PWM控制直流电机调速
PWM控制的直流电动机调速系统设计
課程設計設計報告書題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計二級學院現代科技學院專業電氣工程及自動化班級電氣062姓名*****學號**********同組同學姓名 ****** ******* 同組同學學 *********** *********2009年 12 月 23 日設計題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計1、前言近年來，隨著科技的進步，電力電子技術得到了迅速的發展，直流電機得到了越來越廣泛的應用。
直流它具有優良的調速特性,調速平滑、方便,調速範圍廣;超載能力大,能承受頻繁的衝擊負載,可實現頻繁的無級快速起動、制動和反轉;需要能滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機的調速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速，改變電樞電壓調速等技術已遠遠不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機調速的方法應運而生。
採用傳統的調速系統主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對雜訊敏感等。
而在用了PWM技術後，避免了以上的缺陷，實現了用數字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。
另外，由於PWM 調速系統的開關頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩的直流電流,低速特性好；同樣,由於開關頻率高,快速回應特性好,動態抗干擾能力強,可以獲得很寬的頻帶;開關器件只工作在開關狀態,主電路損耗小,裝置效率高。
PWM 具有很強的抗噪性，且有節約空間、比較經濟等特點。
2、設計要求及組內分工2.1設計要求（1）根據電機與拖動實驗室提供的直流電動機，設計基於PWM的電動機調速方案。
（2）選用合適的功率器件，設計電動機的驅動電路。
（3）設計PWM波形發生電路，使能通過按鍵對電機轉速進行調節，要求至少有兩個速度控制按鍵，其中一個為加速鍵（每按一次，使電機轉速增加）；另一個為減速鍵，功能與加速鍵相反。
（4）撰寫課程設計報告。
2.2組內分工（1）負責直流電動機調速控制硬體設計及電路焊接：主要由胡佳春和葉秋平完成（2）負責調速控制軟體編寫及調試：主要由朱健和葉秋平完成（3）撰寫報告：主要由胡佳春和朱健完成3、系統設計原理脈寬調製技術是利用數字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其是在對電機的轉速控制方面，可大大節省能量，PWM控制技術的理論基礎為：衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈衝，用這些脈衝來代替正弦波或其他所需要的波形。
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速是指通过调节脉宽调制（PWM）信号的占空比，控制直流电动机的电压和转速。
其原理是利用数字信号的高低电平与时间的对应关系，通过高电平和低电平的时间比例来控制脉冲信号的平均值，从而实现对电动机的调压和调速。
具体来说，PWM调压调速主要包括以下几个步骤：
1.信号发生器：使用微控制器或其他信号发生器产生一个固定频率的方波信号，通常频率为几千赫兹到几十千赫兹。
这个信号称为PWM基准信号。
2.调制器：通过控制占空比，将PWM基准信号转换为调制后的PWM信号。
占空比是指高电平持续的时间与一个周期的比值。
例如，占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平持续时间相等。
调制器可以是硬件电路或者软件控制的。
3.电压调节：将调制后的PWM信号经过滤波器平滑输出，形成电压调节信号。
滤波器通常使用低通滤波器，将PWM信号的高频成分滤除，得到平均电压。
4.转速控制：通过调节占空比，改变PWM信号的高电平时间，从而改变直流电动机的平均电压。
占空比越大，输出电压就越高；占空比越小，输出电压就越低。
5.转速反馈：为了实现闭环控制，通常需要通过传感器获取直流电动机的转速，并将转速信息反馈给调速控制器。
调速控制器会根据反馈信号与设定的转速进行比较，调节占空比控制电动机的转速。
总结起来，PWM调压调速原理就是通过调节PWM信号的占空比控制直流电动机的电压和转速。
通过改变占空比，可以改变PWM信号的高电平时间，从而改变电动机的平均电压和转速。
同时，结合转速反馈，可以实现封闭环控制，使电动机的转速能够与设定值保持一致。
直流电机调速的PWM实现方法
8
GND
地
9
VSS
逻辑控制地
10,12
Input 3 Input4
桥式电路B的控制端
13,14
Out3 Out4
桥式电路B的的输出端，接电机
－
NC
不接
将上面的PWM例程产生的波形作用于电机的使能端上，就可以实现电机的调速。至于方向的控制，只需两个IO接于控制端即可。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。通俗的说PWM是采用数字量对模拟量进行合成的方法。
直流电机调速的PWM实现方法
PWM在控制中使用非常广泛，可以以数字量对模拟电路进行控制。这里对PWM的原理进行讲述，并举例说明PWM的重要应用。
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱPWM简介
采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
直流电机pwm调速的续流二极管
直流电机是工业生产中常见的电机之一，它通常以PWM（脉宽调制）方式进行调速。
而在PWM调速过程中，续流二极管扮演了重要角色。
本文将从直流电机的工作原理、PWM调速原理、续流二极管的作用和选择等方面进行详细介绍。
一、直流电机的工作原理直流电机是一种将电能转换为机械能的装置，它的工作原理基于洛伦兹力和带电粒子在磁场中受力的规律。
当直流电流通过电机的线圈时，产生的磁场与永磁体或者电磁铁产生的磁场相互作用，从而使得电机的转子产生力矩，从而驱动机械装置运转。
二、PWM调速原理PWM调速是通过改变电机输入的脉冲宽度来控制电机的平均电压和平均电流，从而改变电机的转速。
具体实现上，PWM调速是将直流电源高频开关，使得电机在分时段内接收到占空比不同的电压脉冲，从而实现调速。
三、续流二极管的作用在PWM调速过程中，电机的正负半周各有一个脉冲开关管，分别为一组导通和一组关断。
当开关管关断时，直流电机线圈中的电流不能突然中断，否则会产生电感压降。
为了避免电感压降引起的反冲电压，需要在开关管关断时，让电流有一条回路可以继续流动，这就是续流二极管的作用。
四、续流二极管的选择续流二极管应具有较快的反向恢复时间，这样才能在开关管关断瞬间尽快导通，避免电感压降引起的反冲电压。
续流二极管的电流和电压等参数也需要根据具体的电机工作条件来选择。
五、总结直流电机的PWM调速是一种常见的调速方式，而续流二极管在PWM调速过程中的作用不可忽视。
正确选择合适的续流二极管，对电机的稳定性和性能有着重要影响。
希望本文对读者对直流电机的PWM 调速和续流二极管有所帮助。
六、续流二极管的工作原理续流二极管在PWM调速过程中，起到了保护开关管和电机的作用。
在电机线圈中的电流无法突然中断的情况下，如果没有合适的续流二极管，就会导致电感压降产生反冲电压，这样会对开关管和电机造成不良影响，甚至损坏设备。
续流二极管的工作原理主要是利用其具有的快速反向恢复时间和导通特性来形成一个回路，让电流有一条通路继续流动，从而避免反冲电压的产生。
直流电机pwm调速原理
直流电机pwm调速原理直流电机PWM调速原理是通过改变电源给电机的电压和电流，从而控制电机转速的一种方法。
PWM，即脉冲宽度调制，是一种用来调节电平电路中电平的技术，利用脉冲信号的占空比（高电平与周期时间之比）来控制电平的平均值。
在直流电机PWM调速中，首先需要了解电机的电刷子与换向器的工作原理。
电刷子负责切换电极的极性，而换向器则根据电刷子的位置将电流传送到正确的电极上。
当电流在电机的绕组中流动时，会形成磁场，这个磁场会与永磁体产生相互作用，从而产生电机的转动力。
为了控制电机的转速，可以通过改变供电电压的幅值和频率来实现。
在PWM调速中，电源输出的电压信号被分解为一系列的脉冲信号。
脉冲信号的占空比根据所需的电机转速来确定，占空比越大，电机转速越快。
在每个脉冲周期中，脉冲信号的高电平部分代表电源给电机供电的时间，而低电平部分则代表停止供电的时间。
通过改变脉冲信号的占空比，可以控制电机的平均电压和平均电流。
当占空比增大时，电机平均得到更多的能量供应，转速也会相应增加。
反之，当占空比减小时，电机平均得到更少的能量供应，转速会减慢。
这样，通过不断调整脉冲信号的占空比，就可以实现对直流电机的精准调速。
需要注意的是，在PWM调速中，电机的换向也需要考虑进去。
换向器需要根据电机的转向来控制电刷子的位置，使电流能够按正确的路径流动。
这样能够保证电机的正常运转，并提供足够的转矩和稳定性。
综上所述，直流电机PWM调速是通过改变电源给电机的电压和电流的脉冲信号的占空比来实现的。
通过调节脉冲信号的占空比，可以控制电机的平均电压和电流，从而实现对电机转速的精确控制。
同时，需考虑电机的换向，以保证电机能够正常运转。
1-3 直流电动机的脉宽调制(PWM)调速
若VT1关断时间长，在t=t2时，电枢电流ia衰减 到零，那么在电动机内电势Ea的作用下，VT2导通， 电枢电流ia 将沿着相反的方向从B点流入A点，电机 进入能耗制动。通过控制VT2的时间间隔可以控制电 机的制动转矩 注意：在VT1重新导通之间，必须先关闭VT2， 让电枢电流经过VD1续流，电机短时进入再生制动状 态，否则在VT2还没有完全关断之前就让VT1导通， 电源经过VT2、VT1直接短路，损坏开关元件。
1、单极性脉宽调制方式 系统输出电压UA的极性是通过一个控制电压Uc 来改变的。 Uc为正，VT1与VT2交替导通，VT4一直导通， VT3关断，此时，B点总是为正，A点总是为负 Uc为负，VT3与VT4交替导通，VT2一直导通， VT1关断，此时，B点总是为负，A点总是为正
工作原理： Uc为正时 0<t<t1时，VT1导通，VT2关断，若Us>Ea， 电枢电流经VT1、VT4从B流到A，电机处在电动 机状态。 在t1<t<T时，VT1关闭，VD2与VT4续流，电枢 电流方向不变，电机仍处在电动机状态。 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Ea使VT2导通，电枢电 流反向，经VT2、VD4从A流到B，电机进入能耗 制动状态 若Ea>Us，在VT2关断期间，电枢电流经VD1 和VD4输回电网，电机作再生制动 Uc为负时，原理与此类似，电机反向
如果电流连续，则电机始终处于电动状态 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Us和Ea共同作用，使 VT2、VT3导通，电枢电流反向，经VT2、VT3从A 流到B，电机进入反接制动状态 在VT1、VT4再次导通之前，必须关断VT2、 VT3，电枢电流VD1、VD4续流，电机进入再生制 动
简述pwm直流调速原理
PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）直流调速是一种常用的电调速方法，通过调整电源电压的占空比来控制直流电机的转速。
其基本原理如下：
脉宽调制：PWM调速通过调整电源电压的占空比来控制电机的平均电压。
占空比是指高电平脉冲信号的持续时间与一个完整周期的时间比例。
当占空比较高时，电机接收到较高的平均电压，转速相应增加；当占空比较低时，电机接收到较低的平均电压，转速相应减小。
控制电路：PWM调速系统通常由控制电路和功率电路两部分组成。
控制电路根据所需转速通过逻辑电路或微控制器生成PWM信号，控制电源电压的占空比。
控制电路中的反馈系统可以测量电机的转速或其他参数，以便对PWM信号进行实时调整和闭环控制。
功率电路：功率电路用于将PWM信号转换为对电机的实际控制。
典型的功率电路是使用电子开关器件（如MOSFET或IGBT）组成的半桥或全桥电路，它们能够根据PWM信号的状态开关电源电压的连接与断开，从而调整电机接收到的电压。
转速调节：通过改变PWM信号的占空比，可以调节电机的转速。
增加占空比会增加电机的平均电压，从而提高转速；减小占空比则会减小平均电压，使转速降低。
通过不断调整占空比，可以实现直流电机的精确调速。
PWM直流调速具有调速范围广、响应快、效率高等优点，被广泛应用于各种需要电机调速的领域，如工业生产、机械设备、电动车辆等。
单片机课程设计PWM直流电动机调速控制系统方案
单片机原理及应用—— P W M直流电机调速控制系统概括直流电动机具有良好的启动性能和调速特性。
具有起动转矩大、调速平稳、经济大范围、调速容易、调速后效率高等特点。
本文设计的直流电机调速系统主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路和独立按键组成的电子产品组成。
电源采用78系列芯片，采用PWM波方式实现电机+5V、+15V调速，PWM为脉宽调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立的按键实现电机的启停、调速和转向的手动控制，LED实现测量数据（速度）的显示。
电机转速采用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机统计1秒内方波脉冲个数，计算电机转速，实现直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速； H桥驱动电路； LED显示屏; 51单片机目录摘要2摘要错误!未定义书签。
目录3第 1 章引言41.1 概述41.2 国外发展现状41.3 要求51.4 设计目的及6第 2 章项目论证与选择72.1 电机调速模块72.2 PWM调速工作模式72.3 PWM脉宽调制方式错误!未定义书签。
2.4 PWM 软件实现错误!未定义书签。
第三章系统硬件电路设计83.1 信号输入电路83.2 电机PWM驱动模块电路9第 4 章系统的软件设计104.1 单片机选型104.2 系统软件设计分析10第 5 章 MCU 系统集成调试135.1 PROTEUS 设计与仿真平台错误!未定义书签。
18传统开发流程对比错误!未定义书签。
第一章简介1.1 概述现代工业的电驱动一般要求部分或全部自动化，因此必须与各种控制元件组成的自动控制系统相联动，而电驱动可视为自动电驱动系统的简称。
在这个系统中，生产机械可以自动控制。
随着现代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动电驱动正朝着计算机控制的生产过程自动化方向发展。
以实现高速、高质量、高效率的生产。
在大多数集成自动化系统中，自动化电力牵引系统仍然是不可或缺的组成部分。
直流电机的PWM冲调速控制技术
直流电机的PWM冲调速控制技术直流电机的PWM冲(宽度调变)调速控制技术为调节马达转速和方向需要对其直流电压的大小和方向进行控制。
目前，常用大功率晶体管脉宽调制（PWM）调速驱动系统和可控硅直流调速驱动系统两种方式。
可控硅直流（SCR）驱动方式，主要通过调节触发装置控制SCR 的导通角来移动触发脉冲的相位，从而改变整流电压的大小，使直流电机电枢电压的变化易平滑调速。
由于SCR本身的工作原理和电源的特点，导通后是利用交流过零来关闭的，因此，在低整流电压时，其输出是很小的尖峰值的平均值，从而造成电流的不连续性。
由于晶体管的开关响应特性远比SCR 好，因此前者的伺服驱动特性要比后者好得多。
所谓脉冲宽度调变(Pulse Width Modulate 简称 PWM)信号就是一连串可以调整脉冲宽度的信号。
脉宽调变是一种调变或改变某个方波的简单方法。
在它的基本形式上，方波工作周期（duty cycle）是根据输入信号的变化而变化。
在直流电机控制系统中，为了减少流经电机绕线电流及降低功率消耗等目的，常常使用脉冲宽度调变信号(PWM)来控制交换式功率组件的开与关动作时间。
其最常使用的就是借着改变输出脉冲宽度或频率来改变电机的转速。
图1 PWM 脉冲宽度调变信号图若将供应电机的电源在一个固定周期做ON及OFF的控制，则ON的时间越长，电机的转速越快，反之越慢。
此种ON与OFF比例控制速度的方法即称为脉冲宽度调变，ON的期间称为工作周期(duty cycle)，以百分比表示。
若直流电机的供应电源电压为10伏特，乘以20%的工作周期即得到2伏特的输出至电机上，不同的工作周期对应出不同电压让直流电机转速产生不同的变化。
若直流电机的供应电源电压为10伏特，乘以20%的工作周期即得到2伏特的输出至电机上，不同的工作周期对应出不同电压让直流电机转速产生不同的变化。
PWM产生器方块图如下图所示，计数器采下数计数器与上数计数器的两种PWM讯号。
PWM信号控制直流电机调速的源代码
if(index==1) /*电机1的处理*/
{
m1=abs(speed); /*取速度的绝对值*/
if(speed<0) /*速度值为负则反转*/
{
s1=0;
s2=1;
}
else /*不为负数则正转*/
{
s1=1;
s2=0;
}
}
if(index==2) /*电机2的处理*/
{
m2=abs(speed); /*电机2的速度控制*/
{
motor(1,i);
motor(2,i);
delay(5000);
}
for(i=0;i<=100;i++) /*反转加速*/
{
motor(1,-i);
motor(2,-i);
delay(5000);
}
for(i=100;i>0;i--) /*反转减速*/
{
motor(1,-i);
motor(2,-i);
uchar m2=0; /*电机2速度值*/
uchar tmp1,tmp2; /*电机当前速度值*/
/*电机控制函数index-电机号(1,2); speed-电机速度(-100—100) */
void motor(uchar index, char speed)
{
if(speed>=-100 && speed<=100)
if(speed<0) /*电机2的方向控制*/
{
s3=0;
s4=1;
}
else
{
s3=1;
s4=0;
}
}
}
}
void delay(uint j) /*简易延时函数*/
直流电机PWM调速
直流电机转速的PWM控制测速王鹏辉姬玉燕摘要本设计采用PWM的控制原理来完成对直流电机的正转、反转以及其加速、减速过程的控制，在此过程中是通过单片机的定时器加上中断的方式产生不同时长的高低电压脉冲信号来完成。
并通过霍尔传感器对直流电机的转速进行测定，最后将实时测定的转速数值1602液晶屏上。
关键词：PWM控制直流电机霍尔传感器 1602液晶显示屏 L298驱动一、设计目的：了解直流电机工作原理，掌握用单片机来控制直流电机系统的硬件设计方法，熟悉直流电机驱动程序的设计与调试，能够熟练应用PWM方法来控制直流电机的正反转和加减速，提高单片机应用系统设计和调试水平。
1.1系统方案提出和论证转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。
本说明书中给出两种转速测量方案，经过我和伙伴查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。
下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。
1.2 方案一：霍尔传感器测量方案霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。
本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。
霍尔转速传感器的结构原理图如图3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图3.2 。
传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。
图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图方案霍尔转速传感器的接线图缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。
PWM直流电机调速系统设计
PWM直流电机调速系统设计PWM（脉宽调制）直流电机调速系统设计是通过改变电机输入电压的有效值和频率，以控制电机转速的一种方法。
本文将介绍PWM直流电机调速系统的原理、设计过程和实施步骤。
一、PWM直流电机调速系统原理1.电机：PWM直流电机调速系统使用的电机一般是带有永磁励磁的直流电机，其转速与输入电压成正比。
2.传感器：传感器主要用于检测电机转速和转速反馈。
常用的传感器有霍尔传感器和编码器。
3.控制器：控制器通过接收传感器反馈信号，并与用户输入信号进行比较来调整电机输入电压。
控制器一般包括比较器、计数器、时钟和PWM 发生器。
4.功率电源：功率电源负责提供PWM信号的电源。
PWM直流电机调速系统的工作原理是：先将用户输入转速转化为电压信号，然后通过比较器将输入信号与传感器反馈信号进行比较，再将比较结果输入给计数器，由计数器根据输入信号的边沿通过时钟控制PWM发生器，最后通过功率电源提供PWM信号给电机。
二、PWM直流电机调速系统设计过程1.确定电机类型和参数：根据实际需要确定使用的直流电机类型和技术参数，包括额定电压、额定转速、功率等。
2.选择传感器：根据调速要求选择合适的传感器，常用的有霍尔传感器和编码器。
3.设计控制器：根据电机类型和传感器选择合适的控制器，设计比较器、计数器、时钟和PWM发生器电路，并进行连线连接。
4.设计功率电源：根据控制器和电机的电压和电流要求设计适当的功率电源电路。
5.总结设计参数：总结所选器件和电路的技术参数，确保设计完整。
三、PWM直流电机调速系统实施步骤1.进行电路连线：根据设计图将所选器件和电路进行连线连接，包括控制器、传感器、电机和功率电源。
2.进行参数调整：根据需要进行控制器参数的调整，如比较器的阈值、计数器的初始值等。
3.进行调速测试：连接电源后，通过用户输入信号和传感器反馈信号进行调速测试。
根据测试结果进行参数调整。
4.优化系统性能：根据测试结果优化系统性能，如改进控制器参数、调整电机参数等。
直流电机调速pwm的原理
直流电机调速pwm的原理
直流电机调速PWM（脉宽调制）的原理是通过改变电机供电
电压的占空比来实现电机的转速调节。
PWM调速技术通过以
一定的周期（周期时间T）将电源电压以脉冲的形式施加给电机，其中脉冲的宽度（脉宽）决定了每个周期内电源对电机的供电时间比例。
在PWM调速中，周期时间（T）和脉宽时间（Ton）与占空
比（Duty Cycle）之间的关系可以表示为：
占空比（D）= Ton / T
通过改变占空比D的大小，可以控制每个周期中电机所接收
到的有效电压信号的时间比例。
当占空比D变小时，电机接
收到的有效电压时间减少，电机的平均输入功率减小，从而降低转速；反之，当占空比D增大时，电机接收到的有效电压
时间增加，电机的平均输入功率增加，从而提高转速。
实现PWM调速的关键是通过开关器件控制电源电压的开关状
态来实现脉冲信号的生成和调节。
常见的开关器件包括晶体管和MOS管。
通过控制开关器件的导通和截止，可以控制电源
电压的施加和切断。
同时，PWM调速还需要一个控制电路来根据需要改变占空比。
控制电路通常是由微处理器、单片机或专用的PWM芯片来实现，它可以根据不同的控制需求，调整占空比大小，并将相应的控制信号发送给开关器件。
总体而言，直流电机调速PWM的原理是通过改变电机供电电压的占空比来控制电机的转速。
通过控制器件的开关状态和相应的控制电路，可以实现对占空比的调节，从而完成电机的调速操作。
单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》
单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目 (1)1 设计要求及主要技术指标： (1)1.1 设计要求 (1)1.2 主要技术指标 (2)2 设计过程 (2)2.1 题目分析 (4)2.2 整体构思 (4)2.3 具体实现 ................... 错误!未定义书签。
3 元件说明及相关计算 (5)3.1 元件说明 (5)3.2 相关计算 (6)4 调试过程 (6)4.1 调试过程 (6)4.2 遇到问题及解决措施 (7)5 心得体会 (7)参考文献 (8)附录一：电路原理图 (9)附录二：程序清单 (9)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。
电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。
电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。
1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。
（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。
（3）设计一个4个按键的键盘。
K1:“启动/停止”。
K2：“正转/反转”。
K3：“加速”。
K4:“减速”。
（4）手动控制。
在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。
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。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统
基于51单片机的PWM直流电机调速系统一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，直流电机调速系统在众多领域如工业自动化、智能家居、航空航天等得到了广泛应用。
在众多调速方案中，基于脉冲宽度调制（PWM）的调速方式以其高效、稳定、易于实现等优点脱颖而出。
本文旨在探讨基于51单片机的PWM直流电机调速系统的设计与实现，以期为相关领域的技术人员提供一种可靠且实用的电机调速方案。
本文将简要介绍PWM调速的基本原理及其在直流电机控制中的应用。
随后，将详细介绍基于51单片机的PWM直流电机调速系统的硬件设计，包括电机选型、驱动电路设计、单片机选型及外围电路设计等。
在软件设计部分，本文将阐述PWM信号的生成方法、电机转速的检测与控制算法的实现。
还将对系统的性能进行测试与分析，以验证其调速效果及稳定性。
本文将总结基于51单片机的PWM直流电机调速系统的优点与不足，并提出改进建议。
希望通过本文的阐述，能为相关领域的研究与应用提供有益参考。
二、51单片机基础知识51单片机，也被称为8051微控制器，是Intel公司在1980年代初推出的一种8位CISC（复杂指令集计算机）单片机。
尽管Intel公司已经停止生产这种芯片，但由于其架构的通用性和广泛的应用，许多其他公司如Atmel、STC等仍然在生产与8051兼容的单片机。
51单片机的核心部分包括一个8位的CPU，以及4KB的ROM、低128B 的RAM和高位的SFR（特殊功能寄存器）等。
它还包括两个16位的定时/计数器，四个8位的I/O端口，一个全双工的串行通信口，以及一个中断系统。
这些功能使得51单片机在多种嵌入式系统中得到了广泛的应用。
在PWM（脉冲宽度调制）直流电机调速系统中，51单片机的主要作用是生成PWM信号以控制电机的速度。
这通常是通过定时/计数器来实现的。
定时/计数器可以设置一定的时间间隔，然后在这个时间间隔内，CPU可以控制I/O端口产生高电平或低电平，从而形成PWM信号。
PWM控制的直流电动机调速系统设计
PWM控制的直流电动机调速系统设计PWM（脉宽调制）控制的直流电动机调速系统是一种常用于工业和家用电机控制的方法。
它可以通过调整输出脉冲宽度来控制电机的转速。
本文将详细介绍PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。
一、设计目标本文所设计的PWM控制的直流电动机调速系统的设计目标如下：1.实现电机的精确转速控制。
2.提供多种转速档位选择。
3.实现反转功能。
4.提供过载保护功能。
二、设计原理具体的设计原理如下：1.产生PWM信号：使用微控制器或单片机的计时器/计数器模块来产生固定频率的脉冲信号，频率一般选择在20kHz左右。
通过调整计时器的计数值来改变脉冲的宽度，从而实现不同的电机转速。
2.控制电机转速：将微控制器或单片机的PWM输出信号经过电平转换电路后，接入电机的电源线，通过控制PWM信号的高电平时间来控制电机的转速。
3.实现不同的转速档位选择：通过增加多个PWM信号输出通道，可以实现多个转速档位的选择。
通过选择不同的PWM信号输出通道，可以实现不同的转速设定。
4.实现反转功能：通过改变PWM信号的极性可以实现电机的正转和反转操作。
正转时，PWM信号的高电平时间大于低电平时间；反转时，PWM信号的高电平时间小于低电平时间。
5.过载保护功能：通过添加电机负载的电流检测电路和电流限制功能，可以实现对电机过载时的自动保护。
三、设计步骤1.确定电机的额定电压和额定转速。
2.选择合适的微控制器或单片机作为控制核心，并编写PWM信号产生程序。
3.选择合适的驱动电路，将PWM信号转换成电机所需的电流和电压。
常用的驱动电路有H桥驱动电路和MOSFET驱动电路。
4.搭建电路原型，并进行电路调试和测试。
5.编写控制程序，实现转速档位选择、反转和过载保护功能。
6.进行系统整合和调试，确保系统的各项功能正常。
7.进行性能测试，并根据测试结果对系统进行调整和优化。
8.最后对系统进行稳定性测试，并记录测试结果。
四、总结本文详细介绍了PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。
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毕业设计论文PWM控制直流电机调速绪论脉宽调制(PWM)控制技术，是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲序列，并控制电压脉冲的宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。
PWM控制技术广泛地应用于开关稳压电源，不间断电源(UPS)，以及交直流电动机传动等领。
本文阐述了PWM变频调速系统的基本原理和特点，并在此基础上给出了一种基于Mitel SA866DE三相PWM波形发生器和绝缘栅双极功率晶体管(IGBT)的变频调速设计方案。
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;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。
直流电动机的转速调节主要有三种方法：调节电枢供电的电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。
针对三种调速方法，都有各自的特点，也存在一定的缺陷。
例如改变电枢回路电阻调速只能实现有级调速，减弱磁通虽然能够平滑调速，但这种方法的调速范围不大，一般都是配合变压调速使用。
所以，在直流调速系统中，都是以变压调速为主。
其中，在变压调速系统中，大体上又可分为可控整流式调速系统和直流PWM调速系统两种。
直流PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点:由于PWM调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右;同样,由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高;直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
正因为直流PWM调速系统有以上的优点，并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。
传统的模拟和数字电路PWM已被大规模集成电路所取代,这就使得数字调制技术成为可能。
目前,在该领域中大部分应用的是数字脉宽调制器与微处理器集为一体的专用控制芯片, 如TI公司生产的TMS320C24X系列芯片。
电动机调速系统采用微机实现数字化控制,是电气传动发展的主要方向之一。
采用微机控制后,整个调速系统实现全数字化,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。
第1章PWM 调速控制概述毕业设计论文1 PWM调速控制概述1.1直流电机转速控制1.1.1直流电机转速控制类型直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。
励磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速时受到磁饱和限制，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，所以这种控制方法用得很少。
大多数应用场合都使用电枢电压控制法。
随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中PWM(脉宽调制)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。
1.1.2直流电动机转速的计算直流电动机转速n=(U-IR)/Kφ其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。
此电路是通过调节电压U来改变电机转速的。
此电路电机额定电压为12V。
1.2 PWM调速控制的原理PWM调速控制的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的"占空比"，从而改变平均电压，控制电机的转速。
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，即可控制电机转速。
而且采用PWM技术构成的无级调速系统．启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。
设电机始终接通电源时，电机转速最大为nmax，且设占空比为D=t／T，则电机的平均速度nd为：n d = nmaxD由公式可知，当改变占空比D=t／T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。
严格地讲，平均速度与占空比D并不是严格的线性关系，在一般毕业设计论文PWM控制直流电机调速的应用中，可将其近似地看成线性关系。
在直流电机驱动控制电路中，PWM信号由外部控制电路提供，并经高速光电隔离电路、电机驱动逻辑与放大电路后，驱动H桥下臂MOSFET的开关来改变直流电机电枢上平均电压，从而控制电机的转速，实现直流电机PWM调速。
1.3 桥式电路的结构及原理桥式电路是一种最基本的驱动电路结构。
控制电机正反转的桥式驱动电路有单电源和双电源两种驱动方式。
由于本例采用单电源的驱动方式可以满足实际的应用需要，所以这里只介绍单电源的驱动方式，其电路如下图1所示。
图1 驱动方式注意，在上图中的4个二极管为续流二极管。
如果选用的驱动电路中使用的是晶体三极管，那么这4个二极管是必须使用的，其主要作用是用以消除电机所产生的反向电动势，避免该反向电动势对晶体三极管的反向击穿。
单电源方式的桥式驱动电路又称为全桥方式驱动或者H桥方式驱动。
电机正转时三极管Q1和Q4导通，反转时Q2和Q3导通，两种情况下，加在电机两端的电压极性相反。
当4个晶体三极管全部关断时，电机停转。
若Q1与Q3关断，而Q2与Q4同时导通时，电机处于短路制动状态，将在瞬时停止转动。
这4种状态所对应的H桥式驱动电路状态如下图2所示。
第1章PWM 调速控制概述毕业设计论文（a）（b） (c) (d)图2 驱动电路状态上图2中，从图（a）到图（d）分别表示H桥式驱动电路的开关工作状态的切换，电机分别处于正转、反转、停机和短路制动4个状态。
从图中可以看出，该电机的驱动电路可以完成本例的两个基本要求：通过三极管的放大，保证了电机的驱动电流；通过桥式电路，对不同开关的选择，可以实现单片机的数字电平控制三极管的导通和截止，从而控制小电机的正反转。
毕业设计论文PWM控制直流电机调速2 SG3525芯片的选择2.1 SG3525功能简介SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。
在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。
由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。
2.2 引脚功能及特点简介SG3525芯片内部电路原理图如图3图3 SG3525芯片内部电路原理1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。
在闭环系统中，该引脚接反馈信第2章SG3525芯片饿选择毕业设计论文号。
在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。
2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。
在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。
根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。
3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。
该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。
4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。
5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。
6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。
7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。
该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。
8.Soft-Start(引脚8)：启动电容接入端。
该端通常接一只5 的启动电容。
pensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。
在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。
10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。
该端接高电平时控制器输出被禁止。
该端可与保护电路相连，以实现故障保护。
11.Output A（引脚11）：输出端A。
引脚11和引脚14是两路互补输出端。
12.Ground(引脚12)：信号地。
13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。
14.Output B（引脚14）：输出端B。
引脚14和引脚11是两路互补输出端。
15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。
16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。
该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。
特点如下：（1）工作电压范围宽：8—35V。
（2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。
（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz.（4）具有振荡器外部同步功能。
（5）死区时间可调。
（6）内置启动电路。
（7）具有输入欠电压锁定功能。
（8）具有PWM锁存功能，禁止多脉冲。
（9）逐个脉冲关断。
（10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。
毕业设计论文PWM控制直流电机调速2.3 SG3525的工作原理SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。
SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。
在CT引脚和Discharge 引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。
由于SG3525内部集成了启动电路，因此只需要一个外接定时电容。
SG3525的启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的启动电容。
上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。
此时，PWM锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。
只有启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。
由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。
当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM锁存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。
反之亦然。
外接关断信号对输出级和启动电路都起作用。
当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM锁存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，启动电容将开始放电。
如果该高电平持续，启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入启动过程。
注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。
欠电压锁定功能同样作用于输出级和启动电路。
如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，启动电容将开始放电。