下载文档原格式
基于单片机的直流电机控制系统的设计摘要：随着现代工业自动化技术的不断发展，直流电机控制系统在现代工业生产中得到广泛应用。
为了提高直流电机的运行效率和控制精度，本文通过对单片机的控制技术的研究和应用，设计出了一种基于单片机的直流电机控制系统。
本文首先介绍了直流电机的结构和原理，然后分析了直流电机控制系统的特点和要求，接着通过对单片机控制技术的研究和应用，设计出了一种可靠、高效、稳定的直流电机控制系统。
最后，本文通过实验验证了该系统的性能和可行性。
关键词：单片机，直流电机，控制系统，效率，精度，稳定性第一章绪论1.1 研究背景随着现代工业的不断发展，直流电机控制系统在现代工业生产中得到广泛应用。
任何一种电机都需要控制系统进行控制，以达到所要求的各种工作要求。
传统的直流电机控制系统大多采用的是模拟控制系统，这种控制系统存在精度低、稳定性差等问题，以及难以满足现代工业对控制精度和控制效率的要求。
而基于单片机的直流电机控制系统可以充分利用单片机优异的计算能力和可靠性，实现更加高效、精确和稳定的控制。
1.2 研究目的和意义本文旨在通过对单片机的控制技术的研究和应用，设计出一种可靠、高效、稳定的直流电机控制系统，以提高直流电机的运行效率和控制精度，为现代工业的自动化生产提供更加完善、可靠的控制系统。
同时，对单片机控制技术的研究和应用也具有重要的理论研究价值和实际应用价值。
第二章直流电机结构和原理2.1 直流电机结构直流电机由电机本体、电枢、电枢转子、永磁体、永磁体转子、凸极和定极等组成。
其中，电枢是直流电机的主要部件之一，也是直流电机控制系统的关键部件。
2.2 直流电机原理直流电机原理是利用直流电产生的磁场与电枢磁场相互作用产生转力。
当电机通电时，电枢内电流方向发生变化，电枢磁场产生的磁场与永磁体磁场产生互作用力，使电机转子转动。
第三章直流电机控制系统的特点和要求3.1 直流电机控制系统的特点直流电机控制系统的特点是响应速度快、控制精度高、运行稳定等优点。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统的开题报告一、选题背景无人机、智能小车、智能家居等智能设备的出现给我们的生活带来了很多便利，这些设备中大多数都是由直流电机驱动，而直流电机的速度控制非常关键。
基于此，本次毕业设计选题基于51单片机实现PWM控制直流电机转速。
通过选题研究，可以学习到单片机控制电机的基本原理、PWM技术的应用、电机控制电路的搭建、硬件电路的设计等方面的知识。
二、选题意义本次设计选题的实现可以为直流电机的调速提供有效的解决方案。
同时，通过研究不同类型的电机控制方法，可以有效提高电机控制的精度和灵活性，丰富我们的电子知识储备。
三、研究内容通过研究，本次设计的具体内容包括以下几个方面：1. 了解直流电机的基本工作原理及其特性。
2. 介绍51单片机的基本原理，编写程序控制单片机输出PWM信号。
3. 建立电机控制电路，使用PWM信号控制直流电机转速。
4. 通过实验对电机的控制效果进行验证，分析控制效果与不同参数的关系，优化控制方法。
四、研究方法本次设计选题的研究方法主要包括理论分析和实验验证两个部分。
1. 理论分析：通过学习相关理论知识，了解控制电路的原理、调速器的设计方法等。
2. 实验验证：建立实验平台进行实验验证，通过实验数据分析调试电路、程序。
五、预期目标通过本次毕业设计的研究，预期达到以下目标：1. 掌握51单片机的编程基本知识。
2. 了解 PWM 技术的原理，掌握 PWM 频率、占空比的调节方法。
3. 了解直流电机的基本工作原理及其特性，建立电机控制电路进行控制。
4. 能够根据实验数据分析控制效果与不同参数的关系，优化控制方法并提高控制效果。
六、论文结构本次毕业设计选题所涉及的论文结构如下：第一章：绪论1.1 研究背景及选题意义1.2 研究目的和意义1.3 研究现状和发展趋势1.4 研究内容和方法第二章：理论分析2.1 直流电机的基本原理2.2 51单片机的基本原理2.3 PWM技术的基本原理2.4 电机控制电路设计第三章：系统设计3.1 硬件设计3.2 调速器设计3.3 程序设计第四章：系统实现与测试4.1 数据采集与实验测试4.2 实验结果分析4.3 结果优化与改进第五章：总结与展望5.1 工作总结5.2 未来研究方向参考文献。
第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
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，需要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，这是通过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。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的速度在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案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。
西安交通大学城市学院
本科毕业设计（论文）开题报告
题目基于51单片机的PWM
直流电机调速系统设计
所在系电气与信息工程系
学生姓名 XX
专业测控技术与仪器
班级测控XXX学号 XXXXX
指导老师 XXXXXX
教学服务中心制表
2014年3月
B=KP [1+2T/TI+TD /T]
C=KP KD /T
式中 KP———比例系数；
T———采样周期；
TD———微分周期；
TI———积分周期；
KI———积分系数,KI= KP T/TI；
KD———微分系数，KD=TD /T。
（4）在Proteus环境下系统的硬件电路和仿真
利用Proteus软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。
完成本课题所需的工作条件(如工具书、计算机、实验、调研等)及解决办法KEILC 和Proteus软件、计算机
4、系统流程图如下：。
毕业设计（论文）开题报告题目：直流电机控制系统专业：电子信息工程班级：０８级学生：辛国鹏指导教师：***西安理工大学高科学院２０１２年一、毕业设计（论文）课题来源、类型本课题来源为社会实践，属于科研软件\硬件。
二、选题的目的及意义选题的目的：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，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。
选题的意义：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稳定运行，在各种干扰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适应能力差。
直流电机的数学模型很容易得到，这使得经典控制理论在己知被控对象的传递函数才能进行设计的前提得到满足，大部分数字直流调速控制器就是建立在此基础上的。
然而，在实际的传动系统中，电机本身的参数和拖动负载的参数并不如模型那样一成不变，尤其对于中小型电机，在某些应用场合随工况而变化;同时，直流电机本身是一个非线性的被控对象，许多拖动负载含有弹性或间隙等非线性因素，因此，被控对象的参数变化与非线性特性，使得线性常参数PID 调节器顾此失彼，不能使系统在各种工况下都能保持设计时的性能指标，往往使得控制系统的鲁棒性差，特别是对于模型参数大范围变化且具有较强非线性环节的系统，常规PID调节器难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响。
在工程上，这种控制器就很有可能满足不了生产的需求，如:轧钢工业同轴控制系统、回转窑传动装置、轧辊磨床拖板电控系统等都需要在生产过程中保持稳定的转速要求，而生产负载参数却是随着工况变化的。
实验名称：单片机直流有刷电机系统控制实验报告实验目的：1. 了解有刷电机的工作原理和基本结构2. 掌握单片机对有刷电机进行控制的方法和技巧3. 探究单片机直流有刷电机系统的稳定性和精确控制性能实验设备：1. 单片机开发板2. 直流有刷电机3. 桥式整流器4. 电源供应器5. 逻辑分析仪6. 示波器实验过程：1. 连接单片机开发板和直流有刷电机，并通过桥式整流器和电源供应器为系统供电。
2. 编写单片机控制程序，包括PWM波输出、速度控制算法等内容。
3. 将程序下载到单片机开发板上，并通过逻辑分析仪和示波器对系统进行调试和监测。
4. 在不同工作条件下，比如负载变化、电压波动等情况下，观察系统的稳定性和控制性能。
实验结果与数据分析：1. 经过一系列实验操作，我们获得了系统在不同工况下的运行数据，包括电流、转速、PWM波形等。
2. 通过对数据的分析，我们发现系统在稳态和动态工作条件下表现出了良好的稳定性和精准性能，能够满足实际工程控制要求。
3. 我们也发现了系统在特定工况下的一些问题和不足之处，比如在低速和负载较大时的起动过程中的震动和噪音等。
结论与讨论：1. 通过本次实验，我们对单片机直流有刷电机系统的控制原理和方法有了更深入的了解，同时也掌握了一定的实际操作技能。
2. 在工程应用中，我们应该综合考虑系统的稳定性、动态性能和控制精度，进行更加系统和全面的设计和调试。
3. 我们还需要进一步研究和改进系统中存在的问题，以提高系统的整体性能和工程应用价值。
附录：实验中使用到的控制程序代码和调试数据记录表格。
在控制系统稳定性方面，我们发现在不同的负载条件下，系统的稳定性表现出了一定的差异。
在轻载条件下，系统的动态响应较快，控制精度较高；而在重载条件下，系统的动态响应速度降低，控制精度也有所下降。
这表明在实际工程应用中，需要根据具体的负载情况对于控制系统进行相应的调节和优化，以获得更好的稳定性和控制性能。
在实验过程中，我们也发现了一些值得注意的问题。
课题名称单片机控制直流电机调速系统目录第一章总体设计方案 01.1方案选取 01。
1.1方案一：PWM波调速 01.1。
2方案二：晶闸管调速 (1)第二章单元模块设计 (2)2。
1 H桥电路方案设计 (2)2.2 调速设计方案 (3)2。
3系统硬件电路设计 (4)2。
3。
1电源电路 (4)2.4 H桥驱动电路 (4)2．5基于霍尔传感器的测速模块 (5)2．6 LCD显示模块 (6)2。
7 调速设计模块 (7)2。
8测速软件设计 (9)第三章系统功能调试 (10)3.1调试软件介绍 (10)3。
2直流电机的调速功能仿真 (11)3.3电机速度的测量并显示功能仿真 (12)3。
4系统的电路原理图 (12)设计总结 (13)参考文献 (15)附录 (16)毕业设计开题报告一、课题设计（论文）目的及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3类:几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、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。
适用范围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用.我认为设计一个直流电机调速系统，不论是从学习还是实践的角度，对一名机电一体化专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习热情。
二、课题设计(论文)提纲（1）收集相关资料并仔细研读和思考。
