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直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速是指通过调节脉宽调制（PWM）信号的占空比，控制直流电动机的电压和转速。
其原理是利用数字信号的高低电平与时间的对应关系，通过高电平和低电平的时间比例来控制脉冲信号的平均值，从而实现对电动机的调压和调速。
具体来说，PWM调压调速主要包括以下几个步骤：
1.信号发生器：使用微控制器或其他信号发生器产生一个固定频率的方波信号，通常频率为几千赫兹到几十千赫兹。
这个信号称为PWM基准信号。
2.调制器：通过控制占空比，将PWM基准信号转换为调制后的PWM信号。
占空比是指高电平持续的时间与一个周期的比值。
例如，占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平持续时间相等。
调制器可以是硬件电路或者软件控制的。
3.电压调节：将调制后的PWM信号经过滤波器平滑输出，形成电压调节信号。
滤波器通常使用低通滤波器，将PWM信号的高频成分滤除，得到平均电压。
4.转速控制：通过调节占空比，改变PWM信号的高电平时间，从而改变直流电动机的平均电压。
占空比越大，输出电压就越高；占空比越小，输出电压就越低。
5.转速反馈：为了实现闭环控制，通常需要通过传感器获取直流电动机的转速，并将转速信息反馈给调速控制器。
调速控制器会根据反馈信号与设定的转速进行比较，调节占空比控制电动机的转速。
总结起来，PWM调压调速原理就是通过调节PWM信号的占空比控制直流电动机的电压和转速。
通过改变占空比，可以改变PWM信号的高电平时间，从而改变电动机的平均电压和转速。
同时，结合转速反馈，可以实现封闭环控制，使电动机的转速能够与设定值保持一致。
“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验24、SIMULINK建模我们借助SIMULINK，根据上节理论计算得到的参数，可得双闭环调速系统的动态结构图如下所示：图7 双闭环调速系统的动态结构图（1）系统动态结构的simulink建模①启动计算机，进入MATLAB系统检查计算机电源是否已经连接，插座开关是否打开，确定计算机已接通，按下计算机电压按钮，打开显示器开关，启动计算机。
打开Windows开始菜单，选择程序，选择MATAB6.5.1，选择并点击MATAB6.5.1，启动MATAB程序，如图8，点击后得到下图9：图8选择MATAB程序图9 MATAB6.5.1界面点击smulink 中的continuous,选择transfor Fc n（传递函数）就可以编辑系统的传递函数模型了，如图10。
图10 smulink界面②系统设置选择smulink界面左上角的白色图标既建立了一个新的simulink模型，系统地仿真与验证将在这个新模型中完成，可以看到在simulink目录下还有很多的子目录，里面有许多我们这个仿真实验中要用的模块，这里不再一一介绍，自介绍最重要的传递函数模块的设置，其他所需模块参数的摄制过程与之类似。
将transfor Fc n（传递函数）模块用鼠标左键拖入新模型后双击transfor Fc n（传递函数）模块得到图11，开始编辑此模块的属性。
图11参数表与模型建立参数对话栏第一和第二项就是我们需要设置的传递函数的分子与分母，如我们需要设置电流环的控制器的传递函数：0.01810.0181()0.2920.0180.062ACR s s W s s s++=⋅=，这在对话栏的第一栏写如：[0.018 1]，第二栏为：[0.062 0]。
点击OK ，参数设置完成。
如图12。
图12传递函数参数设置设置完所有模块的参数后将模块连接起来既得到图7所示的系统仿真模型。
在这里需要注意的是，当我们按照理论设计的仿真模型得到的实验波形与理想的波形有很大的出入。
基于数字信号处理器的直流电机弱磁调速系统设计直流电机的弱磁调速系统可以通过数字信号处理器（DSP）来设计和实现。
以下是一个基于DSP的直流电机弱磁调速系统的设计步骤：1. 系统建模：首先需要对直流电机进行建模，包括电机的动态特性、参数和控制需求等。
可以使用数学模型描述电机的速度、电流和转矩等特性。
2. 选择DSP：根据系统的计算需求和性能要求，选择合适的数字信号处理器。
DSP应具备足够的计算能力和处理速度，以实现对电机控制算法的高效实时计算。
3. 控制算法开发：根据电机的建模结果和控制要求，设计合适的弱磁调速控制算法。
常见的算法包括PID控制、滑模控制等。
根据算法设计控制器结构和参数，考虑到系统稳定性、响应速度和抗干扰性。
4. DSP编程：基于DSP的开发环境，使用所选的编程语言和工具进行DSP程序的开发。
将控制算法实现为DSP的程序代码，并进行编译和调试。
5. 硬件接口设计：DSP需要与电机驱动器、编码器和传感器等硬件设备进行接口连接。
设计合适的硬件接口电路，实现DSP与电机系统的数据传输和控制指令的传递。
6. 系统调试与验证：将DSP程序烧录到DSP芯片，并将硬件连接完成后，进行系统调试和验证。
通过测试和实验验证系统的运行稳定性、响应速度、精度和抗干扰能力等。
7. 系统优化与改进：根据实验结果和实际运行情况，对系统进行优化和改进。
可以调整控制算法的参数、改进硬件接口电路、优化DSP程序等，以提高系统性能和稳定性。
以上是基于DSP的直流电机弱磁调速系统的设计步骤。
通过合理的系统设计和优化，可以实现对直流电机的弱磁调速控制，满足不同应用场景的需求。
实验七数字式直流调速装置6RA70实验一、实验目的1.掌握直流全数字调速装置参数设定和系统组态方法2.掌握直流调速系统的构成和运行原理二、实验内容1.直流全数字调速装置（6RA70）的接线和参数设置2.直流调速系统的速度控制3.动态参数设定三、实验模板和仪器1.电压给定板B96072.数字量给定板B96083.接触器板B96014.直流调速装置EFA T-DCOOO4 装置板EFA T-DC0004I 主回路接口板EFA T-DC0004II 调节回路接口板5.直流电动机机组6.万用表7.专用电缆线（J1、J2、J3、YD1、YD2）四、设备额定参数1.6RA70全数字型直流调速装置电枢：输入3AC 400V 50/60HZ 13A输出DC +-420V 15A磁场：输入2AC 400V 50/60HZ 3A输出DC 325V 3A2.直流电动机电枢电压220V 电枢电流1.6A磁场电流0.11A转速2000r/m3.测速发电机转速2000r/m时10V五、实验线路图7-1 数字式直流调速装置(6RA70)实验接线图六、实验步骤1.接线按图示线路接线，QS1选用主控板上三相电源开关，QS2选用主控面板上单相电源开关。
将RW1电位器旋转至中间位，使其在通电后的输出电压为零，置SB14~SB17为断开状态。
2.参数设定合上QS1空气开关，接通三相电源，装置面板上显示运行状态07.0进到参数化状态置P051=21 恢复工厂设置P051=40 受权给使用人员的参数设置权P052=3 显示所有参数(1)输入电动机参数P100.001=1.6A电枢电流额定值P101.001=220V 电枢电压额定值P102.001=0.11A磁场电流额定值P114.001=10 S 电机热时间常数(2)调整整流器额定电流P076.001=20% 使整流器电枢额定直流与电动机相匹配,即15A×20%=3AP076.002=10% 使整流器励磁额定直流电流与电动机相匹配,即3A×10%=0.3A(3)调整实际整流器供电电压P078.001=380V 电枢回路实际供电电压P078.002=380V 磁场回路实际供电电压(4)模拟测速机反馈P083=1 测速机反馈P741=10V 最高转速时的测速机电压P200=10 反馈斜波时间常数10ms(5)磁场控制P082=2 弱磁，在达到运行状态07或更高状态时，经P257参数设定的时间延迟后，自动减至由P257设定的励磁电流P257=20% 减为原来电流的20%P258=2S 2S后自动减弱(6)电流、转矩限幅P171=100% 转矩方向I的电流限幅P172=100% 转矩方向II的电流限幅P180=100% 转矩方向I的转矩限幅P181=100% 转矩方向II的转矩限幅(7)斜坡函数发生器P303=5S 加速时间P304=5S 减速时间P305=1S 初始圆弧P306=1S 最终圆弧(8)定义点动运行方式P435.03=10 选择36号端的SB14闭合时为点动运行（开关量连接器B0010为端子6的状态）P436.03=5 定义点动运行速度为50%的额定转速(连接器KOO5连接的信号为50%)(9)模拟量（输出口）信号监视P750=190 选择模拟量输出端子14/15，显示斜坡函数发生器的输出信号P751=2 接入带符号的信号（反向）或=0 接入带符号的信号（不反向）P752=1ms 信号滤波时间为1msP753=10 输出规格化（-10V-+10V）P754=0 偏置为0(10)开关量（输出口）信号监视P770.001=0 端子46的开关量输出不反号P771=12 监视36号端子的状态（开关量信号B0012为端子36的状态）3.最优化运行合上QS2空气开关，(1)设置P051=25（电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行）按下P键，驱动装置运行状态在07.0，按下SB15，KM合闸，驱动装置状态显示1.1。
摘要由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速仍将处于重要地位。
对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动。
稳速很难达到要求原因在于数字直流调速装置中的PID调节器对被控对象及其负载参数变化自适应能力差。
模糊控制不要求被控对象的精确模型且适应性强，为了克服常规数字直流调速装置的缺点，本文将模糊控制与PID调节器结合，着手fuzzy-PID复合控制方案理论研究和硬件的实现，设计出相关控制方案的直流调速系统，该方案以AT89C51单片机为主控单元，合适的驱动电路和一些外围电路构成硬件系统；以参数模糊自整定PID为控制策略。
本文对于系统的硬件及软件设计进行了详细的设计，包括电机控制模块、检测模块、电机驱动模块的设计等，以及软件的控制思想和编程方法。
本系统的设计顺应了目前国外直流调速朝着数字化，发展的趋势，充分利用了单片机的优点，使得通用性得到了提高。
经过理论分析和设计此控制器的各项性能指标优于模糊控制器和常规PID 控制器，具有很强的鲁棒性。
关键词：模糊控制；直流调速；稳态性能；单片机AbstractAfter Frequency Conversion Technology appeared，AC speed regulation method had always impacted DC Speed Regulation，but Generally speaking，especially the status in our country，in addition to digital DC Speed Regulation emerged，it improving the precision and the reliability in DC Speed Regulation System．DC Speed Regulation was also in the important status．Speed stability、speed ratio、acceleration、deceleration are the four factors in DC Speed Regulation System，the last two factors already reached well in industry application．But the Stability index does not match the desired purpose．Stability index is that the DC motor running in the precision range on desired speed，even if the system has uncertain disturbance．It is hard to realize because of adaptiveability digital DC Speed Regulation device is not enough when in the condition of the load parameters change unpredictably．Fuzzy control does not need precision mathematic model to conquer the shortcoming in routine digital DC Speed Regulation．We can combine with the PID adjuster and fuzzy control，focusing on theory research and realization of fuzzy-PID compound control scheme，design relevant DC Speed Regulation System was designed in the dissertation．This scheme is based on the core of AT89C51 single chip，appropriate driver circuit and some peripheral circuits，Fuzzy Self-tuning PID is the control strategy,This dissertation also introduce the plan of hardware and software，including DC motor control module、driver module、examine circuit and so on in detail，if explained the method of control and the thought of software，this system got used to the trend of digital power in the international，used the single micro—computer fully，and improveed the general use of the power．Theoretical analysis and design showed that all performance indexes of Parameter Self-Adjusting Fuzzy Logic PID Controller was in advance of those of the simple fuzzy controller and the conventional PID controller．Especially，the adaptive fuzzy controller is robust．Keywords：fuzzy logic control(FLC)；DC Speed Regulation；stability performance；Single micro-computer目 录摘 要 .................................................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................................... II 目 录 ............................................................................................................................................ I II第一章 绪论 (1)1.1 序言 (1)1.2 PID 控制中存在的问题 (1)1.3 模糊控制的发展状况 (2)模糊控制的发展过程 (2)模糊控制技术要解决的问题 (3)1.4 直流调速系统的发展概况 (4)1.5 本课题的研究内容及目的 (5)第二章 直流调速系统的理论分析 (6)2.1 控制理论在调速系统中的应用分析 (6)调速系统性能指标 (6)直流调速常用的方法 (7)2.2 传统直流调速系统中调节器参数的计算 (9)设计指标及要求 (9)固有、预置参数计算 (9)电流调节器参数计算 (10)转速调节器参数 (10)2.3 数字PID 调节器的原理及应用 (12)2.4 数字PID 控制器的算法实现 (14)第三章 模糊PID 控制算法设计 (16)3.1 模糊控制的原理 (16)模糊控制的理论基础 (16)模糊控制系统的组成 (16)模糊控制在实际中的适用性 (17)3.1.4 模糊控制器的设计方法 (17)3.2直流调速系统模糊PID 控制结构设计 .......................................................................... 18 被控过程对参数P K 、I K 、D K 的自整定要求 (19)3.3模糊自整定PID 参数控器设计 (20)确定控制器的输入、输出语言变量 (20)3.3.2确定各语言变量论域，在其论域上定义模糊量 .............................................. 21 确定P K 、I K 、D K 的调节规则 .. (21)模糊推理和模糊运算 (22)第四章 调速系统硬件设计 (24)4.1硬件总体方案设计 (24)4.2 主电路设计 (24)4.3 整流电力二极管参数的确定 (25)4.4 IGBT 的选择 (26)4.5 IGBT 驱动电路的设计 (26)IGBT 驱动电路的一般要求 (26)IGBT 的专用驱动集成电路 (26)4.6 泵升电压的抑制 (28)4.7 电流反馈信号检测装置设计 (29)概述 (29)4.7.2 电流检测装置的设计 (30)4.8转速检测环节及其与单片机接口电路的设计 (30)4.9 模拟量给定电流、转速反馈量与单片机的接口设计 (32)4.10 键盘与显示接口电路 (32)第五章系统软件设计 (34)5.1主程序 (34)5.2 A/D转换设计 (35)5.3键盘与显示子程序设计 (36)5.4模糊PID控制流程设计 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (42)第一章绪论1.1 序言在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
XXXXXXXX大学本科生毕业设计姓名：XXX 学号：XXXX学院：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计专题：指导教师：XXXX 职称：XXXXXXXX年6月XXXXXXXX大学毕业设计任务书学院信息与电气工程学院专业年级电气02—3 学生姓名曹言敬任务下达日期：XXXX年2月20日毕业设计日期：XXXX 年 2 月20日至XXXX 年6月20日毕业设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1、直流电机的参数为15KW，电枢电压440V，电枢电流39.5A，励磁电压90V，励磁电流7A，转速为1510转/分。
2、制定主电路方案并进行选型设计计算。
3、用PROTEL设计全数字控制系统的电路原理图及PCB图。
4、编制控制软件。
5、基于MATLAB对桥式可逆直流脉宽调速系统进行仿真研究。
6、翻译与论文相关的电气自动化方面专业外文资料约5000字。
7、用OFFICE—WORD打印论文。
院长签字：指导教师签字：XXXXXXXX大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计答辩及综合成绩摘要直流脉宽调速系统，是采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。
基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统的实现作者系（院）专业电气工程及其自动化年级学号指导教师日期学生诚信承诺书本人郑重承诺：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签名：日期：论文使用授权说明本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
签名：导师签名：日期基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统的实现摘要：本文主要研究了直流电机的数学模型、直流电动机调速系统工作原理、电机调速系统的常规PID控制器的设计方法及其参数的常规控制原理。
通过MATLAB来仿真PID控制器的参数对控制性能的影响，来进一步研究数字PID控制器的设计方法及其在直流调速系统的的应用。
关键词：直流电机；直流电动机调速系统；PID；MATLAB；数字PID；1 引言计算机仿真技术是应用电子计算机对研究对象的数学模型进行计算和分析的方法。
对于从事控制系统研究与设计的技术人员而言，MATLAB 是目前控制系统计算机辅助设计实用有效的工具。
这不仅是因为它能解决控制论中大量存在的矩阵运算问题更因为它提供了强有力的工具箱支持。
与控制系统直接相关的工具箱有控制系统、系统辨识、信息处理、优化等。
还有一些先进和流行的控制策略工具箱，如鲁棒控制、u —分析与综合、神经网络、模糊预测控制、非线性控制设计、模糊逻辑等。
可以说目前理论界和工业界广泛应用和研究的控制算法，几乎都可以在 MATLAB中找到相应的工具箱。
同时MATLAB软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具SIMULINK，它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强等优点,成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。
