直流电机调速控制器课案
pwm直流电机调速课程设计
一、课程设计的主要目标任务直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。
早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以与少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。
随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能与算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能[2]。
采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性与准确性得不到保证，甚至出现事故。
目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
二、课程设计系统方案选取1. 直流电动机运行原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：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，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3 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。
直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为图1：直流电机原理图式中Ua——电枢供电电压（V）；Ia ——电枢电流（A）；Ф——励磁磁通（Wb）；Ra——电枢回路总电阻（Ω）；CE ——电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。
课程设计--直流电机调速控制系统设计
课程设计--直流电机调速控制系统设计指导教师评定成绩：审定成绩：**********课程设计报告设计题目：直流电机调速控制系统设计学校：********************学生姓名：**********专业：********************班级：***********学号：**************指导教师：*****************8设计时间：2013 年12 月目录引言 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (10)六、他励直流电动机的调速方法 (11)七、PWM调制电路 (14)八、H桥驱动电路 (14)九、直流电动机调速控制系统设计 (15)十、心得体会 (22)附录参考文献 (23)课程设计任务书 (23)引言现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。
改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。
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，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。
直流电机控制课程设计
直流电机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解直流电机的工作原理，掌握直流电机的基本结构及其功能。
2. 学生能掌握直流电机控制的基本方法，包括启动、调速、制动等。
3. 学生能了解并描述直流电机在自动化控制中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，进行简单的直流电机控制电路的设计与搭建。
2. 学生能通过实际操作，熟练使用相关仪器设备进行直流电机控制实验。
3. 学生能通过实验数据分析，解决直流电机控制过程中出现的问题。
情感态度价值观目标：1. 学生对直流电机控制技术产生兴趣，培养探究精神和创新意识。
2. 学生在小组合作中，培养团队协作能力和沟通表达能力。
3. 学生关注直流电机控制技术在现实生活中的应用，增强学以致用的意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 本课程为工程技术类课程，注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力。
2. 学生为初中年级学生，具备一定的物理基础和动手操作能力，但对复杂电路和控制原理理解有限。
3. 教学要求以学生为主体，注重启发式教学，引导学生主动探究和解决问题。
二、教学内容1. 直流电机的工作原理与结构- 直流电机的组成及其功能- 直流电机的工作原理- 直流电机的类型及特点2. 直流电机控制方法- 直流电机的启动方法- 直流电机的调速方法- 直流电机的制动方法3. 直流电机控制电路设计与搭建- 控制电路元件的识别与选用- 控制电路的设计原理与步骤- 控制电路的搭建与调试4. 直流电机控制实验- 实验设备的使用与操作- 实验步骤与方法- 实验数据的收集与分析5. 直流电机控制技术应用- 直流电机控制技术在现实生活中的应用案例- 直流电机控制技术的未来发展教学内容安排与进度：第一课时：直流电机的工作原理与结构第二课时：直流电机控制方法第三课时：直流电机控制电路设计与搭建第四课时：直流电机控制实验第五课时：直流电机控制技术应用教材章节关联：教学内容与教材第二章“直流电机的原理与应用”相关联，涵盖直流电机的基本概念、原理、控制方法及其在实际中的应用。
运动控制系统第五讲直流电机调速原理和调速驱动控制器课件
图45--7 简单的不可逆PWM变换器的主电路 Us—直流电源电压；C—滤波电容器；VT—功率开关器件；VD—续流二极管；M—直流电
5-8
1) 电压和电流波形
• (1) 在一个开关周期T内。 • (2) 当0 ≤ t < ton时，Ug为正，VT饱和导通，电源电压Us
通过VT加到直流电机电枢两端。 • (3) 当ton ≤ t < T时，Ug为负，VT关断，电枢电路中的电
我们很有必要对其进行认真的研究。
5.1.1 直流电机调速的发展历程
• 1．变流机组时代 • 图5-1所示的是早期直流电机的调速方案，
称为直流变流机组。系统主要由5大部件组 成：原动机、直流发电机、直流电动机、 励磁电源和生产机械。其基本工作原理是： 一台三相交流电动机拖动一台直流发电机， 直流发电机发出直流电，作为直流电动机 的供电电源，然后直流电动机拖动生产机 械。通过对励磁电路和放大装置的控制， 就能改变直流发电机的输出电压，从而达 到控制直流电动机转速的目的。
1.3 直流电机PWM基本电路
• 根据电机的运行功能状态，有不可逆运行 和可逆运行之分。PWM调节器也有相对应 的不可逆变换器和可逆变换器。
1．不可逆PWM变换器
• 图5-7所示的是简单的不可逆PWM变换器的 主电路原理图。该电路采用全控式电子晶 体管，开关频率可达20 kHz甚至更高，电 源电压Us一般由不可控整流电源提供，采 用大电容器C滤波，二极管VD在晶体管VT 关断时释放电感储能为电枢回路续流。下 面分析其运行特点。
5-1
• 2．相控整流时代
• 20世纪50年代末期，随着电力电子技术的 早期代表——晶闸管（SCR）的出现，直 流电机调压调速技术进入到一个新的时期。 图5-2所示的是相控整流电路图。相控整流 由5大部件组成：相控整流器、电抗器、直 流电机、直流励磁控制电路和相控整流器 触发电路。
交直流调速系统课程设计
目录交直流调速课程设计任务书 (2)前言 (4)关键词 (4)交直流调速课程设计说明书 (5)一、总体方案确实定 (5)1.1 现行方案的讨论与比拟 (5)1.2 选择PWM控制系统的优越性 (6)1.3采用转速电流双闭环的理由 (6)1.4起动过程电流和转速波形 (9)1.5 H桥双极式逆变器的工作原理 (9)1.6 PWM调速系统静特性 (11)二、双闭环直流调速系统的硬件结构 (12)2.1主电路 (13)2.2 电流调节器 (14)2.3转速调节器 (14)2.4控制电路设计 (15)2.5、控制环节电源设计 (16)2.6、限幅电路 (16)2.7转速检测电路 (17)2.8、电流检测电路 (17)2.9、泵升电压限制 (18)三、电机参数及设计要求 (19)3.1电路根本信息如下： (19)3.2计算反响关键参数 (19)四、课程设计心得体会 (23)五、系统主要硬件结构图 (24)参考文献： (25)交直流调速课程设计任务书一、题目：双闭环可逆直流PWM调速系统设计二、设计目的1、对先修课程〔电力电子学、自动控制原理等〕的进一步理解与运用2、运用?电力拖动控制系统?的理论知识设计出可行的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。
也可以制作硬件电路。
3、同时能够加强同学们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。
到达综合提高学生工程设计与动手能力的目的。
三、系统方案确实定自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能〔动、静〕→电机参数→主电路→控制方案〞〔系统方案确实定〕→“系统设计→仿真研究→参数整定→直至理论实现要求→硬件设计→制板、焊接、调试〞等过程，其中系统方案确实定至关重要。
为了发挥同学们的主观能动作用，且防止方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数由同学自已选定。
1、主电路采用二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器;2、速度调节器和电流调节器采用PI调节器；U*nm=U*i m =U cm=10V3、机械负载为对抗性恒转矩负载，系统飞轮矩〔含电机及传动机构〕GD2 ＝1.5Nm2；4、主电源：可以选择三相交流380V供电，变压器二次相电压为52V；5、他励直流电动机的参数：见习题集【4-19】〔p96〕n N=1000r/min，电枢回路总电阻R=2Ω，电流过载倍数λ=2；6、PWM装置的放大系数K s=11；PWM装置的延迟时间T s=0.4ms。
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计
电力拖动课程设计题目：直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统姓名：学号：班级：指导老师：课程评分：日期目录一、设计目标与技术参数二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计（二）桥式可逆PWM变换器的工作原理（三）双闭环调速系统的静特性分析（四）双闭环调速系统的稳态框图（五）双闭环调速系统的硬件电路（六）泵升电压限制（七）主电路参数计算和元件选择（八）调节器参数计算三、仿真（一）仿真原理（含建模及参数）（二）重要仿真结果（目的为验证设计参数的正确性）四、结论参考文献附录1：调速系统总图附录2：调速系统仿真图一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R0=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。
PWM变换器的放大系数：K S=20。
二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环调速系统就难以满足需要。
这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
如图2-1所示。
图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。
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。
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 (3)1 设计要求及主要技术指标： (4)1.1 设计要求 (4)1.2 主要技术指标 (5)2 设计过程 (6)2.1 题目分析 (9)2.2 整体构思 (10)2.3 具体实现 (12)3 元件说明及相关计算 (14)3.1 元件说明 (14)3.2 相关计算 (15)4 调试过程 (16)4.1 调试过程 (16)4.2 遇到问题及解决措施 (20)5 心得体会 (21)参考文献 (22)附录一：电路原理图 (23)附录二：程序清单 (24)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。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。
直流电机调速系统课程设计报告指导书
直流电机调速系统课程设计指导书一、实验目的1、通过对KZ－D系统开环机械特性和闭环机械特性的实测及研究，加深对负反应控制的根本原理的理解。
2、掌握操作实际系统的方法和必要参数的测定方法。
3、研究系统各参数间的根本关系及各参数变化对系统的影响。
4、加深比照例积分调节器动态传输特性的认识，了解其在无静差自动控制系统中的作用。
5、通过实践掌握工程实践中常见的双闭环无静差调速系统参数设计计算和ST调试方法。
5 DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表6 DJ13 直流复励发电机7 DJ15 直流并励电动机8 D42 滑线变阻器串联形式：0.41A，1.8kΩ并联形式：0.82A，900Ω9 数字存储示波器自备10 万用表自备三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理图如图5-1所示。
图1-1 实验系统原理图四、实验容(1) 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R,电感值L,s K , 测定直流电动机电势常数C e 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M (2) 转速调节器的调试,电流调节器的调试(3) 设计调速系统。
调速指标为D =10，S <10%；测定系统开环机械特性和∆n nom ，判断能否满足调速指标；如果不能满足，可采用转速负反应；计算及整定比例调节器参数、反应系数；测定闭环系统的机械特性。
(4) 设计及调试双闭环无静差KZ －D 调速系统要求额定转速时S ≤2%，电流超调量σi %<5%，转速起动到额定转速时，超调量σn ed n %<10%，负载扰动恢复时间小于05.s ，电动机过载倍数λ=12.，电流反应系数A V 615.4=β。
《DSP原理及电机控制应用》课程设计-DSP直流电机调速课程设计
1、直流电机PWM调速原理介绍：调节PWM信号占空比。
可以调节直流电机速度（1）、直流电机调速原理：当改变励磁电流时，可以改变磁通量的大小，从而达到变磁通调速的目的。
但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流和磁通量只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。
而对于调节电枢外加电阻R 时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱。
当改变电枢电压，理想空载转速随电枢电压升降而发生相应的升降变化。
不同电枢电压的机械特性曲线相互平行，说明硬度不随电枢电压的变化而改变，电机带负载能力恒定。
当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时，可实现电机的无级调速。
（2 ）、PWM基本原理：PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。
PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。
在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的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”时间的长短。
通过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。
在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。
只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。
设电机始终接通电源时，电机转速最大为V ,当我们改变占空比D：t／T时，就可以得到不同的电机平均速度，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，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。
（3）、实现方法：PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。
硬件方法的实现已有很多文章介绍，这里不做赘述。
本文主要介绍利用单片机对PWM信号的软件实现方法。
2、电路的工作原理及主要芯片的性能：（1）电路的工作原理图为：（2）L298N 的工作原理：L298N 是SGS公司的产品，其内部包含4通道逻辑驱动电路，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A 以下的电机口。
电机调速课程设计
电机调速课程设计1 引言嵌入式微控制器又称单片机。
嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROM、PEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时P计数器、WatchDog、IPO、串行口、脉宽调制输出、APD、DPA、Flash RAM、E2PROM 等各种必要功能和外设。
为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。
这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本，其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。
ARM是近年来发展非常迅速的处理器，有很好的应用前景。
将其应用于直流电机的调速控制，有极大的使用价值。
以脉宽调制技术为代表的电机数字驱动技术也在迅猛发展，将计算机应用于这一领域正好可以发挥其在数字控制方面的优势。
本课题研究了一种直流电机转速的控制系统。
基本思想就是利用ARM开发板具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期(频率)的前提下，通过软件的方法调整PWM的占空比，控制电机输入电压，进而控制电机转速。
本方法所要求的ARM开发板必须具有PWM端口，另外，ARM芯片的工作速度尽量快。
在收到上位机指令后调整输出PWM占空比。
脉冲宽度调制是直流电机调速中最为有效的方法，即给直流电机输入高速的开关脉冲信号，通过改变脉冲信号开关的比例，达到速度控制的效果。
系统中使用的是前一种固定频率下改变占空比的PWM方法，在整个过程中改变的仅仅是电压信号的占空比，至于其它参数，尤其是脉冲频率并没有改变，通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率。
电机的转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快。
直流电机的调速方法课案
第八章直流调速系统8.1 概述调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。
但是主要形式。
在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
因此，我们先着重讨论直流调速8.1.1直流电机的调速方法根据第三章直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直流电动机的调速方法有三种：（1）调节电枢供电电压U。
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩系统来说，这种方法最好。
变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。
（2）改变电动机主磁通。
改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。
（3）改变电枢回路电阻。
在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。
但是只能进行有级调速么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。
改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。
因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，必要时把调压调速和弱磁直流电动机电枢绕组中的电流与定子主磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，电枢因而转动。
直流PWM调速系统课设
（一）任务书1 性能指标稳态指标：系统无静差动态指标：σi<=5%;空载起动到额定转速时σn<=10% 。
2 给定电机及系统参数P N=220W，U N=48V，I N=3.7A，λ=2，n N=200r/min，R a=6.5欧姆电枢回路总电阻R =8欧姆电枢回路总电感L =120mH电机飞轮惯量GD2=1.29 Nm23 设计步骤及说明书要求①画出系统结构图，并简要说明工作原理②根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边电压值；选择整流二极管及开关管的参数，并确定过流、过压保护元件参数。
③分析PWM变换器，脉宽调制器（UPW）及逻辑延时（DLD）工作原理。
④设计ACR、ASR并满足给定性能指标要求。
⑤完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。
⑥打印说明书（B5），打印电气原理图（A2）。
并交软盘（一组）一张。
目录（二） 实验设计方法及其步骤一、 概述该系统是运用H 型双极模式PWM 控制的原理,采用电流速度双闭环控制方式,设计的一个基于PWM 控制的直流电机控制系统,并设计了软启动电路和完善的保护电路,确保直流电机控制系统准确、可靠地运行。
在主电路设计上,三相交流电经整流电路整流、电容滤波,再由4个IGBT 组成的H 型双极模式转换电路进行调压控制电机速度。
在控制电路中,采用双闭环控制系统,内环是电流环,外环是速度环。
电流检测采用根据磁场补偿原理制成的新型霍尔效应电流互感器—LEM 模块[1].,电流环调节器采用PI 调节,电流调节器输出控制脉冲宽度调制电路产生PWM 波,再通过脉冲分配电路和驱动电路控制IGBT 实现功率变换。
速度检测采用直流测速发电机,其结构简单可靠,准确度高。
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。
二、 系统结构框图及工作原理2.1 系统结构框图如下：双闭环脉宽调速系统的原理框图如图2-1所示。
自动控制原理课程设计--晶闸管-直流电机调速系统
自动控制原理课程设计--晶闸管-直流电机调速系统目录第一章设计内容及要求.....................错误!未定义书签。
第二章设计过程. (33)第三章系统仿真模型的建立 (108)第四章总结与体会························错误!未定义书签。
11参考文献 ······································错误!未定义书签。
2设计任务及设计过程（一）设计任务晶闸管-直流电机调速系统如图所示（ksm10）1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标：（1）相角稳定裕度Pm>40º, 幅值稳定裕度Gm>13。
（2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp<25%，调节时间Ts<0.15秒。
3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。
6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。
电力电子课程设计直流电机调速
电力电子课程设计直流电机调速电力电子是电气工程的一个分支，它研究电力与电子技术的交叉应用。
在电力电子课程中，直流电机调速是一个重要且基础的实验。
通过直流电机调速实验的学习，可以帮助学生了解电机调速的基本原理，掌握电力电子器件的使用和控制方法，加深学生对电力电子课程的理解，提高学生的实践能力。
一、直流电机调速原理直流电机调速实验是电力电子课程中的重要实验之一。
直流电机调速的主要原理是改变电枢电流和磁极间距离来改变电机的运行速度。
电机的线圈通过与电池连接的电路获得电流，并在磁极间产生磁场。
这个磁场会与固定于电机轴上的磁场相互作用。
当电机转动时，电机会从电池中吸入电流。
二、直流电机调速实验的步骤1.设计电路：在直流电机调速实验中，需要设计一个电路，该电路包括一个变速器、一个电源、一个直流电机和一个电流检测器。
2.搭建电路：根据实验设计，搭建相应的电路。
3.测试：在电路正常工作的条件下，使用电流检测器测试电流大小并记录下来。
4.调整电流：根据电流大小调整修改电路，使得直流电机能够以适当的速度转动。
5.分析实验结果：对实验结果进行分析，并根据实验结果调整实验设计并优化电路。
三、直流电机调速实验的流程1. 设计实验电路：根据直流电机调速原理设计一个电路，并搭建实验用具。
2. 设置电路参数：设置电路参数，如电源电压、电路元件参数等。
3. 开始实验：开启电开关，使电流流入直流电机。
4. 测量电流大小：测量电当前值的大小，并记录下来。
5. 调整电路：根据电流大小调整修改电路改变电机转速。
6. 分析实验数据：对实验结果进行分析，并根据实验结果调整实验设计并优化电路。
7. 结束实验：关闭电开关，结束实验。
四、直流电机调速实验的意义直流电机调速实验是电力电子课程的重要实验之一。
通过这个实验，可以帮助学生掌握电机的调速原理，并且深入了解电力电子器件的特性和使用方法。
通过实验的分析和调试，可以帮助学生培养实际操作的技能和掌握实验分析和处理数据的能力。
直流电机调速控制系统设计
成绩电气控制与PLC课程设计说明书直流电机调速控制系统设计.Translate DC motor speed Control system design学生王杰学号学院班级信电工程学院13自动化专业名称电气工程及其自动化指导教师肖理庆2016年6月14日目录1 ××11.1 ××××××11.1.1 ××××错误!未定义书签。
1.1.2 ××××1……1.2 ××××××11.2.1 ××××8……2 ×××××82.1 ××××××102.1.1 ××××10……3 ×××××123.1 ××××××123.1.1 ××××12……参考文献13附录14附录114附录2141 直流电机调速控制系统模型1.1 直流调速系统的主导调速方法根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：R I E U a +=式(1.1)公式中：U 为电枢电压；E 为电枢电动势；R I a 为电枢电流与电阻乘积。
由于电枢反电势为电路感应电动势，故：n C E φe =式(1.2)式中：e C 为电动势常数；φ为磁通势；n 为转速。
由此得到转速特性方程如下：φe a C R I U /)(n -=式(1.3)由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：1.改变电枢回路的电阻R ——电枢回路串电阻调速。
直流电动机调速原理教学案
直流电动机调速原理教学案一、教学目标1.了解直流电动机调速的概念和原理。
2.掌握直流电动机控制电路的基本结构和原理，实现对电机的调速。
3.能够分析控制电路并了解其型号和应用。
4.能够亲自进行试验，启动和调节直流电动机。
二、教学内容1.直流电动机调速的概念和原理。
直流电动机调速是通过改变电机的电压、电流和转矩大小，来达到改变电机转速的目的。
直流电动机的调速方法有多种，比如电阻调速、电流调速、电势调速和脉宽调制（PWM）等。
其中，最常见的是电阻调速和PWM调速。
2.直流电动机控制电路的基本结构和原理。
直流电动机控制电路的基本结构包括电源、电机和控制电路。
控制电路是控制电机转速和方向的一种电路，它的核心部分是功率管。
功率管是一种具有高通电能力的电子元器件，能够在不同的状态下切换电机的转矩和速度。
控制电路中的功率管可以是晶体管、场效应管或二极管。
3.掌握控制电路的工作原理和型号。
控制电路可以通过不同的控制模式实现电机调速。
比如，电阻调速和PWM调速。
电阻调速是通过改变电路中电阻的大小来实现电机转速调整的。
而PWM调速则是通过改变控制电路中电子元器件的导通时间和关断时间来实现控制电机转速和电流的大小。
常见的控制电路型号有NE555、LM358、TDA7294和MCU单片机等。
4.亲自进行试验，启动和调节直流电动机。
在教学板上组装好控制电路和直流电动机的连接，可以进行试验。
首先启动电机，然后用万用表测量电机的转速。
根据测量结果调整控制电路，可以实现电机速度的不同设定。
根据需要可以更改控制电路的参数来实现电机转速和电流的精确控制。
三、教学方法本教学案采用讲授、教学演示和实验操作相结合的教学方法。
讲授要点详细讲解、重难点着重强调，语言要通俗易懂，重点突出，注重实际应用。
让学生分组自己操作控制电路，实现电机的启动和不同转速的设定。
教师在实验过程中指导学生自主思考和探究，尝试改变电路的参数来实现电机转速和电流的控制。
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2016~ 2017 学年第 1 学期《数字系统设计》课程设计报告题目：直流电机调速控制器设计专业：电子信息工程班级： 14信息2班姓名：朱世界张成哲李昌峰彭宇洪日波指导教师：周珍艮电气工程系2016年11月27日1、任务书课题名称直流电机调速控制器设计指导教师周珍艮（副教授）执行时间2012~2013学年第二学期第14 周学生姓名学号承担任务评分李昌峰1409121078 系统仿真及调试朱世界1409121109 总体系统方案设计张成哲1409121103 PWM脉宽调制信号产生电路的设计彭宇1409121091 控制电路的设计洪日波1409121072文档编辑撰写设计要求设计一个直流电机PWM调速控制器，并能进行正反转控制。
摘要在现代工业生产中电机是不可或缺的，电机分为交流电机和直流的电机，而直流电机的主要优点是能够在较大的范围内调速，因此直流电机在生产和生活中也得到广泛的应用。
直流电动机转速的控制方法可分为俩类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
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电压的接通和断开的时间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。
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。
并且结合VHDL语言实现硬件设计软件化。
关键字：PWM，直流电机，VHDL目录第一章方案设计 ............................................................................... - 5 -1.1 直流电机基本结构 (5)1.2 直流电机调速原理 (5)1.3 基于FPGA的直流电机调速方案 (6)第二章直流电机PWM调速控制电路设计 (8)2.1 总体设计 (8)2.2 系统工作原理 (8)2.3 电源电路设计.......................................................................................... - 9 - 第三章控制逻辑VHDL描述 . (10)3.1 FPGA内部逻辑组成 (10)3.2 PWM脉宽调制信号产生电路描述..................................................... - 11 -3.3 运行控制逻辑电路描述........................................................................ - 15 - 第四章直流电机PWM调速系统仿真.......................................... - 17 -4.1 正/反转控制仿真 .................................................................................. - 17 -4.2 仿真结果分析 (17)总结 (19)参考文献.............................................................................................. - 20 -第一章方案设计1.1 直流电机基本结构直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。
固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。
定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁心上放置了由A和X 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。
换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。
换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。
在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
定子通过永磁体或受激励电磁铁产生一个固定磁场，由于转子由一系列电磁体构成，当电流通过其中一个绕组时会产生一个磁场。
对有刷直流电机而言，转子上的换向器和定子的电刷在电机旋转时为每个绕组供给电能。
通电转子绕组与定子磁体有相反极性，因而相互吸引，使转子转动至与定子磁场对准的位置。
当转子到达对准位置时，电刷通过换向器为下一组绕组供电，从而使转子维持旋转运动。
直流电机的速度与施加的电压成正比，输出转矩则与电流成正比。
由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。
直流电机高效运行的最常见方法是施加一个 PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。
电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。
特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。
1.2 直流电机调速原理所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的的占空比来控制电机转速的方法，称为脉冲宽度调制(PWM)。
对于直流电机调速系统，使用FPGA进行调速是极为方便的。
其方法是通过改变电机电枢电压导通时间与通电时间的比值（即占空比）来控制电机速度。
PWM调速原理如图1.1所示。
在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。
只要按一定规律，改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制。
设电机永远接通电源时，其转速最大为Vmax ，设占空比为D=t1/T ，则电机的平均速度为Vd=Vmax·D式中，Vd ——电机的平均速度Vmax ——电机全通时的速度（最大） D=t1/T ——占空比平均速度Vd 与占空比D 的函数曲线，如图1.2所示。
最大值Vmax 平均值Vd 最小值Vmint1t2T图1.1 PWM 调速原理电压(V)时间（t)通电断电t1t2T平均速度Vd Vmax0.51占空比 (D)图1.2 平均速度和占空比的关系由图1.2所示可以看出，Vd 与占空比D 并不是完全线性关系（图中实线），当系统允许时，可以将其近似地看成线性关系（图中虚线）。
因此也就可以看成电机电枢电压Ua 与占空比D 成正比，改变占空比的大小即可控制电机的速度。
由以上叙述可知：电机的转速与电机电枢电压成比例，而电机电枢电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快，当占空比α＝1时，电机转速最大。
1.3 基于FPGA 的直流电机调速方案EN1U_D CLK2数字比较器+-PWM 波形输出NET1NET0NET0NET1MZFVCCV1V2V3V4设定值计数器锯齿波发生器CLK0旋转方向控制电路Z/F STARTFPGA图 1.3 基于FPGA 的直流电机调速系统如图1.3所示为基于FPGA 的直流电机调速方案的方框图，用FPGA 产生PWM 波形，只需要FPGA 内部资源就可以实现，如数字比较器、锯齿波发生器等均为FPGA 内部资源，我们只要直接调用就可以。
外部端口U_D 、EN1、Z/F 、START 接在键盘电路上，CLK2和CLK0接在外部时钟电路上，所用到的时钟频率为100MHz 和50MHz ，其具体的连接方式如图2.1。
其工作原理是：设定值计数器的设置PWM 的占空比。
当U/D=1时,输入CLK2,使设定值计数器的输出值增加, PWM 的占空比增加,电机转速加快;当U/D =0时，输入CLK2，使设定值计数器的输出值减小,PWM 的占空比减小,电机转速变慢。
在CLK0的作用下,锯齿波计数器输出周期性线性增加的锯齿波。
当计数值小于设定值时,数字比较器输出高电平;当计数值大于设定值时,数字比较器输出低电平,由此产生周期性的PWM 波形。
旋转方向控制电路控制直流电动机转向和启/停,该电路由两个2选1的多路选择器组成,Z/F 键控制选择PWM 波形是从正端Z 进入H 桥，还是从负端F 进入H 桥，以控制电机的旋转方向。
当Z/F=1时，PWM 输出波形从正端Z 进入H 桥，电机正转。
当 Z/F =0时，PWM 输出波形从负端F 进入H 桥，电机反转。
Start 键通过“与”门控制PWM 输出,实现对电机的工作停止/控制。
当START=1时，与门打开，允许电机工作。
当START=0时，与门关闭，电机停止转动。
H 桥电路由大功率晶体管组成，PWM 输出波形通过方向控制电路送到 H 桥, 经功率放大以后对直流电机实现四象限运行。
并由EN1信号控制是否允许变速。
第二章 直流电机PWM 调速控制电路设计2.1 总体设计如图2.1所示，基于FPGA 的直流电机PWM 控制电路主要由四部分组成：控制命令输入模块、控制命令处理模块、控制命令输出模块、电源模块。
键盘电路、时钟电路是系统的控制命令输入模块，向FPGA 芯片发送命令，FPGA 芯片是系统控制命令的处理模块，负责接收、处理输入命令并向控制命令输出模块发出PWM 信号，是系统的控制核心。
控制命令输出模块由H 型桥式直流电机驱动电路组成，它负责接收由FPGA 芯片发出的PWM 信号，从而控制直流电机的正反转、加速以及在线调速。
电源模块负责给整个电路供电，保证电路能够正常的运行。
SB1SB4SB3SB2+5VR 10K开始设定初值加速/减速正/反向74lS061111START EN ZFCLK2CLK0U_D Z_F FPGADCVin Vout GNDVin Vout GNDc3470μFC40.1μFC50.1μFC610μFC710μFC80.1μF7812+12+57805NET0NET1MVCCV1V2V3V4NET0NET1CP1DC1VCC 1234HO-12图2.1 FPGA 直流电机PWM 控制电路2.2 系统工作原理在图2.1中所示的FPGA 是根据设计要求设计好的一个芯片，其内部逻辑电路如图3.1。
START 是电机的开启端，U_D 控制电机加速与减速，EN1用于设定电机转速的初值，Z_F是电机的方向端口，选择电机运行的方向。
CLK2和CLK0是外部时钟端，其主要作用是向FPGA控制系统提供时钟脉冲，控制电机进行运转。
通过键盘设置PWM信号的占空比。
当U_D=1时, 表明键U_D按下，输入CLK2使电机转速加快；当U/D =0，表明键U_D松开,输入CLK2使电机转速变慢，这样就可以实现电机的加速与减速。
Z_F键是电机运转的方向按键，当把Z_F键按下时，Z_F=1，电机正转；反之Z/F =0时，电机反转。
START是电机的开启键，当START=1，允许电机工作；当START=0时，电机停止转动。
H桥电路由大功率晶体管组成，PWM输出波形通过由两个二选一电路组成的方向控制电路送到H 桥, 经功率放大以后对直流电机实现四象限运行。