直流电机控制系统
无刷直流电机控制系统设计与实现
无刷直流电机控制系统设计与实现一、本文概述随着科技的不断进步和电机技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless Direct Current, BLDC）因其高效率、低噪音、长寿命等优点，在电动工具、航空航天、汽车电子、家用电器等多个领域得到了广泛应用。
然而，要实现无刷直流电机的高效、稳定运行，离不开先进且可靠的控制系统。
本文旨在对无刷直流电机控制系统的设计与实现进行深入探讨，分析控制策略、硬件构成和软件编程，并结合实例，详细阐述控制系统在实际应用中的表现与优化方向。
通过本文的研究，希望能够为相关领域的学者和工程师提供有价值的参考，推动无刷直流电机控制系统技术的进一步发展和应用。
二、无刷直流电机基本原理无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）是一种采用电子换向器代替传统机械换向器的直流电机。
其基本工作原理与传统的直流电机相似，即利用磁场与电流之间的相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转。
但与传统直流电机不同的是，无刷直流电机在结构上取消了碳刷和换向器，采用电子换向技术，通过电子控制器对电机内部的绕组进行通电控制，从而实现电机的旋转。
无刷直流电机通常由定子、转子、电子控制器和位置传感器等部分组成。
定子由铁芯和绕组组成，负责产生磁场；转子则是由永磁体或电磁铁构成，负责在磁场中受力旋转。
电子控制器是无刷直流电机的核心部分，它根据位置传感器提供的转子位置信息，控制电机绕组的通电顺序和通电时间，从而实现电机的连续旋转。
位置传感器则负责检测转子的位置，为电子控制器提供反馈信号。
在无刷直流电机的工作过程中，当电机绕组通电时，会在定子中产生一个旋转磁场。
由于转子上的永磁体或电磁铁与定子磁场之间存在相互作用力，转子会在定子磁场的作用下开始旋转。
当转子旋转到一定位置时，位置传感器会向电子控制器发送信号，电子控制器根据接收到的信号控制电机绕组的通电顺序和通电时间，使定子磁场的方向发生变化，从而驱动转子继续旋转。
第4章 直流电动机调速控制系统
调速指标
静态调速指标
• 调速范围 • 静差率 • 调速范围与静差率的关系
动态调速指标
• 跟随性能指标 • 抗扰性能指标
单闭环直流调速系统
单闭环有静差调速系统 单闭环无静差调速系统
单闭环有静差调速系统
系统的组成及原理 系统的静特性及静态结构图
系统的反馈控制规律 单闭环调速系统的动态特性
电动机转速与转矩的关系
如果把E =Cen代入式(4-8) ，便可得出电枢电流I的表达式 Ia=(U- Cen )/Ra （4-9） 由上式可见，直流电动机和一般的直流电路不一样，它的电流不仅 取决于外加电压和自身电阻，并且还取决于与转速成正比的反电动 势(当φ为常数) 。将式(4-1) 代入(4-9) 式，可得 n=U/Ce-R Te/ Ce Cm (4-10) 其中Cm=Kmφ，式（4-10）称为电动机的机械特性，它描述了电 动机的转速与转矩之间的关系。 图4-5是机械特性曲线族。在这一曲线族中，不同的电枢电压对应于 不同的曲线，各曲线是彼此平行的。n0( U/Ce)称为“理想空载转 速” ，而⊿n(R Te/ Ce Cm) 称为转速降落。
脉宽调制器是一个电压—脉冲变换装置。由控制 电压Uct进行控制，为PWM变换器提供所需的脉 冲信号。 脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
电流截止负反馈环节 带电流截止负反馈环节的单闭环无静差调 速系统
电动机控制系统工作原理
电动机控制系统工作原理电动机控制系统是指对电动机进行控制和管理的一套系统，其工作原理是通过控制电源电压、电流和频率等参数，以实现对电动机速度、方向和转矩等性能的精确控制。
本文将介绍电动机控制系统的工作原理及其基本组成部分。
一、直流直流电动机控制系统是电动机控制系统中最常见和常用的一种类型。
其工作原理基于直流电机的特性，可分为电阻调速、励磁调速和PWM调速等方式。
1. 电阻调速方式电阻调速是通过加入外部可调电阻来改变电动机回路中的电阻，从而改变电动机的转矩和速度。
通过改变电阻的大小，可以调整电动机输出的转矩和速度。
电阻调速方式简单实用，但效率较低。
2. 励磁调速方式励磁调速是通过改变电动机的励磁电流来调整电动机的转矩和速度。
励磁调速方式具有响应速度快、控制精度高的特点，但也存在励磁能力有限的缺点。
3. PWM调速方式PWM调速方式是通过改变电动机供电电压的脉冲宽度来控制电动机的转矩和速度。
通过不断调整脉冲宽度，可以实现对电动机的精确控制。
PWM调速方式具有高效、精准的特点，被广泛应用于各种工业控制场景中。
二、交流交流电动机控制系统是对交流电动机进行控制和管理的一种方式。
交流电动机控制系统采用变频器作为主要控制设备，通过改变电源电压和频率，实现对电动机转速、转向和转矩等性能的精确控制。
变频器是一种能够改变电源频率和电压的装置，通过调整输出电压的频率和幅值来改变电动机的运行状态。
交流电动机控制系统通过变频器控制电源电压和频率，实现对电动机速度的精确调节。
变频器可以根据需要调整电源频率和电压，同时也能提供对电动机的保护功能。
三、电动机控制系统的基本组成部分1. 控制器控制器是电动机控制系统中的核心部件，负责接收控制信号并产生相应的控制动作。
控制器可以是硬件或软件实现的，其功能包括调速、转向、起停等。
2. 传感器传感器用于感知电动机的状态和环境参数，通过传感器采集到的数据，控制器可以实时了解电动机的运行情况，并做出相应的控制决策。
第三章直流电动机速度控制系统
机械特性与静差率
n n01
额定转速降
ΔnN
R nN I N Ce
U d1
n02
是一个恒值。 调速系统在不 同电压下的机 械特性是互相 平行的，两者 的硬度相同。
1-25
ΔnN
Ud2
0
TeN
Te
图3-4 不同转速下的机械特性
机械特性与静差率
• 调速系统在不同电压下的理想空载转速 不一样。 • 理想空载转速越低时，静差率越大。 • 同样硬度的机械特性，随着其理想空载 转速的降低，其静差率会随之增大， • 调速系统的静差率指标应以最低速时能 达到的数值为准。
1-12
n n0
Ra Ra+R1 Ra+R2 Ra+R3
0
Id
图3－1 直流电动机调阻调速时的机械特性
1-13
减弱磁通调速法
U R n T n n 0 2 e K K K （3-3） e e m
• 理想空载转速 n 0 将随 增大。 的减少而
1-14
减弱磁通调速法
1-4
第一节
直流电动机控制基础
• 直流伺服电机的分类 直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他 励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁 合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷 绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、 转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增 量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不 同品种。
（3-5）
1-23
2. 静差率
• 当系统在某一转速下运行时，负载由理 想空载增加到额定值时电动机转速的变 化率，称为静差率s。
• 用百分数表示 s
nN s n0
直流电机转速控制系统设计
直流电机转速控制系统设计一、控制系统框架1.检测部分：检测部分主要用于反馈直流电机转速信息。
常用的检测方法有编码器、霍尔元件和反电动势法等。
其中，编码器是一种精度高、稳定性好的转速检测传感器。
它通过感应转子上的编码盘，将转速转换为脉冲信号输出。
2.控制器：控制器是直流电机转速控制系统的核心部分。
它根据检测到的转速信息，与设定的目标转速进行比较，产生控制信号驱动执行器。
常用的控制器有比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器等。
其中，比例控制器通过调节输出信号的幅值来控制转速；比例积分控制器通过累积误差来产生输出信号；比例微分控制器则通过控制误差变化率来调节输出信号。
3.执行部分：执行部分主要用于控制电机的转速。
常用的执行器有功率晶体管、场效应管和三相半导体开关等。
其中，功率晶体管是最常用的直流电机转速控制器，它通过调节电路中的开关状态来改变电机的转速。
二、控制策略1.开环控制：开环控制是最简单的控制策略，它通过设定电机的输入电压或电流来控制转速。
缺点是无法对外部干扰和负载变化进行自动调节。
2.闭环控制：闭环控制通过反馈得到的转速信息来调整输入信号，实现对转速的控制。
闭环控制具有精度高、稳定性好的优点，适用于要求较高的转速控制场合。
三、系统参数调节1.参数估计：参数估计是指通过对电机特性进行建模，得到电机参数的估计值。
常用的方法有试验法和辨识法等。
2.参数调节：参数调节是通过对控制器的参数进行优化，以实现准确的转速控制。
常用的调节方法有PID调节和自适应调节等。
四、应用案例总结：本文详细介绍了直流电机转速控制系统的设计。
从控制系统框架、控制策略、系统参数调节和应用案例等方面进行了讲解。
通过合理的设计和调节，可以实现对直流电机转速的精确控制，满足不同场合的需求。
第五章 直流电动机调速控制系统
其中，R是电枢回路总电阻，为系统固有参数， Idnom是对应额定负载时的电流， 也是固定的。所以，一般开环系统无法满足一定调速范围和静差率性能指标要求。
如果在负载增加的同时设法增大系统的给定电压 Un，就会使电动机电枢两端的 电压Ud增大，电动机的转速就会升高。若Un增加量大小适度，就可以使因负载增加 而产生的 n被Ud升高而产生的速升所弥补，结果会使转速n接近保持在负载增加前的 值上。 这样，既能使系统有调速能力，又能减少稳态速降，使系统具有满足要求的调 速范围和静差率。 系统组成如图 我们可以在与调速电动机 同轴接一测速发电机TG，这 样就可以将电动机转速 n 的大 小转换成与其成正比的电压信 号Un，把Un与Un相比较后， 去控制晶闸管整流装置以控制 电动机电枢两端的电压Ud就可 以达到控制电动机转速 n 的目 的。
（5-5）
上式表明，同一系统的调速范围、静差率和额定转速降落三者之间有密不可 分的联系。对静差率值要求越小，能得到的调速范围也将越小。
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例题
某生产机械由他励直流电动机拖动，采用降压调速，额 定负载下电动机的额定转速为 ，理想空载转 速 。降低电压以后的转速为 ，理想 空载转速 。试求： （1）调速范围D和静差率 ； （2）如果生产工艺要求静差率 20% ，则此时的调速范 围是多少？
5.1.3 直流调速的基础知识
直流电动机 电动机 交流电动机 直流调速系统
交流调速系统
直流电动机优点： 转矩易于控制，具有良好的起制动性能，在相当长的时间内，一直在高性能调速 领域占有绝对的统治地位。此外，直流调速技术方面的理论相对成熟，其研究方法和 许多基本结论很容易在其它调速领域内推广，所以直流调速一直是研究调速技术的主 流。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，本章将对 直流调速的基本理论做较详细的介绍。
直流电机控制原理图
直流电机控制原理图
直流电机是一种常见的电动机，它通过直流电源驱动，能够将
电能转换为机械能，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等
领域。
直流电机的控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它能够帮助我们了解直流电机的工作原理和控制方式，本文将介绍
直流电机控制原理图的相关知识。
首先，直流电机控制原理图包括直流电机、电源、控制器等组件。
直流电机通常由定子、转子、碳刷、电枢等部分组成，电源为
直流电源，控制器则是用来控制电机运行的设备。
在直流电机控制
原理图中，这些组件通过电气连线连接在一起，形成一个完整的控
制系统。
在直流电机控制原理图中，电源为直流电源，它可以是电池、
直流发电机、直流稳压电源等。
电源的电压和电流大小将直接影响
到直流电机的运行性能，因此在设计直流电机控制系统时，需要根
据实际需要选择合适的电源。
控制器是直流电机控制系统中的关键部件，它可以根据外部输
入信号控制电机的启停、正反转、速度调节等功能。
常见的直流电
机控制器有直流调速器、直流电机驱动器、直流电机控制板等，它们可以根据具体的控制要求选择使用。
在直流电机控制原理图中，还会包括一些辅助元件，如限流电阻、过载保护器、电流传感器等。
这些辅助元件能够提高电机控制系统的稳定性和安全性，保护电机免受过载、短路等异常情况的影响。
总的来说，直流电机控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它通过电气连线将直流电机、电源、控制器等组件连接在一起，形成一个完整的控制系统。
掌握直流电机控制原理图的相关知识，能够帮助我们更好地理解直流电机的工作原理和控制方式，为实际应用提供参考和指导。
无刷直流电动机控制系统课件
针对电机在实验中表现出的稳 定性不足的问题，可以增强系 统的稳定性以提高其运行可靠 性。例如，增加保护电路或改 进散热设计等。
06 无刷直流电动机控制系统 的发展趋势与展望
技术创新与进步
数字化控制
采用先进的数字信号处理器和控制器，实现无刷直流电动机的高 性能控制，提高系统精度和稳定性。
智能传感技术
航空航天
无刷直流电动机控制系统在航空航 天领域中也得到了广泛的应用，如 无人机、直升机、卫星等。
汽车电子
无刷直流电动机控制系统在汽车电 子领域中也有广泛的应用，如汽车 空调、电动车窗、电动座椅等。
02 无刷直流电动机控制系统 的工作原理
无刷直流电动机的工作原理
结构特点
无刷直流电动机主要由电机本体、位置传感器和电子换向器 组成。电机本体具有多个线圈，电子换向器通过晶体管控制 电流的流向，实现电机的旋转。
通信协议调试
对通信协议进行调试，确保通信的稳定性和可靠性。
调试与优化
系统调试
对整个无刷直流电动机控制系统进行调试，包括 硬件电路、软件程序和通信等。
性能测试
对控制系统的性能进行测试，包括响应时间、稳 态误差等指标。
优化建议
根据调试和性能测试的结果，提出优化建议，进 一步提高控制系统的性能。
05 无刷直流电动机控制系统 的性能测试与评估
应用磁编码器、光电编码器等传感器，实现对无刷直流电动机的精 确速度和位置控制。
容错控制技术
引入多种传感器和算法，提高系统的容错能力，确保无刷直流电动 机在故障情况下的安全运行。
应用领域拓展
工业自动化
随着工业自动化水平的提高，无刷直流电动机控制系统在 机器人、数控机床等领域的应用不断扩大。
直流电机控制系统(晶闸管整流
目录目录 (1)1．设计总体思路 (2)2．基本原理框图 (2)3．单元电路设计 (3)3.1主电路器件的计算与选择 (3)3.1.1变压器的选择 (3)3.1.2晶闸管的选型 (3)3.1.3过电压保护原理及计算选择 (3)3.1.4过电流保护 (5)3.1.5电抗器的参数计算与选择 (7)3.2控制电路的介绍 (7)3.2.1引脚排列、各引脚的功能及用法 (7)3.2.2电流转速闭环调节电路 (10)3.2.3.功率放大电路 (10)4．故障分析与改进 (12)5．实验与仿真 (12)6.心得体会 (13)7.附件 (15)8.参考文献 (16)1．设计总体思路直流电机控制系统（晶闸管整流）分为主电路和控制电路，主电路采用三相全控桥整流电路，变流侧交流电采用电网电压，通过变压器起隔离和调节电网电压，使其达到整流所需求的交流电压，为防止电网波动和其他各类短路情况的出现，在交流侧和整流的直流侧增加一系列的过电压和过电流保护。
控制电路采用转速和电流调节电路，在电网电压通过交流互感器感应电流后将电流信号转为电压信号，和转速反馈信号进行调节，再限幅和功放电路，转换成触发电路能用来改变控制角的信号来调节整流输出电压达到调速目的。
该触发晶闸管的触发电路由六脉冲触发电路TC785构成，最终能调节电机的转速，使其达到转速的稳定。
2．基本原理框图3．单元电路设计3.1主电路器件的计算与选择该设计所调节直流电动机的参数：额定电压225V,额定电流158.5A，额定功率30KW3.1.1变压器的选择变压器二次侧相电压U2=Ud/2.34考虑晶闸管的管压降和启动电压留20%的裕量，整流直流侧电压Ud=1.2*225*270V,得U2=128V；变压器二次侧电流I2=0.816*Id=129.3A；变压器的容量s=3U2 I2=3*128*129.3=50KW；变压器的变比U1:U2=220:128=1.73.1.2晶闸管的选型晶闸管的额定电压Un=(2～3)UTm;Un=2*6*U2=2*6*128=627V晶闸管的额定电流I n=（1.5～2）Ivt;Ivt=Id/(3*1.57）=87.5A;In=1.8*87.5=157A;取Un=;In=157A；选择KP157—580晶闸管六只。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计无刷直流电机控制系统设计一、引言近年来，无刷直流电机由于其高效、低噪音和长寿命等特点，被广泛运用在各种领域，如电动汽车、无人机、工业机器人等。
无刷直流电机的控制系统是整个系统的核心，其设计的优劣直接影响到系统的性能和稳定性。
因此，对无刷直流电机控制系统的研究具有重要意义。
二、无刷直流电机基本原理无刷直流电机是一种将交流电转换成直流电的电机，其工作原理和普通直流电机基本相同。
传统的直流电机是通过换向器将直流电源提供的直流电转换成交流电，再通过电刷与换向器进行配合，使得电机能够正常转动。
然而，无刷直流电机通过内部的传感器，能够实时检测转子位置，在合适的时机切换相序，从而实现电机的转动。
其与直流电机相比，具有结构简单、寿命长、噪音低等特点。
三、无刷直流电机控制系统的组成无刷直流电机控制系统主要由传感器、电机驱动器和控制算法三部分组成。
1. 传感器传感器主要用于检测转子位置和转速等信息，常见的传感器有霍尔传感器、编码器等。
通过传感器获得的信息可以提供给控制系统，以便实时控制电机的工作状态。
2. 电机驱动器电机驱动器作为控制系统的核心部件，主要用于控制电机的转速和方向。
电机驱动器通常由功率放大器和控制电路组成，通过接收控制信号，控制电机的运行。
3. 控制算法控制算法是无刷直流电机控制系统的关键，常见的控制算法有电流反馈控制、速度反馈控制和位置反馈控制等。
通过对传感器获得的信息进行处理和分析，控制算法能够准确地控制电机的运行状态，实现所需的功能。
四、无刷直流电机控制系统设计无刷直流电机控制系统的设计需要考虑多个方面的因素，如控制精度、稳定性、响应速度等。
1. 选择合适的传感器传感器的选择直接影响到控制系统的精度和稳定性。
根据实际需求，选择适用的传感器，并进行合理的安装和校准。
2. 电机驱动器的设计电机驱动器需要根据电机的功率和转速等参数进行选择和设计。
选用合适的功率放大器和控制电路，确保电机能够正常工作，并满足系统的要求。
直流电机及其控制系统
38
• 对和复励发电机，当负载电流增加时，由 于电枢反应、电枢电阻与串励绕组所引起 的电压降落，可由串励绕组的磁动势增强 来补偿。
• 所以，和复励发电机在任何负载下，其端 电压U几乎可以保持不变。
• 对差复励发电机，由于其串励绕组磁动势 与并励绕组磁动势相反。当有负载时，使 它的磁通大为削弱，端电压急剧下降。
器在内的励磁回路的总电阻。
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27
• ⒈ 空载特性（n不变）
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28
• ⒉ 外特性（n不变、Rf不变）
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29
• 对并励发电机，当负载增加时（即外电 路电阻减小），负载电流IL增加，当负载 增加到一定程度，电流达到最大ILm 。若 负载电阻继续减小，电流则不在增加，
反而减小，当负载短路时，仅有不大的 短路电流Ia。
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45
• ⒊功率平衡方程
• 式中：P1=U*Ia是电源对电机输入的功率； • Pe=Ea*Ia是电机向机械负载转换的电功率； • Pcua=Ia2*Ra是电枢回路总的铜损耗。
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35
㈣ 复励发电机
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• 复励发电机在磁极上有两个励磁绕组： 一个绕组与电枢并联，导线细匝数多— —并励绕组；另一个绕组与电枢串联， 导线粗而匝数少——串励绕组。
• 发电机空载时，串励绕组中没有电流， 故空载特性与并励发电机相同。
• 和复励、差复励
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37
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第三章 直流电机及其控制系统
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1
第一节 直流电机的基本原理
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2
• 直流电机电刷间的感应电势为：
• 式中：φ：一个磁极的磁通； n：电枢转速； KE： K关E 的=p常N/数60。a是与电机结构有 a：电枢绕组并联支路数。
直流电动机控制系统
直流电动机控制系统直流电动机是一种基本的电机类型，应用非常广泛。
而直流电动机控制系统则是控制直流电动机的关键工具。
本文将介绍直流电动机控制系统的工作原理、基本组成部分以及应用场景。
工作原理直流电动机控制系统的工作原理基于电流和电磁场的相互作用。
当通电后，电动机内的电流会在电磁铁中产生磁场。
这个磁场会作用于转子，导致它开始旋转。
而直流电动机控制系统的目的就是在保持稳定的基础上，改变电流的方向和大小，进而实现电机的转速控制。
组成部分直流电动机控制系统包含多个组成部分，下面将逐一介绍。
电源电源是直流电动机控制系统不可或缺的一个部分。
它提供了系统所需的电能，通常使用的是交流电源。
电动机电动机是直流电动机控制系统的核心，负责产生转动力。
根据控制系统的不同，会有不同规格的电机，例如不同转速和转矩。
电机驱动器电机驱动器是用来控制电流的方向和大小，改变电机的转速。
通常是由开关管、驱动电路以及电源组成。
传感器和反馈传感器和反馈是直流电动机控制系统中非常重要的部分，它可以检测电机的状态并将信息反馈给控制系统。
常用的传感器包括转速传感器、温度传感器等。
控制器控制器是直流电动机控制系统的大脑，根据传感器和反馈的信息来决定电机所要做的动作，例如改变电流的方向和大小，控制电机的运转。
应用场景直流电动机控制系统可以应用于许多领域，例如工业制造、航空和交通运输等。
在工业制造中，它可以应用于机械加工、制造生产线等设备；在航空中，它可以应用于航空器的起飞和着陆；在交通运输中，它可以应用于电动车辆、电动自行车和其他交通工具上。
直流电动机控制系统是控制电机的重要工具。
本文介绍了直流电动机控制系统的工作原理、基本组成部分以及应用场景。
希望本文能帮助您更好地了解直流电动机控制系统的基本知识，从而更好地应用于实际生产和生活中。
直流电机PWM调速控制系统设计
直流电机PWM调速控制系统设计一、引言直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产中的机械传动系统。
为了实现对直流电机的调速控制，可以采用PWM（脉宽调制）技术。
PWM调速控制系统通过控制脉冲宽度的变化来调整输出信号的平均电压，从而改变电机的转速。
本文将详细介绍直流电机PWM调速控制系统的设计原理、电路设计和控制算法等方面。
二、设计原理1、PWM调制原理PWM调制是一种通过改变脉冲宽度来控制平均电压的技术。
在PWM调速控制系统中，主要是通过改变脉冲的占空比来改变输出信号的平均电压，从而调整电机的转速。
2、直流电机调速原理直流电机的转速与电源电压成正比，转速调节的基本原理是改变电机的供电电压。
在PWM调速控制系统中，通过改变PWM信号的占空比，即每个周期高电平的时间占总周期时间的比例，来改变电机的供电电压，从而控制电机的转速。
三、电路设计1、输入电源电压变换电路为了适应不同的输入电源电压，需要设计输入电源电压变换电路。
该电路的功能是将输入电源电压通过变压器等元件进行变压或变换，使其适应电机的工作电压要求。
2、PWM信号发生电路PWM信号发生电路主要是负责产生PWM信号。
常用的PWM信号发生电路有555定时器电路和单片机控制电路等。
3、驱动电路驱动电路用于控制电机的供电电压。
常见的驱动电路有晶闸管调压电路、MOSFET驱动电路等。
通过改变驱动电路的控制信号，可以改变电机的转速。
四、控制算法在PWM调速控制系统中，需要设计相应的控制算法，来根据系统输入和输出变量进行调速控制。
常见的控制算法有PID控制算法等。
PID控制算法是一种经典的控制算法，通过对系统的误差、误差变化率和误差积分进行综合调节，来控制输出变量。
在PWM调速控制系统中，可以根据电机的转速反馈信号和设定转速信号，计算出误差，并根据PID 控制算法调节PWM信号的占空比，从而实现对电机转速的精确控制。
五、系统实现根据上述设计原理、电路设计和控制算法，可以实现直流电机PWM调速控制系统的设计。
直流电机调速控制系统设计
直流电机调速控制系统设计1.引言直流电机调速控制系统是一种广泛应用于工业生产与生活中的电气控制系统。
通过对直流电机进行调速控制，可以实现对机械设备的精确控制，提高生产效率和能源利用率。
本文将介绍直流电机调速控制系统的设计原理、控制策略以及相关技术。
2.设计原理直流电机调速控制系统的基本原理是通过调整电压或电流来改变电机的转速。
在直流电机中，电压和电流与转速之间存在一定的关系。
通过改变电压或电流的大小，可以实现对电机转速的调节。
为了实现精确的调速控制，通常采用反馈控制的方式，通过测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流，以达到期望的转速。
3.控制策略开环控制是指在没有反馈的情况下，直接控制输出电压或电流的大小，来实现对电机转速的调节。
开环控制的优点是简单、成本低，但缺点是无法考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，使得控制精度较低。
闭环控制是指在有反馈的情况下，测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流。
闭环控制的优点是能够考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，提高控制精度。
常用的闭环控制策略有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
其中，PID控制是最为常用的一种控制策略，具有调节速度快、控制精度高的优点。
4.相关技术在直流电机调速控制系统的设计中，还需要用到一些相关的技术，如编码器、传感器和驱动器等。
编码器是一种测量旋转角度和速度的装置，可以用来测量电机的转速。
根据编码器的测量结果，可以对电机进行控制。
传感器可以用来检测电机的电流、电压和转速等参数，以获得电机的实时状态。
通过对这些参数的测量和分析，可以实现对电机转速的控制。
驱动器是将控制信号转换为电机运行的电路，可以根据输入的电压或电流信号控制电机的运行状态。
5.总结直流电机调速控制系统是一种重要的电气控制系统，可以实现对机械设备的精确控制。
在设计过程中，需要合理选择控制策略和相关技术，以实现期望的控制效果。
通过不断的研究和实践，可以进一步提高直流电机调速控制系统的性能和稳定性，满足不同领域的需求。
新型电机控制系统及其应用研究
新型电机控制系统及其应用研究随着电机控制技术的不断发展，新型电机控制系统的应用得到了广泛关注和研究。
本文将重点探讨新型电机控制系统及其应用的研究现状和未来发展方向。
一、新型电机控制系统的研究现状1.直流电机控制系统：直流电机控制系统是最早研究的电机控制系统之一、其特点是控制简单、响应速度快、稳态精度高。
但由于直流电机结构复杂、维护成本高等问题，逐渐被新型电机控制系统所替代。
2.交流电机控制系统：交流电机控制系统是目前应用最广泛的电机控制系统之一、其特点是结构简单、体积小、重量轻、效率高。
目前，研究人员主要关注交流电机控制系统的功率因数调整、变频器控制、无传感器控制等方面。
3.永磁同步电机控制系统：永磁同步电机控制系统由于其高效率、高性能等特点，在电动车、风力发电等领域有着广泛的应用前景。
研究人员目前主要关注永磁同步电机控制算法、无感器控制技术等方面。
4.开关磁阻电机控制系统：开关磁阻电机控制系统是新型电机控制系统中的一种重要技术。
其特点是结构简单、控制精度高、响应速度快。
研究人员主要关注开关磁阻电机控制系统的磁阻位置检测、电机参数辨识等方面。
二、新型电机控制系统的应用研究1.新能源系统应用：随着新能源的快速发展，新型电机控制系统在风力发电、太阳能发电等领域有着广泛的应用。
研究人员主要关注电机的功率调整、最大功率点跟踪等方面的控制算法。
2.工业自动化应用：在工业自动化领域，新型电机控制系统的应用也越来越广泛。
例如，在机器人控制系统中，新型电机控制系统能够提供更高的精度和稳定性，满足复杂的生产要求。
3.交通运输应用：在交通运输领域，新型电机控制系统在电动车、高速列车等交通工具中的应用也得到了广泛关注。
新型电机控制系统能够提供更高的动力输出和能量利用率，满足对动力和能源的需求。
4.家电及消费电子应用：在家电及消费电子领域，新型电机控制系统能够提供更高的效率和性能。
例如，在家用电器中，新型电机控制系统能够提供更低的噪音和更长的使用寿命。
基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计
基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计一、绪论直流电机广泛应用于工业自动化控制系统中，对其转速进行精确控制是提高系统性能和稳定性的关键。
PID控制技术是一种经典且常用的控制方法，被广泛应用于直流电机转速控制系统中。
本文旨在设计一个基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统，实现对电机转速的精准控制。
二、直流电机转速控制系统结构直流电机转速闭环控制系统主要由以下几个部分组成：1. 直流电机：负责将电能转化为机械能，并提供给待控对象。
2. 传感器：用于测量电机转速，将测得的转速信号反馈给控制系统。
3. 控制器：根据测量的转速信号与设定值之间的差异，计算控制信号，并输出给执行器。
4. 执行器：根据控制信号控制电机的转速，通过调节电机输入电流实现转速控制。
三、PID控制器原理PID控制器是一种基本的比例-积分-微分控制器，通过调节这三种控制分量的权重，实现对系统的控制。
具体原理如下：1. 比例控制分量：根据测量值与设定值之间的差异，产生与差值成正比的控制信号，用于快速响应系统误差。
2. 积分控制分量：根据时间与误差的乘积进行积分，用于消除系统误差的稳态偏差。
3. 微分控制分量：根据误差的变化率进行微分，用于增强系统的稳定性，减小超调量。
四、基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计步骤1. 系统建模：根据直流电机的特性以及系统的动力学方程，建立数学模型，描述电机的转速与输入电流之间的关系。
2. 参数调整：根据实际情况，通过试验或者经验，调整PID控制器的三个控制参数：比例系数(Kp)，积分时间(Ti)，微分时间(Td)，以获得系统的最佳控制效果。
3. 信号采集与处理：利用传感器获取电机转速的测量值，然后经过滤波和放大等处理，得到合适的输入信号。
4. PID控制计算：根据测量值与设定值之间的差异，计算PID控制器的输出信号。
5. 信号放大与转换：将PID控制器输出的控制信号进行放大，并转换为合适的电压或电流信号，用于控制电机的转速。
电机控制系统
电机控制系统简介电机控制系统是一种用于控制电机运行的系统，它通过控制电流、电压或频率等参数来实现电机的运动控制。
电机控制系统在许多领域中被广泛使用，如工业自动化、交通运输和家用电器等。
本文将介绍电机控制系统的基本原理、分类和主要应用。
基本原理电机控制系统的基本原理是通过改变电机的输入参数来控制电机的运动。
电机的输入参数通常包括电流、电压和频率等。
通过改变这些参数，可以改变电机的速度、转矩和位置等。
电机控制系统通常由电机驱动器和控制器两部分组成。
电机驱动器是将电源输入转换为适合电机工作的电流、电压或频率的设备。
它可以根据不同类型的电机和应用需求，选择不同的驱动方式，如直流驱动、交流驱动和伺服驱动等。
控制器是用于控制电机运行的设备，它通常包括信号传感器、信号处理器和执行器等。
信号传感器用于检测电机的状态和运动信息，如速度、转矩和位置等。
信号处理器将传感器的信号转换为控制信号，并对其进行处理和调整。
执行器根据控制信号来调整电机的输入参数，以实现电机的运动控制。
分类根据电机的类型和控制方式的不同，电机控制系统可以分为多种类型。
常见的电机类型包括直流电机、交流电机和步进电机等。
而控制方式则包括开环控制和闭环控制两种。
直流电机控制系统直流电机控制系统是通过改变直流电压、电流和极性等参数来控制直流电机的运动。
直流电机通常由直流电源和直流电机驱动器组成。
直流电机驱动器可以实现电压调速、电流调速和PWM控制等。
交流电机控制系统交流电机控制系统是通过改变交流电压、频率和相位等参数来控制交流电机的运动。
交流电机通常由交流电源、变频器和控制器组成。
变频器可以实现电压调速、频率调速和矢量控制等。
步进电机控制系统步进电机控制系统是通过改变电流和脉冲信号等参数来控制步进电机的运动。
步进电机通常由驱动器和控制器组成。
驱动器可以实现全步进、半步进和微步进等控制方式。
主要应用电机控制系统在许多领域中都有重要的应用。
下面是一些常见的应用示例：工业自动化电机控制系统在工业自动化中被广泛应用。
无刷直流电机控制系统设计
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。
直流电机 控制原理
直流电机控制原理
直流电机的控制原理是通过改变电机的电流和电压来实现转速和转向的控制。
一般来说，直流电机的转速与电压成正比，而转向则与电流方向相关。
在电机控制系统中，常用的控制方式包括电压控制和电流控制。
1. 电压控制：通过改变电机输入端的电压来控制电机的转速。
这种控制方式常用于较简单的电机控制系统，如家用电器中的风扇调速。
通过改变电压大小，可以实现电机转速的调节。
2. 电流控制：通过改变电机输入端的电流来控制电机的转向和转速。
在这种控制方式下，通过改变电流的方向和大小，可以实现电机正转、反转和调速等功能。
电机启动时，通常会施加较大的启动电流，然后根据需要逐渐减小电流来控制转速。
为了实现电机的精确控制，还常常使用脉宽调制（PWM）技术。
脉宽调制是通过调节一个定时周期内高电平的时长来控制输出电压或电流的一种技术。
在直流电机控制系统中，通过改变PWM的占空比（高电平时长与一个周期时长的比值），可
以实现电机转速的微调。
较大的占空比意味着输出电压或电流的变化幅度较大，从而实现较高的转速。
此外，还可结合反馈控制系统来实现闭环控制。
反馈控制的原理是通过测量电机的转速或转角，并与期望值进行比较，然后根据误差来调整输出。
通过反馈控制，可以实现电机的精确控制和稳定运行。
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直流电机控制系统摘要：本文利用MCS-51系列单片机产生PWM信号，采用了自己设计的电机驱动电路，实现对直流电机的转速和控制方向的控制，并着重对电机驱动电路的设计进行叙述。
主要模块包括单片机控制模块、电机驱动模块、电机接口模块、电源模块、键盘控制模块。
关键词：PWM信号，直流电机，电机驱动，单片机引言随着科学技术的迅猛发展,电气设备发展日新月异.尤其以计算机,信息技术为代表的高新技术的发展,使制造技术的内涵和外延发生了革命性的变化,传统的电气设备设计,制造技术不断吸收信息控制,材料,能量及管理等领域的现代成果,综合应用于产品设计,制造,检测,生产管理和售后服务.在生产技术和生产模式等方面,许多新的思想和概念不断涌现,而且,不同科学之间相互渗透,交叉融合,迅速改变着传统电气设备制造业的面貌,从而使得产品频繁的更新换代,这就使得电机成为社会生产和生活中必不可少的工具.随着科学技术的不断发展,人类社会的不断进步,人们对生活产品的需求要不断趋向多样化,这就要求生产设备必须具有良好的动态性能,在不同的时候进行不同的操作,完成不同的任务.为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计.特别是大型的钢铁行业和材料生产行业,为达到很高的控制精度,速度的稳定性,调速范围等国产直流电机简介为了满足各行业按不同运行条件对电动机提出的要求,将直流电机制造成不同型号的系列.所谓系列就是指结构形状基本相似,而容量按一定比例递增的一系列电机.它们的电压,转速,机座型号和铁心长度都是一定的等级.现将我国目前生产的几个主要系列直流电机简要的介绍如下。
Z2系列为普通用途的中,小型电机.它的容量从400W到200KW,电动机的额定电压有200V和110V两种,额定转速有3000,1500,1000,750及600r/min五个等级.Z2系列普通用途的中型直流电动机,容量从40KW到370KW.ZJD系列为大型直流电动机,容量从150KW到6500KW,主要用于驱动大型轧钢机及卷扬机。
要求,又由于交流调速在当时尚未解决好调速控制问题,调速范围不大,控制精度低,快速性差等性能指标不满足生产工艺的要求,所以当时大量使用的是直流电动机调速系统,尤其是直流无级调速系统,它具有调速性能好,范围宽,动态性能好等优点,特别是设计简单方便,虽然随着控制技术以及电力电子技术的的发展,制造工艺技术的提高,大量出现交流调速的传动系统,但直流传动所具有的优点特征,至今仍大量广泛地使用直流调速.因此实现直流无级调速对我们社会生产和生活有着重大的意义。
1直流电动机调速的概述1.1直流电机调速原理直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。
不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速有以下公式：n=U/Cφ-TR内/C r C cφ（公式1-1）c其中：U—电压；—励磁绕组本身的电阻；R内φ—每极磁通(Wb)；—电势常数；Cc—转矩常量。
Cr由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，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。
直流电动机的基本结构直流电机的结构是多种多样的,但任何直流电机都包括定子部分和转子部分,这两部分间存在着一定大小的气隙,使电机中电路和磁场发生相对运动.直流电机定子部分主要由主磁极,电刷装置和换向极等组成,转子部分主要由电枢绕组,换向器和转轴等构成，如图1所示：图1直流电机的工作原理图电枢控制是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，以控制电机的转速。
在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。
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”。
图2电枢电压占空比和平均电压的关系图V，占根据上图，如果电机始终接通电源时，电机转速最大为maxV=V*D，可见只要改变占空比为D=1t/T，则电机的平均速度为：D max空比D，就可以得到不同的电机速度，从而达到调速的目的。
[1]1.2直流调速系统实现方式PWM为主控电路的调速系统：基于单片机类由软件来实现PWM，在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压U不变的情况d下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值：A、定宽调频法：保持t不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之1改变。
（图1-2）B、调宽调频法：保持t不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随1之改变。
（图1-2）C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变t和t。
（图1-2）1前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。
[2]1.3控制程序设计控制程序设计有两种方法：软件延时法和计数法。
软件延时法的基本思路是：首先求出占空比D=t(1)/T，再根据周期T分别给电机通电M个单位时间t(0)，所以M=t(0)/t(1)。
然后，再断电S个单位时间，所以S=t(2)/t(0)。
改变M和S的值，从而也就改变了占空比D。
计数法的基本思路是：当单位延时个数M求出之后，将其作为给定值存放在某个存储单元中。
在通电过程中，对通电单位时间的次数进行计数，并与存储器的内容进行比较。
若不相等，则继续输出控制脉冲，直到计数值与给定值相等，使电机断电。
软件采用定时中断进行设计。
如图所示当单片机上电后，系统进入准备状态。
当按动按钮后执行相应的程序，根据P1.1的高低电平决定直流电机正反转。
根据加、减速按钮，调整P1.1输出高低电平的占空比，从而可以控制高低电平的延时时间，进而控制电压的大小来决定直流电机的转速。
[2]2.硬件电路设计2.1AT89C51单片机（1）AT89C51单片机的基本组成AT89C51单片机由CPU 和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU 加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。
（2）AT89C51单片机引脚图及功能介绍P0.7---P0.0：这8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。
第一种情况是AT89C51不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O 口使用，P0.7---P0.0R S T /V R X D T X D X T X T N E /P R O G P P用于传送CPU的I/O数据。
第二种情况是AT89C51带片外存储器，P0.7---P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。
P2.7---P2.0：这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。
它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。
P3.7---P3.0：这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。
它的第二功能作为控制用，每个引脚不尽相同，如下表所示：P3口的位第二功能注释P3.0RXD串行数据接收口P3.1TXD串行数据发送口P3.2______0INT外中断0输入P3.3______1INT外中断1输入P3.4T0计数器0计数输入P3.5T1计数器1计数输入P3.6_____WR外部RAM写选通信号P3.7____RD外部RAM读选通信号表1AT89C51芯片引脚P3口第二功能及说明VCC 为+5V电源线，VSS为接地线。
ALE/_________PROG：地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用，在访问片外存储器时，AT89C51CPU在P0.7---P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/_________PROG线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7---P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。
在不访问片外存储器时，AT89C51自动在ALE/_________PROG线的脉冲序列。
该脉冲序列可以用作外部时钟源上输出频率为1/6fOSC或者作为定时脉冲源使用。
____EA/V PP：允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制AT89C51使用片内ROM还是片外ROM。
如果____EA=1，那么允许使用片内ROM；如果____EA=0，那么允许使用片外ROM。
________PSEN：片外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，AT89C51自动在________PSEN线上产生一个负脉冲，用于片外ROM芯片的选通。
其他情况下，________PSEN线均为高电平封锁状态。
RST/VPD：复位备用电源线，可以使AT89C51处于复位工作状态。
XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接AT89C51片内OSC的定时反馈电路。
石英晶振起振后，应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便于AT89C51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡，电容C1、的目的。
[3]C2可以帮助起振，调节它们可以达到微调fOSC2.2PWM波形的程序实现随计算机技术及电力电子技术的发展，PWM波形采用软件方法实现显得非常灵活和实用以89C51单片机为控制核心,晶振频率为11.05926MHz。
我们可以使用定时计数器TO,T1作定时器，通过中断定时的方式。
产生PWN的方波信号。
2.3直流电动机的驱动本驱动根据电机控制技术中所讲的H桥为基础，在H桥基础电路上进行改进，使用multisim电子仿真软件进行电路反正设计得到电机驱动电路模块，如下图3图3电机驱动电路下面对设计的驱动模块进行分析：此改进的驱动电路，解决了普通H桥驱动电路共态导通[4](H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）。
前方的运放器，用作比较器。
把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。
（1）输入与电平转换部分：XMM1为PWM信号输入口。
高速运放TL084（也可以用KF347）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。