直流电动机调速系统设计样本

直流电机调速系统设计报告信息与控制工程学院电气工程系2015年1月23日一、实习任务：设计并制作一套直流电机调速系统，系统的结构简图如图1所示。

主要包括两个部分：主电路部分和以控制电路为核心的控制电路部分。

要求设计制作电路和主电路，实现如下功能：（1）通过码盘和光耦得到一系列脉冲利用M 法、T 法、或M/T 法对这些脉冲在单片机中进行处理即可得到电机的转速，可以在数码管上显示。

（2）DC/DC 电路能够正常工作，通过旋钮或旋钮设定转速，并能够通过电力电子电路输出合适的电压，使电机的转速达到设定转速。

直流电源DCDC驱动与保护电路单片机系统旋钮输入数码管显示码盘和光耦图1 基于单片机的直流电机调速系统示意图二、实习要求（1）单片机最小系统。

根据给出的单片机及相关的元器件，设计并制作单片机最小系统，单片机最小系统能够正常工作，即程序能够正常下载和运行。

（2）输入单元。

能够用键盘或者旋钮来实现对转速的设定。

（3）显示单元。

能够用数码管准确显示转速。

根据提供的元器件选择显示方案：采用并口+数码管；采用串口驱动数码管。

（我们组采用的是串口驱动数码管）（4）主电路单元。

根据所列出的原器件清单，选择和设计合理的DC/DC电路，能够实现对转速的闭环控制。

可以选择以下方案：BUCK 电路、H桥电路或半桥电路。

三、核心电路原理图220V78127805+5V 220:15104104104104+12V470uF220uF220uF 图1 整流电路接线图IR2125PWM1234567812V10uF10510422ohm4.7K1N4741M24V470uF图2 驱动电路（BUCK ）电路接线图四、主程序流程 1) 主程序主程序初始化对转速值的个、十、百、千位进行分离，存入数组2）测速环节外部中断0开始M法计数值+1外部中断0结束定时器0中断开始定时器中断次数+1记满50次？清中断标志，重装计算转速、清计数值定时器0中断结束YN2)调速环节定时器1中断开始标志位清0，重装关LED显示取段码装入P0，取位码装入P2AD 开始转换显示位计数值Counter+1Counter = 4?Counter = 0定时器1中断结束NYADC中断开始清中断标志位将AD转换结果送入PWM占空比寄存器ADC中断结束五、心得体会本次课程设计任务为设计一个由单片机控制的直流电机调速系统，包含电源、单片机最小系统、光耦测速系统、PWM调速系统4部分。

直流电机调速系统设计报告学院：信息控制与工程学院班级：姓名：学号：时间：一设计任务设计并制作一套直流电机调速系统，主要包括两部分：主电路部分和以单片机为核心的控制电路部分。

设计要求、制作控制电路和主电路，实现如下功能：（1）通过码盘和光耦得到一系列脉冲，利用M 法、T 法或M/T法对这些脉冲在单片机中进行处理得到电机的转速，在液晶或数码管上进行显示；（2）DC/DC 电路能够正常工作，通过旋钮或键盘设定转速，并能够通过电力电子电路输出合适的电压，使电机的转速达到设定转速。

图1 系统总体框图二、 设计思路和设计过程在此次电路和软件的设计中，电机的转速的获得是通过光耦采集码盘和光耦脉冲传输到单片机的INT0管脚上进行中断，然后通过定时器T0产生1s的计时，计算在1s内脉冲的个数为X，由于电机上码盘上刻有23个孔，那么电机的转速为3X。

而转速的设定采用的是电位器，采集0-5V的电压，通过单片机上P1.0端口进行A/D转换产生00H-FFH。

PWM的产生是由P1.3口产生的，通过单片机的ＰＣＡ中的寄存器设定初始值，产生大约是４０ＫＨＺ的ＰＷＭ波。

通过驱动电路来改变电机的转速。

由于本次实习采用的是自主设计，需要同学们自己自行设计电路并编写程序，由于我之前并没有接触过这种设计，因此此次设计有很大的难度。

电源部分的设计由于之前都做过很多，这是很简单的，在当天下午我们基本上就完成了这部分。

至于单片机最下系统部分的电路和数码管显示的电路是参考老师给的关于ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ型号单片机的技术资料上参考得到的。

驱动电路和主电路的设计是来源于网上的参考资料和从图书馆中借的书中，并与其他同学对照比较和在老师的帮助下完成的。

这部分花了比较长的时间完成。

由于课程设计之前我自己看过Ｃ语言编写单片机程序的书，再加上参考老师给的一些资料，所以完成起来不是特别难。

三、电路调试过程中遇到的问题１、由于在焊接数码管部分电路时，为了方便焊接就把数码管的管脚打乱了接，在程序设计过程中出现了几次修改才让数码管显示正常。

图书分类号：密级：毕业设计(论文)直流电机调速系统SPEED-CONTROLLEDSYSTENOF DC MOTOR学生学院名称机电工程学院专业名称指导教师2012年5月18日摘要本篇设计论文研究的容为面向电动汽车的直流电机调速控制系统，而单片机控制的直流电动机调速系统性能优越，适用于电动自行车或电动汽车的开发。

这种控制方法具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。

本文主要研究了利用MCS-51系列STC89C52单片机产生PWM控制信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。

PWM信号可以由单片机通过编程来得以产生，通过对PWM信号调节，实现电动机的调速、变向等功能。

其中单片机程序以C语言进行软件编写。

系统中还添加了LCD液晶显示键盘功能电路，使得操作更为明了，系统更加具有人性化。

这种设计方法的电路简单，具有非常实用和值得研究的意义。

此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且采用了光耦合器作强、弱电间的隔离，以提高系统的可靠性。

关键词直流电机；单片机；PWMAbstractThe contents of the thesis of this design for DC motor speed control for electric vehicle control system with microprocessor controlled DC motor speed control system performance is excellent, applies to electric bicycles or electric vehicle development. This control method has the speed performance, high power factor, energy-saving, small size and light weight advantages.This paper studied the use of the MCS-51 series STC89C52 microcontroller to generate the PWM control signal to the DC motor speed control. PWM signal can be programmed by the microcontroller to be generated by adjustment of the PWM signal, the motor speed, change to and other features. Which MCU software to write programs in C language. The system also added LCD LCD keyboard function circuit, making the operation much more straightforward, more humane. The circuit design method is simple, very useful and worthy of study significance. In addition, this article also uses the isolation between the chip IR2110 forward as a DC motor speed control power amplification circuit of the drive module, and the use of the optical coupler is strong, weak, in order to improve the reliability of the system.Keywords DC motor;MCS - 51 single-chip;PWM目录摘要IAbstract I1 绪论11.1 电动汽车发展背景11.2 国电动汽车研发成果11.3 电动汽车对直流电机控制系统的基本要求1 1.4 电机选择22调速系统的总体设计22.1 研究方法22.2 总体设计概述52.3 系统的框图描述63电路设计73.1电源电路73.2控制电路83.3电机驱动电路93.3.1 H桥电机驱动电路简介93.3.2 主电路的驱动104主要器件说明154.1 主控芯片STC 89C52 介绍16 4.2无刷直流电动机174.3 LCD1602 液晶显示器194.3.1 引脚功能194.3.2 指令说明194.3.3 部字符发生存储器20结论21致22参考文献22附录（程序）221 绪论1.1 电动汽车发展背景国际金融危机以来,美、欧、日、等发达国家都在推动汽车产业的转型发展,全球围形成了新能源汽车发展的新一轮热潮。

总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。

键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM 脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H 型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。

电动机的运转状态通过数码管显示出来。

电动机所处速度级以速度档级数显示。

正转时最高位显示“三” ，其它三位为电机转速；反转时最高位显示“F ”，其它三位为电机转速。

每次电动机启动后开始显示，停止时数码管显示出“0000”。

1、系统的硬件电路设计与分析电动机PWM 驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图。

本电路采用的是基于PWM 原理的H 型桥式驱动电路。

PWM 电路由复合体管组成H 型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。

4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用，防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。

在实验中的控制系统电压统一为5v 电源，因此若复合管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为5V ，再加上三极管本身压降，加到电动机两端的电压就只有4V 左右，严重减弱了电动机的驱动力。

基于上述考虑，我们运用了TLP521-2光耦集成块，将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来。

输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流；电动机驱动部分通过外接12V 电源驱动。

这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度，也使驱动电流得到了大大的增强。

在电动机驱动信号方面，我们采用了占空比可调的周期矩形信号控制。

单片机 PWM 电机驱动数码管显示 按键控制脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带带负载能力差脉冲频率低则反之。

经实验发现，当电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；脉冲频率在10Hz以下，电动机转动有明显跳动现象。

而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。

晶闸管直流电动机调速系统设计目录1设计概述 (1)1.1 设计意义及要求 (1)1.2 方案分析 (1)1.2.1 可逆调速方案 (1)1.2.2 控制方案的选择 (2)2主电路的设计与分析 (3)2.1 整流电路 (3)2.2 斩波调速电路 (4)3控制电路的设计与分析 (6)3.1 触发电路的设计与分析 (6)3.2脉宽调制（PWM）控制的设计与分析 (6)3.2.1 欠压锁定功能 (7)3.2.2系统的故障关闭功能 (7)3.2.3软起动功能 (7)3.2.4 波形的产生及控制方式分析 (8)3.3 延时、驱动电路的设计 (8)3.4 ASR和ACR调节器设计 (9)3.4.1 ASR（速度调节器） (9)3.4.2 ACR（电流调节器） (10)结束语 (1)参考文献 (2)附录 (3)晶闸管直流电动机调速系统设计1设计概述1.1 设计意义及要求有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。

改变电枢电压的极性，或改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。

当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统1.2 方案分析1.2.1 可逆调速方案使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。

电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。

电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。

电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。

《单片机原理与应用课程设计》任务书（四）一、题目名称直流电动机调速控制系统设计二、课程设计目的通过直流电动机调速控制系统的制作使学生熟练掌握所学的相关内容，并培养学生工程设计的一般方法和技巧。

三、技术要求：1.系统调速采用模拟和数字方式，通过开关设置；模拟方式下通过调节电位器的电阻值调节直流电动机的转速。

数字方式下通过按键设置调节直流电动机的转速。

2.电动机转速的测量及显示3.PWM调速控制。

4.具体要求：1)转速模拟调节：在模拟调节方式时，通过调节电位器的电阻值来控制直流电动机的转速。

当电位器电阻值为0时，电动机停止，电位器电阻值最大时，电动机工作在额定转速上。

（由于直流电动机启动需要一定的力矩，因此在低速时转速和电位器值不一定严格成比例）2)转速数字调节：在数字调节方式时，每按一次“加速”键，电动机转速增加一个档位，每按一次“减速”键，电动机转速降低一个档位，默认的初始档位为最低档位0，最高档位为255。

3)转速测量与显示：采用4位数码管显示电动机转速。

4)根据测量值与设定值的差，控制PWM输出占空比，使电动机转速达到设定转速。

2．整个系统建议分为以下模块：1)AT89C51单片机最小应用系统及键盘、显示模块、转速设定值模块；2)转速测量模块、直流电动机输出控制模块。

四、两周时间安排：1．第一周：星期一：布置设计任务，收集相关资料。

星期二：确定设计方案星期三：软、硬件的总体设计星期四、五上机调试2．第二周星期一、二、三上机调试星期四、五：完成设计报告（4000字左右，程序不包含在字数中），PROTEL99绘制设计图纸(A4)，课程设计答辩。

（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。

请预览后才下载，期待你的好评与关注！）。

直流电机调速控制系统设计专业：测控技术与仪器姓名：学号：201006040103指导老师：日期：2013/12/25目录1 前言 (3)1.1直流电机调速系统的研究意义 (3)1.2直流电机调速的发展趋势 (3)2 直流调速系统的硬件设计 (4)2.1设计方案综述 (4)2.1.1 H桥驱动电路设计方案 (6)2.1.2调速设计方案 (7)2.2硬件设计 (8)2.2.1电源电路 (8)2.2.2 H桥驱动电路 (9)2.2.3 基于霍尔传感器的测速模块 (9)2.3.4 LCD显示模块 (10)3 直流调速系统的软件设计 (11)3.1 PWM技术简介 (11)3.1.1 PWM介绍 (11)3.1.2 PWM控制的基本原理 (12)3.1.3 PWM调速原理 (13)3.2调节器设计 (14)3.2.1 电流调节器设计 (14)3.2.2 速度调节器的设计 (15)3.2 软件设计 (17)3.2.1 系统总控制流程图及说明 (17)3.2.2 PWM波软件设计 (18)3.2.2 测速软件设计 (19)5 结论 (20)参考文献 (20)1 前言1.1直流电机调速系统的研究意义在现代电子产品中，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。

直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、两相低电压交流电机。

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，最大转矩大，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。

与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。

随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。

中國計量學院課程設計設計報告書題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計二級學院現代科技學院專業電氣工程及自動化班級電氣062姓名*****學號**********同組同學姓名 ****** ******* 同組同學學 *********** *********2009年 12 月 23 日設計題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計1、前言近年來，隨著科技的進步，電力電子技術得到了迅速的發展，直流電機得到了越來越廣泛的應用。

直流它具有優良的調速特性,調速平滑、方便,調速範圍廣;超載能力大,能承受頻繁的衝擊負載,可實現頻繁的無級快速起動、制動和反轉;需要能滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機的調速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速，改變電樞電壓調速等技術已遠遠不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機調速的方法應運而生。

採用傳統的調速系統主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對雜訊敏感等。

而在用了PWM技術後，避免了以上的缺陷，實現了用數字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。

另外，由於PWM 調速系統的開關頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩的直流電流,低速特性好；同樣,由於開關頻率高,快速回應特性好,動態抗干擾能力強,可以獲得很寬的頻帶;開關器件只工作在開關狀態,主電路損耗小,裝置效率高。

PWM 具有很強的抗噪性，且有節約空間、比較經濟等特點。

2、設計要求及組內分工2.1設計要求（1）根據電機與拖動實驗室提供的直流電動機，設計基於PWM的電動機調速方案。

（2）選用合適的功率器件，設計電動機的驅動電路。

（3）設計PWM波形發生電路，使能通過按鍵對電機轉速進行調節，要求至少有兩個速度控制按鍵，其中一個為加速鍵（每按一次，使電機轉速增加）；另一個為減速鍵，功能與加速鍵相反。

（4）撰寫課程設計報告。

2.2組內分工（1）負責直流電動機調速控制硬體設計及電路焊接：主要由胡佳春和葉秋平完成（2）負責調速控制軟體編寫及調試：主要由朱健和葉秋平完成（3）撰寫報告：主要由胡佳春和朱健完成3、系統設計原理脈寬調製技術是利用數字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其是在對電機的轉速控制方面，可大大節省能量，PWM控制技術的理論基礎為：衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈衝，用這些脈衝來代替正弦波或其他所需要的波形。

概述 (2)1 设计任务与分析 (3)1.1 任务要求 (3)1.2 任务分析 (3)2方案选择及论证 (4)2.1 三相可控整流电路的选择 (4)2.2 触发电路的选择 (4)2.3 电力电子器件的缓冲电路 (5)2.4 电力电子器件的保护电路 (5)3主电路设计 (7)3.1 整流变压器计算 (7)3.1.1 U2的计算 (7)3.1.2一次侧和二次侧相电流I1和I2的计算 (8)3.1.3变压器的容量计算 (8)3.2 晶闸管元件的参数计算 (9)3.2.1晶闸管的额定电压 (9)3.2.2晶闸管的额定电流 (9)3.3 电力电子电路保护环节 (10)3.3.1交流侧过电压保护 (10)3.3.2直流侧过电压保护 (11)3.3.3晶闸管两端的过电压保护 (11)3.3.4过电流保护 (11)4触发电路设计 (11)4.1 触发电路主电路设计 (11)4.2 触发电路的直流电源 (13)5电气原理图 (14)小结与体会 (15)参考文献 (16)附录 (16)直流电动机具有良好的起动和制动性能，广泛应用于机械、纺织、冶金、化工、轻工等工业系统。

随着电力电子技术的发展，晶闸管在直流电动机的调速系统中得到广泛应用。

晶闸管直流电动机调速系统，可实现电动机的无级调速，具有调节范围宽，控制精度高，使用寿命长、成本低等优点。

正确掌握晶闸管直流电动机调速系统的设计方法，对系统的可靠运行及应用有重大意义。

本设计以晶闸管直流电动机调速装置为主，介绍了系统的各个部件的组成及主要器件的参数计算。

调速装置以可控整流电路作为直流电源，把交流电变换成大小可调的单一方向直流电。

通过改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚来改变直流电压的平均值。

关键词：可控整流晶闸管触发电路保护电路直流电动机调速系统设计1 设计任务与分析1.1 任务要求初始条件：输入交流电源：三相380V，频率50Hz。

要求完成的主要任务:设计直流电动机采用调压方式的调速可控整流电源，要求达到：1、采用晶闸管可控整流电路。

LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY运动控制系统综合训练报告题目某轧机直流电动机调速系统设计学生姓名学号专业班级控制工程基地一班指导教师学院电信工程学院答辩日期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。

双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统，是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。

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原件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进入脉宽调制（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。

关键字：直流调速双闭环控制 PWM 三相桥式 IGBT摘要第一章绪论 (1)第二章直流调速系统的方案确定 (2)2.1系统的技术数据要求 (2)2.2直流调速系统的方案选择 (2)2.3双闭环直流调速系统的静特性 (6)第三章主电路和励磁回路的设计与分析 (7)3.1 PWM变换器介绍 (7)错误！未定义书签。

.2励磁回路的选择 (10)第四章主电路元部件及参数计算 (11)4.1整流变压器容量计算 (11)4.2 IGBT管的参数 (11)4.3三相不可控桥整流二极管选择 (13)4.4滤波电容选择............................. 错误！未定义书签。

4.5 交流侧过电压保护 ........................ 错误！未定义书签。