电机测速系统设计与实现

【关键字】设计东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真学生：张海松专业：自动化班级学号：指导教师：王立夫设计时间：2012年6月27日东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业：自动化班级：509 学生姓名：设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真一、设计实验条件实验设备：PC机二、设计任务直流电机额定电压，额定电枢电流，额定转速，电枢回路总电阻，电感，励磁电阻，励磁电感，互感，，允许过载倍数。

晶闸管装置放大系数：，时间常数：，设计要求：对转速环进行设计，并用Matlab仿真分析其设计结果。

目录绪论--------------------------------------------------------------------------------11.转速单闭环调速系统设计意义-----------------------------12.原系统的动态结构图及稳定性的分析-----------------------22.1 转速负反应单闭环控制系统组成-----------------------22.2 转速负反应单闭环控制系统的工作原理-----------------33.调节器的选择及设计-------------------------------------33.1调节器的选择- --------------------------------------33.2 PI调节器的设计--- ---------------------------------44.Mat lab仿真及结果分析----------------------------------74.1 simulink实现上述直流电机模型-----------------------74.2 参数设置并进行仿真---------------------------------74.3结果分析--------------------------------- ---------155.课设中遇到的问题--------------------------------------166.结束语- ---------------------------------------------17参考文献- ---------------------------------------------17转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真绪论直流电动机由于调速性能好，启动、制动和过载转矩大，便于控制等特点，是许多高性能要求的生产机械的理想电动机。

一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。

二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。

但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。

由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。

磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，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，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。

电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。

传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。

随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。

如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。

调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。

脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。

如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。

平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。

序号（学号〉： 161240303长春大学 毕业设计（论文）直流电机速度PID 控制系统设计李一丹国际教育学院自动化1612403曹福成2016 年 5 月 30 0姓 名 学 院 专 业 班 级 指导教师直流电机速度PID控制系统设计摘要：针对现有的直流电机控速难的问题，本文设计了一种基于ATmegal6L单片机的直流电机速度控制系统。

本系统以ATinegal6L单片机为主控制器，搭载了L298n为电机驱动，通过霍尔元件进行测速，通过按键控制电机的转动方向和转动速度，并配以温度传感器DS18B20对温度进行监测，通过PID算法调节PW\1 进行对速度控制。

该系统包括的模块主要有单片机为主体的控制模块、电机的驱动模块、对电机速度进行监测的模块、由LCD1602构成的显示ky r模块、电源模块和按键控制模块等。

本系统可以通过PID算法实现可编程脉宽波形对直流电机的速度进行控制，并且可以显示出当前电机的转速。

关键词：单片机；PID算法；直流电机The design of DC motor speed control system with PID Abstract: According to the existing DC motor speed control problem, this paper describes the design of a DC motor speed control system based on ATmegal6L MCU. To ATMEGA16L microcontroller as the main controller for the system, equipped with a L298n for motor drive, through the hall element of speed, through the buttons to control the motor rotation direction and the rotation speed, and the temperature sensor DS18B20 the temperature monitoring, PID algorithm is used to adjust the PWM control of the speed. The system includes the following modules display microprocessor control module, as the main body of the motor drive module, monitoring module, the speed of motor is composed of LCD1602 module, power supply module and key control module.This system can realize through PID algorithm to control the speed of the programming pulse waveforms of DC motor, and can display the current motor speed.Keywords: single chip microcomputer, PID algorithm, DC motor ky r戈ml ml ——II —In —In | * 11—I 1111 ml 1111目录Bit (1)l.i选题背景及意义 (1)1.2国内外研宄现状 (2)1.3木文主要研究的内容 (3)第2章总体方案论述 (4)ky r2.1系统主要传感器介绍 (4)2.1.1温度传感器 (4)2.1.2转速检测模块 (5)2.2系统总体功能及方案选择 (6)2.2.1系统所需模块及功能 (6)2.2.2主控制器选择 (8)第3章系统总体硬件设计 (10)3.1单片机最小系统 (10)3.1.1ATmegal6L单片机的引脚分布 (10)3.1.2最小系统的硬件电路 (13)3.2电机驱动电路 (14)3.3温度检测电路 (15)3.4光电管提示电路和按键控制电路 (15)3.5LCD1602 显示电路 (16)3.6电源电路 (17)3.7本章小节 (18)第4章系统软件设计 (19)4.1系统总体流程图 (19)4.2 PID算法简介 (19)4.2.1PID算法介绍 (20)4.2.2HD算法结果 (21)4.3系统调试步骤 (21)4.4误差分析即改进方法 (22)给论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)隱 (26)附录I系统总体硬件电路图 (26)附录II系统中部分程序 (27)ky r In—ml ml ml ml | , I af—.第1章绪论1.1选题背景及意义电动机简称电机，俗称马达，在现实生活中，我们处处都可以见到电机的身影，小到小学生玩的电动四驱车，大到炼钢厂用的滚动罐，这些都是电机家族的成员。

电机转速测量实验报告电机转速测量实验报告引言电机转速测量是电工学中重要的实验之一。

准确测量电机转速对于电机的性能评估、故障诊断以及控制系统设计都具有重要意义。

本实验旨在通过使用转速传感器和测速仪器来测量电机的转速，并对测量结果进行分析和评估。

实验目的1. 学习使用转速传感器和测速仪器进行电机转速测量。

2. 掌握电机转速测量的基本原理和方法。

3. 分析测量结果，评估电机的性能。

实验装置与方法实验所需的装置包括电机、转速传感器、测速仪器等。

首先，将转速传感器安装在电机轴上，并连接到测速仪器。

然后，通过控制电机的电源，使其运行，并记录测速仪器上显示的转速数值。

重复多次实验，以获得准确的平均转速。

实验结果与分析通过多次实验测量，我们得到了电机在不同负载下的转速数据。

通过对这些数据进行分析，我们可以得出以下结论：1. 负载对电机转速的影响实验结果显示，随着负载的增加，电机的转速逐渐降低。

这是因为负载的增加会增加电机所需的功率，从而降低电机的转速。

这一结论对于电机的性能评估和控制系统设计具有重要意义。

2. 转速传感器的准确性通过对多次实验测量结果的比较，我们发现转速传感器的测量结果相对稳定且准确。

然而，在测量过程中，我们还发现转速传感器对于电机的启动和停止过程中的瞬时变化较为敏感。

因此，在实际应用中，我们需要注意这一点，并进行相应的数据处理和滤波。

3. 电机性能评估通过测量电机的转速，我们可以评估电机的性能。

例如，我们可以通过比较实际转速与额定转速的差异来评估电机的负载能力和效率。

此外，我们还可以通过测量不同负载下的转速来评估电机的响应速度和稳定性。

结论与展望通过本次实验，我们学习了电机转速测量的基本原理和方法，并通过实际操作获得了相关数据。

通过对实验结果的分析，我们得出了一些有关负载对电机转速的影响以及转速传感器的准确性的结论。

这些结论对于电机的性能评估和控制系统设计具有重要意义。

然而，本实验还存在一些局限性，例如实验数据的采集和处理方法可以进一步改进，以提高测量结果的准确性和稳定性。

北京信息科技大学测控综合实践课程设计报告题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器学生姓名：摘要摘要基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。

通过实验得到结果并进行了数据分析。

本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。

关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器Abstract目录摘要 (I)第一章概述 (1)1.1 课设目标 (1)1.2 内容 (1)第二章系统设计原理 (2)2.1 STC89C52单片机介绍 (2)2.2 STC89C52定时计数器 (4)2.3 STC89C52中断控制 (6)2.4 光电传感器 (6)2.5 数码管介绍 (7)第三章硬件系统设计 (10)3.1测速信号采集及其处理 (10)3.2 单片机处理电路设计 (11)3.3 显示电路 (12)3.4 PWM驱动电路 (13)第四章软件设计 (14)4.1语言选用 (14)4.2程序设计流程图 (14)4.3原程序代码 (15)第五章数据分析 (19)总结 (20)附件 (21)参考文献 (23)第一章概述在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。

目前国内外测量电机转速的方法有很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。

计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。

《计算机控制技术课程设计》题目：基于STM32的直流电机PID调速学院：计算机与电子信息学院专业：电气工程及其自动化班级：电气12-5 学号：姓名：任课教师：完成时间：——基于STM32的直流电机PID调速摘要电机转速控制在运动控制系统中占有至关重要的地位，本设计将电机转速控制作为研究对象；以PID为基本控制算法，STM32F103单片机为控制核心，产生受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。

同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。

在系统中采320×240TFTLCD显示器作为显示部件，通过4个按键通过界面切换方式设置P、I、D、V四个参数和正反转控制，启动后可以通过显示部件了解电机当前的运行状态和系统的CPU温度。

该系统控制精度高，具有很强的抗干扰能力。

关键词：PID 直流电机反馈调节Based on the STM32 PID speed control of dc motorAbstractMotor speed control occupies a crucial position in the motion control system, the design of the motor speed control for the study; in the basic PID control algorithm, STM32F103 microcontroller core, by the PID control algorithm generates a PWM pulse to achieve DC speed control. At the same time the use of photoelectric sensors to convert the motor speed to pulse frequency feedback to the microcontroller to achieve closed-loop speed control, to speed static error adjustment purposes. Mining 320 × 240TFTLCD monitor as a display unit in the system, through four key settings P, I, D, V four parameters and reversing control through the interface switching mode, start to understand the current state of the motor and the system through the display unit CPU temperature. The system control and high precision, has a strong anti-jamming capability.Keywords: PID DC motor feedback regulation目录1. 绪论 (1)研究背景与意义 (1)本文主要研究方法 (1)2. 设计方案与论证 (2)系统设计方案 (2)控制器模块设计方案 (2)3. 系统硬件电路设计 (3)整体电路设计 (3)整体理论 (3)整体简单结构图和资源分配图 (3)最小单片机系统设计 (4)STM32F103复位电路 (6)电源电路 (6)电机驱动电路设计 (7)光电码盘编码器电路设计 (7)显示电路设计 (8)按键电路设计 (10)4. 系统软件设计 (10)PID算法 (10)PID参数整定方法 (11)电机速度采集算法 (12)程序流程图 (12)5. 系统调试 (13)软件调试 (13)系统测试与分析 (14)6. 总结与展望 (15)参考文献 (16)附录一部分程序源程序 (17)附录二系统界面实物图和PCB图 (20)1.绪论1.1研究背景与意义电动机在现代的工业中，是主要的驱动设备，尤其是直流电动机，由于它的平滑调速性和结构上的简单，使其成为许多电器，如洗衣机，电梯等的驱动。

基于霍尔传感器的电机测速装置一、本文概述随着工业自动化技术的不断发展，电机测速装置在各类机械设备中的应用越来越广泛。

电机测速装置不仅能够实时监测电机的转速，为控制系统提供准确的反馈信号，还能够有效地保护电机和机械设备，避免因超速或低速运行而引发的故障。

本文将介绍一种基于霍尔传感器的电机测速装置，详细阐述其工作原理、系统组成、性能特点以及在实际应用中的优势。

通过本文的阐述，读者将能够深入了解基于霍尔传感器的电机测速装置的基本概念和关键技术，为其在实际工程中的应用提供有益的参考和指导。

二、霍尔传感器基本原理霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换器件，它的基本原理是霍尔效应。

霍尔效应是指在一个通电的半导体薄片中，当外加一个与电流方向垂直的磁场时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生一个附加的电压，这个电压被称为霍尔电压。

霍尔传感器主要由霍尔元件、放大器、温度补偿电路等部分组成。

其中，霍尔元件是霍尔传感器的核心部分，通常由砷化镓、锑化铟等半导体材料制成。

当磁场穿过霍尔元件时，会在其两侧产生电势差，这个电势差与磁场强度成正比。

放大器则将这个微弱的电势差放大，使其能够被后续电路处理。

温度补偿电路则用于补偿温度对霍尔元件性能的影响，保证测量的准确性。

在电机测速装置中，霍尔传感器通常被用来检测电机的旋转速度。

具体来说，将霍尔传感器安装在电机的转轴上，当电机旋转时，转轴上的磁铁会周期性地穿过霍尔传感器的磁场，从而在霍尔元件中产生周期性的电势差。

通过测量这个电势差的频率，就可以得到电机的旋转速度。

霍尔传感器具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在电机测速装置中得到了广泛的应用。

随着科技的发展，霍尔传感器的性能也在不断提高，为电机测速技术的发展提供了有力的支持。

三、电机测速原理及方法电机测速装置的核心在于准确、快速地获取电机的转速信息。

这通常依赖于特定的传感器和相应的测速原理。

霍尔传感器是一种广泛应用于电机测速的感应器件，其工作原理基于霍尔效应。