摘要
电机控制系统发展到现在，极为迅速而且较成熟。电动机也被广泛应用于工业中，成为工业越来越重要的一部分。电机控制系统也因其具有良好的性能，如结构简单、易操作、易控制及经济效益好等，被各高校和企业列为重点研究对象。在调速系统中，PWM双闭环直流调速系统是优越性能比较好的系统，应用也非常广泛。在电机调速系统中，有着重要的地位。
本文主要从双闭环直流调速系统的组成、调速方法、起动过程等作出分析，阐述该系统的优良性能。同时从转速、给定电压及电流等方面对电机系统的稳定性进行研究分析。其次，通过ulink
MATLAB/Sim软件的作用，针对本次系统进行科学合理的仿真，从而获得后期的效果图，以进行相对深入的细致分析。通过仿真，分析调速过程与系统稳定性之间的联系。本文是借助PWM双闭环直流调速系统来分析电机系统的稳定性。
关键词：稳定性；调速；双闭环；Simulink；直流电动机
1
abstract
The motor control system has developed rapidly and maturely up to now. Motor is also widely used in industry, becoming an increasingly important part of industry. Because of its good performance, such as simple structure, easy operation, easy control and good economic benefits, the motor control system has been listed as a key research object by universities and enterprises. In the speed control system, PWM double closed-loop DC speed control system has better superiority and wide application. In the motor speed control system, has an important position.
This paper mainly analyses the composition, speed regulation method and starting process of the double closed-loop DC speed regulation system, and expounds the excellent performance of the system. At the same time, the stability of the motor system is studied and analyzed from the aspects of speed, given voltage and current. Finally, the system is simulated with the help of MATLAB/Simulink software, and the results are obtained and analyzed. Through simulation, the relationship between speed regulation process and system stability is analyzed. In this paper, the stability of motor system is analyzed by means of PWM double closed-loop DC speed regulation system.
Key words: stability;speed regulation; double closed loop; Simulink; DC motor
1前言
1.1课题背景和意义
在当今社会，电动机已经在农业领域、交通领域以及航空领域等多样化领域当中，获得相对广泛的实际应用。的电力拖动设备(electric drives)之中。为了实现系统性的功能，如电动机的输出转矩、速度，将电动机及负载、用于电气能量形态变换(如DC-DC、DC-AC.AC-DC...)的功率变换装置以及系统控制器三部分组合在一起,就构成了电力拖动
控制系统(electric drive system)。
目前，科技与经济发展飞快，随着社会进步，生活及工业中应用需求也急剧增加。电机控制系统从开初的默默无闻到今天的蓬勃发展，已经渗透到多个应用领域。电机直流调速系统也因其具有良好的性能，如结构简单、易操作、易控制及经济效益好等，成为了世界工业发展的经济增长点。况且随着人类运动范围的扩大以及附近环境的逐渐复杂已经难以满足人们的现实当中的需求，这时机器便很好替代人类活动。而电机控制系统的优良性能可以满足我们在不同场合下对机器的应用。这使得电机在我们生活应用的越来越广泛，发展速度越来越快。
在电机调速领域，直流调速系统因其起动过程快、抗干扰能力强、可靠性高及精度高等优点，得到了广泛的应用。也正因如此，直流电力驱动系统已基本得到了相当广的应用。在当前时期，转速电流双闭环直流调速系统，由于表现出极为优异的性能，故而尤其适用于工业、交通、家电、航空航天等调速领域的应用。如今，尽管电机控制系统的应用已相当普及且成熟，但科技的发展，要求也越来越高，不仅要满足基本功能，也要有较高的性能。同时科技的高速发展，事物的千变万化。因此,电机领域也正面临许多新的技术挑战，研究其稳定性也就更具意义。
1.2国内外研究现状
电机发展至今有很长远的历史，从最初的简单设计，只有单一的功能到现在的数字化设计和多样化的功能，实现了电机行业的迅猛发展。利用目前开发的新能源从材料的获取、技术的研发等进行了全面的运用，改进了工业的传统模式和方法，直流电机发展多样化，广泛使用在矿山、船舶制造和纺织企业等等。在整个发展历程中，在40-50年代的发展历程中，大部分直流电动机所应用的电源，一般表现为M-G电动发电机组。现如今，由于时代正在不断蓬勃发展，故而水银整流器应运而生，改变一个新的发展模式，直接将电机组替代，随后又进入发展的一个阶段，接着基于可控硅整流装置的节能环保又重新将水银整流器装置打回原形，整个市场被垄断。但是直流电机的发展是十分迅猛的，当今时代的技术水平，又将直流电源供电方式实现单机功率、转速提高的发展进程作为首要任务，不断
提升电机的性能和高转速，实现工业生产的效率，降低生产成本。尤其是在大小上面，电机由原来的大型设备生产逐渐向小型轻便设备过渡。
随着技术进度，微处理器开始被研发和运用，数字化的控制系统逐渐取代以往的传统模式，特别是在80年代，LLY是由晶闸管整流器实现的。控制系统的功能是十分重要的，它是系统工作核心部分，因此对于这块的研发是需要耗费很大精力的，同时也非常具有意义。
根据数据表明，国外主要的电气公司系统基本上是数字化控制的，有并且设计的产品是实用而且规范标准的。直流电机的用途不断增加，不仅仅只是简单地控制功能，还提供一些额外的功能操作。
1.3研究内容和目的
本文选用双闭环PWM调速系统做为分析对象，从系统的组成、调速方法、起动过程等作出分析，同时结合MATLAB/Simulink仿真软件对转速环以及相应的双闭环调速系统等，进行科学合理的仿真，从而获得后期的效果图，以进行相对深入的细致分析。经由此次仿真，我深入掌握双闭环调速系统内部的基本结构，并对其稳定性的了解，同时可以更好地应用双闭环直流调速系统。结合理论知识和仿真，不但使我们对该系统的性能加深理解，也可以让我们发现双闭环调速系统的不足之处。通过研究电机系统调速的原理，提高其系统的稳定性，使之有更高的性能性服务于日常生活、经济发展及生产活动中。
本文旨在基于双闭环直流调速系统，进行更深层次的细致研究。其次，借助于MATLAB/Sim仿真软件的作用，针对该系统所表现出的稳定性，进行相对深入的细ulink
致分析。
对于本篇论文而言，其基本内容详细如下：
第一章：该章节旨在针对本文的基本背景及其实际意义，进行相对深入的细致阐述；其次，基于相关参考文献，针对全球电机系统在当前时期的实际现状，进行更深层次的细致阐述。最后，本章节旨在分配本文的基本研究内容。
第二章：该章节旨在针对电力系统所含有的稳定性，进行综合定义，并且针对电机系统在实际运行过程中，所表现出的稳定性问题，进行更深层次的细致分析。
第三章直流电机调速系统分析：简单描述直流电机的调速方法和系统组成，并对系统进行动稳态进行分析；
第四章该章节旨在直流双闭环调速系统内部的基本结构等，进行相对深入的细致阐述，与此同时，针对桥式电路进行分析；
第五章 Simulink仿真分析：对电流环、转速环和直流调速系统进行仿真分析；
第六章归纳总结，并对未来进行展望。
2稳定性定义
2.1电力系统稳定性定义
电力系统稳定性，其基本含义为：某特定的电力系统，当处于正常运行的情况下，若受到来源于外部环境的影响，可以恢复至本来的运行状态的时间和速度。这说明它具有能力经受住干扰。稳定性总是与干扰相关的，假设系统无法恢复至本来的运行状态，亦或为即刻构建出全新的稳定状态，那么在此情况下，系统所表现出的状态变量，将不会存在稳态值，这意味着，该系统并不具备相对良好的稳定性能。
2.2电机系统稳定运行的问题
人们常言的电力拖动系统，其系统稳定运行，有两层的含义。其一是电力系统运转能够已一个恒定的速度一直运行；其二是当外界条件发生一定的变化，电力系统并不受很大的干扰，即使系统转速发生微少的变化时，一旦外界干扰消失后，系统可以自动恢复到本来的运行速度，并且继续稳定运行下去。
要分析电力拖动系统的稳定性，需要基于图2.1所示的整个系统的数学模型进行。本设计仅对系统中控制设备中调速的一部分进行分析。
式2-1,为简化运动的方程，式中，称（Te-T L ）为动转矩。当Te-T L =0时，即动转矩等于零，
转速恒定，这时系统处于稳态；当Te-T L >0时，即动转矩大于零,转速增加，系统处于加速
过渡期；当Te-T L <0时,,转速下降，系统处于减速过渡期。由式(2-1)可知,电磁转矩和负
载转矩的具体形式决定该方程的稳定性。由式可知,电磁转矩和负载转矩的具体形式决定该方程的稳定性。
dt d T e Ω=-J
T L （式2.1）
3直流电机调速系统稳定的分析
3.1直流电机调速方法
3.1.1转速方程
基于直流电机转速方程：
Φ-=εK IR
U n （式3.1）3.1中：n —转速（r/min ）；
U —电枢电压（V ）；
I —电枢电流（A ）；
R —电枢回路总电阻（?）；
Φ—励磁磁通（Wb ）；
K ε—电动势常数。
综上所述，若想跟踪调节电机的实际速度，应当遵循下述两类基本方式：
（1）调整以上参数 U ；
（2）调整以上参数 R ；
（3）调整以上参数Φ。
3.1.2三种调速方法
⑴降压调速
如果在Φ=ΦN ，R=Ra 不间断运动的情况下，若切实减少电压U N ，则必将减少转速n ，
此外还会直接影响理想空载转速n 0。总而言之，如果转速n 持续递减，则其所涉及的机械
特性曲线，将会保持平行下移的基本状态。
⑵调阻调速
如果在Φ=ΦN ，U=U N 不间断运动的情况下，若切实降低电阻Ra ，则必将减少转速n ，
但这并不会直接影响理想空载转速n 0。总而言之，如果转速n 持续递减，即表现出机械特
性曲变软。
⑶调磁调速
当U=U N ，R=Ra 保持一动的状态下，减少励磁ΦN ，使得转速n 增大，理想空载转速n 0受转速n 的影响增大。整体表现为转速n 上升，即表现出机械特性曲变软。
图3.1 三种调速特性曲线
3.1.3 三种调速方法的性能与比较
降压调速：通过调节电压来控制速度，但是电路中应当存在可调用的某特定直流电源。一旦电压数值持续减少，则系统所表现出的转速也将逐步减少。除此之外，还能进行无级调速，虽然其所涉及的范围并不广泛；调阻调速：当电阻增大时，系统因机械特性变软而转速变得不稳定。降压调速当负载大时，系统调速范围广，当在轻载时，则调速范围小；调磁调速：通过改变励磁电流或磁通来对电机进行调速，减弱磁通可以使电机系统调速工程平滑，但调速范围不大，通常需要借助电压来实现调速。综上，直流电机调速系统主要是应用调压调速这种方式来实现调速。
3.2调速性能指标及要求
每一个系统或者一台设备，在投入使用的时候，我们都要求它们满足预期的性能标准，电机调速系统也同样。一个高性能的系统需要使其输出量跟随输入指令的变化，但是对负载扰动尽量不要响应。前者是系统的跟随性能，后者是抗扰性能。对于电机调速系统，其一般在调速及其加减速等相关方面，提出相对严苛的实际要求。值得一提的是，当处于系统支持的区间当中，将能保持调滑调速。稳速即为做到系统以均速运行时，受到外界一定的干扰时，系统不会有过大的波动，当干扰扰消失后，系统可以自动恢复到本来的运行速度，并且继续稳定运行下去。加速和减速则要求过渡时间短，在短周期达到加减速的要求。这样提到效率，节省时间，同时减少意外的发生。
对于直流调速系统的性能要求，一般可分为稳态指标和动态指标。稳态指标旨在作用于运行过程，而动态指标旨在作用于过渡过程。
3.2.1调速系统稳态指标
⑴调速范围
调速范围生D的计算公式如下：TeN
Te
n
n
=
=
min
max
D
（式3.2）
⑵静差率
静差率S旨在代表调速系统所含有的稳定性，计算公式如下：
即：
（式3.3）或用百分数表示：
（式3.4）
图3.2 不同转速下的静差率
图3.2是两个不同理想空载调速系统部的静差率。a与b是相互平行的直线，这说明a与b的特性是平行的，两者的硬度也是一样。基于上述图表将能得知，如果处于理想空载转速相对较低的情况下，静差率将会尤为显著，所表现出的误差也将极为明显。
⑶调速范围、静差率和额定速降之间的关系
在直流电动机调压调速系统中,n
max
即为电动机的额定转速n
N
,若额定负载时的转速降
落为△n
N
,则系统的静差率是（式3-3）的静差率。而额定负载时的最低转速为：
（式3.5）于是，最低转速为：
（式3.6）而调速范围为：
(式3.7)
将上面的式代入n
min
，得：
（式3.8）由此得知，如果系统所表现出的特性硬度值时刻恒定，则一旦调速范围D相对较小，那么相应的静差率S也将越高。
）
（1
N<
<
?
=S
n
n
s
%
100
N?
?
=
n
n
s
N
min
N
min
N
n
n
n
n
n
s
?
+
?
=
?
=
3.2.2调速系统动态指标
在不同的场合使用，我们对电机调速的系统性能要求也不同，有的系统要求抗扰性能比较高，有的要求跟随性能和抗扰性能都比较高。也就是说对于不同的系统，我们要选择不同的动态指标，这样才能提高系统的稳定性。
跟随性能输出的响应是跟着给定信号变化的。当控制系统以稳态运行时，受到外界干扰，输出量就会发生改变。输出量的变化多少及系统恢复原有稳定时间长久，都可以表现出系统抵抗扰动的能力。
3.4双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性
图3.3 双闭环直流系统的稳态结构图
在本篇论文中，双闭环直流系统所涉及的稳态基本结构示意图，详见图3.3。在此过程中，深入了解PI调节器所涉及的稳态特性至关重要。通常情况下，其出现于饱和产量已经满足极限值，然而在此期间，非饱和输出却并未满足极限值等情况。
从本质上而言，电流调节器当处于实际运行状态下，一般不可能满足饱和状态。故而实则调速器表现出的良好静态特性，通常存在饱和情况以及相应的不饱和情况。
⑴转速调节器不饱和
通常情况下，当处于稳定情况当中，调速器以及相应的电流调节器，通常均表现为非饱和状态。根据调整器的不同，调节器的输入偏置电压为零。因此系统具有绝对刚性的静态特性（无静态误差）。得到图3.4的CA段静特性曲线。同时，转速调节器不饱和，U*i ＜U*im, 所以Id＜Idm ，这表明，静特性曲线的水平CA段特性从理想空载状态的（Id=0）,一直延续到电流最大值，而Idm一般都是大于额定电流的。这时的静特性为图3-8的C~A 段,呈现为水平的特性。
⑵转速调节器饱和
如果处于电机负载电流持续提高的情况下，调速器所表现出的输出U*i，也将持续攀
升。当Id上升到一定值（Idm）时，调速器的输出达到极限值，速度环失去了调节功能，处于开环状态。速度的变化对系统没有影响。此时，只有当前循环可以发挥作用。将双闭环调速系统由速度零静态误差系统转化为无电流静态误差的单闭环恒流调节系统。稳态时，系统的电枢电流最大值是由电动机的允许过载能力以及系统允许的最大加速度来决定的。这时的静特性为图3.4的A~B段,呈现出很陡的下垂特性。
图3.4 双闭环直流调速系统的静特性曲线
3.5双闭环直流调速系统的数学模型
3.5.1双闭环直流调速系统的动态数学模型
图3.5为双闭环调速的动态结构图，WASR (S)表示转速调节器，WACR (S)表示电流调节器的传递函数。
图3.5 双闭环直流调速系统的动态结构图
3.5.2起动过程分析
的双闭环调速系统的起动过程。需要注在下述内容当中，旨在论述突加给定电压为U*
n
意的是，自静态状态起，某特定系统当中全部物理量所表现出的转换过程，详见图3-10。因为调速器ASR自启动时，已经推进不饱和阶段以及退饱阶段等三大阶段。故而该系统的起动过程，将细分成如下阶段。
图3.4 双闭环直流调速系统的转速阶跃响应和电流过渡过程
首先，即为第Ⅰ阶段，即图3.4中的0~t1段，也就是电流上升阶段。在系统突加给定电压后，在电流调节器ACR和转速调节器ASR的控制器作用下，输出量、电枢电流Id、输出Udo等上升。当电枢电流Id上升到一定值时，系统电机开始启动。同时在电动机惯性的作用下，使得转速n和反馈信号增长速度比较慢，进而使ASR的输入偏差△Un的数值维持在较大的状态，使得调节器输出以较短的时间达到限幅值。即使转速反馈信号在启动的过程中不断地增大，但是只要没超过给定值的时输入候，转速调速器△Un的极性就维持不变，速度环这时相当是开环的状态。
在第Ⅱ阶段，即图3.4中的t1~t2段，即本文当中所谓的恒流升速阶段。对于该阶段而言，其中的电流将径直攀升至极大值Idm，从而使得转速n满足给定值。值得一提的是，电枢电流Id由于受到来源于电流调节器的影响，一般保持恒定数值，电流Id是否超调，是由电流闭环的参数以及结构决定的。电流环的调节作用若要不中停，那要保证电流闭环不能够初处于饱和的状态。
在第Ⅲ阶段，即图3.4中的t2~t4段，也就是转速调节阶段。当电动机的转速上升到达给定时，瞬间ASR的输入△Un为0,然而，由于受到来源于积分的影响，其在输出过程中依然维持恒定的限幅值。值得一提的是，在转速调节阶段，转速调节器和电流调节器都没有达到饱和，她们同时起调节的作用。
从上面的启动过程分析可以看出，需要注意的是，本系统在启动某特定的转速调节器时，通常表现为饱和的实际状态，可以基本实现理想的快速启动过程。只有系统的速度响应超调，调速器才能退出饱和状态，使得转速调节器在系统稳定中起调节作用。
结合以上分析，可以得出双闭环调速系统在突加速度的起动过程有以下的特点：
⑴饱和非线形控制：调速环处于怎样的运行状态是依据ASR的饱和与否而定。总体而言，当转速调节器暂时处于饱和状态的情况下，转速环一般表现为开环状态。在此过程中，系统仅仅可以电流调节，起到单闭环的作用；值得一提的是，如果转速调节器并未处于饱和的状态下，则在此情况下，转速环将暂时处于闭环状态。
⑵准时间最优控制：实际上，对于该系统的启动过程而言，尤为关键的即为恒流升速阶段。在该阶段中，电流时刻保持自身的极大值，使得系统可以快速起动。这样，系统在受最大
电流的约束，以此来达到最优控制的成效。
⑶转速超调：若系统已经过渡至转速调节阶段，则仅仅存在转速调节器ASR处于退饱和状态。在此情况下，需要进行一定的线性调节，并使得输入偏差电压发生极性改，这时转速超调。
4PWM直流双闭环调速系统构成分析
4.1直流双闭环调速系统的组成
转速、电流双闭环直流调速系统，所涉及的基本结构示意图，详见图4-1。在本系统当中，为同时使得速度以及电流均达到良好的负反馈状态，故而依次设定ASR调节器以及相应的ACR调节器，两者结合即可实现相应的调节。如果基于闭环结构方面进行观察，则电流调节环一般表现为内环；与此同时，速度调节环通常表现为外环。如图4.1所示：
图4.1转速、电流双闭环直流调速系统结构
为有效提高该系统所含有的优良性能。上述两类调节器，均决定选择PI调节器。当积极构建出科学完善的系统结构图后，可借助于Simulink的作用，进行科学合理的仿真，从而针对该系统所含有的稳定性，进行相对深入的细致分析。
4.2双闭环直流调速系统的选择
对于直流调速系统而言，通常情况下，其一般选择双闭环调速系统，这是由于，此类系统一般表现出极为优异的稳定性。众所周知，基于单闭环系统当中，一般均借助于电流截止负反馈的作用，来针对当前时期的电流进行实时调节。然而，在此情况下，若在电流值已经远超临界值的情况下，电流冲击将无法精准把控系统所表现出的动态波型，详见图
3-4，即为单闭环调速系统在此方面而形成的波形图。我们可以看出，电流由较大的值下降时，电机转矩也减小。导致增加加速时间增加，把整个过程拖长。
图4.2 单闭环调速系统起动过程波形图4.3双闭环调速系统起动过的波形
工程领域一般沿用详见图4.3的启动波形。该过程即将电流保持在系统允许的最大值，系统以允许的最大加速度启动，加速过程短。当系统进入一定的稳态运行后，电流马上下降，使得转矩快速与负载达到相平衡，使得整个系统转入稳态运行。如图4.3，启动电流呈现为方波形，转速表现为线性增长。这种调速系统启动过程时间是最短的。
但是在实际应用中，电流是不可以然突跳开的，这是因为主电路电感存在的作用。但我们希望调速系统启动过程的时间最短，这就要存在一段电流为最大值的过程，这是实现系统最快调速的关键。根据反馈控制规律，一个负反馈的物理量维持在一定，电流负反馈当存在于系统正在稳态转速的过程中，那么就可以实现快速启动。这事，我们需要选择双闭环调速系统。但是两类负反馈实则在此系统中，表现为极富差异性的阶段作用。故而将呈现出快速启动等优点。
4.3PWM脉宽调速原理及选择
4.3.1脉宽调速原理
脉宽调速原理。其基本含义为；将波形转化为脉冲，以此来实现直观调速。控制方式是以对电路的开关器件的接通或断开达到控制的。H电路可以切实保障系统秉持良好速度以及正确的方向。其实则为现今尤为典型的PWM调速技术之一，能够有效提高电机在实际运行过程中的良好稳定性。使用PWM来制作脉冲更方便。对于直流电机，软件延时引起的定时误差在允许范围内。
图4.4 H桥式PWM脉宽调速电路
4.3.2选择PWM调速系统的理由
PWM调速系统含有下述优势：
（1）调速的范围广，低速运行时性能好，稳速运行时进度高；
（2）结构简单，系统主要的电路线路比较少，运行需要的电子器件也不多；
（3）系统谐波少，电机及主要功率器损耗低，效率高；
（4）系统动态响应快，对外界抗扰能力强，具有较高的稳定性；
（5）通用性强，应用灵活，应用广泛，收到大家的喜爱。
4.4H桥的驱动电路
H桥式电动机驱动电路的形状和H非常相似，这也是它名字的由来，它是由一个电机及四个三级管组成的。当电路中的须对对角线上的一对三极管通电，电动机才可以成功运作。电机的运转反向是由三极管不同导通通电的情况决定的。
图4.5 H桥的驱动电路
5直流PWM-M双闭环调速系统的仿真分析
5.1Simulink的介绍
MATLAB软件最初诞生于美国新墨西哥大学，然后经许多出色的工程师不断改善。到现在，MATLAB已经是一个功能强大、高效率且应用十分广泛的操作平台。Simulink是作为MATLAB实现仿真的一个软件包，它借助MATLAB强大的计算能力，具有强大的仿真功能，给我们对各种模型和系统的仿真带来了十分的方便。Simulink仿真的基本流程如图5.1所示：
图5.1 Simulink仿真的基本步骤
5.2直流PWM双闭环调速系统的仿真
5.2.1构建直流PWM双闭环调速系统模型步骤
针对直流PWM双闭环调速系统，所进行的科学合理的仿真，应当遵循下述步骤：
图5.2系统仿真基本步骤
5.2.2构建直流PWM双闭环调速系统仿真模型
⑴基于直流PWM-M可逆调速系统，所实现的精准仿真详细如下：
图5.3 双闭环调速系统的结构图
⑵借助于MATLAB/Simulink的作用，将可积极构建出相应的仿真模型，如下图5.4所示：
图5.4 直流PWM-M双闭环可逆调速系统的仿真模型
本系统基于H桥式电路，选择应用电流环、转速环双闭环调速系统。其和普通系统的关键区别是电机可以可以实现正传与反转，可实行逆调速。本系统主要由H桥式逆变器模块、电机模块、电压模块、电流环模块、转速环模块及PWM发生器模块等组成。
⑶模块参数的选择
①电机模块：
图5.5 电机模块及其参数图
电机输入电压DC110V、2.9A，转速2400r/min，电枢电阻Ra=3.4Ω，电枢电感=60.4mh，转动惯量J=0.014mg.m2。当转速为负时，参考转矩为负。反之当转速为正时，参考转矩为正。
②电流环模块：
图5.6 电流环及其参数
③转速环模块
图5.7 电流环及其参数
④PWM发生器模块
由于开关管当中，通常存在导通时间以及相应的关断时间，故而为切实规避2个桥臂在同一时间进行上述操作，应当设有一定的“死区”限制，详细解决方法如下：将PWM发生器输入控制信号，持续添至0.001，造成输出信号降低，以此来规避上述现象。
图5.8 PWM发生器及其参数
5.3直流PWM双闭环调速系统仿真结果分析
5.3.1输出转速曲线
（1）正转仿真波形
图5.9 正转转速波形
0~1S开始阶段空载起步，启动结束后，1S后速度达到2400r/min，然后系统保持稳定状态。
（2）反转仿真波形
图5.10 反转转速波形
0~1S开始阶段空载起步，启动结束后，1S后速度达到2400r/min，然后系统保持稳定状态。
（3）正反转仿真波形
图5.11 反转转速波形
0~1S开始阶段空载起步，启动结束后，1S后速度达到2400r/min，然后系统保持稳定状态。在1.5s时参考电压突变，由正10V变为-10V，电机首先开始减速，然后改为反向运行，并且加速至-2400 r/min。说明了电压电流环具有较强的抗扰动和跟踪能力。
5.3.2 电枢电流输出曲线（正反转）
图5.12 正反转电枢电流输出曲线
0~1S开始阶段空载起步，启动结束后，1S后速度达到2400r/min，然后系统保持稳定状态。在稳定运行之前电流较大，执行加速过程。速度达到2400r/min后，转速保持稳定状态，电流下降，维持在2A上下浮动。在1.5s时参考电压突变，电机首先开始负转矩减
四相步进电机控制系 统设计
课题：四相五线单4拍步进制电动机的正反转控制专业：机械电子工程 班级：2班 学号： 20110259 姓名：周后银 指导教师：李立成 设计日期： 2014.6.9~2014.6.20 成绩：
1概述 本实验旨在通过控制STC89C52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转10s、反转10s，连续运行1分钟，并用1602液晶显示屏显示出来。 具体工作过程是：给系统上电后，按下启动开关，步进电机按照预先 实验具体用到的仪器：STC89C52芯片、开关单元、四项步进电机、等硬件设 备。 实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路、1602液晶显示屏显示电路。 2四相步进电机 2.1步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 2.2步进电机的控制 1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。 2.控制步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进 电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就 转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 2.3步进电机的驱动模块 ABCD四相工作指示灯指示四相五线步进电机的工作状态 2.4步进电机的工作过程 开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，
解析DSP在电机控制系统中的应用 发表时间：2018-09-10T16:59:49.327Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：卢曙兵1 陈洁平2 [导读] 摘要：电机控制系统广泛地应用于机械、冶金、军工等行业，近年来，随着微电子技术的发展，微机和数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性大幅度提高，控制系统逐渐发展为以单片机为核心的全数字化控制系统。 1.身份证号码：4210231984060XXXX 510760； 2.身份证号码44023319870614XXXX 510760 摘要：电机控制系统广泛地应用于机械、冶金、军工等行业，近年来，随着微电子技术的发展，微机和数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性大幅度提高，控制系统逐渐发展为以单片机为核心的全数字化控制系统。数字信号处理器（DSP）芯片的交流电机控制系统比较复杂，存储数据量大，实时处理能力强。因而在电机控制系统中得到了较为广泛的应用。 关键词：DSP；电机控制系统；应用 1.DSP的工作原理及特点 DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片，其有着强大的数据处理能力和高运行速度。 2.电机DSP控制系统的优越性 2.1 DSP采用哈佛结构或者是改进的哈佛结构，使数据和程序相互独立的总线结构提高了计算能力。因此可以实现比较复杂的控制规律，如智能控制、优化控制等，将现代算法和控制理论的应用得以体现。 2.2简化了电机控制器的硬件设计难度，降低了整体的重量，缩小了体积，降低了能耗。 2.3 DSP芯片内部设计，在一定程度上为元器件的可靠性和稳定性提供了保证，从而会使整个系统的可靠性得到提高。 2.4通过DSP控制系统，使得软件的灵活性和硬件的统一性得到了有机的结合，DSP电机控制电路可以统一，如DSP控制三相逆变器驱动相应的感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机或用改进后的逆变器驱动直流电机等，它们的硬件电路的结构大致相同，我们只需要针对不同的电机，编写和设计出不同的控制规律即可，进而使得系统的灵活性大大提高。 3.基于DSP的电机控制方式 3.1单DSP系统 目前利用DSP来实现复杂控制算法的应用很多。如无速度传感器的矢量控制、直接转矩控制等。它采用基于DSP的矢量控制方法来控制交流异步电机。其原理是利用坐标变换将电机的三相坐标等效为两相系统，经过按转子磁场定向的旋转变换实现对定子电流励磁分量与转矩分量之间的解藕，达到分别控制交流电机磁链和电流的目的。系统充分利用了DSP的高速运算能力和丰富的外设资源，实验结果表明系统精度高，动态响应快。 3.2双DSP系统 双PWM控制系统分别对整流和逆变器采用PWM控制，但电机采用的是恒压频比控制，可进一步改进。其一用于控制整流逆变器，另一个采用直接转矩的方法控制电机将有更快的响应速度，更高的精度。二者之间可以SCI通讯端口连接。这样减小了谐波污染，提高了变频器的控制性能。 1.3 DSP与PC组合系统 双DSP控制的双PWM控制系统是以光盘机高速数字伺服控制应用为目标的通用系统。DSP作为系统的快速处理的执行者，以尽量快的速度完成算法的实现。它由PC、高性能DSP、64K字的程序存储器和64K字的数据存储器组成。采用共享存储器的方式构成PC-DSP多处理器系统。系统不仅提供了一个完整的硬件环境，以实时运行一个真正的数字控制，而且实现各种先进的控制规律，如在设计控制器由于系统的高速数字控制能力，通过S域的变换，模拟控制器也能在其上应用、重构和评价。 4.DSP在电机控制系统中的具体应用 4.1基于DSP的电机控制系统串行通信设计 在电机控制系统中。通过上位机客户端设置电机的运行参数，并且被控电机将各种运行状态信息实时地传给远程控制端客户。采用串行通信设计的电机控制系统连线少，成本低，简单可靠，得到广泛应用。韩芝侠等分析数字信号处理芯片TMS320LF2407A DSP串行外设接口SPI和串行通信接口SCI模块。他们通过SCI串行通讯接口连接DSP控制器与PC机，控制人员使用数码显示驱动电路确定电机的转速、温度等信息，利用SPI同步串行口来实现了DSP与外围设备的通信。该电机控制系统，系统软件及通讯协议设计通过初始化设置所需操作参数，设置发送和接收波特率及中断方式等。 4.2基于DSP的多电机控制系统 在生产和制造过程中经常会遇到多电机控制问题，采用“一对一”方式的DSP控制器、逆变器和电机的方式增加了系统成本和复杂性，降低了系统的稳定性和可靠性。贺洪江等针对这一问题，提出一种基于DSP的多电机控制系统的设计，通过SVPWM方法实现对2台电机的变频调速控制，使用1片DSP芯片实现了对2台异步电机的控制，并给出了系统主要硬件电路和软件的实现方法。该系统以DSP芯片为核心，通过外部电路协调控制2台电机。电压、电流及电机转速信号经DSP通过调速控制算法转变为控制信号，传送至逆变器控制电机转速，实现了对两台电机的启动/停止、转向和调速等控制，也能实现过流保护、过压保护、欠压保护等功能。此外，该设计方案的控制系统降低了硬件成本，显著提高了系统的可靠性，具有良好的使用价值与应用前景。 4.3基于DSP的平面电机控制系统设计 平面电机由一个齿状结构的定子和一个带位置传感器的动子组成，具有结构简单、速度高、稳定性强、控制精度高等特点，还有偏航控制、自动校正、误差补偿、停滞检测等独特功能。李晓飞等设计了基于DSP的平面电机控制系统。其控制系统由平面电机、控制器模块、位置反馈模块、电源模块、驱动模块以及人机交互界面组成，采用高集成度的运动卡实现平面电机三自由度同步控制，完成采集电流信号、AD校正参考电压、位置信号、输出PMW信号、数字滤波、位置伺候控制等。该系统的控制软件由DSP实现，具备远点归位、主轴控制、状态管理、状态采集等功能。平面电机易以Y轴点对点方式运动进行精度测试，系统运行稳定，达到系统各项指标。该设计系统采用一
目录 课程设计任务书 (1) 1 课题介绍 (2) 1.1 题目 (2) 1.2 背景介绍 (2) 2 总体方案设计 (4) 2.1 设计目的 (4) 2.2 控制要求 (4) 2.3 设计要求 (4) 3 硬件设计 (4) 3.1 硬件方案框图 (4) 3.2 硬件选型 (5) 3.3 主电路原理图的设计 (6) 3.4 控制电路原理图的设计 (6) 4 软件设计及调试 (8) 4.1 控制系统的I/O点及地址分配 (8) 4.2系统工作流程框图 (8) 4.3 系统调试 (10) 5 总结 (12) 参考文献 (14) 附录 (16)
安徽农业大学经济技术学院 《电气控制与可编程控制器》课 程 设 计 任 务 书 题目 基于PLC 的电动机制动控制系统设计与调试 专业、班级 电气08-2 班 学号 2008010202 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要内容 1.熟悉题目、收集资料，充分了解技术要求，明确设计任务； 2.总体设计。正确选定设计方案，画出系统总体结构框图； 3.硬件设计。选择电器元器件，确定电器元器件明细表。用CAD 画出电气原理图，并作简要分析； 4.软件设计。根据控制要求确定I/O 分配表，画出系统工作流程图，设计程序及编写程序说明，给出编程原件明细表等； 5.系统调试； 6.整理编写课程设计说明书。 二、课题要求 1.控制要求 三相笼型异步电动机具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制。 2.设计要求 1）控制系统采用PLC 来实现； 2）提供短路、过载、联锁等保护措施； 3）具有紧急停车功能； 三、基本要求 1．根据题意, 用CAD 画出电气原理图和PLC 端子接线图。设计要合理，画图要规范标准。 2．完成程序的编写工作,并利用模拟器和实验室设备完成调试工作。 3. 完成课程设计说明书一份，阐明设计任务与依据，设计原则、方法、设计方案与成果，并力求论证充分、简明通顺、条理清晰、逻辑性强。 四、主要参考文献 王永华.现代电气控制及PLC 应用技术.北京航空航天大学出版社. 指导教师签名： 课程负责人签名： 2012年 5 月 10日 学院： 专业班级： 姓名： 学号： 装 订 线
步进电机,伺服电机可编程控制器KH-01使用说明 一、系统特点 ●控制轴数：单轴； ●指令特点：任意可编程（可实现各种复杂运行：定位控制和非定位控制）； ●最高输出频率：40KHz(特别适合控制细分驱动器)； ●输出频率分辨率：1Hz； ●编程条数：99条； ●输入点：6个（光电隔离）； ●输出点：3个（光电隔离）； ●一次连续位移范围：—7999999~7999999； ●工作状态：自动运行状态，手动运行状态，程序编辑状态，参数设定状态； ●升降速曲线：2条（最优化）； ●显示功能位数：8位数码管显示、手动/自动状态显示、运行/停止状态显示、步数/计数值/程序显示、编辑程序，参数显示、输入/输出状态显示、CP脉冲和方向显示； ●自动运行功能：可编辑，通过面板按键和加在端子的电平可控制自动运行的启动和停止； ●手动运行功能：可调整位置（手动的点动速度和点动步数可设定）； ●参数设定功能：可设定起跳频率、升降速曲线、反向间隙、手动长度、手动速度、中断跳转行号和回零速度； ●程序编辑功能：可任意插入、删除可修改程序。具有跳转行号、数据判零、语句条数超长和超短的判断功能； ●回零点功能：可双向自动回到零点； ●编程指令：共14条指令； ●外操作功能：通过参数设定和编程，在(限位A)A操作和(限位B)B操作端子上加开关可执行外部中断操作； ●电源：AC220V（电源误差不大于±15%）。
一、前面板图 前面板图包括： 1、八位数码管显示 2、六路输入状态指示灯 3、三路输出状态指示灯 4、 CP脉冲信号指示灯
5、 CW方向电平指示灯 6、按键：共10个按键，且大部分按键为复合按键，他们在不同状态表示的功能不同，下面的说明中，我们只去取功能之一表示按键。 后面板图及信号说明： 后面板图为接线端子，包括： 1、方向、脉冲、+5V为步进电机驱动器控制线，此三端分别连至驱动器的相应端，其中： 脉冲————步进脉冲信号 方向————电机转向电平信号 +5V————前两路信号的公共阳端 CP、CW的状态分别对应面板上的指示灯 2、启动：启动程序自动运行，相当于面板上的启动键。 3、停止：暂停正在运行的程序，相当于面板上的停止键，再次启动后，程序继续运行。 4、 (限位A)A操作和(限位B)B操作是本控制器的一大特点：对于步进电机，我们一般进行定量定位控制，如控制电机以一定的速度运行一定的位移这种方式很容易解决，只需把速度量和位移量编程即可。但还有相当多的控制是不能事先定位的，例如控制步进电机从起始点开始朝一方向运行，直到碰到一行程开关后停止，当然再反向运行回到起始点。再例如要求步进电机在两个行程开关之间往复运行n次，等等。在这些操作中，我们事先并不知道步进电机的位移量的具体值，又应当如何编程呢？本控制器利用：“中断操作”，我们称之为“(限位A)A操作”和“(限位B)B操作”。以“(限位A)A操作”为例，工作流程为：当程序在运行时，如果“(限位A)A 操作”又信号输入，电机作降速停止，程序在此中断，程序记住了中断处的座标，程序跳转到“(限位A)A操作”入口地址所指定的程序处运行程序。 5、输入1和输入2通过开关量输入端。 6、输出1、输出2和输出3通过开关量输出端。 7、+24V、地—输入输出开关量外部电源，本电源为DC24V/0.2A,此电源由控制器内部隔离提供。 8、 ~220V控制器电源输入端。 输入信号和输出信号接口电路： 本控制器的“启动”、“停止”、“(限位A)A操作”、“(限位B)B操作”、“输入1”、“输入2”为输入信号，他们具有相同的输入接口电路。“输出1”、“输出2”、“输出3”称为输出信号。他们具有相同的输出接口电路。输入和输出电路都有光电隔离，以保证控制器的内部没有相互干扰，控制器内部工作电源(+5V)和外部工作电源（+24V）相互独立，并没有联系，这两组电源由控制器内部变压器的两个独立绕组提供。 开关量输入信号输出信号的状态，分别对应面板上的指示灯。对于输入量，输入低电平（开关闭合时）灯亮，反之灯灭；对于输出量，输出0时为低电平，指示灯灭，反之灯亮。 开关量输入电路：
第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组和电枢共用同一电源，从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用： 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im －－电流给定电压的最大值，即限制了最大电流； τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm －－Uc的最大值，即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太 大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。
综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日
两相步进电机课程设计报告 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键字: 步进电机单片机
XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名
指导教师 航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7月9日至2012年7月20日 课程设计的容及要求： 1.容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。
指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言1 1 总体方案设计2 1.1 系统方案2 1.2 系统构成2 1.3 电路工作原理2 1.4 方案选择3 2 硬件电路设计3 2.1 系统分析与硬件设计3 2.2 单片机AT89C523 2.3 复位电路和时钟电路4 2.4 直流电机驱动电路设计4 2.5 键盘电路设计4 3软件设计5 3.1 应用软件的编制和调试5 3.2 程序总体设计5
3.3 仿真图形7 4 调试分析9 5 结论及进一步设想9参考文献10 课设体会11 附录1 电路原理图12附录2 程序清单13
直流电机调速系统设计 XXXXX大学自动化学院 摘要：本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速; 0 前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。
L297+L298步进电机驱动控制板说明书 一、板子跳线器说明:所有跳线都在左边，则由单片机控制。 1、靠近光偶的短路冒打在CLK-555方向时有板上的555提供时钟给驱动器；打在CLK-CP U时右用户CPU提供时钟给驱动器。 2、JT5打在右边：297的HALF/FULL（全速/半速）脚接GND了默认为FULL模式了；JT5打在左边：297的HALF/FULL脚空了电机模式用户自己控制。 3、JT6打在右边：297的CW/CCW脚（方向）接GND了默认为顺时针转动模式了；JT6打在左边：297的CW/CCW脚空了电机正反转模式用户自己控制。 二、按键说明: 板子使用全新的L297作为控制芯片 L298作为驱动芯片板载NE555时钟电路为L297提供CLK因此该版在不需要外部控制的情况下就可以工作板载3个控制按键EN - 使能 CW - 反向旋转 HF - 半速旋转 通过按键就可以直接控制电机的正反转、全速/半速和使能。 三、基本功能描述: 通过光藕隔离之后将CLK CW HF EN四个基本控制端引出单片机等可以非常方便的控制电路的工作这个板子改进的地方比较多也方便研究使用。板子使用1N5822快速二极管作为续流器件其速度要远远快于整流桥的 L298和电机能够提供更完善的有效的保护。模块供电+ 5V(L297和L298控制供电) +12V(根据电机最低4V最高16V)给电机供电。 电机输出接口包括: +12V 四相输出 GND(请根据您的电机连接)。 控制输入接口包括: GND CLK EN CW HF。 EN:高电平停止，低电平使能。 RET:高电平停止，低电平使能。 C/CW:高电平逆时针，低电平顺时针。 H/HD:高电平全速，低电平半速。 CLK：时钟脉冲。 需要特别说明的是:为了测试方便在板子上设置了NE555构成的一个低频时钟源（使用时跳线冒打在CLK-555处），当您使用外部的时钟信号控制电机的转速时必须跳线冒打在CLK -CPU处否则外部时钟是不会传到L297里面。
本科毕业设计 基于单片机的步进电机控制系统的设计
摘要 随着自动控制系统的发展和对高精度控制的要求，步进电机在自动化控制中扮演着越来越重要的角色，区别于普通的直流电机和交流电机，步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件，是机电一体化的关键组成之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 本系统介绍了一种基于单片机的步进电机控制系统的设计，包括了硬件设计和软件设计两部分。其中，硬件设计包括单片机最小系统、键盘控制模块、LCD显示模块、步进电机驱动模块、位置检测模块共5个功能模块的设计。系统软件设计采用C语言编写，包括主程序、数字键处理程序、功能键处理程序、电机驱动处理程序、显示模块、位置采集模块。 本设计采用STC89C52单片机作为主控制器，4*4矩阵键盘作为输入，LCD1602液晶作为显示，ULN2003A芯片驱动步进电机。系统具有良好的操作界面，键盘输入步进电机的运行距离；步进电机能以不同的速度运行，可以在不超过最大转速内准确运行到任意设定的位置，可调性较强；显示设定的运行距离和实际运行距离；方便操作者使用。关键词：单片机步进电机液晶显示键盘驱动
Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM Qiu Haizhao (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automation is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of automated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design, including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes, motor driver handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver
基于单片机的伺服电机控制系统分析 随着时代的发展社会的进步，科学技术水平日益提高，电动机被普遍应用到了人民的日常生活及工农业生产过程中，发挥了重要作用。其中较为典型的控制电机应该是步进电机，在当前多个领域如打印机、加工中心、自动化生产线等均可得到有效应用。本篇文章通过对系统软件的相关程序的设计、调试以及控制有关的参考数，对单片机的伺服电机的控制系统进行分析。通过大量的实验和对比，来展现了单片机的伺服电机的控制情况良好。 标签：单片机;伺服电机;控制系统分析 引言：当自动控制的系统启动时，单片机的伺服电机的马达能够发挥的主要作用是将电压的控制信号转化为机械位置，然后，接下来再把所收集到的电压信号转化为伺服电机的角位移，又或者是一定的转速。因此，工作人员可以通过使用单片机来控制伺服电机。单片机的伺服电机具有灵活、轻巧、体积小、控制方便等方面的优势，所以，伺服电机在现如今的生活之中深受到人们的热爱，从而在控制系统中可以得到广泛的应用。 一、单片机以及伺服电机的总论 单片机本质上是一种集成电路芯片，又称微型控制器，单片机是一种由中央处理机、计时器、各种接口组合而成的集成电路芯片，简单来说，单片机就是一台小型的电脑，虽然体积小，但计算机和单片机的差别不是很大，并且，单片机具有的价格低廉的优势，所以作为小型家电控制器来说，单片机具有很高的性价比，单片机的运行是依靠程序来进行的，程序可以人为的进行修改[1]。相比之下，单片机具有结构简单、灵活性强、体积小、储存方便、能耗少等优势，它在各种恶劣条件下都可以正常的运行，具有较强的环境适应力[2]。近几年来，我国的计算机随着信息技术和尖端技术的快速发展，单机技术也得到了快速发展，它在家电、电子产品、机械产品等领域也得到了扩大和先进。 伺服电机是由控制部件运行的发动机，是其中的一种变速装置，伺服电机可以调节发动机的转动速度，以电压信号来控制，伺服电机的转动速度和输入信号有着密切的关系。伺服电机主要分为交流电气和直流电机分为两种，一般伺服电机是通过脉冲来进行定位的，电机在接受脉冲时，它会相应地旋转。伺服电机本身会产生脉冲，当伺服电机移动位置时，就会产生相对应位移的脉冲，因此，接收电机和发出来的脉冲会形成一个闭锁环。 二、总体设计方案 本次的研究中，采用的是松下交流伺服电机。根据单片机的工作原理，来对松下伺服交流电机进行一定的控制，利用键盘来输入准确的速度参数，单片机在接收具体的速度参数后，然后把信号转化为脉冲信号，在通过差动驱动器将脉冲信号转化为差动脉冲信号之后，然后在传送到伺服电机的驱动器中;接下来，编
直流电机控制系统设计
XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的内容及要求： 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日
学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停
毕业设计论文 论文题目：基于单片机的步进电机控制电路板设计 摘要 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑
************* 第1章绪论 1.1 课题背景 当今社会，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。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进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。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1
基于MATLAB 的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真 设计任务书： 1. 设置该大作业的目的 在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。此外，通过完成本大作业题目，让学生体会反馈校正方法所具有的独特优点：改造受控对象的固有特性，使其满足更高的动态品质指标。 2. 大作业具体容 设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为： 额定功率200W ； 额定电压48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5s ； 电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ； 要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==* *im nm U U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ；
f10kHz； PWM功率变换器的开关频率= K 4.8。 放大倍数= s 试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； σ5%； 电流超调量≤ i 空载起动到额定转速时的转速超调量σ≤ 25%； t0.5 s。 过渡过程时间= s 3. 具体要求 (1) 计算电流和转速反馈系数； (2) 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果； (3) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (4) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (5) 按工程设计法，详细写出转速环的动态校正过程和设计结果； (6) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (7) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线； (8) 建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真； (9) 给出阶跃信号速度输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线，分析设计结果与要求指标的符合性；