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24 v直流电机控制系统的设计一、引言直流电机广泛应用于各种工业和商业领域，并且在家庭电器中也有着重要的作用。
直流电机的控制系统是保证其正常运行和精确控制的关键。
本文将介绍一个基于24 V直流电机的控制系统设计，并详细介绍其硬件和软件设计。
二、硬件设计1.电机选择：首先需要选择适合的直流电机，考虑到24 V电源的供电情况，选择功率合适的直流电机，同时也要考虑转速和扭矩等工作要求。
2.驱动器选择：直流电机控制系统需要一个驱动器来驱动电机。
驱动器的选择要根据电机的电流要求来确定，同时要考虑其与控制器的接口兼容性。
3.控制器设计：控制器是直流电机控制系统的核心部分，用于控制电机的转速、方向和加速度等参数。
控制器可以使用单片机、FPGA或者PLC等进行设计，根据需求选择合适的控制器，并编写相应的程序。
4.电源模块设计：由于直流电机采用24 V电源供电，需要一个稳定的电源模块来为系统提供稳定可靠的电源。
可以选择开关电源或者线性电源，并根据需求设计合适的电源模块。
三、软件设计1.控制算法设计：针对所需的控制任务，设计合适的控制算法。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
根据具体情况选择合适的控制算法，并编写相应的代码。
2.编程实现：根据控制算法的设计结果，使用相应的编程语言（如C、C++或者PLC编程语言）实现控制算法。
编程要考虑系统的实时性和稳定性，确保控制算法的准确性和可靠性。
3.用户界面设计：设计一个用户友好的界面，方便用户对控制系统进行操作和监控。
可以使用人机界面和触摸屏等设备，实现控制命令的输入和监测数据的显示。
四、系统测试与调试完成硬件和软件设计后，需要进行系统的测试和调试。
首先进行硬件连接和电源接入的测试，确保电路和连接没有问题。
然后进行软件编程的测试，包括控制算法的功能、编程的准确性和系统的可靠性等方面的测试。
最后进行整个系统的综合测试，包括与电机的实际联动测试、系统的稳定性测试和实际工作情况的测试等。
无刷直流电机控制器设计无刷直流电机控制器的设计是一个复杂的工程，要考虑到多种因素。
首先，控制器需要读取电机的反馈信号，如转速、电流、温度等，以便精确控制电机运行状态。
其次，控制器需要根据用户输入的指令，控制电机的转速、加速度和转向。
此外，控制器还需要具备过载和故障保护功能，以确保电机的安全运行。
在无刷直流电机控制器的设计中，最关键的部分是电机驱动器和控制算法。
电机驱动器是将电源电压转换成适合电机驱动的电压和电流的装置。
在无刷直流电机中，驱动器通常是由电子器件如功率晶体管（MOSFET）或IGBT组成的桥式电路。
控制算法则是根据电机的反馈信号和用户输入的指令，调整驱动器的输出，以实现目标转速和转向。
在控制算法中，最常用的是电机速度闭环控制。
该算法通过比较电机的实际速度和设定速度，并调整驱动器的输出，以使二者保持一致。
此外，还可以采用位置闭环控制算法，通过比较电机实际位置和设定位置，调整驱动器的输出，使电机追踪设定位置。
这两种闭环控制算法可以单独使用，也可以结合使用，以实现更精确的控制效果。
除了速度和位置闭环控制，无刷直流电机控制器还可以具备其他功能，如加速度控制、转向控制、制动控制等。
加速度控制功能可以使电机平稳加速，避免过载和电机损坏。
转向控制功能可以改变电机的旋转方向，以适应不同的任务需求。
制动控制功能可以在电机停止旋转时施加制动力，以便实现快速制动和精确停止。
在无刷直流电机控制器设计中，还需要考虑过载和故障保护功能。
过载保护功能可以监测电机的电流和温度，当超过设定的阈值时，控制器会减小驱动器的输出，避免电机的过载。
故障保护功能可以检测电机和驱动器是否正常工作，当发生故障时，控制器会停止驱动器输出，以避免电机和设备损坏。
总之，无刷直流电机控制器的设计是一个复杂而关键的任务。
它需要考虑到电机的复杂性、用户需求以及过载和故障保护等因素。
只有通过合适的驱动器和控制算法，才能实现电机的精确控制和安全运行。
直流无刷电机控制器设计随着科技的不断发展，直流无刷电机作为一种环保、节能的电机类型，其应用越来越广泛。
而直流无刷电机的控制器作为实现电机运动的核心部件，其设计对于电机的性能和寿命有着至关重要的影响。
本文将探讨直流无刷电机控制器设计的相关概念和要点，旨在实现高效、长寿命的电机驱动。
直流无刷电机与控制器直流无刷电机是一种通过电子换向装置替代传统机械换向装置的电机，具有结构简单、维护方便、效率高等优点。
而控制器作为直流无刷电机的核心部分，通过调节电机绕组中的电流实现对电机运动的控制。
根据不同的应用场景和需求，控制器可以有多种不同的设计方案。
控制器设计硬件设计控制器硬件设计主要是选择合适的微控制器、功率器件、传感器等元器件，并根据实际需求设计电路板和接插件。
在硬件设计过程中，需要考虑到控制器的可靠性、稳定性和扩展性。
软件设计控制器软件设计主要涉及到电机控制策略和算法的实现。
常见的控制策略包括PID控制、PWM控制、速度闭环控制等。
软件设计需要结合实际应用场景和电机类型，选择合适的控制算法，并进行优化以实现更好的电机控制效果。
实例分析以一款应用于真空泵的直流无刷电机控制器为例，该控制器采用STM32微控制器，通过PWM控制和速度闭环控制策略实现对电机的精确控制。
在实际应用中，该控制器能够在保证电机高效运行的同时，实现对电机的过热保护和故障诊断，有效延长了电机的使用寿命。
直流无刷电机控制器设计是实现高效、长寿命电机驱动的关键。
本文介绍了直流无刷电机与控制器的基本概念，并从硬件设计和软件设计两个方面探讨了控制器设计的要点。
同时，通过实例分析，说明控制器设计需要结合实际应用场景和电机类型，选择合适的控制策略和算法，并进行优化以实现更好的电机控制效果。
针对未来发展，我们认为直流无刷电机控制器设计将朝着更加高效、智能、可靠的方向发展。
具体来说，以下几个方面值得：控制算法的研究与优化。
随着人工智能和机器学习技术的发展，可以尝试将先进的技术引入到电机控制领域，以实现更加精准、智能的电机控制。
直流电机控制电路设计1.电阻控制电路：电阻控制电路是最简单的直流电机控制电路。
通过在直流电机的电源电路中串接一个可调节的电阻，可以改变电机的供电电压，从而控制电机的转速。
这种方法简单易行，但效率低下，能耗较大。
2.利用PWM信号控制电机速度：PWM（脉宽调制）信号是一种控制电子设备的常用方法。
在直流电机控制中，可以通过改变PWM信号的脉宽来控制电机的转速。
脉宽越宽，电机供电时间越长，转速越快；脉宽越窄，电机供电时间越短，转速越慢。
通过控制PWM信号的频率，可以实现更精确的速度控制。
3.使用驱动器芯片控制电机：驱动器芯片是一种专门用于控制电机的集成电路。
它提供了多种控制电机速度和方向的功能。
通过输入控制信号，驱动器芯片可以精确地控制电机的转速和转向。
驱动器芯片通常由功率放大器、逻辑电路和电源电路组成。
4.使用微控制器控制电机：微控制器是一种具有处理能力的单片机，可以通过编程设置来控制电机的运动。
通过连接微控制器和电机驱动电路，可以实现对电机转速、方向等参数的精确控制。
微控制器不仅能实现速度控制，还可以实现与其他设备的通信和协调工作。
在直流电机控制电路设计中1.电机的功率需求和特性：根据电机的功率需求，选择适当的电源和电源电压。
同时，需要了解电机的特性，如额定电流、额定电压等参数。
2.控制方法选择：根据实际应用需求，选择合适的控制方法。
比如，需要精确的速度控制可以选择PWM控制；需要简单控制可以选择电阻控制。
3.控制电路的稳定性和可靠性：设计的电路应具有良好的稳定性和可靠性，避免由于电路设计不合理导致的电机运动异常或损坏。
4.电路的成本和尺寸：根据实际应用需求和预算，选择合适的电路设计方案。
有时需要考虑电路尺寸的限制，如嵌入式设备中需要小巧的电路。
总之，直流电机控制电路设计需要根据具体应用需求选择合适的控制方法，并考虑电机的功率需求、特性、稳定性、可靠性、成本和尺寸等因素。
通过合理的设计和调试，可以实现对直流电机运动的精确控制。
直流电机控制器设计说明书1.1 设计思想直流电机PWM控制系统主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制。
其间，还包括直流电机的直接清零、启动、暂停、连续功能。
该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由89C51单片机和一些电容、晶振组成。
设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
设计控制部分：主要由89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
设计显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。
LED数码显示部分由七段数码显示管组成。
直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
1.2 系统总体设计框图直流电机PWM调速系统以AT89C51单片机为核心，由命令输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转控制；同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LED显示模块去显示，进而读取其速度。
1.3 程序设计流程图图1-2中断服务流程图2 总体硬件电路设计2.1 芯片介绍2.1.1 89C51单片机结构特点： 8位CPU ；片振荡器和时钟电路； 32根I/O 线；外部存贮器寻址围ROM 、RAM64K ； 2个16位的定时器/计数器； 5个中断源，两个中断优先级； 全双工串行口； 布尔处理器。
图1.2 定时中断服务流程图图2-1 89C51单片机引脚分布图2.1.2 RESPACK-8排阻RESPACK-8是带公共端的8电阻排，它一般是接在51单片机的P0口，因为P0口部没有上拉电阻，不能输出高电平，所以要接上拉电阻。
图2-2 RESPACK-8引脚分布图2.1.3 驱动器L298L298是双电源大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器，线圈，直流电动机，步进电动机等电感性负载。
无刷直流电机控制器设计与实现无刷直流电机控制器是一种常见的电力控制装置，适用于各种工业生产和民用领域，有着广泛的应用前景。
本文将介绍无刷直流电机控制器的设计与实现，从电机控制原理、硬件设计、软件编程等方面全面解析，帮助读者了解和掌握无刷直流电机控制器的基本知识和技术。
一、电机控制原理无刷直流电机的控制原理是利用调整电子元器件的工作状态，改变电机相序和电压大小，控制电机的转速和方向。
具体实现需要依赖于电机控制芯片和相关的控制电路。
硬件设计方面，无刷直流电机控制器需要包括电源电路、驱动电路、反馈电路等几个方面。
电源电路是为了提供可靠的稳定电压，保证无刷电机的正常工作。
驱动电路是控制电机转速和方向的核心，主要包括电机驱动芯片、功率管、电机端口等。
反馈电路是为了实现电机转速的反馈控制，保证稳定性和精确性。
二、硬件设计无刷直流电机控制器的硬件设计，主要包括电源电路、驱动电路、反馈电路和中控电路等几个方面。
其中，电源电路是为了提供电压和电流，保证无刷电机的正常工作；驱动电路是用来控制电机的方向和速度；反馈电路则是通过反馈电路检测电机的当前转速状态，实现对电机的有效控制；中控电路则是通过处理驱动电路和反馈电路的场效应管的信号，实现对无刷直流电机的一个全面控制。
三、软件编程无刷直流电机控制器的软件编程是制作控制器的一个必要步骤。
其实现基于C 语言，主要应用于控制电路和集成电路之间的通信和控制。
在编程过程中，需要掌握相关的控制原理和编程技巧，进而实现对无刷直流电机的有效控制和操作。
四、实现结果无刷直流电机控制器的实现结果对于工业控制和民用领域有着广泛的应用前景，其中包括机械加工、医疗设备、交通工具等各个领域。
通过对无刷直流电机控制器的掌握和实现，可以实现对无刷直流电机进一步的优化和改进。
《DSP无刷直流电机控制器的设计》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，电机控制技术已成为众多领域的关键技术之一。
无刷直流电机（BLDC）以其高效、低噪音、长寿命等特点在众多应用领域中崭露头角。
为了实现精确、稳定的电机控制，本文提出了一种基于DSP（数字信号处理器）的无刷直流电机控制器设计方法。
二、系统设计概述本设计采用DSP作为核心控制器，通过软件算法实现对无刷直流电机的精确控制。
系统主要由DSP控制器、电机驱动电路、传感器电路、电源电路等部分组成。
其中，DSP控制器负责接收传感器信号，进行算法处理后输出控制信号，驱动电机进行工作。
三、DSP控制器设计DSP控制器是本设计的核心部分，其性能直接影响到电机的控制效果。
在DSP选择上，我们应考虑处理速度、功耗、成本等因素，选择适合的DSP芯片。
DSP控制器的主要功能包括：1. 接收传感器信号：通过ADC（模数转换器）将传感器信号转换为数字信号，供DSP处理。
2. 算法处理：根据传感器信号，通过软件算法计算出电机的控制参数，如PWM（脉宽调制）信号的占空比等。
3. 输出控制信号：将计算出的控制参数通过PWM模块输出为控制信号，驱动电机进行工作。
四、电机驱动电路设计电机驱动电路是连接DSP控制器和电机的桥梁，其性能直接影响到电机的运行效果。
驱动电路应具备较高的驱动能力和较低的功耗。
同时，为了保护电机和控制器，驱动电路还应具备过流、过压等保护功能。
五、传感器电路设计传感器电路用于检测电机的运行状态，为DSP控制器提供反馈信号。
常见的传感器包括电流传感器、速度传感器等。
传感器电路应具备较高的精度和较低的噪声，以保证反馈信号的准确性。
六、电源电路设计电源电路为整个系统提供稳定的电源供应。
在设计中，应考虑电源的稳定性、效率、抗干扰能力等因素。
同时，为了降低系统的功耗，应采用低功耗的电源管理策略。
七、软件设计软件设计是DSP无刷直流电机控制器的关键部分。
在软件设计中，应采用合适的算法实现电机的精确控制。
无刷直流电机控制电路硬件设计一、硬件系统整体设计无刷直流电机控制器的硬件系统主要由DSP 控制板、功率驱动板和无刷直流电机三个部分构成：控制板部分是以数字信号办理器 DSP 为核心的多个模块构成，包含稳压电路、 EEPROM储存电路、 SCI 通讯电路、 CAP 捕捉电路、 AD 变换和 PWM 驱动电路。
DSP 控制板的主要功能是接收和办理来自功率驱动板的信号，并经过功率驱动板来控制电机运转和停止；功率驱动板由*****驱动器、传感器接口和功率开关电路构成。
功率驱动板一端连着 DSP 主控制板，一端连着电机，是整个控制系统的中间环节。
功率驱动板需要接收来自 DSP 主控制板的控制指令，并依据指令控制电机的状态；同时需要及时监测电机的工作状态，并反应给主控制板。
二、 DSP 控制板的设计（一） DSP 控制核心器本设计控制器的主控芯片采纳由TI 企业设计生产的32 位高效率定点DSP 芯片 ********** 。
作为一款数字信号处器，其数字信号办理能力强，还拥有与单片机近似的丰富的外头接口，以及优秀的嵌入式开发能力，能够很好地知足很多控制系统的需求。
本设计采纳 ********-*****引脚薄型四方扁平（TQFP）封装。
（二）稳压电路设计********** 工作电压为 3.3V，因为控制板的输入电压为5V，所以需要电源忘片达成电压的变换。
考虑到 ********** 对电源敏感，本设计采纳电压精度较高的线性稳压器*****-3.3 。
*****-3.3在1A 电流下压降仅为 1.2V，精度较高，同时内部集成了过热保护和限流电路，靠谱性高。
（三）上位机通讯电路设计串行通讯口（ SCI）是采纳两根信号线的异步串行通讯接口。
SCI 模块由发送器和接收器两部分构成，二者的内部构造相像，可是相互是能够独立工作的，互不影响，都能够独自配置与工作，因此能够达成数据的单工、半双工以及全双工的发送与接收；而且该模块还能够设定通讯的波特率、起止位、校验位等标记位，操作灵巧。
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。
无刷直流电机控制系统设计随着科技的发展，越来越多的机械设备需要使用电机来驱动其运转。
而在众多电机中，无刷直流电机因为其高效、高精度、低功耗等优点而备受瞩目。
无刷直流电机的使用范围越来越广泛，从工业控制，到航模、改装等领域都可以见到无刷直流电机的身影。
本文将围绕无刷直流电机控制系统设计展开分析和探讨。
一、无刷电机的结构和工作原理无刷直流电机（Brushless DC motor）是一种将交流电转化为直流电供给电机使用的设备。
无刷电机的核心部分是转子和定子。
转子由永磁体构成，定子上则包覆着三个交替排布的电枢，能够使电流依次通过A、B、C三路，控制转子的运转。
工作原理是，当电流通过A电极的时候，将产生一个磁场，这个磁场是与转子上的永磁体相互作用的。
这样，便会使转子转动，那么电流经过B、C电极的时候，也是如此。
在三种电极依次通过电流之后，便完成了一次转子的旋转。
从工作原理上看，无刷直流电机控制主要就是控制三路电流，以便控制电机输出功率。
二、无刷电机控制模式1. 直流切换模式这种控制模式是将DC电压用硅控整流器进行整流后，施加到电机上的模式。
主要存在一个问题，就是每转过一定角度，电流就会进行交替。
这就需要对控制进行改进。
因此，直流切换模式下，最多只能适用于控制力矩较小的场合，如四轮小车、飞行器等。
2. 方波控制模式（交错控制模式）方波控制模式下，电机的控制通过利用切换模式中交替电流的配合，进行控制。
方波控制模式的特点是，控制方法简单易操作，是广泛使用的控制方式。
同时适用于各种正反转、调速等控制模式。
只不过转速误差较大，适用于中小功率的无刷电机。
3. 正弦波控制模式正弦波控制模式是通过推导正弦函数来进行控制。
这种控制方式非常适用于BEMF（反电势）功能模块。
当转子转动的时候，会产生“反电动势”（BEMF），这个反电动势正好可以反向控制电流。
所以使用正弦波控制模式的话，能够更加精确的掌控转速和力矩。
到这里，我们已经讲述了无刷电机的控制模式。
摘要电动机作为主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域。
尤其随着计算机技术和微电子技术的高速发展，电动机的控制策略也发生了深刻的变化，传统的模拟控制方法已逐渐被以微控制器为核心的数字控制方法所取代。
采用微处理器， DSP 控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅速发展。
ABSTRACTElectromotor as the most important device which can convert the electrical energy into mechanial ones , have been pplied in all fields of our country.With the rapid development of computer techinc and micro electronics technic,control strategy of the electromotor have been profoundly changed.Traditional analog control has been replaced by digital control which is based on microcontroller. With modern technic like the microprocessor ,DSP and so on,digital control system have been developed rapidly.第一章引言1.1 课题的背景及意义直流电动机以其调速性能好、起动转矩大等优点，在相当长的一段时间内，在电动机调速领域占据着很重要的位置。
随着电力电子技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势。
但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机的速度控制，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单。
而且，随着科学技术的发展和国防现代化建设的要求，军队的武器装备正朝着高、精、尖的方向发展。
在保证可靠性的前提下，要求武器的控制精度越来越高，响应速度越来越快，环境适应性越来越强，控制部分的体积越来越小，操作也越来越简单。
在许多武器装备中，直流电动机的应用极为广泛，因此直流电动机的控制系统就显得尤为重要。
随着计算机和微电子技术的不断发展与创新，信息化引领着时代的发展，而信息化的基础是数字化，对直流电动机控制系统进行数字化改造后与原有的模拟控制系统相比具有如下优点[1]：1、数字控制系统的硬件标准化程度高，制作成本低；2、数字控制系统不受器件温度漂移的影响，具有更强的抗干扰能力；3、通过软件实现控制方案，可方便引入各种先进的控制规律如自适应、非线性、智能化等；4、可用软件程序实现系统的监控保护、故障自诊断、故障自修复等多种功能，大大降低了系统的故障率，提高了系统的可靠性；5、数字控制系统的体积小，重量轻，功耗也大大降低；本设计使用的主控芯片是TMS320F28035，TMS320F28XX系列DSP是TI公司近年来推出的面向电机数字控制的32位定点数字信号处理器，其具有高速信号处理和数字控制所必须的体系结构特点，有为电机控制应用提供较多的外围设备。
另外，DSP 的高速数据处理能力，使它可以执行一些高性能的复杂控制算法，减少传感器信号采样到控制命令输出之间的延迟，改善速度控制中的动态行为。
1.2 直流电动机驱动控制器的特点直流电动机驱动控制器能够实时检测速度反馈信号和电流反馈信号，其技术特点包括：1、主控芯片采用电机专用 DSP 处理器，控制算法精确，性能优良。
各种附加功能完善，进一步扩展其他功能的能力充足。
2、综合采用各种新技术和新材料，整个电机驱动控制器体积小巧。
3、直流电动机启动平稳，对电源系统的冲激较小。
4、系统效率高，电机驱动控制器全功率输出时发热小，工作温升低。
5、系统对外干扰低，耐受干扰的能力较强。
1.3 本设计的主要工作本次毕业设计所要完成的工作如下：1、完成对控制电路以及驱动电路的设计；2、用DXP绘制相关电路的原理图；3、对器件进行封装并绘制出本次设计的PCB板；4、研究控制算法，完成软件设计；5、撰写毕业设计论文。
第二章直流电动机的结构与工作原理2.1直流电动机的结构直流电动机的平面结构图如图2.1所示。
途中A、B为电刷，1、2为换向片，N、S为主磁极，a、d为线圈及流过线圈的电流。
2.1 直流电动机的平面结构图直流电动机由定子和转子两个部分组成[6]。
一、定子定子是直流电动机的静止部分。
它包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等部件。
1、主磁极：产生主磁场，永磁电机的主磁极直接由不同极性的永久磁体组成，励磁电机的主磁极则由主磁极铁芯和主磁极绕组两部分组成；2、换向磁极：产生附加磁场，以改善换向机的换向条件，减小换向器上的火花；3、机座：一方面作为电动机的磁路，另一方面用来在其上安装主磁极、换向磁极，同时也作为电动机的外壳；4、端盖：在机座的两边各有一个端盖，端盖的中心处装有轴承，用来支持转子的转轴，端盖上还固定有电刷架；5、电刷装置：通过电刷与换向器表面之间的滑动接触，把电枢绕组中的电流引入或引出。
二、转子直流电动机的转子又称为电枢，是电动机的旋转部分。
由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部分组成。
1、电枢铁芯：由硅钢片叠压而成，其表面有许多均匀分布的槽，用来嵌放电枢绕组。
其作用是提供磁路；2、电枢绕组：由许多相同的线圈组成，按一定规律嵌放在电枢铁芯槽内，并与换向器相连。
其作用是产生感应电动势和电磁转矩；3、换向器：由许多铜制换向片组成，外形呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。
其作用是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电动机旋转；4、转轴：一般用合金钢锻压而成，其作用是用来传递转矩；5、风扇：用来降低电动机在运行中的温升。
2.2 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理如图2.1所示，图中N和S是一对在空间固定的永久磁铁，在两个磁极之间装一个可以转动的圆柱铁芯，代表电动机转子，铁芯上固定线圈abcd。
当电流经电源从电刷A→换向片1→线圈→另一换向片2→电刷B回到电源时，在线圈里电流流向为a →b →c →d 。
由左手定则可知，此线圈将受到逆时针方向的电磁转矩的作用，当该电磁转矩大于负载转矩时，转子就会逆时针方向转动。
当转子位置转过180度时，ab 边则由靠近N 侧转向了靠近S 侧，cd 边则由靠近S 侧转向了靠近N 侧。
由于换向片与电刷接触的相对位置发生了变化，所以线圈中的电流方向也发生了变化，线圈中的电流方向为d →c →b →a 。
再由左手定则可知，线圈仍受到逆时针方向的电磁转矩的作用，使转子仍保持逆时针方向转动。
电动机在旋转过程中，由于电刷和换向片的作用，直流电流交替的由线圈ab 边和cd 边流入，产生持续的逆时针方向的电磁转矩，使直流电动机连续旋转。
图2.2 直流电动机的工作原理图2.3直流电动机的控制原理直流电动机的转速n 和其他参量的关系可表示为： φe a a a C R I U n -= 式中，Ua 为电枢供电电压(V)；Ia 为点数电流（A ）；Φ为励磁磁通(Wb)；Ra 为电枢回路总电阻(Ω)；Ce 为电动势系数，apN C e 60=P 为电磁对数,a 为电枢并联支路数,N 为导体数。
由关系式可以看出，只要改变电枢电压Ua 、电枢回路总电阻Ra 、励磁磁通Φ的大小就可以改变电动机的转速。
因此，直流电动机有三种基本调速方法:改变电枢回路总电阻Ra;改变电枢供电电压Ua;改变励磁磁通Φ。
直流电动机的转速控制方法可分为两类[1][3]：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢电压控制法。
本系统中所控制的电机为直流永磁电动机，因此只能选用电枢电压控制法进行控制，电枢电压控制法是在保持励磁磁通不变的情况下，通过调整电枢电压来实现调速的。
对电机的驱动离不开半导体功率器件。
在对直流电机电枢电压的控制和驱动中，对半导体功率器件的使用上又可分为两种方式:线形放大驱动方式和开关驱动方式。
线形放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线形区，这种方式的优点是:控制原理简单、对邻近电路干扰小，但是功率器件在线形区工作时，会将大部分电能转化为热能导致效率低下，散热问题严重。
因此这种方式只用于数瓦以下的微小功率直流电机的驱动[4]。
为了获得可调的直流电压，利用电力电子器件的完全可空性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成可变大小和极性的直流电压作为电动机的电枢端电压，实现系统的平滑调速，这种调速系统成为直流脉宽调速系统。
它越来越广泛地应用在各种功率的调速系统中。
直流脉宽调速的主电路采用脉宽调制型变换器，简称PWM 变换器[5]。
脉宽调制技术，是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。
图2.2就是最简单的PWM 控制原理图。
在图 2.3 (a)中，当开关管 MOSFET 的栅极输入高电平时，开关管导通，直流伺服电机电枢绕组两端有电压 Us。
t1 时间后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电机电枢两端电压为零。
t2 时间后，栅极输入重新变为高电平，开关管重复前面的过程。
这样，对应着输入的电平高低，直流电机电枢绕组两端的电压波形如图 2.3(b)所示。
在电源电压 Us 不变的情况下，电枢两端电压的平均值 Ua 取决于占空比的大小，占空比的大小就可以改变电枢两端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是 PWM调速原理。
UI（a）原理图（b）输入输出电压波形图2.3 PWM调速控制原理和电压波形图2.4 直流电动机速度控制的要求任何一台需要速度控制的设备，其生产工艺对控制性能都有一定的要求。
例如重型铣床的进给机构需要在很宽的范围内调速，最高速可达600mm/min，而最低速只有2mm/min，最高速是最低速的30倍；高速造纸机要求抄纸速度达到1000m/min，稳速误差小于±0.01%；等等。
所有这些要求，都可以转换成速度控制系统的稳态或动态性能指标，作为设计系统时的依据。
对于调速系统的速度控制要求归纳起来主要有一下三点：a.调速：在一定的最高转速和最低转速的范围内，能够进行分档地（有级）或平滑地（无级）调速。
b.稳速：以一定的精度在所需的转速上稳定运行，在各种可能的干扰下不允许有过大的转速波动。
c.加、减速：频繁起动、制动的设备要求尽快地加、减速以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。
第三章控制电路的设计3.1 系统方案3.1.1 主控芯片的选择在嵌入式系统中，可选用的控制芯片很多，像单片机有 51系列，96 系列等，这些芯片应用广泛，价格也很便宜，并且在实际应用中，有很多例子可以参考，但缺点是速度不可能很快，需要扩展较多外围器件，增加了开发成本和研制周期；而DSP具有如下的优点：低成本，低功耗，高性能的处理能力；具有强大的外部通信接口（SCI、SPI、CAN）便于构成打的控制系统；在一个指令周期可完成一次乘法和一次加法；程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；快速的中断处理和硬件I/O支持；具有在单周期内操作的多个硬件产生器；可以并行执行多个操作；支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
