计步骤、原理分析和相关知识的引用等）、总结、各组员心得体会、参考书及附录（包括系统框图、程序流程图、电原理图和程序原代码）】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。

目前资料收集情况（含指定参考资料）：《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社课程设计的工作计划：（1）2011年9月19日熟悉设计任务和要求。

洛阳理工学院课程设计说明书课程名称计控设计课题PWM波直流电机闭环调速系统设计专业自动化班级B100408--姓名-------年月日课程设计任务书电气与自动化系自动化专业学生姓名李恒班级B100408 学号=======课程名称：计算计控制技术设计题目：PWM波直流电机闭环调速系统设计课程设计内容与要求：设计内容：本系统以单片机为控制核心。

通过PID算法，根据差值算出PWM 应该输出的占空比，以此来驱动电动机使其达到预定速度，并用光电编码器为测速工具，构成速度控制闭环系统。

设计要求：1.完成直流电机调速系统总体设计2.根据系统框图进行硬件选型3.调试并仿真4.分析仿真结果并得出结论设计（论文）开始时期年月日指导教师设计（论文）完成日期年月日指导教师年月日课程设计评语第 1 页系专业学生姓名班级学号课程名称：设计题目：课程设计篇幅：图纸张说明书页指导教师评语：年月日指导教师洛阳理工学院洛阳理工学院目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1选题的背景与意义 (1)1.1.1 设计背景 (1)1.1.2 选题的目的和意义 (2)第2章系统总体设计 (1)2.1 方案的选择 (1)2.1.1 晶闸管调速 (1)2.1.2 PWM波调速 (2)2.2 系统总体设计 (3)第3章硬件设计 (5)3.1 硬件选型 (5)3.1.1 单片机的选择 (5)3.1.2 电机驱动的选择 (5)3.2 硬件电路设计 (5)3.2.1 微控制器 (5)3.2.2电源模块 (6)3.2.3电机驱动模块 (8)3.2.4测速模块 (2)3.2.5液晶显示模块 (4)3.3 系统硬件选型表 (6)第4章软件设计 (7)4.1 系统流程 (7)4.1.1 调速闭环方框图 (7)4.1.2 系统程序流程图 (7)洛阳理工学院4.2软件调试 (8)第5章系统的MATLAB仿真 (10)5.1 系统的建模与参数设置 (10)5.2电机Matlab仿真 (10)5.3 仿真结果分析 (12)结论 (13)参考文献 (14)附录 (15)洛阳理工学院摘要直流电机在社会生产中有着广泛的应用，本文给出了一种基于PWM波的直流调速系统。

直流电机闭环调速设计内容提要：通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。

文章设计了以单片机AT89C51和三极管组成的H桥，利用脉宽调制(PWM)技术来控制直流电机。

主要介绍了用单片机软件实现PWM调整电机转速的基本方法，再利用51单片机和其外围电路设计出关于单闭环调速的实际电路，通过PROTUS软件和KEIL软件编程，实现实际的调速系统的模拟仿真验证。

关键词：调节器最优模型闭环负反馈静差 KEILThe design and simulation ofSingle loop dc speed control systemAbstract: Through closed-loop speed regulation system of single part of the power supply, the operational amplifier with controllable coils, composed of thyristor trigger rectifier equipment, motor model and tachogenerators module, the theoretical analysis and correction of primitive system, it is concluded that the difference after system of dc motor drive system optimal model. This article designs the MCU AT89C51 and triode, composed of H bridge using pulse width modulation (PWM) technology to control dc motor. Mainly introduces the MCU software realization PWM motor speed adjustment of the basic method and program flow chart,reuse 51 SCM and its periphery circuit design of a single closed-loop speed about real circuit PROTUS software and KEIL, through software programming, realize the actual speed regulation system simulation validation.Key words: Regulator optimal model KEIL closed-loop negative feedback static differenc目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (2)2.1 V—M系统简介 (2)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (2)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (3)2.4反馈控制规律 (4)2.5主要部件 (5)2.5.1 比例放大器 (5)2.5.2 比例积分放大器............................................ ．．52.5.3额定励磁下直流电动机 (7)2.6稳定条件 (8)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (11)3.1参数设计及计算 (11)3.1.1参数给出 (11)3.1.2 参数计算 (11)3.2有静差调速系统 (12)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (12)3.2.2主要元件的参数设置 (13)3.2.3仿真结果及分析 (13)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (14)3.3无静差调速系统 (16)3.3.1 PI串联校正的设计 (16)3.3.2无静差调速系统的仿真模型 (18)3.3.3主要元件的参数设置 (19)3.3.4仿真结果及分析 (19)3.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 (19)3.4.1有静差调速系统的仿真模型 (19)3.4.2参数设置 (20)3.4.3仿真结果及分析 (20)4单元电路设计 (24)4.1 数码管显示电路 (24)4.2 按键输入电路 (24)4.3 电机驱动电路 (25)4.4主控芯片介绍 (25)4.5 硬件总电路图 (26)5 软件设计 (27)5.1主程序流程图 (27)5.2 中断程序流程图 (27)5.3 程序清单 (27)6调试 (28)6.1 硬件调试 (28)6.2 软件调试 (28)6.3 烧录程序的步骤 (28)6.4 调试结果 (28)7 软件仿真结果 (29)结论 (30)附录 (31)心得体会 (31)参考文献 (37)1绪论1.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。

微机原理课设报告目录一、需求分析与解决方案 (4)1.1 需求分析 (4)1.1.1实验题目 (4)1.1.2 实验题目问题分析 (4)1.2 解决问题的思路 (4)1.2.1 总体思路 (4)1.2.2 硬件设计器件选择 (4)1.2.3 软件整体思路 (6)二、硬件设计详解 (6)2.1 片选模块 (6)2.2 中断定时模块 (8)2.3 PWM发生模块 (9)2.4 调速模块 (10)2.5 测速模块 (11)2.6 参数显示模块 (11)2.7 电机驱动模块 (12)2.8 参数调整模块 (12)2.9串口通信模块 (13)三、软件设计详解 (13)3.1 下位机程序流程图 (13)3.2 下位机程序清单 (14)3.2.1宏定义 (14)3.2.2全局变量声明 (14)3.2.3 系统初始化 (15)3.2.4 主函数 (15)3.2.5 中断服务子程序 (16)3.2.6 显示子程序 (16)3.3 PID简介 (16)3.4 labview上位机制作 (17)3.5 辅助软件选择 (18)四、实验条件 (18)五、模块调试 (18)5.1 片选模块调试 (18)5.2 中断定时模块调试 (18)5.3 PWM发生模块调试 (19)5.4 调速模块调试 (20)5.5 测速模块调试 (20)5.6 参数显示模块调试 (21)5.7 电机驱动模块调试 (21)5.8 参数调整模块调试 (21)5.9 串口通信模块调试 (22)5.10 labview上位机的调试 (22)六、实验结果讨论及改进措施 (23)6.1实验结果讨论 (23)6.2 改进措施 (23)七、实验心得体会 (24)八、参考文献 (24)九、附录一(硬件电路图) (25)十、附录二(软件源代码) (25)小型直流电机闭环调速系统PID控制设计一、需求分析与解决方案1.1 需求分析1.1.1实验题目（1）、设计基于80x86微机接口控制电路；（2）、分别用C语言或汇编语言或VC++编程完成硬件接口功能设计；（3）、程序功能要求：电机速度由按键分段给定或电位器连续给定，计算机屏幕和数码管同步跟踪显示当前给定速度和电机实际运行速度，实现PID参数在线显示和修改。

直流电机的闭环调速系统设计一、设计要求利用PID控制器、光电传感器及F/V转换器设计直流电机的闭环调速系统。

二、应用器材PCB板一块、LM331、ST151各一块、LM324两块，小型直流电机、电阻、电容若干、导线若干；实验箱，稳压电源，万用表，烙铁，PC机；三、辅助软件MATLAB系统仿真软件，EWB；四、设计方案分析为了提高直流调速系统的动静态性能指标，对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

本次课程设计中我们采用单闭环调速系统。

原理框图如下：输出五、实验说明在本实验中，输入端加上一定范围的电压后，通过PID控制器以控制电机带动叶轮转动，光电传感器将电机叶轮的转速转变为频率信号输出，最后经F/V转换器将频率信号转变为反映电机转动的电压信号作为反馈。

给定不同的输入电压，电动机转速将有明显的变化。

六、硬件设计PID比例积分微分控制器一般用到的参数是：Kp，Ki, Kd，其转换关系如下：Kp=Kp, Ki=Kp/Ti, Kd=Td*KpPID调节器分析:1、PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

PID调节器人们又常称为PID控制器，是比例P (Proportional)、积分I (Integral)、微分D (Differential《lm324引脚图》《lm324管脚图》《lm324原理图》LM324的分析：LM324为四运放集成电路，在PID调解器中得到了运用，它采用了14脚双列直插塑料进行封装。

内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。

电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。

它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。

每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1 概述 (2)2.2方案选择 (2)2.3系统组成总体结构 (4)第3章硬件设计 (5)3.1单片机控制器 (5)3.2 接口电路 (5)3.3 D/A转换电路 (6)3.4 触发电路 (6)3.5 电流检测电路 (7)3.6 A/D转换电路 (8)3.7 转速检测电路 (8)3.8键盘显示电路 (9)第4章软件设计 (10)4.1设计要求 (10)4.2 电流环的设计 (10)4.3 转速环的设计 (11)4.4闭环动态结构框图设计 (11)4.5程序设计 (12)第五章系统测试与分析/实验数据及分析 (14)第6章课程设计总结 (16)参考文献 (17)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。

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

而如今首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。

大功率直流调速系统通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速。

同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。

以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。

直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。

直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。

从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。

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。

《自动化系统综合实训》任务书――――题目：直流电机闭环调速系统设计一、实训的目的及任务1.实训的目的《自动化系统综合实训》作为自动化专业本科生的一门综合性实践性课程，应用已学的计算机、模拟数字电路、微控制器原理、传感器技术、可编程控制器技术、工业过程控制技术等知识，进行综合实践的训练，培养学生独立思考、独立解决问题的能力，努力开拓学生的知识面和创造力。

2.实训的任务本实践环节主要以51、HCS12微控制器和PIC为主要应用对象，学习速度、位置等系统的实验制作方法，熟悉实验制作和程序过程，并能以动态的形式进行实时显示，以便能较快适应测控一体化的技术应用需求。

二、实训的内容与要求学生独立的实验制作直流电机闭环调速系统，实现PWM调速、LED 显示设定速度和实际速度。

三、实训可提供的材料包括：霍尔元件、直流电动机、、按键开关、电路基板电阻电容若干、焊锡、核心实验板、FREESCALE 实验器材及软件等其他耗材。

使用仪器：稳压电源，万用表，实验工具箱（创新或电工实验室可提供）。

四、实训模式本课程为实训教学，以分组形式完成。

教师分阶段提出问题、解答学生的疑问，检查学生的进度和完成情况五、实训学时分配地点：中原路校区2#楼207室、211室。

时间：第19、20周。

六、实训成绩评定1．电路板制作及系统运行效果：70分2．实训报告：30分。

七、参考资料1 严隽永译．嵌入式微控制器．北京：机械工业出版社．20052 杨国田，白焰．68HC12微控制器原理、应用于开发技术．北京：电力出版社．20033何立民．微控制器应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．20024胡汉才.MCS-51单片机原理与应用.北京：北京清华大学出版社，1997，75 常小玲．电气控制技术与可编程控制器．北京：机械工业出版社．2006，12审查意见：领导签字：2006年12月31日摘要直流电机在社会生产中有着广泛的应用，本文给出了一种基于摩托罗拉单片机的直流调速系统，HCS12是Motorola新推出的高性能16位微控制器，具有强大的功能。

课程设计说明书课题名称：直流电机控制日期： 2010年5月16日目录1. 课程设计任务书 (3)2. 说明书正文 (4)2.1 前言 (4)2.2 任务分析与方案设计 (4)2.3 系统电路原理图 (5)2.4 元器件清单及参数选择 (8)2.5 电路的调试 (8)3. 心得体会 (9)4. 参考文献 (10)5. 附录 (11)1.课程设计任务书一、任务要求在Dais实验台基础上设计并调试一个外接口电路，能够测量和显示所测量的值。

且具有一定的控制功能，编程并调试完成整个开发系统。

每组一题，分别由4～5位同学合作完成。

二、主要技术要求（1）用0832D/A转换电路的输出经放大后驱动滞留电机。

（2）编制程序改变0832输出经放大后方波信号的占空比来控制电机转速。

（3）用8255控制电机的正反转。

三、主要完成任务：（1）查找相关资料，确定课程设计方案。

（2）微机接口电路硬件的焊接、装配、逐步排除故障及调试。

（3）用Protel2004绘制微机最小系统配置原理图。

（4）用Protel2004绘制相关项目的接口原理图。

（5）编写有关项目的程序，并进行调试。

（6）按照相关项目内容要求，上机进行联调。

（7）编写课程设计报告。

四、提交成果（1) 课程设计说明书一本。

（电子文档和打印稿各一份）要求：内容完整，图表完备，条理清晰，分析有据，计算精确。

所附电路图布局合理，清晰完备，图形和符号要规范。

（2) 所用元器件清单。

（3) 电路实体一套。

要求：该电路实体必须是经过自己安装调试达到性能指标要求的电路实体。

五、时间按排：4月19日晚，布置任务与接口电路知识授课。

4月20日--5月3日，查找相关资料，初拟总体方案；讨论确定总方案；上机熟悉Protel2004软件；微机最小系统配置原理图，相关节楼电路图设计；借领工具，分发参考资料，PCB版及相关元器件。

5月4日--5月14日，接口电路PCB版焊接，装配，调试；各项目相关程序设计，编写，调试；软硬件联合调试。

双闭环直流电动机数字调速系统设计摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。

文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。

此外，本文中还采用了芯片IR2112S作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块来完成了在主电路中对直流电机的控制。

另外，本系统中使用了光电编码器对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。

在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，单片机产生PWM波形的程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现，M法数字测速及动态LED显示程序设计，A/D转换程序及动态扫描LED显示程序和故障检测程序及流程图。

关键词： PWM信号直流调速双闭环 PI调节前言本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。

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。

电力拖动自动控制系统姓名-学号成绩分组序号同组人员（签名）本人贡献排名指导教师（签名）直流电动机闭环调速系统设计 一、系统结构（对系统结构的注释）二、课程设计内容要求1. 设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键；2. 显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速；3. 测量马达的反电动势系数；4. 测量马达的力矩系数；5. 创建马达的数学模型；6. 实现比例控制；7. 实现比例积分控制；8. 缓存马达动态过程运行数据，并上传到PC 机绘出动态过程曲线 （对设计内容的注释）单片机核心显示器键盘和开关H 桥隔离和电源马达测速马达 A/D 变换器电平转换3.1列表硬件，准备硬件带测速码盘直流电机L298N电机驱动模块59C51单片机实验板LCD1602液晶显示屏杜邦线3.2单片机系统的设计3.3根据自己准备的硬件和系统框图，设计硬件接线图；4.1系统的软件流程图4.2对流程图的说明五、详细的功能设计和实现5.1.设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键；（设计、实现、测量、对比分析）5.2.显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速；（设计、实现、测量、对比分析）5.3.测量马达的反电动势系数；（设计、实现、测量、对比分析）Ke= (V-IR)/n5.4.测量马达的力矩系数；（设计、实现、测量、对比分析）5.5.创建马达的数学模型；（设计、实现、测量、对比分析）5.6.实现比例控制；（设计、实现、测量、对比分析）5.7.实现比例积分控制；（设计、实现、测量、对比分析）5.8.缓存马达动态过程运行数据，并上传到PC机绘出动态过程曲线（设计、实现、测量、对比分析）附录一：永磁直流行星齿轮减速电机F1.1直流电机的特点直流电动机和交流电动机相比较，具有良好的调速性能和启动性能。

直流电动机具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；过载能力大，能承受频繁的冲击负载；能满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。

电力拖动自动控制系统直流电动机闭环调速系统设计'、系统结构（对系统结构的注释）、课程设计内容要求1. 设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键；2. 显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速；3. 测量马达的反电动势系数；4. 测量马达的力矩系数；5. 创建马达的数学模型；6. 实现比例控制;7. 实现比例积分控制;8. 缓存马达动态过程运行数据，并上传到PC 机绘出动态过程曲线（对设计内容的注释）3。

1 列表硬件，准备硬件3。

2 单片机系统的设计3.3 根据自己准备的硬件和系统框图，设计硬件接线图4。

1 系统的软件流程图4.2 对流程图的说明五、详细的功能设计和实现5.1. 设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键（设计、实现、测量、对比分析）5.2. 显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速;设计、实现、测量、对比分析）5.3. 测量马达的反电动势系数；（设计、实现、测量、对比分析）5.4. 测量马达的力矩系数；（设计、实现、测量、对比分析）5.5. 创建马达的数学模型；（设计、实现、测量、对比分析）5.6. 实现比例控制；（设计、实现、测量、对比分析）5.7. 实现比例积分控制；（设计、实现、测量、对比分析）5.8. 缓存马达动态过程运行数据,并上传到PC 机绘出动态过程曲线（设计、实现、测量、对比分析）n -电枢转速(r/min )2)电磁转矩T©-与结构有关的常数 T K t l a (4-2) 附录一： 永磁直流行星齿轮减速电机F1。

1直流电机的特点直流电动机与交流电动机相比较，具有良好的调速性能和启动性能。

直流电 动机具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性，可实现频繁的无级快速启动、 制动和反转；过载能力大，能承受频繁的冲击负载；能满足自动化生产系统中各 种特殊运行的要求.但直流电机也有它显著的缺点：一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高；二是运行的时候由于电刷与换向器之间容易产生火花， 所以可靠性比 较差，维护比较困难.所以在一些对调速性能要求不高的领域中己被交流变频调 速系统所取代.但是在某些要求调速范围大、快速性高、精密度好、控制性能优 异的场合，直流电动机的应用目前仍然占有较大的比重 .F10 2直流电机的基本结构直流电机的基本结构图见图4-1:F1.3直流电动机的参数特性1)感应电势E式中：刪一电动势(V)；(4-1)一对磁极的磁通(Wb ) 图 直流电机的基本结构式中:3）直流电动机电枢电压平衡方程式U E I a R aRa 为电枢电阻4）直流电动机机械特性的一般表达式UR e 〒 n 2 T n ° nK e K e K t F1.4直流电机的机械特性曲线直流电机的机械特性曲线如下图4-2所示：图一直流电机的机械特性曲线转速下降的原因：电机带负载匀速运行时，Te = TL,若负载TL 增加，则电机的输出电磁转距Te 也要随之增加，也即电枢电流Ia 增大。