力矩电机控制系统
一、设计目的及任务
力矩电机分直流力矩电机和交流力矩电机，其工作原理和普通直流和交流电机的工作原理是一样的。但是不同的是直流力矩电机的电枢绕组的电阻比普通直流电机的电枢绕组的电阻大，同样交流力矩电机转子的电阻比普通交流电机的转子电阻大。对于力矩电机我们注重它的技术参数主要是额定堵转电压，额定堵转电流和额定堵转电流下的堵转时间。
力矩电机的特点是具有软的机械特性，可以堵转。当负载转矩增大时能自动降低转速，同时加大输出转矩。当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速，但转速的调整率不好。因而在电机轴上加一测速装置，配上控制器，利用测速装置输出的电压和控制器给定的电压相比，来自动调节电机的端电压，使电机稳定。
设计任务就是要设计一个控制系统来控制力矩电机，使其产生满足要求的力矩。
1、能产生所要求的力矩，可用于一些地面模拟设备上，用来模拟设备运行时的干扰力矩；
2、可用于控制系统设计课程实验设备或是控制算法的验证。
二、设计要求
本系统为力矩电机的控制系统，设计要求如下：
1、可以产生三种固定的力矩波形；
2、可以根据要求任意设定力矩波形，这样可以大大增加系统的灵活性；
3、可以实现单片机和PC的相互传输；
4、控制精度高，响应快；
5、力求简单，实用。
三、设计方案
系统的装置由光电码盘，稀土永磁直流力矩电机和飞轮组成。
在控制器的设计上，为了做到简单、实用，选择了常用的PID控制；为了提高系统的控制精度，从软件上对系统进行误差补偿。
1、系统工作原理
通过控制向力矩电机施加的电流，向飞轮施加力矩，使飞轮加速后减速旋转，
图1. 系统总体框图
反作用力矩通过模拟器机械装置的底座同时施加到连接的转台上，达到向状态施加力矩的作用，全部过程再闭环控制下进行。系统总体框图如图1所示：
2、控制系统描述
电机转动的角度经光电码盘检测转化为脉冲输出，对脉冲信号进行计算就得到角度转动的累计值，控制计算机将指令与光电码盘输出的角度信号相比较，得到误差信号，计算机将误差信号按照控制算法后，经D/A输出并经功率放大后转换成驱动电流施加到力矩电机上，电机按输入信号要求驱动负载转动。
系统机械装置单台质量在5.2Kg以内，地盘直径为150mm，系统转子的转动惯量J=0.0078kg·m2，所以在0.02N·m力矩作用0.5秒时，系统可以从0o/s达到73.2o/s，这是一个不太高的转速，从使用角度分析，这样比较有利、系统驱动采用稀土力矩电机，其技术指标为：在加入电机1.78A电流时，电机输出0.28N·m 的力矩，最大可加入5.3A的电流，此时电机将输出0.84N·m的力矩。角度测量
采用高精度光电编码器，分辨率为2000脉冲/周，经四倍频后可达到8000脉冲/周。
3、机械系统描述
机械系统为可拆装结构，为了时结构讲古可靠，对连接、定位部分进行了强化，系统支撑轴承采用高精度级别的轴承，从而减小系统的质量。在机构上选用两端出轴的的电机，一段直接接负载飞轮，另一端通过联轴器接光电码盘，电机在机械装置的中部，
4、系统功能和操作
系统可以产生三种固定的力矩波形；也可以根据要求任意设定力矩波形，这样可以大大增加系统的灵活性；同时可以实现单片机和PC的相互传输；
上电后系统进入零位模式，电机始终保持零位，直到接收到上位机的控制指令为止。用串口发送1~3之间的数，命令电机做不同的运动，使其加速得到力矩。
四、硬件设计
系统选用AD公司的AduC841作为控制处理器；选用EPM7218作为逻辑控制器；码盘选用欧姆龙公司的光电码盘来采集电机实际转动的位置信息作为系统的反馈传感器。
1、ADuC841芯片
ADuC841芯片是ADI公司生产的MCS-51系列单片机的兼容芯片，其功能框图如图2所示，它在保持MCS51系列单片机优良的性价比的同时，还具有如下主要资源及功能：
·单指令周期20MIPS8052内核；
·6通道12位高速420kSps模拟/数字转换器；
·2个12位电压输出DAC；
·62KB片内闪速/电檫除程序存储器；
·4KBy片内Flash/EE数据存储空间；
·2304B片内RAM数据存储空间；
·精确的2.5V参考电压；
·时间间隔计数器；
·USART串行接口I/O；
·看门狗定时器，电源监视器。
ADuC841可用于精密仪器和传感器控制、瞬间捕获系统、以及DAS和通信系统等。它自身集成了高性能的多通道的ADC，双通道的DAC，和一个20MHz、8位的8052内核。ADuC841的时钟直接由外部的晶振倍频到20MHz。
特殊功能寄存器（SFRS）
这部分空间被映射到内部数据存储器的的高128位，只能直接访问它们。它们为CPU和片上外围设备提供一个界面。除了程序计数器PC和4个通用寄存器块外，所有的都在SFR区域。特殊功能寄存器包含了CPU和片上外围设备的控制、配置和数据寄存器。PCON：它包含电源优化和通用状态标志位。
图2. ADuC841功能框图
2、光电码盘信号处理逻辑芯片EPM7128
由于选用的是增量编码器，所以需要对编码器输出的脉冲进行计数，采用CPLD 芯片，并开发了相应的逻辑程序。
CPLD（Complex Programmable Logic Device）即为复杂可编程逻辑器件，是从EPLD改进而来的，采用EEPROM工艺制作，对逻辑宏单元和I/O单元也有重大的改进，它的性能更好，实用更方便。从结构上看，CPLD大都包含了三种结构：宏单元、可编程I/O单元和可编程内部连线。宏单元是CPLD器件的基本单元，宏单元内部主要包括“与或”阵列、触发器和多路选择其等电路，能独立地配置为组合或者时序工作方式。
3、硬件电路结构设计
图3. 系统硬件框图
系统采用ADuC841作为主控芯片，来完成所有的运算和控制过程，采用欧姆龙公司生产的光电码盘来采集电机实际转动的位置信息，然后根据系统要求运行的轨迹，生成控制器的指令曲线，将位置信息和指令信息作差，得到系统的偏差，利用PID控制的策略，设计而行控制器，依据偏差的大小来调节系统的控制量，对于输出的控制量在输出前加入饱和限制，当偏差超过一定的范围时，强制的将偏差拉为给定值，将控制量送入DAC，生成模拟量形式的控制量，进而送入模拟电路，控制对应的电机进行工作，电机依据给定的指令，按照对应的运动曲线进行运转，由于DAC的输出的时0~5V的电压，为了使电机能够实现正反向的转动，我们将DAC的输出控制量和一个2.5V的基准源送到一个加法电路中进行计算，使得输出的控制量是-2.5~2.5V的一个电压值，从而实现了电机的正反转的控制。系统的硬件框图如图3所示。
4、功放系统
功放部分主要用于接受D/A给出的脉冲指令信号，通过低通滤波后转变为模拟信号，该信号经过功率放大后用于驱动电机转动，D/A给出的脉冲指令信号经过一次电压跟随和一次低通滤波转换为模拟信号，通过实验观察，滤波后信号的
纹波较小，完全能够满足对电机转动稳定性的要求，低通滤波的带宽的要求而设计为300rad/s。
滤波后的信号经过一次电压跟随以增强带负载能力，该信号作为控制系统的输入信号控制电机的转动，由于D/A给出的信号为单极性输出，而为了电机能过获得正反两个方向的转动，要求将系统的参考基准设为2.5V，当控制信号低于2.5V 时电机反转，高于2.5V时电机正转。
电机驱动电路的工作原理：单片机给出的D/A信号，经过低通滤波电路，i放大及功率输出之后驱动电机。
如图4所示，该部分的功能是由DAC0给出控制信号，经有源滤波后电压取反；DAC1给出一个偏置电压，其中DAC1时单片机给出的2.5V电压信号，2.5 V 接一电压跟随电路后，输出和控制信号信号的输出再经过一个反向求和电路，得到电机的真实控制信号即控制器输出信号和基准做差，当控制器输出大于2.5V时电机正转，小于2.5V时电机反转；然后给到功放输出来驱动电机。此处用达林顿管BD681和BD682是为了增加输出的驱动能力。
系统上电延时部分电路设计
系统上后，单片机自身有延时，由此导致的结果时数字电路的相应滞后与模拟电路部分，结果上电后电机有一个冲击转动，为了消除这个冲击，设计时加入一个延时电路。此电路由一个时间继电器和三个普通几点器组成，时间继电器控制三个普通继电器。不通电时普通几点的长闭节点闭合，使电机处于短路状态。当5V和12V供电都正常之后，时间继电器延时10秒（该时间可调），普通继电器常闭节点打开，使转台投入工作，与此同时时间继电器给单片机一个信号，到哪偏激接到此信号后，控制系统开始工作，此后整个系统处于受控工作状态。
驱动电路的设计是为了满足正反旋转的要求而设计成互补功率输出形式，按照
力矩指标要求及电机参数，系统中采用的达林顿管的最大输出电流为1A，为了防
止达林顿管功耗过大而导致放热，设计时采用散热片为其散热，当达林顿管持续
电力电子与电机拖动综合课程设计 题目： PWM控制直流电机的系统 专业： 05自动化 学号： 200510320219 姓名：张建华 完成日期： 指导教师：李晓高
电力电子与电机拖动综合课程设计任务书 班级：自动化05 姓名：张建华指导老师：2008年6月10日 年月日
目录
1 引言 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。 本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。 2 系统概述 2.1 系统构成 本系统主要有信号发生电路、PWM速度控制电路、电机驱动电路等几部分组成。整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图1所示。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器
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，
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
本控制器为代替三相自耦变压器，而专门设计的一种先进的全电子化控制装置，能工作在电阻、电感性负载。广泛适用于五金机械塑料、电线、电缆、绳网、印刷、造纸、纺织、印染、化疑纤、橡绞、电影胶皮等各种机械、机电行业。 与三相自藕调压器相比较，本控制器由于采用了电子调节，无触点磨损，电压调节平衡，起动性能好，本控制器具有体积小、重量轻、效率高、发热小、节约能源(经测定平均节能17%以上)，使用寿命长、安装、维修方便。 二、工作条件： 1、环境温度：-25℃～+55℃。 2、空气相对湿度：≤85%(20℃±5℃)。 3、无显著冲击震动外。 4、工作电压：三相电压交流380V、220V(±10%)。 5、50～60HZ。 三、工作原理： 三相调压器调速控制器主回路采用进口双向可控硅，改变可控制硅的开放角大小，就能使电机或其它负载的工作电压从0至375V连续可调，也就实现了平衡地调压调速过程，以满足不同生产的工艺要求。 在可控硅控制电路中采用了三相同步集成模块，加入了电流正反馈，构成一个闭环控制系统。既提高了力矩电机的机械性硬度，又改善了力矩电机在低电压时的起动性能，同时还提高了力矩电机的过载能力，扩大了力矩电机的使用范围。为了使调速过程尽快进入稳定状态，在控制回路中还加入了电压反馈，以提高控制器的技术性能。 四、使用方法： 接线说明：请严格按以下接线示意图接线，D1、D2、D3三点为控制器的输出端，接力矩电机的电源线柱W1V1U1(Ⅱ型力矩电机必须为Y接法及星型接法，电机中性点W2V2U2必须严格接电源零线N，否则，本控制器无法正常工作或烧毁本装置。) 1、调速旋钮旋至零位。 2、接通总电源，打开控制器开关。(指示灯亮) 3、整好面板上反馈设定按键。(一般不需调节，出厂时已按常规设定好，可适用不同启动电压的力矩电机)。 4、调节调速电位器旋钮，使电机达到你所需的速度。
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)
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。
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
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
交流力矩电机控制器的电路原理与检修 交流力矩电机控制器的电路原理与检修 一、交流力矩电动机性能简述 力矩电动机，又分为交流力矩电动机和直流力矩电动机，在电路结构上与一般的交、直流电动机相类似，但在性能上有所不同。本文以交流力矩电机控制器的原理和检修内容为重点。交流力矩电动机转子的电阻比变通交流电动机的转子电阻大，其机械特性比较软。对力矩电机的使用所注重的技术参数主要是额定堵转电压、额定堵转电流和额定堵转电流下的堵转时间等。 力矩电动机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机，允许较大的转差率，电机轴不是像变通电机一样以恒功率输出动力而是近似以恒定力矩输出动力。当负载增加时，电机转速能随之降低，而输出力矩增加；力矩电动机的堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。配以晶闸管控制装置，可进行调压调速，调整范围达1：4；力矩电动机适用于纺织、电线电缆、金属加工、造纸、橡胶塑料以及印刷机械等工业领域，其机械特性特别适用于卷绕、开卷、堵转和调速等工艺流程。 早期对力矩电动机的调速和出力控制，是采用大功率三相自耦变压器，来调节力矩电机的电源电压，电力电子技术相对成熟后，逐步过渡到采用晶闸管调速（调压）电路和变频器调速（调频），实施对力矩电动机的调速控制。交流力矩电动机的晶闸管调速控制器，与一般的三相晶闸管调压电路（主电路结构和控制电路）是相同的，只不过驱动负载有所不同而已。有的设备在控制环节引入电流或电压负反馈闭环控制，改善了起动和运行性能，也提高了机械特性硬度。 2 、一款最简单的力矩电动机控制器 _此主题相关图片如下，点击图片看大图： 图1 HDY-2型力矩电机控制器 这是一款适用于额定堵转电流12A以下小功率三相力矩电动机的控制器电路，整机电路安装于一个小型机壳内，机器留有6个接线端子，三个为电源进线端子，三个为电机接线端子。主电路采用双向晶闸管BT139（三端塑封元件），工作电流16A，耐压600V，触发电流≤50mA。两只双向晶闸管串接于L1、L2电源支路，L3直通，省去了一只双向晶闸管。因为三相电源经负载互成回路，只对两相电源进行移相调压控制，即改变了三相输出电压。移相触发电路和调光台灯的控制思路相同，用R、C积分电路与双向触发二极管相配合，提供双向晶闸管每个电网周期内正、负半波的两个触发电流，实现交流调压。470k电位器为双联电位器，调节时使两只双向晶闸管的控制角同步变化，使输出三相电压平衡。 〔故障实例1〕HDY-2型力矩电机控制器，工作不正常，检测为输出电压不平衡。U、W之间输出电压为380V。检查发现L1电源所接双向晶闸管BT139击穿损坏，失去调压功能，导致三相输出电压不平衡。 晶闸管调压电路中，发现1000V以下截止电压的器件，较易发生击穿损坏故障。BT139为截止电压600V的管子，处于交流电压峰值500V的边缘，虽然实际上有200V的截止电压余量（标定击穿电压值尚有100V富裕量），若用于优质电网（未被污染，电压呈较好的正弦波），一般没有问题。但问题是现在的电网，因非线性整流设备的大量安装和应用，好多地区电网波形畸变已相当严重，这使得晶闸管调压设备的运行（电气）环境变得恶劣，设备本身的应用，又反过来加剧了电网的劣变。用户和供应厂商，往往又出于成本的考虑，省掉了安装该类设备必须追加的输入电抗器！所以导致晶闸管调压设备的高故障率，表现为耐电压稍低的晶闸管模块屡被击穿！ 遇有此类故障，须尽量更换反向耐压值高的管子。对于屡损晶闸管的场所，应追加输入电抗器，以改善电网供电质量。 更换损坏晶闸管器件，在三相供电回路中串入了3只由XD1-25扼流圈代作的三相电抗器，交付用户使用后，晶闸管击穿的故障率大为降低。
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: 7 月 9 日至 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...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。
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
力矩控制器 一.概述 力矩控制器为代替三相自耦变压器，而专门设计的一种先进的全电子化控制装置，能工作在电阻、电感性负载。此控制器广泛应用于五金机械塑料、电线、电缆、绳网、印刷、造纸、纺织、印染、化疑纤、橡绞、电影胶皮等各种机械、机电行业。 与三相自藕调压器相比较，本控制器由于采用了电子调节，无触点磨损，电压调节平衡，起动性能好，本控制器具有体积小、重量轻、效率高、发热小、节约能源（经测定平均节能17%以上），使用寿命长、安装、维修方便。 二.技术参数 1.输入电压：三相交流电压 380V±10% 2.输出电压：三相交流电压 0-380V 3.额定电流：标称电流（面板上标称的电流） 4.输出电压可以无极调节，从而使电机实现无极调速 5、频率50～60HZ。 三.工作环境 1、环境温度：-25℃～+55℃。 2、空气相对湿度：≤85%（20℃±5℃）。 3、无显著冲击震动。 四.工作原理 三相调压器调速控制器主回路采用进口双向可控硅，改变可控硅的开放角大小，就能使电机或其它负载的工作电压从0至380V连续可调，也就实现了平衡地调压调速过程，以满足不同生产的工艺要求。 在可控硅控制电路中采用了先进的集成电路，加入了电
流回馈， 构成一个循环控制系统。既提高了力矩电机的机械性硬度，又改善性能，同时还提高了力矩电机的超载能力，扩大了力矩电机的使用范围。为了使调速过程尽快进入稳定状态，在控制回路中还加入了电压回馈以提高控制器的技术性能。 五.使用方法 1. 接线说明：请严格按以下接线示意图接线：D1、D2、D3三点为 控制器的输出端，接力矩电机；A 、B 、C 、为输入端接三相380V 电源。 N 为零线接口，接零线。 2.旋钮旋至零位。 3.总电源。（指示灯亮） 4.控制开关,调节调速电位器旋钮，使电机达到你所需的速度。 5. 电位器为精密长寿电位器。 六．注意事项 1.严禁输出短路。 2.严禁使用中，负载电流超过过面板标称电流值。 3、严禁零线N 接入电机星点. 4、若控制器出现问题务必请专业人员检修,以免使故障范围扩大. 六.接线图 A B C D1D2D3A B C 输入 380V 输出 0～380V V 1 U1 W1 W2V 2U2力矩电机 A B C D1D2D3 A B C 输入 380V 输出 0～380V V 1 U1 W1 W2V 2U2力矩电机 N
湖南工程学院课程设计《DSP原理及应用》 题目：直流电机控制系统设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年5 月19 日
摘要 直流电动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。 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TMS320LF2407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。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速，TMS320LF2407;
前言 电动机作为最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
河北xxxxxx学院 课程设计说明 书 题目：步进电机控制系统 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 同组学生： 指导教师：
步进电机控制系统 设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1摘要： 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。 关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图 在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 （1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。 （3）步进电机步进电机是该系统的执行机构