.《电子技术》课程设计报告课题：直流电机PWM调速电路班级电气1107 学号1101205712学生姓名王海彬专业电气信息类学院电子与电气工程学院指导教师电子技术课程设计指导小组淮阴工学院电子与电气工程学院2012年05月直流电机PWM调速电路一）设计任务与要求：1.设计电机驱动主回路，实现直流电机的正反向转动；2.设计PWM驱动信号发生电路；3.设计电机转速显示电路；4.设计电机转速调节电路，可以按键或电位器调节电机转速；5.安装调试。
二）系统原理及功能概述1）直流电机脉宽调速电路原理对小功率直流电机调速系统，使用单片机是极为方便的。
其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。
这种方法称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。
改变占空比的方法有3 种：（1）定宽调频法，这种方法是保持t1 不变，只改变t2 ，这样周期T（或频率）也随之改变；（2）调宽调频法，保持t1 不变，而改变t2 ，这样也使周期T（或频率）改变；（3）定频调宽法，这种方法是使周期T（或频率）不变，而同时改变t2 和t1 由，当控制频率与系统的固有频率接近于前两种方法都改变了周期（或频率）时，将会引起振荡，用的比较少，因此本系统用的是定频调宽法。
在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加。
电机断电时，速度逐渐减小。
只要按一定规律，改变通断电时间，即可实现对电机的转速控制。
设电机永远接通电源时，其最大转速为Vmax，设占空比D＝t1 /T ，则电机的平均速度为Vd，平均速度Vd 与占空比D 的函数曲线如图1－2 所示，从图可以看出，VD 与占空比 D 并不是完全线性关系（图中实线），当系统允许时，可以将其近似的看成线性关系（图中虚线），本系统采用近似法。
平均速度与占空比的关系2）比例积分控制规律系统的控制算法主要采用了PI 控制算法。
其控制算法为：其中Kp 为比例系数，Ti 为积分系数。
直流电机PWM控制系统设计一、选题背景在现代化工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于国防、石油化学、机械、冶金等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和供应量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用。
直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路很容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。
二、方案论证(设计理念)PWM为主控电路的调速系统:基于单片机类由软件PROTUES来实现PWM调速，在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压ud不变的情况下﹐电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值，其方法如下:A、定宽调频法:保持:不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变。
脉宽调制为主控电路的调速系统:基于单片机类由软件来实现调速，在调速，在调速系统中占空比是一个重要参数在电源电压ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值，其方法如下：a、定宽调频法:保持:不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变.B、调宽调频法:保持t不变，只改变;，这样使周期(或频率)也随之改变。
C、定频调宽法:保持周期T(或频率)不变，同时改变;和t。
B、调宽调频法:保持t不变，只改变；，这样使周期(或频率)也随之改变.C、定频调宽法:保持周期T(或频率)不变，同时改变；和t.)前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压5。
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。
时基电路由IC14(CC7555)、IC15 (CC40106)组成。
CC7555是CMOS定时专用器件,其定时时间能精确地由外部定时电阻、电容控制。
在该时基电路中,通过电路参数的选择,产生周期约为100 s、占空比为100∶1的脉冲从3脚输出,经IC15-2反相后成为宽度为1 s、占空比为1∶100的脉冲,此脉冲就作为A/D转换电路的采样和转换信号。
此电路的采样频率可达到约10kHz,即每秒钟采样转换10000次左右。
根据采样定理,电路可测量的信号的频率可达5kHz左右。
从IC15-2输出的脉冲同时也作为比较电路的时钟信号。
控制电路包括清零电路和量程转换电路。
测量前先将“工作/清零”开关置“清零”位置,将D型触发器IC13及第一寄存器IC5、IC6和第二寄存器IC7、IC8的全部内容清零,之后将“工作/清零”开关置回“工作”位置,即可测量工作。
量程转换开关分100A 和500A两档,测量时可根据实际情况选择。
参考文献[1]清华大学电子学教研室:数字电子技术基础简明教程.北京:高等教育出版社,1985[2]赵保经等:中国集成电路大全.CM OS集成电路.北京:国防工业出版社,1985[3]张维廉:数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,1985(收稿日期:1998-03-15)直流调速系统PWM控制器实用电路王 东 童劲松 高振东*(上海交通大学机械工程学院,上海,200030)*(青岛大学机电工程学院,青岛,266071) 在直流电机PW M调速系统中,改变脉冲信号的占空比可以控制加在电机电枢上的电压,实现对直流电机的调速控制。
PWM信号的产生方法有很多,可采用具有PWM输出口的单片机(如8098)或51系列单片机外扩一片8253通过软件编程产生,也可用专用的PWM芯片设计PWM信号发生器。
这里介绍一种用AT89C2051单片机与通用集成电路4585和4040设计的PWM控制器,它具有控制灵活、工作可靠、价格低廉等优点,其原理如图1所示。
