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电子电气工程系直流电机转速控制系统的设计报告专业：自动化班级： 10自动化学号： 201095034041姓名：薛晶晶指导教师：胡皓时间： 2013年6月29目录一.设计目的二.直流电机转速控制设计任务2.1 设计内容2.2 设计要求三.总体设计方案3.1 设计思想3.2 系统框图四.硬件设计4.1 控制器4.2 电机速度采集电路设计4.2.1 方案论证4.2.2 方案设计4.3 电机驱动电路设计4.3.1 方案论证和设计4.3.2 主要芯片介绍4.4电机逻辑控制部分的设计4.5 电源设计五.软件设计5.1 PID算法5.2 软件流程图六.测量结果和误差分析一设计目的1.编制程序，将直流电机的运转状态在LCD上显示出来。
2.掌握直流电机的驱动原理。
3.了解直流电机调速的方法，了解直流电机的工作原理。
掌握PID算法及PWM控制技术。
4.学会直流电机驱动程序的设计。
5.进一布提高单片机使用系统的设计和调试水平。
二直流电机转速控制设计任务2.1 设计内容：掌握直流电机控制系统的硬件设计方法和直流电机转速调节。
学会编制直流电机驱动程序的软件设计方法。
通过PWM脉宽调制来达到调节直流电机转速的目的。
遥控键盘实现电机的启动、停止、加速、减速、反转的控制，并在LCD上显示电机运行的当前状态。
2.2 设计要求：设计出电路原理图，说明工作原理，编写程。
序及程序流程图。
三总体设计方案3.1设计思想：主要由电机驱动电路、电机速度采集电路、电机、遥控键盘、NOKIA5110、单片机（msp430）组成。
电机速度采集电路反映机械转速的高低，单片机msp430是该系统的核心部分，一方面负责计算电机的转速，另一方面将计算得到的转速和设定转速相比较，经过计算处理，得到相应的控制信号，并将该信号输入到电机驱动电路从而控制电机转速。
通过键盘可以设定工作模式（通过输入设定转速，单片机自动控制电机转速，使其接近设定值）设定转速。
由单片机检测哪一个按键按下，实现设定值的修改，并通过NOKIA5110实时显示设定值以及测的转速。
计算机控制技术课程设计（论文）题目：直流电机转速控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化学号：学生姓名：指导教师：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化摘要在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID 控制器难以获得满意的控制效果。
随着计算机技术和智能控制理论的发展，数字PID 技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。
本文章介绍了由51单片机以及直流电机、矩阵键盘、LCD和传感器构成的转速闭环控制系统。
其中传感器负责对电机转速进行测量，并将测量的结果反馈给控制中心，并由控制中心将之和设定值进行比较得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。
文章不但介绍了基于单片机的转速控制系统的软件设计，还涉及了硬件设计方法。
文中介绍系统不但可以实现手动控制，还有无人值守，自动调速功能。
关键词：直流电机闭环控制单片机矩阵键盘LCD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系统组成总体结构 (2)第3章硬件设计 (3)3.1控制器 (3)3.2测速发电机 (3)3.3A/D转换和D/A转换器 (3)3.4晶闸管整流控压 (3)3.5键盘模块 (5)3.6显示器 (5)3.7整体结构原理图 (6)第4章软件设计 (7)4.1主流程设计 (7)4.2按键功能部分 (8)4.3PID控制部分 (8)4.4参数确认 (9)4.5LCD显示部分 (10)第5章实验试验结果 (11)第6章课程设计总结 (12)参考文献 (13)部分程序 (14)第1章绪论直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种:第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。
计算机控制理论与设计作业题目：基于极点配置方法的直流调速系统的控制器设计摘要本文目的是用极点配置方法对连续的被控对象设计控制器。
基本思路是对连续系统进行数学建模，将连续模型进行离散化，针对离散的被控对象，用极点配置的方法分别在用状态方程和传递函数两种描述方法下设计前馈和反馈控制器，并用MATLAB仿真。
文中具体以直流调速系统作为研究对象，对直流调速系统的组成和结构进行了分析，把各个部分进行数学建模，求出其传递函数，组成系统结构框图，利用自控原理的知识对结构图化简，求出被控对象的传递函数和状态方程，进一步得将其离散化。
第一种是通过极点配置设计方法的原理，用状态方程设计被控对象的控制律，因为直流调速系统存在噪声，实际状态不可测，故选择了全阶的观测器，又因为采样时间小于计算延时，所以选择了预报观测器。
利用所学知识对此闭环系统设计前馈和反馈控制器[1]。
第二种利用传统的离散传递函数，从代数多项式的角度进行复合控制器的设计，在保证系统稳定的情况下，分析系统的可实现性，稳定性，静态指标，动态指标，抗干扰等方面性能研究前馈反馈相结合控制器设计。
重点是保证被控对象的不稳定的零极点不能被抵消。
最后利用MATLAB的Simulink进行仿真，观察系统的输出的y和u和收敛性，并加入扰动看其抗干扰性能，得出结论。
经研究分析，对于直流调速系统，基于极点配置设计的前馈反馈相结合的控制器，具有良好的稳定性能和抗干扰性能。
运行结果符合实际情况。
关键词：极点配置；状态方程；直流调速系统；代数多项式；Matlab；1绪论1.1论文的背景及意义在工业生产和日常生活中，自动控制系统分为确定性系统和不确定性系统两类，确定性系统是指系统的结构和参数是确定的，确定的输入下，输出也确定的一类系统。
确定性系统相对于不确定性系统而言的。
在确定的系统中所用的变量都可用确切的函数关系来描述，系统的运动特性可以完全确定。
以确定性系统为研究对象的控制理论称为确定性控制理论。
直流电机转速控制系统设计一、控制系统框架1.检测部分：检测部分主要用于反馈直流电机转速信息。
常用的检测方法有编码器、霍尔元件和反电动势法等。
其中，编码器是一种精度高、稳定性好的转速检测传感器。
它通过感应转子上的编码盘，将转速转换为脉冲信号输出。
2.控制器：控制器是直流电机转速控制系统的核心部分。
它根据检测到的转速信息，与设定的目标转速进行比较，产生控制信号驱动执行器。
常用的控制器有比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器等。
其中，比例控制器通过调节输出信号的幅值来控制转速；比例积分控制器通过累积误差来产生输出信号；比例微分控制器则通过控制误差变化率来调节输出信号。
3.执行部分：执行部分主要用于控制电机的转速。
常用的执行器有功率晶体管、场效应管和三相半导体开关等。
其中，功率晶体管是最常用的直流电机转速控制器，它通过调节电路中的开关状态来改变电机的转速。
二、控制策略1.开环控制：开环控制是最简单的控制策略，它通过设定电机的输入电压或电流来控制转速。
缺点是无法对外部干扰和负载变化进行自动调节。
2.闭环控制：闭环控制通过反馈得到的转速信息来调整输入信号，实现对转速的控制。
闭环控制具有精度高、稳定性好的优点，适用于要求较高的转速控制场合。
三、系统参数调节1.参数估计：参数估计是指通过对电机特性进行建模，得到电机参数的估计值。
常用的方法有试验法和辨识法等。
2.参数调节：参数调节是通过对控制器的参数进行优化，以实现准确的转速控制。
常用的调节方法有PID调节和自适应调节等。
四、应用案例总结：本文详细介绍了直流电机转速控制系统的设计。
从控制系统框架、控制策略、系统参数调节和应用案例等方面进行了讲解。
通过合理的设计和调节，可以实现对直流电机转速的精确控制，满足不同场合的需求。
基于单片机的直流电动机转速控制系统设计直流电动机是一种常用的电机类型，广泛应用于工业自动化控制系统中。
其转速的控制对于系统的稳定运行至关重要。
本文将基于单片机设计一个直流电动机转速控制系统，并分析其工作原理和关键技术要点。
一、系统设计原理直流电动机转速控制系统的基本原理是根据电动机的转速反馈信号来调节电机的驱动电压，以达到控制电机转速的目的。
在系统设计中，通过单片机来实现电机转速的控制和监测。
系统设计的基本流程如下：1.采集电机转速信号：通过连接速度传感器或编码器，可以实时采集到电动机转速的信号。
2.信号处理：通过单片机的输入端口将采集到的电机转速信号输入到系统中，经过滤波和放大等预处理后，得到可靠的转速反馈信号。
3.转速控制算法：根据转速反馈信号和设定的目标转速，通过单片机控制算法计算出电机的驱动电压，并输出控制信号。
4.驱动电路设计：通过PWM（脉冲宽度调制）技术将单片机输出的控制信号转换为合适的驱动电压，送入直流电动机。
5.反馈控制：将驱动电压传递给直流电动机后，通过转速反馈信号不断调整驱动电压，使得电机的转速逐渐接近目标转速，并保持在一个稳定的范围内。
二、系统设计关键技术要点1.速度传感器的选取：选择合适的速度传感器能够提供准确的转速反馈信号，常见的速度传感器有磁编码器、光电编码器等。
2.信号处理电路设计：对采集到的转速信号进行滤波和放大等预处理，以保证信号的稳定性和可靠性。
3.转速控制算法设计：通过单片机程序实现控制算法，如比例积分控制（PID）算法，以实现转速的精确控制。
4.驱动电路设计：采用PWM技术来实现电机驱动，通过单片机输出的控制信号调整PWM占空比，从而实现驱动电压的调节。
5.系统稳定性设计：在转速控制过程中，需要考虑转速的变化对系统稳定性的影响，并做出相应的控制策略，如过零检测等。
三、系统应用基于单片机的直流电动机转速控制系统广泛应用于各种需要精确控制转速的工业自动化领域，如机械加工、输送带控制、纺织印染、机器人等。
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：重庆邮电大学移通学院学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：目录（一）直流电动机的综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 （二）他励直流电动机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 （三）直流电动机调速系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．14 （四）结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32直流电机调速控制系统课程设计一、直流电动机的综述直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。
直流电机可作为电动机用，也可作为发电机用。
直流电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。
与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动机拖动。
在工业领域直流电动机仍占有一席之地。
因此有必要了解直流电动的运行特性。
在四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。
直流电机它能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。
因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。
1.1直流电机调速控制原理图1.1所示点数电压为Ua ，电枢电流为Ia，电枢回路总电阻为Ra，电机常数为K，励磁磁通量是φ。
直流电机的转速计算公式：n=（Ua -IaRa）/Kφ（1）其中，对于极对数p，匝数为N，电枢支路数为a的电机来说，电机常数为K=pN/60a （2）意味着电机确定后，该值是不变的。
而在（Ua -IaRa）中，由于Ra仅为绕组电阻，导致Ia Ra非常小，所以（Ua-IaRa）约等于Ua。
直流电机转速控制系统设计开发摘要在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
直流电机的结构复杂，成本高，运行维护困难，在转速控制中，直流电机的稳速指标一般很难达到要求。
本文针对直流电机的特点，根据自动控制原理，采用PWM控制方式，设计了直流脉宽调速系统以更好地控制直流电机的转速。
本系统设计以89S52单片机为控制核心，以小直流电机为控制对象，实现单闭环控制速度控制，用键盘输入有关控制信号及参数,采用单片机接口输出PWM脉冲和H桥驱动电路控制直流电机，实现电机的正方转和速度调节，并使用光电开关检测电机转速，在LED上实时显示有关参数。
本系统软件部分采用模块化的思想进行设计，首先画出主要模块，即主程序模块、按键扫描模块、中断处理模块和PID算法模块的流程框图，再采用C语言编写出相关程序，然后调试程序，使其完成相应功能。
最终通过系统测试，电机经过约5秒钟进入稳定状态，没有出现过大的超调或欠调。
稳态时，转速误差在±3转/秒。
由于转速测量装置晃动大，由此引起的测量值会意外发生错误，使电机有时会出现转速的瞬间飙升或骤减，但不会引起系统失调，系统会迅速自动调整转速，再次达到稳定状态。
关键词：单片机直流电机调速 PWM PID控制目录摘要 (I)ABSTRACT .............................................. 错误！未定义书签。
前言 (1)1.直流电机概述 (2)1.1 直流电机的主要结构 (2)1.1.1 定子部分 (2)1.1.2 转子部分 (3)1.1.3 气隙 (3)1.2 直流电机的特性 (3)1.3 本章小结 (4)2. PWM控制和PID调节 (5)2.1 PWM控制 (5)2.2 PID调节 (6)2.3 本章小结 (8)3.系统方案论证 (9)3.1 系统结构方案论证 (9)3.2 转速测量方案论证 (9)3.3 电机调速控制方案论证 (10)3.4 键盘及显示方案论证 (10)3.5 PWM的调速工作以及软件实现方案论证 (10)3.5.1 PWM调速工作方式 (10)3.5.2 PWM的软件实现 (11)3.6 本章小结 (11)4.控制部分设计 (12)4.1 AT89S52单片机简介 (12)4.1.1AT89S52单片机的引脚功能 (12)4.1.2 AT89S52单片机的存储器结构 (15)4.2 AT89S52单片机的中断系统 (18)4.2.1 中断申请与控制 (18)4.2.2 中断响应 (19)4.3 AT89S52单片机的定时/计数 (21)4.4 本章小结 (21)5.硬件电路设计 (22)5.1系统原理框图 (22)5.2 各模块电路 (23)5.2.1 电源模块 (23)5.2.2 电机速度检测模块 (23)5.2.3 按键模块 (24)5.2.4 电机驱动模块 (24)5.2.5 速度显示模块 (25)5.3 本章小结 (26)6.软件设计 (26)6.1 主程序设计 (27)6.2 键盘中断处理程序 (28)6.3 PID算法程序 (29)6.4 本章小结 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录一：系统原理图 (34)附录二：PCB图 (35)附录三：源程序代码 (36)前言直流电机是最常见的一种电机，具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动等各个领域中得到了广泛的应用。
摘要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。
特别是在直流电动机广泛应用的电气传动领域，起到至关重要的作用。
直流电动机因为具有良好的调速性能和比较大的起动转矩，一直被应用在电气领域，尤其是在需要调速性能很高的场所。
在制造业、工农业自动化、铁路与运输等行业都被广泛的应用，随着市场的竞争力，对直流电动机的需求也越来越高，同时对直流电动机的调速性能也有了更高的要求。
因此，研究直流电动机转速控制系统的调速性能有着很重要的意义。
在本次的设计中采用PWM控制直流电动机转速。
PWM脉冲受到PID算法的控制，被用来控制直流电动机的转速。
同时利用安装在直流电动机转轴上的光电式传感器，将直流电动机的转速转换成脉冲信号，反馈到单片机，形成闭环反馈控制系统，改变不同占空比的PWM脉冲就可以实现直流电动机转速控制。
本论文对每一个方案的选择都进行详细的论述，在软件和硬件部分都进行了模块化。
硬件部分首先给出一个以AT89S52单片机为核心的整体结构图，并对驱动电路、显示电路等模块进行详细的阐述。
在软件部分给出整体程序流程图，对PWM 程序、PID算法程序、显示程序等模块详细的阐述。
本次系统设计的具有抗干扰能力强、性价比高、维修简单方便等优点。
关键词：PWM；单片机；直流电动机；转速控制AbstractNowadays, automatic control system has been widely used and greatly developed in all walks of life. As the dominant part of electric drive, direct current (DC) control plays an important role in modern production, especially in the DC motor is widely used in the field of electric transmission. DC motor because of its good speed control performance and relatively large starting torque, has been applied in the electrical field, especially in the high speed performance requirements of the occasion. Is widely used in the manufacturing industry, industry and trade of agricultural automation, rail and transit industry, with the competitiveness of the market, the demand of DC motor is also more and more high, also of the DC motor speed performance also has the higher requirements. Therefore, it is very important to study the speed control performance of the DC motor speed control system.In this design, using PWM control DC motor speed. PWM pulse is controlled by the PID algorithm, PWM is used to control the speed of DC motor. At the same time, the hall sensor mounted on the rotational shaft of the DC motor, the DC motor speed is converted into a pulse signal, feedback to the microcontroller, form a closed loop feedback control system, changing the duty ratio of the PWM pulse can realize DC motor speed control.In this paper, the choice of each program are discussed in detail, in both the software and hardware parts are modular. In the part of hardware, we first give a whole structure diagram with AT89S52 single chip microcomputer as the core, and elaborate the driving circuit, display circuit and other modules in detail. In the software part gives the overall program flow chart, the PWM program, PID algorithm program, display program, and other modules are described in detail. The system design has the advantages of strong anti-interference ability, high cost performance, easy maintenance and so on.Key Words: PWM; microcomputer; DC motor; speed control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题研究的目的和意义 (2)1.3本设计的内容及意义 (2)1.3.1本设计的内容 (2)1.3.2本设计的意义 (2)1.4直流电动机转速控制系统原理 (3)1.5PWM脉冲控制原理 (4)1.5.1 PWM调速原理 (5)1.6PID基本原理 (6)1.7本章小结 (8)2 系统整体方案 (9)2.1系统设计任务与设计要求 (9)2.1.1系统设计任务 (9)2.1.2系统设计要求 (9)2.2系统方案论证 (9)2.2.1控制器模块设计方案 (9)2.2.2电动机驱动模块设计方案 (10)2.2.3速度采集模块设计方案 (10)2.2.4显示模块设计方案 (10)2.2.5键盘模块设计方案 (11)2.2.6电源模块设计方案 (11)2.3系统的组成 (12)2.4本章小结 (12)3 硬件系统设计 (13)3.1单片机最小系统 (13)3.1.1 AT89S52单片机简介 (13)3.1.2 晶振电路 (14)3.1.3 复位电路 (15)3.2独立式键盘电路 (15)3.3液晶显示电路 (16)3.4电源电路 (16)3.5电动机驱动电路 (17)3.6光电式传感器测速电路 (18)3.7本章小结 (19)4 系统软件设计 (20)4.1系统模块主程序设计 (21)4.1.1 初始化模块程序 (21)4.1.2 按键扫描模块程序 (23)4.1.3 液晶显示模块程序 (25)4.1.4 电动机调速模块程序 (26)4.2本章小结 (29)5 样机硬软件调试 (30)5.1样机硬件调试 (30)5.1.1 元件焊接与整板调试 (30)5.1.2样机软件调试 (30)5.2硬件调试与硬件调试实验 (31)5.2.1调试方法 (31)5.2.2测试结果 (31)5.3调试遇到的困难 (32)5.4本章小结 (32)6 结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录一直流电动机转速控制系统设计原理图 (36)附录二直流电动机转速控制系统设计PCB图 (37)附录三直流电动机转速控制系统设计C语言原程序 (38)附录四元件清单 (43)1 绪论1.1 课题背景近年来直流电动机飞速的发展。
直流电机速控制系统设计直流电机速控制系统是指通过调整电机输入电压或者电流，以控制电机的转速。
直流电机速控制系统广泛应用于工业生产中，可以实现电机的精确控制和稳定运行。
本文将从系统需求分析、控制策略选择、系统设计以及系统优化等方面对直流电机速控制系统进行详细分析和设计。
一、系统需求分析1.系统功能要求：实现电机的速度控制，在给定运行速度的情况下，保持电机的稳定运行。
2.系统性能要求：实现速度控制的精度高、响应快、稳定性好。
3.系统安全性要求：确保系统工作时稳定可靠，避免出现电机过载或者损坏等问题。
二、控制策略选择在直流电机速度控制系统设计中，常见的控制策略有PID控制策略、模糊控制策略和神经网络控制策略。
1.PID控制策略：PID控制器通过对比目标速度和实际速度，计算出电机的控制输出，具有调节速度的精度高、响应快、稳定性好的特点。
2.模糊控制策略：模糊控制器通过模糊化输入输出变量，并且根据模糊规则进行推理和解模糊处理，从而实现对电机速度的控制。
3.神经网络控制策略：神经网络控制器通过学习和训练神经网络模型，根据输入的实时电机速度信息，输出控制信号，实现精确的电机速度控制。
三、系统设计在直流电机速度控制系统设计中，需要考虑到电源管理、传感器选择、控制器设计等方面的内容。
1.电源管理：选择合适的电源供应电路，根据电机的额定电压和电流，选择适当的电源类型和功率，确保电机的稳定工作。
2.传感器选择：选择合适的速度传感器，可以采用光电编码器、霍尔传感器等，用于实时测量电机的速度信息，并作为反馈信号输入给控制器。
3.控制器设计：设计合适的控制算法和电路结构，根据控制策略选择PID控制器、模糊控制器或者神经网络控制器，并且实现控制输出与电机输入电压或者电流的转换。
四、系统优化1.参数调整：根据实际情况，通过调整PID控制器的参数，可以达到更好的控制效果。
常用的调参方法有试错法、遗传算法等。
2.响应速度提升：通过提高控制器计算速度、减少控制器延时等方法，可以提高系统的响应速度。
基于PLC技术的直流电机转速控制系统设计目录一、内容概括 (2)1.1 直流电机简介 (2)1.2 PLC技术概述 (3)二、系统需求分析 (4)2.1 控制要求 (6)2.2 性能指标 (6)三、系统设计 (7)3.1 系统结构设计 (9)3.2 PLC选型与配置 (10)3.3 传感器模块设计 (11)3.4 人机界面设计 (13)四、控制算法设计 (14)4.1 PID控制算法原理 (15)4.2 PID参数整定方法 (17)4.3 控制算法实现 (18)五、系统实现与调试 (20)5.1 系统搭建 (21)5.2 调试过程 (22)5.3 调试结果分析 (23)六、系统测试与应用 (24)6.1 测试环境与方法 (26)6.2 测试结果分析 (26)6.3 系统应用场景探讨 (28)七、总结与展望 (29)7.1 系统总结 (30)7.2 未来展望 (31)一、内容概括本文档主要探讨了基于PLC技术的直流电机转速控制系统的设计方案。
介绍了直流电机的基本原理和转速控制的重要性，以及PLC 技术在工业自动化中的广泛应用。
详细阐述了系统设计的目标、硬件选型、软件设计和实现方法。
在系统设计目标中，我们强调了高精度、高稳定性和实时性，以满足实际应用中对电机转速控制的高要求。
硬件选型部分，选择了功能强大的PLC作为控制核心，并配置了相应的输入输出模块和传感器，以实现对电机转速的实时监测和控制。
软件设计方面，采用了梯形图编程语言，编写了功能完善的控制程序，包括初始化、速度调节、故障处理等模块。
在实现方法上，我们描述了如何通过PLC编程实现对电机的速度控制，以及如何通过调试和优化，确保系统的稳定运行和高效性能。
本文档旨在为读者提供一个基于PLC技术的直流电机转速控制系统的设计思路和方法，具有一定的实用性和参考价值。
1.1 直流电机简介直流电机(DC Motor)是一种将电能转换为机械能的电动机，广泛应用于各种机械设备中。
毕业设计题目直流电动机转速PID控制系统设计摘要在飞速发展的今天，各种理论不断完善和发展。
在控制理论和微电子技术等新技术的推动下，中小型电动机的优点开始显现。
为了提高工作效率与技术优势，中小型电动机在各种技术支持下连接到计算机，电动机控制器，传感器和电力转换器等工业控制器等。
通过这种技术革新，不仅成本降低，精度提高而且控制方便。
经过改良后，电动机已经不仅仅是一个组件级的执行器，而是完整的机电一体化系统，可以执行许多指定的功能。
直流电机不仅仅有优良的调速性能，还能够实现均匀稳定波动小的无级调速，调速范围广，相比同等条件下的交流电机优势明显。
此设计用采用PID控制直流电机，PID控制优化了控制电机的方式。
PID控制技术的起源早，研究的内容深入实际工作。
特别是在过程控制领域中PID控制技术发展迅速，各种发展理论日趋成熟。
从发展的角度来看，PID调节技术影响着新技术，受到国内外行业越来越多的关注。
PID控制是工业上最基础的最广泛应用的工业控制算法。
利用霍尔传感器将转速变为单片机能够接受的脉冲频率，从而形成闭环速度控制系统，达到能够无静差调速的目标。
霍尔传感器结构简单，原理易懂，安装此模块也比较简单。
在该系统中显示器模块选用的是以128×64 LCD显示器为主，参数调节与控制电机由4 x 4键盘来设置。
LCD能显示汉字和一些复杂的界面比LED表示出的内容多，在系统运行后可以通过显示模块了解和获取电机时刻的运行状态与参数，4 x 4键盘能够编辑相关参数达到调节目的。
综合上所述本设计包括电机驱动模块，控制模块，速度检测模块，电源模块以及人机交互模块。
关键词：PID，直流电动机，单片机AbstractIn the rapid development of today, various theories are constantly improving and developing. Driven by new technologies such as control theory and microelectronics, the advantages of small and medium-sized electric motors begin to emerge. In order to improve working efficiency and technical advantages, small and medium-sized motors are connected to industrial controllers such as computers, motor controllers, sensors and power converters under various technical support. Through this technical innovation, not only the cost is reduced, the precision is improved and the control is convenient. After modification, the motor is no longer just a component-level actuator, but a complete electromechanical integration system, which can perform many specified functions. Dc motor not only has excellent speed regulation performance, but also can realize uniform and stable stepless speed regulation with small fluctuation, with a wide range of speed regulation, and has obvious advantages over ac motor under the same conditions.This design USES PID control dc motor, PID control optimized control motor mode. The origin of PID control technology is early. Especially in the field of process control PID control technology developed rapidly, various development theories are becoming mature. From the perspective of development, PID regulation technology affects the new technology, by the industry at home and abroad more and more attention. PID control is the most basic and widely used industrial control algorithm in industry. Hall sensor is used to change the speed into the pulse frequency that can be accepted by the single chip microcomputer, so as to form a closed loop speed control system and achieve the goal of no static speed regulation. Hall sensor structure is simple, the principle is easy to understand, installation of this module is also relatively simple. In this system, the display module is based on 128 64 LCD display, and the parameter adjustment and control motor are set by 4 x 4 keyboard. LCD can display Chinese characters and some complex interfaces more than LED. After the system is running, the running state and parameters of the motor can be understood and obtained through the display module. 4 x 4 keyboard can edit relevant parameters to achieve the purpose of adjustment. The design includes motor drive module, control module, speed detection module, power module and man-machine interaction module.Key words: PID, DC motor, single chip microcomputer目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.2 国内外的发展情况 (2)1.2.1 课题现状 (2)1.2.2 课题发展趋势 (3)1.3 本课题的主要工作 (4)第2章系统的整体设计 (5)2.1 直流电机的结构 (5)2.2 直流电机的工作原理 (5)2.3 直流电机励磁方式 (5)2.4 直流电机的调速方式 (6)2.5 直流电机动态数学模型 (6)2.6 直流电机和其他常见电机的比较 (7)2.7 PID算法及PWM控制技术简介 (7)2.7.1 PID算法 (7)2.7.2 模拟PID (8)2.7.3 数字PID (8)2.7.4数字PID参数整定方法 (10)2.8 PWM脉冲控制直流电机 (11)2.9 系统设计原理 (11)第3章系统硬件设计 (13)3.1 硬件资源分配 (13)3.2 主控制器模块设计 (14)3.2.1 控制器模块设计方案 (14)3.3单片机最小系统 (14)3.4 传感器选择 (15)3.5 系统硬件设计 (15)III3.5.2电机驱动模块设计 (16)3.5.3 H桥驱动电路 (16)图3-2驱动电路 (17)3.5.4基于测速模块设计 (17)3.5.5显示电路设计 (18)3.5.7按键电路模块设计方案 (20)第4章系统流程设计 (22)4.1 算法设计 (22)4.2 程序流程 (23)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)IV第1章绪论1.1 课题的背景及意义PID控制器已存在70年左右。
电子电气工程系直流电机转速控制系统的设计报告专业：自动化班级：2010级自动化班学号：姓名：指导教师：时间：2013年6月25日目录摘要 (1)1设计任务与要求 (2)2器件的选用 (3)3系统软件设计总体流程 (4)4 系统简述 (5)4.1、AT89C52单片机简介 (6)4.2 LED 数码管简介 (7)4.3 风扇电机驱动与调试电路 (8)4.4 声响、温度采集、温度设定以及复位电路 (9)5 安装调试 (10)参考文献 (11)附录智能温控调速风扇的设计总程序清单 (12)摘要随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制的温度控制系统也应运而生，如基于单片机的温控风扇系统。
它使风扇根据环境温度的变化实现自动启停，使风扇转速随着环境温度的变化而变化，实现了风扇的智能控制。
它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利，在提高人们的生活质量、生产效率的同时还能节省风扇运转所需的能量。
本文设计了基于单片机的温控风扇系统，采用单片机作为控制器，利用温度传感器DS18B20作为温度采集元件，并根据采集到的温度，判断是否驱动风扇电机。
根据检测到的温度与系统设定的温度的比较实现风扇电机的自动启动和停止，并能根温度的变化自动改变风扇电机的转速，同时采用测速表测量出电机转速，并用LED八段数码管显示检测到的温度与转速。
关键词：自动控制;单片机;温控;风扇；数码管1、设计任务与要求1、用热敏电阻测量温度，在正常温度下，电机不转动，温度指示灯绿灯亮。
2、当温度高于50℃时，黄灯亮报警,电风扇启动。
2. 器件的选用采用数字式集成温度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件，直接输出数字温度信号供单片机处理。
由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转换等电路的误差因素，温度误差很小，使得其温度分辨力极高。
温度值在器件内部转换成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该传感器采用先进的单总线技术（1-WRIE），与单片机的接口变的非常简洁，抗干扰能力强。
直流电机转速控制(总8页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除直流电机转速控制课程设计姓名：学号：班级：目录1．直流电机转速控制方案设计 (2)1.1设计要求 (2)1.2设计框图 (2)2．直流电机转速控制硬件设计 (3)2.1主要器件功能 (3)2.2硬件原理图 (6)3．直流电机转速控制软件设计 (7)4．调试 (8)4.1硬件测试 (8)4.2软件调试……………………………………………………………(11 1．直流电机转速控制方案设计1.1设计要求通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。
1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。
2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。
3、旋转速度可实时改变。
1.2设计框图本课题中测量控制电路组成框图如下所示：图12．直流电机转速控制硬件设计2.1主要器件功能1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。
其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。
当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。
此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。
图2板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。
EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。
POWER 接直流电源，注意正负，电源正端为VCC，电源地为GND。
2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片，它采用I2C接口，能直接驱动8位共阴式数码管，同时可扫描管理多达64只按键，实现人机对话的功能资源十分丰富。
辽宁工业大学开放性实验报告题目：基于极点配置法的直流调速系统设计与仿真院（系）：电气工程学院专业：自动化111班学生姓名：指导教师：（签字）辽宁工业大学课程设计说明书（论文）起止时间：2015.3.30~2015.3.31开放性实验报告院（系）：电气工程学院教研室：自动化实验项目基于极点配置法的直流调速系统设计与仿真所在单位电气学院自动化教研室实验类型□科学研究√自拟课题√综合设计□计算机应用□其它指导教师王立红实验时数16学时招收对象11级自动化专业学生招收人数6人项目研究目的 1.掌握状态反馈及极点配置的原理。
2.掌握直流调速系统的分析与设计方法。
3.熟悉直流调速系统的硬件电路设计、联机调试等设计过程，提高学生设计系统的实践技能。
控制系统的参数和控制要求1.电动机：额定数据为10kW，220V，55A，1000r/min，电枢电阻Ra=0.5Ω。
飞轮矩GD2=10Nm2。
2.晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器二次线电压E2l=230V，触发整流环节的放大系数sk=44。
3.V-M系统主回路总电阻R=1.0Ω。
4.测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min。
5.控制要求：系统稳定，超调量%5≤σ，调节时间sts5.0≤。
实验设计内容1.绘制单闭环直流调速系统的原理图，根据原理图建立系统的动态结构图并求出闭环传递函数。
2.由传递函数建立系统的状态空间表达式。
3.根据系统要求的技术指标选择期望的闭环极点，设计状态反馈矩阵。
4.测试系统极点配置前的单位阶跃响应。
5.测试系统极点配置后的单位阶跃响应，验证设计的正确性。
目录第1章绪论 (3)第2章数学模型的建立 (4)2.1 传递函数的求得过程 (4)2.2 状态空间表达式的建立 (8)第3章极点配置 (10)第4章仿真实验 (12)第5章总结 (14)第1章绪论20世纪50年代后期，控制理论由经典控制理论向现代控制理论转变，现代控制理论是在引入状态空间概念的基础上发展起来的。
计算机控制理论与设计作业题目：基于极点配置方法的直流调速系统的控制器设计摘要本文目的是用极点配置方法对连续的被控对象设计控制器。
根本思路是对连续系统进展数学建模，将连续模型进展离散化，针对离散的被控对象，用极点配置的方法分别在用状态方程和传递函数两种描述方法下设计前馈和反应控制器，并用MATLAB仿真。
文中具体以直流调速系统作为研究对象，对直流调速系统的组成和构造进展了分析，把各个局部进展数学建模，求出其传递函数，组成系统构造框图，利用自控原理的知识对构造图化简，求出被控对象的传递函数和状态方程，进一步得将其离散化。
第一种是通过极点配置设计方法的原理，用状态方程设计被控对象的控制律，因为直流调速系统存在噪声，实际状态不可测，应选择了全阶的观测器，又因为采样时间小于计算延时，所以选择了预报观测器。
利用所学知识对此闭环系统设计前馈和反应控制器[1]。
第二种利用传统的离散传递函数，从代数多项式的角度进展复合控制器的设计，在保证系统稳定的情况下，分析系统的可实现性，稳定性，静态指标，动态指标，抗干扰等方面性能研究前馈反应相结合控制器设计。
重点是保证被控对象的不稳定的零极点不能被抵消。
最后利用MATLAB的Simulink进展仿真，观察系统的输出的y和u和收敛性，并参加扰动看其抗干扰性能，得出结论。
经研究分析，对于直流调速系统，基于极点配置设计的前馈反应相结合的控制器，具有良好的稳定性能和抗干扰性能。
运行结果符合实际情况。
关键词：极点配置；状态方程；直流调速系统；代数多项式；Matlab；1绪论1.1论文的背景及意义在工业生产和日常生活中，自动控制系统分为确定性系统和不确定性系统两类，确定性系统是指系统的构造和参数是确定的，确定的输入下，输出也确定的一类系统。
确定性系统相对于不确定性系统而言的。
在确定的系统中所用的变量都可用确切的函数关系来描述，系统的运动特性可以完全确定。
以确定性系统为研究对象的控制理论称为确定性控制理论。
摘要建模、控制与优化是控制理论要解决的主要问题。
在这些问题中，广泛采用了现代数学方法，使得控制理论的研究不断深入，取得了丰硕的成果。
建模是控制理论中所要解决的第一个问题。
控制理论中的建模方法主要有两种，一是经验建模，二是根据物理规律建模。
所研究的对象主要是动态模型，一般用微分方程或差分方程来描述。
设计控制系统是控制理论的核心内容。
在线性系统中，我们所用到的数学工具是拓扑、线性群。
在非线性系统中，我们用到了微分几何。
可以说微分几何是非线性控制理论的数学基础。
优化是控制的一个基本目的，而最优控制则是现代控制理论的一个重要组成部分。
例如庞特里亚金的极大值原理、贝尔曼的动态规划，都是关于优化和最优控制问题的。
本报告首先介绍了直流电动机的物理模型, 并测量计算了它的具体参数。
然后根据牛顿第二定律和回路电压法分别列写运动平衡方程式和电机电枢回路方程式，从而通过一些数学变换抽象出了以电压为输入、转速为输出、电流和转速为状态变量的数学模型。
通过对抽象出来的模型进行性能分析，确定需要使用状态观测器来修正系统。
继而借助MATLAB软件对转速环进行了状态反馈控制器的设计，使系统的阶跃响应达到了设计指标。
关键词：建模控制理论设计控制系统直流电动机转速状态反馈控制器1 系统的物理模型、参数及设计要求 -------------------- 41.1 系统模型 ------------------------------------- 41.2 系统参数 ------------------------------------- 51.3 设计要求 ------------------------------------- 52 系统模型的建立------------------------------------ 62.1 模型抽象 ------------------------------------- 62.2 所建模型的性能分析 --------------------------- 73 系统状态观测器的设计----------------------------- 113.1 期望配置的极点的确定以及状态观测器的设计----- 113.1.1 第一组极点配置-------------------------- 113.1.2 第二组极点配置-------------------------- 113.2 状态观测器的设计 ---------------------------- 123.2.1 第一组极点------------------------------ 123.2.2 第二组极点------------------------------ 143.3 状态观测器的仿真图 -------------------------- 163.4 原系统加了状态观测器后的仿真结果图及分析----- 173.4.1 第一组极点------------------------------ 173.4.2 第二组极点------------------------------ 184 状态观测器极点配置与PID方法的比较 --------------- 204.1 直流电机转速、电流PID控制的设计------------- 204.2 两种方法的比较 ------------------------------ 21参考文献------------------------------------------- 241 系统的物理模型、参数及设计要求1.1 系统模型本组设计的被控对象为前一课程设计——《直流拖动自动控制系统》所采用的直流电机，其物理模型如下图1—1。
图1—1双闭环控制电流调速系统的特点是电机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电机电枢的电流。
当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电机电流增大，从而使电机获得加速转矩，电机转速上升。
当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即给定电流减小，并通过电流环调节使电机电流下降，电机将因为电磁转矩减小而减速。
在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制Idm实现电机的加速，使电机的启动时间最短。
双闭环调速系统的原理框图如图1—2所示：图1—21.2 系统参数电机型号：DJ15额定参数： ， ， ， ， 。
电枢电阻：R=25.7143s ，电枢电感：L=0.7347s 。
电机飞轮惯量： 电枢回路电磁时间常数： ，系统的机电时间常数： ，电动机电势时间常数： ，转矩常数： ，电流反馈系数： ，转速反馈系数： 。
1.3 设计要求设计状态反馈控制器，使得系统的单位阶跃响应性能指标为： （1）调节时间小于2秒 （2）系统的超调量小于5% （3）稳态误差小于1%W P N 185=V U N 220=A I N 2.1=min /1500n rad =1=λ22m /10.0N GD =s T L 0328.0=s C 1147.0e =r V C m /m in 0953.1⋅=s T 08.0m =A V /615.4=β)r /(004.0pm V =α2 系统模型的建立2.1 模型抽象直流电机转矩和电枢电流的关系为：电枢旋转产生反电动势e 与旋转运动角速度ω的关系为：根据牛顿第二定律列写运动平衡方程式为：其中b 为电机摩擦系数，此处忽略不计。
根据回路电压法列写电机电枢回路方程式为：由于： ，可得： ， 其中，m 为一个旋转体上的一个质点的质量，质量m 为该质量的重量G 和重力加速度g 之比，R 和D 分别为旋转体的半径和直径，综合上两式可得：从而可以得到电机电枢回路电压平衡和电机运动平衡的一组微分方程式其中，摩擦系数 =b/9.55,此处忽略不计。
设系统的状态变量为： ，以输入电压u 为输入，转速n 为输出。
建立系统状态空间表达式为：iC T m r ⋅=i C b d dJ m t=+ωωu K Ri d d L e ti =++ωωπω55.9260==n nC K e e e =⋅=ω222⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==D g G mR J tn t d d J d d J ⋅=55.9ωtt d GD d d J n 2d 375=ω⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=++iC n K d GD u n C Ri d d L mb te t in 2d 375b K n x i x ==21,[]⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡212122211001375375-x x y u L x x GD K L C GD C L Rx x b e m带入数据进行计算化简可得：可得：A=[-34.9997 -0.1561;4107.375 0];B=[1.3611;0];C=[0 1];D=0。
2.2 所建模型的性能分析通过利用MATLAB 软件对所建模型进行分析的过程如下：A=[-34.9997 -0.1561;4107.375 0];B=[1.3611;0];C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1) num = 1.0e+003 *0 0 5.5905 den =1.0000 34.9997 641.1612 sys=ss(A,B,C,D) a =x1 x2 x1 -35 -0.1561 x2 4107 0 b = u1 x1 1.361 x2 0 c =x1 x2 y1 0 1 d =[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2121211003611.101561.0-375.41079997.34-x x y u x x x xTime (sec)A m p l i t u d eu1 y1 0Continuous-time model. tf(sys)传递函数如下所示： Transfer function: 5591 ------------------ s^2 + 35 s + 641.2（1）当给定电压是220V 时，系统的阶跃响应曲线如图2—1。
由上图可得：系统在未配置前是存在超调的，且当给定输入电压220V 时，输出的理想空载转速为1920rad/min ，此时根据实验数据求出的理想空载转速应为 ，可以看出两个数据相差不大，其中误差是由忽略摩擦以及实验测量偏差引入的。
由图中可以得出：最大值是2010rad/min,稳态值是1920rad/min,原系统的超图2—1m in /19181147.0/220/rad C U e N ==Root LocusI m a g i n a r y A x i sReal AxisI m a g i n a r y A x i s调量为σ%=4.96，调节时间Ts=0.237s(误差带是2%)。
原系统的能控性判断：rank[B,AB]= =2,所以原系统完全能控的。
原系统的能观性判断： =2,所以系统是完全能观测的。
（2）绘出系统的零极点图如图2—2所示：由所绘图形可得：原系统存在两个稳定的共轭复根。
（3）绘出系统的根轨迹曲线如图3—3所示：图2—2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-5481.559006381.473611.1rank ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡0375.410710rank rank CA C（4）求出系统的Wn和ξ（zeta）如下：[Wn zeta]=damp(sys)Wn =25.3212zeta =0.6911从而求出原系统在空载的情况下超调量和调节时间（2%的误差带）为：调节时间：Ts=0.2286s超调量：σ%=4.96%系统的稳态误差：Ess=（1920-1918）/1918*100%=0.1%从以上数据计算结果可得，系统的调节时间和稳态误差均满足设计指标，超调量虽然也满足要求，但较为接近，性能不是太好。
所以，有必要设计一个状态观测器来修正原系统，使新系统指标达到所要求的设计指标。
3 系统状态观测器的设计3.1 期望配置的极点的确定以及状态观测器的设计根据设计要求，要设计的状态反馈控制器，需使得系统的单位阶跃响应性能指标满足：（1）调节时间小于2秒；（2）系统的超调量小于5%；（3）稳态误差小于1%。
3.1.1 第一组极点配置由以上指标要求，选择调节时间（2%的误差带）Ts=1s,超调量σ%=4%，则由公式，可解得：ξ=0.7157，ωn=5.5889 运用公式：，算出期望配置的极点坐标为：-P1=-4+j3.9033, -P2=-4-j3.9033 3.1.2 第二组极点配置由以上指标要求，选择调节时间（2%的误差带）Ts=0.2s,超调量σ%=2%，则由公式：，可解得：ξ=0.7796，ωn=25.6542 运用公式：2-1-e %ξξπσ=n T ξω4s =()n P ωξξ21-1j ---=()n P ωξξ22-1j --+=n T ξω4s =2-1-e %ξξπσ=， 算出期望配置的极点坐标为：-P1=-20+j16.0667, -P2=-20-j16.06673.2 状态观测器的设计3.2.1 第一组极点（1）用MATLAB 软件计算状态观测器的方程：已经验证过系统是状态完全能观的。
