论直流伺服电机的设计研究

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“直流伺服电机的建模与性能分析” 实验指导书 - 开放型实验管理系统

开放型实验“直流伺服电机的建模与性能分析”实验指导书一、实验目的1. 了解机理法、实验法建模的基本步骤；2. 会用实验法建立直流伺服电机的数学模型；3. 掌握控制系统稳定性分析的基本方法；二、实验要求1. 采用实验法建立直流伺服电机的数学模型；2. 分析直流伺服电机的稳定性，并在MATLAB 中仿真验证；三、实验设备1. GSMT2014 型直流伺服系统控制平台；2. PC、MATLAB 平台；四、直流伺服系统控制平台简介实际GSMT2014型直流伺服系统控制平台如图1.1所示。

该平台所使用的直流电机的额定电压为26V，额定功率为70W，最高转速为3000r/min，电机的编码器为1000p/r。

图1.1 GSMT2014型直流伺服系统控制平台GSTM2014实验平台是基于双电机高性能运动控制器GT400和智能伺服驱动器的直流伺服电机控制系统，由于GSMT2014平台增加了高性能的GT2014运动控制器，可以在MATLAB/simulink软件下完成实时控制实验掌握通过实验数据来建立系统的数学模型的实验方法，以及现代控制理论的状态反馈法。

五、实验原理系统的建模方法主要分为机理法和实验法。

1．机理法建立直流伺服电机数学模型采用机理法建立系统模型，需要深入理解系统内部的各个部分之间的关系，可以通过简化模型原理图得出，直流伺服电机的简化模型原理图如图1.2所示。

图1.2 直流电机的等效电路a U ——定义为电枢电压（伏特）b U ——定义为反电动势（伏特）a I ——定义为电枢电流（安倍）a R ——定义为电枢电阻（欧姆）a L ——定义为电枢电感（亨利）m T ——定义为电机产生的转矩（牛顿·米）c T ——定义为系统的干扰力矩（牛顿·米）m J ——定义为负载的等效转动惯量（千克·米²）结合直流伺服机的等效电路模型可以得出：（1）电枢电压方程： dt t di La t i a a )()(R t U -t U a b a +=）（）（（1-1）（2）电动机的转矩：a m kI T =（1-2）式中:k ——电动机的转矩常数（3）电动机的反电动势：n b w K =b U（1-3）式中：b K ——反电动势常数（4）转矩平衡方程： c m T dt d J +=22m T θ（1-4）当改变电动机的电枢电压时，根据（1-1）、（1-2）、（1-3）、（1-4）式可以得出直流电动机的动态微分方程为： c f a c e T K U K t n dtt dn dt t n d -=++)()()(m 22m τττ （1-5）其中：ετ——电磁时间常数； f K ——机械特性斜率；m τ——机械时间常数； c K ——转速常数；)(t n ——电机转速。

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论（最新版）目录一、引言二、永磁直流伺服电机概述1.永磁直流伺服电机的结构与工作原理2.永磁直流伺服电机的特点三、永磁直流伺服电机调速系统的设计1.调速系统的整体设计2.调速系统的关键技术四、永磁直流伺服电机调速系统的仿真与实验1.仿真环境的搭建2.仿真实验的结果与分析3.实验方案的设计4.实验结果与分析五、总结与展望正文一、引言随着科技的进步和社会的发展，永磁直流伺服电机在各个领域得到了广泛的应用。

永磁直流伺服电机具有优良的调速特性、调速平滑、方便、调速范围广、过载能力强、能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转等特点。

因此，研究永磁直流伺服电机调速系统对于满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求具有重要的意义。

本课程设计旨在探讨永磁直流伺服电机调速系统的设计方法，通过仿真与实验验证其性能，为实际应用提供参考。

二、永磁直流伺服电机概述1.永磁直流伺服电机的结构与工作原理永磁直流伺服电机主要由永磁转子、电磁定子和伺服驱动器组成。

其工作原理是，通过改变电磁定子电流的大小和方向，产生不同的磁场，与永磁转子相互作用，产生转矩，从而实现电机的旋转。

2.永磁直流伺服电机的特点永磁直流伺服电机具有以下特点：(1) 调速范围广：永磁直流伺服电机的转速与输入电压成正比，能够实现较大的调速范围。

(2) 过载能力强：永磁直流伺服电机具有较强的过载能力，能够承受频繁的冲击负载。

(3) 调速平滑：永磁直流伺服电机的调速过程平滑，无级变速。

(4) 位置控制：永磁直流伺服电机可以实现精确的位置控制，满足生产过程中对位置精度的要求。

三、永磁直流伺服电机调速系统的设计1.调速系统的整体设计永磁直流伺服电机调速系统的整体设计包括电机选择、伺服驱动器选型、控制策略设计等。

其中，电机选择主要根据负载特性、转速范围、扭矩要求等参数进行；伺服驱动器选型主要根据电机的功率、电压、电流等参数进行；控制策略设计主要根据调速要求、系统稳定性等要求进行。

直流伺服电机系统设计研究

直流伺服电机的设计研究【摘要】本文主要探讨的是直流伺服电机的设计原理及特点，并对伺服电动机的工艺进行了分析和设计。

在本文中结合相关资料对伺服电机及伺服系统的发展做了一些阐述，并列举了当前国内外一些公司先进伺服伺服系统的成型技术及产品不对这些比较先进产品的性能做了一些描述。

按照直流伺服电机的的一些设计特点具体针对SZ —36 型直流伺服电动机进行了电磁部分的计算和工艺部分的分析及设计。

关键词：直流伺服电动机电磁计算工艺规程【Abstract】The article mainly researches into the principle of design and nature of the motor, also do some analysis and design of its technology. In this article which connects with related material, the development of the motor and servo system are defined, technology and product from some advanced foreign companies and domestic companies are listed and the capability of these more advanced products are also described. According to some character of the design on motor, the article does analysis and design of technology and electromagnetism counting, All these aim at sz-36 type of motor.Keywords:Direct current servomotor Electromagnetism counting The regulation of technology第1章绪言1.1伺服电动机基本原理、分类分类伺服电动机按其使用的电源性质不同一，可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类，其中直流伺服电机分为传统型和低惯量型两种类型。

无刷直流电机伺服控制系统的研究与设计概要

机电一体化技术无刷直流电机伺服控制系统的研究与设计邱向荣,陈炽坤(华南理工大学,广东广州510640Research and Design of Brushless DC Motor Servo Cont rol SystemQIU Xiang rong ,CHEN Chi kun(South China University of Technology ,Guangzhou 510640,China摘要:介绍了一种基于DSP 的无刷直流电机伺服控制系统,简述了实现该控制系统的软件和硬件设计方案及控制策略。

实验证明,系统高速范围宽,控制性能好,该方案是行之有效的。

关键词:无刷直流电机;DSP ;伺服控制系统中图分类号:TP391.73文献标识码:A文章编号:10012257(200508002802收稿日期:20050401Abstract :This paper p resent s bushless DC mo 2tor servocont rol system based on DSP ,t hen makes a brief about control st rategy and design scheme of software and hardware t hat realizes t his cont rol system.It is p roved by experiment t hat system has wide high speed range and good cont rol property ,so it is effective.K ey w ords :BLDCM ;DSP ;servocont rol system0引言无刷直流电机具有简单的电压和电流关系式,控制算法和功率放大器都比较简单,同时具有运行效率高和调速性能好等诸多优点。

此外,借助于霍尔元件实现换相的无刷直流电机又避免了直流电机因电刷而引起的各种缺陷。

直流伺服电机控制系统设计

电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：直流伺服电机控制系统设计系别：电子信息与电气工程系年级专业：学号：学生姓名：2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展，微控制器在伺服控制系统普遍应用，这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。

数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式。

单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统，有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。

本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。

对于伺服电机的闭环控制，采用PID控制，利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真，研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响，通过试凑法得到最佳PID参数。

同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。

关键词：单片机直流伺服电机 PID MATLAB目录1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。

2．单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。

微控制器................................................ 错误!未定义书签。

DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。

运算放大器............................................... 错误!未定义书签。

按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。

dsp直流伺服电机论文

摘要摘要本文的工作是基于DSP的机载雷达转台伺服系统电气部分的研发及其关键部件的国产化。

主要内容有以下几点:1制定基于DSP的伺服系统电气部分的总体设计方案；2确定控制策略；3系统的软硬件开发；4通过辨识得到系统的数学模型，用灵敏度工具分析并设计控制系统。

伺服系统电气部分的控制器以DSP芯片TMS320F2812为核心，采用电流和速度双回路控制结构，每个回路都采用经典PID控制算法。

驱动器由直流电机功率放大芯片以及本文设计的外围电路构成。

驱动器接收DSP控制器产生的脉宽调制信号，使用单极性工作方式来驱动直流电机。

速度检测使用的传感器为增量式光电编码器，DSP的QEP模块采集光电编码器输出的相位编码信号并在DSP中进行速度解码。

电流检测使用的传感器为采样电阻，将采样电阻上的电压信号经过处理后输入到DSP的A/D采样端口获取电流信息。

保护功能包括过热保护、过电流保护和光耦隔离。

DSP控制器使用RS232通信协议和上位PC机进行通信，上位机向DSP控制器发送操作指令和参考速度给定指令；DSP控制器接收上位机发送的指令信息和检测模块反馈的信息后按照既定的算法运算并输出控制信号。

在转台伺服系统的实际运行中，一些不确定性的扰动因素会对其性能造成影响。

本文针对负载干扰和测量噪声，通过辨识方法得到伺服系统的数学模型，在此基础上对系统进行灵敏度分析，研究它们对系统输出的影响。

设计并改进原有的PID控制器，在其后串入滤波网络，增强伺服系统对负载干扰和测量噪声的抑制能力。

在上述工作的基础上，对伺服系统进行了软、硬件调试，调整控制参数。

经过运行测试，伺服系统能够正常工作并且与上位机通信正常。

关键词：PID伺服控制DSP灵敏度辨识直流电机基于DSP的机载雷达转台伺服系统的设计与研发AbstractAbstractThis thesis studies and develops the electronic and electrical parts of an airborne radar servo system based on DSP and its key parts’ homebred change. The main content includes：1，The system's overall design based on DSP;2,The determination of the control strategy; 3,The design of system software and hardware;4,Identification of system model and Analysis and design of the control system based on the theory of sensitivity.The electrical parts of airborne radar servo system adopts TMS320F2812 DSP chip as the control Core of controller module and is designed as speed and current dual closed loops which are based on the PID control algorithm. Drive module is composed of DC power amplifier chip and peripheral circuit designed in this thesis. Drive module receives pulse width modulation signals and drives dc motor by Single polarity working way. Photoelectric coder is used for speed detection and QEP module receives phase encoding signals of photoelectric coder which are decoded in DSP. The current is detected by sampling resistor and the voltage signal on the sampling resistor is inputted to the A / D sampling port of DSP for obtaining current information after amplification processing. The protective functionsinclude thermal protection, overcurrent protection and optocoupler isolation. The DSP controller communicates with the host computer by RS232 communication protocol and accepts command which is sent by host computer.DSP controller outputs control signal after processing these information in established algorithm.In the actual operation of radar servo system, some uncertain disturbing factors will affect its performance. To research the influence of load disturbances and measurement noise on system output, sensitive analysis of the system is presented based on the identification of system model. Filter network is applied after PID controller to enhance the ability of servo system to resist load disturbance and measurement noise.Based on the above work, the debugging of software and hardware was done and the control parameters were adjusted.The test results show that systemfunction is normal with communication running well.Keywords:PID servo control DSP System identification sensitivity analysis DC motor基于DSP的机载雷达转台伺服系统的设计与研发目录目录第一章绪论 (1)1.1论文背景和意义 (1)1.2伺服系统 (2)1.2.1伺服系统的的组成与特征 (2)1.2.2伺服控制的发展趋势 (3)1.3本文研究的主要内容 (4)第二章转台伺服系统电气部分总体设计 (7)2.1转台伺服系统电气部分的整体方案 (7)2.1.1 转台伺服系统的工作原理 (7)2.1.2 转台伺服系统电气部分的整体方案 (7)2.2系统控制结构 (8)2.3DSP核心控制芯片 (9)2.3.1 控制核心的确定 (9)2.3.2 DSP芯片TMS320F2812的特点[7] (9)2.4伺服系统相关元件的选型 (11)2.4.1 伺服电机的选择 (11)2.4.2 速度检测元件的选择 (12)2.5控制系统算法设计 (13)2.5.1 PID控制理论 (13)2.5.2 数字PID控制算法 (15)2.5.3 PID参数的整定 (16)2.6本章小结 (16)第三章转台伺服系统电气部分的硬件设计 (19)3.1转台伺服系统电气部分的硬件结构 (19)3.2TMS320F2812核心电路板设计 (20)3.2.1 供电电源 (20)3.2.2 时钟电路 (20)3.2.3 JTAG下载口电路 (21)3.2.4 外扩RAM电路 (22)3.2.5串口通信电路 (23)3.3功率驱动电路 (24)基于DSP的机载雷达转台伺服系统的设计与研发3.3.1LMD18200芯片应用简介[6] (24)3.3.2功率驱动电路设计 (25)3.4检测电路 (26)3.4.1电流检测电路 (26)3.4.2速度检测电路 (27)3.5抗干扰设计 (28)3.6硬件实物图 (29)3.7本章小结 (29)第四章转台伺服系统的软件设计 (31)4.1软件开发环境和工具简介 (31)4.2系统软件的设计 (32)4.2.1 主程序设计 (32)4.2.2 初始化子程序设计 (33)4.2.3 SCI中断 (34)4.2.4 定时器T3周期中断 (36)4.2.5 ADC采样中断 (37)4.2.6 PID调节程序 (37)4.2.7 保护中断 (38)4.3本章小结 (39)第五章转台伺服系统的辨识与灵敏度分析 (41)5.1系统辨识的步骤与建模方法 (41)5.1.1系统辨识的步骤[23] (41)5.1.2相关分析法 (42)5.1.3相关—最小二乘方法 (46)5.2转台伺服系统的辨识 (48)5.3系统灵敏度的基本概念[9] (50)5.3.1 参数灵敏度问题 (50)5.3.2 动态系统的灵敏度问题 (50)5.4灵敏度函数 (53)5.4.1比较灵敏度函数[9] (53)5.4.2灵敏度函数和互补灵敏度函数的特性 (55)5.5伺服系统灵敏度分析 (58)5.5.1速度环灵敏度函数 (58)5.5.2校正网络 (60)5.5.3速度环补灵敏度函数 (61)目录5.6辨识方案的改进 (62)5.7本章小结 (63)第六章转台伺服系统运行测试 (65)6.1转台伺服系统空载测试 (65)6.2转台伺服系统带载测试 (66)6.3本章小结 (67)第七章总结和展望 (69)7.1总结 (69)7.2展望 (69)致谢 (71)参考文献 (73)基于DSP的机载雷达转台伺服系统的设计与研发第一章绪论 1第一章绪论1.1 论文背景和意义雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，其组成包括:发射机、天线、接收机、接收天线、伺服控制执行机构、处理机以及各种辅助设施。

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论1. 引言永磁直流伺服电机调速系统是现代工业自动化控制领域中的重要组成部分。

随着科技的发展和工业自动化水平的提高，对精密控制和高效能的需求越来越迫切。

永磁直流伺服电机调速系统可以实现对电机的精确控制，具有响应速度快、控制精度高、负载适应能力强等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。

本课程设计将围绕永磁直流伺服电机调速系统展开，通过对系统的建模、参数设计、控制策略选择等方面的研究，旨在使学生深入了解和掌握永磁直流伺服电机调速系统的原理和应用。

2. 研究背景在工业生产过程中，对电机的调速要求越来越高。

传统的直流电机调速系统存在着调速范围窄、调速精度低、响应速度慢等问题。

而永磁直流伺服电机调速系统则具有调速范围宽、调速精度高、响应速度快等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。

永磁直流伺服电机调速系统的研究涉及到电机控制、信号处理、控制策略等多个领域的知识。

通过对系统的建模和仿真分析，可以更好地理解系统的工作原理和特性，并优化系统的控制策略，提高系统的控制性能。

3. 课程设计目标本课程设计的主要目标是使学生掌握永磁直流伺服电机调速系统的原理和应用，具体包括以下几个方面的内容：•了解永磁直流伺服电机调速系统的基本原理和组成结构；•掌握永磁直流伺服电机的数学建模方法；•熟悉永磁直流伺服电机的参数设计和性能分析方法；•理解不同的控制策略，并能根据实际需求选择合适的控制策略；•能够进行永磁直流伺服电机调速系统的仿真和实验。

通过本课程设计的学习，学生将能够掌握永磁直流伺服电机调速系统的设计和调试技能，并能够应用于实际工程项目中。

4. 课程设计内容本课程设计主要包括以下几个内容：4.1 永磁直流伺服电机调速系统的基本原理和组成结构介绍永磁直流伺服电机调速系统的基本原理，包括电机的工作原理、系统的组成结构和工作流程等。

4.2 永磁直流伺服电机的数学建模方法介绍永磁直流伺服电机的数学建模方法，包括电机的动态方程、电机参数的确定和电机模型的建立等。

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论
摘要：
一、课程设计背景及意义
二、永磁直流伺服电机的原理及特性
三、调速系统的需求及设计目标
四、课程设计内容及流程
正文：
一、课程设计背景及意义
随着科技的不断发展，永磁直流伺服电机的应用范围越来越广泛，其在自动化控制、数控机床、机器人等领域中起到了关键的作用。

然而，如何设计出性能优良、调速平稳的永磁直流伺服电机调速系统，是摆在工程师们面前的一项重要任务。

因此，本次课程设计的目的在于帮助学生了解永磁直流伺服电机的原理及特性，掌握调速系统的设计方法，提高解决实际问题的能力。

二、永磁直流伺服电机的原理及特性
永磁直流伺服电机是一种采用永磁体作为磁场源的直流电机，其主要由永磁体、电枢、磁极、轴承等部件组成。

永磁直流伺服电机具有以下优点：体积小、重量轻、效率高、响应快、精度高、可靠性好等。

这些优点使得永磁直流伺服电机在许多领域中取代了传统的直流电机。

三、调速系统的需求及设计目标
本次课程设计的调速系统需求如下：调速范围宽、调速平稳、响应速度快、精度高、可靠性好。

为了满足这些需求，我们需要对永磁直流伺服电机的
调速系统进行优化设计，主要从以下几个方面入手：选择合适的永磁直流伺服电机、设计高效的控制策略、优化调速系统的结构布局等。

四、课程设计内容及流程
本次课程设计的主要内容包括：永磁直流伺服电机的原理及特性、调速系统的需求分析、控制策略的设计、系统结构的设计、实验方案的制定及实验结果的分析等。

课程设计的流程如下：首先，了解永磁直流伺服电机的原理及特性；其次，分析调速系统的需求，确定设计目标；然后，设计控制策略及系统结构；最后，进行实验并分析实验结果。

直流伺服电机控制系统设计

电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：直流伺服电机控制系统设计系别：电子信息与电气工程系年级专业：学号：学生姓名:2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展,微控制器在伺服控制系统普遍应用，这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。

数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式.单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统,有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。

本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。

对于伺服电机的闭环控制，采用PID控制，利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真,研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响，通过试凑法得到最佳PID参数.同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。

关键词：单片机直流伺服电机 PID MATLAB目录1.引言 (4)2．单片机控制系统硬件组成 (4)2.1 微控制器 (4)2.2 DAC0808转换器 (5)2.3运算放大器 (5)2.4按键输入和显示模块 (6)2。

4。

1 按键输入 (6)2.4。

2 显示模块 (6)2.5 直流伺服电动机 (6)3.单片机控制系统软件设计 (7)3.1主程序 (7)3。

2键盘处理子程序 (8)4。

控制系统原理图及仿真 (9)4。

1控制系统方框图 (9)4。

2控制系统电路原理图 (10)4。

3 Proteus仿真结果 (11)5。

Simulink组件对直流伺服控制系统的仿真 (11)5.1 MATLAB与Simulink简介 (11)5.1。

1 MATLAB简介 (11)5.1.2 Simulink简介 (12)5。

2 直流伺服电机数学模型 (12)5。

3 系统Simulink模型及时域特性仿真 (12)5。

直流伺服系统设计

器械、印刷机械等领域。
02 直流伺服系统设计基础
CHAPTER
电机选择
根据系统需求选择合适的电机类型，如无刷直流电机、有刷直流电机等。
考虑电机的扭矩、转速、尺寸和重量等参数，以确保电机能够满足系统性能要求。
考虑电机的效率和温升，以降低能耗和提高系统稳定性。
驱动器设计
根据电机类型和系统需求，设计合适的驱动器电路，包括电源、控制信号、保护电路等。
工作原理
控制器
控制器是直流伺服系统的核心部分，负责接收指令信号，并与电机反馈信号进行比较，根据比较
结果输出控制信号。
电机
直流电机是系统的执行元件，根据控制信号调整电机的输入电流或电压，从而实现精确的运动控制。
反馈装置
为了实现精确控制，直流伺服系统 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常配备位置、速度或力矩传感器等反馈装置，将实际运动状态反馈给控制器。
霍尔编码器
霍尔编码器也具有较高的测量精度和可靠性，适用于对测量精度要求较高的应用。
磁编码器
磁编码器利用磁场变化来测量转速和位置，具有较小的体积和较高的测量精度。
控制器
1 2
微控制器
微控制器是伺服控制系统的核心，负责接收输入信号、计算输出信号并控制伺服系统的运行。
数字信号处理器
数字信号处理器具有较高的计算能力和数据处理能力，适用于对计算能力要求较高的应用。
3
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器适用于需要自动化控制和逻辑运算的应用，具有较好的可靠性和稳定性。
驱动器
晶体管驱动器
晶体管驱动器利用晶体管的开关特性来控制电流的通断，具有较快的响应速度和较大的输出电流。
继电器驱动器
继电器驱动器利用继电器的触点开关来控制电流的通断，适用于对输出电流要求较低的应用。

一种直流力矩电机伺服驱动器的设计与研究

一种直流力矩电机伺服驱动器的设计与研究基于一种车载光电跟踪伺服系统的工程应用，文章介绍了基于直流力矩电机伺服驱动器的组成与设计实现，针对直流伺服电机驱动器小型化、模块化的需求，重点阐述了驱动器的工作原理与设计，系统论述了电流和速度环路的设计与调节，试验结果表明：该系统转速电流可调且具有过流保护功能，有着较强的快速响应性和抗扰性，有一定的工程应用价值。

标签：伺服系统；直流力矩电机；电机驱动器；转速调节；电流调节Abstract：Based on the engineering application of a vehicle photoelectric tracking servo system，this paper introduces the composition and design of servo driver based on DC （direct current）torque motor，aiming at the demand of miniaturization and modularization of DC servo motor driver. The working principle and design of the driver are described in detail. The design and regulation of the current and speed loop are discussed systematically. The experimental results show that the speed and current of the system can be adjusted and have the function of over-current protection. It has strong fast response and immunity，and has certain engineering application value.Keywords：servo system；DC （direct current）torque motor；motor driver；speed regulation；current regulation引言伺服系统广泛应用于工业和军事领域，一般多以电动机作为执行机构。

直流伺服电机调速系统的设计

电力电子技术课程设计报告题目直流伺服电机调速系统的设计专业电气工程及其自动化班级学号学生姓名指导教师2011年春季学期设计任务书直流伺服电机调速系统的设计一、设计任务设计一个永磁直流伺服电机的调速控制系统，通过电位器可以调节电机的转速和转向。

电机为反电势负载，在恒转矩的稳态情况下，电机转速基本与电枢电压成正比，电机的转向与电枢电压的极性有关。

二、设计条件与指标1.单相交流电源，额定电压220V；2.电机：额定功率500W，额定电压220V，额定转速1000rpm，Ra=2Ω，dcLa=10mH；3.电机速度调节范围±（10~100）%；4.尽量减小电机的电磁转矩脉动；三、设计要求1.分析题目要求，提出2~3种实现方案，比较确定主电路结构和控制方案；2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的保护电路；3.参数计算，选择主电路元件参数分析主电路工作原理；4.利用PSIM进行电路仿真优化；5.撰写课程设计报告。

四、参考文献1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社；2.陈国呈译，《电力电子电路》，日本电气学会编，科学版；3.余永权，《单片机在控制系统中的应用》，电子出版社；一、总体设计1.主电路的选型根据设计任务的要求，要实现对电机的调速，只要对加在电机两端的电压进行调节。

我们先确定了一个方案，先是用一个二极管整流桥将接入的220V交流电整流为直流，再用一个buck电路实现对加在电机两端电压的调节。

对于调速的实现通过一个外加电位器控制对buck电路的触发脉冲的调节来实现对电机电压的调节。

对于电机转向的控制，可以用四个IJBT 运用触发脉冲来实现对电机正反转的控制。

主电路图如下所示：整流电路：整流采用二极管整流，输入电压为220V交流电，输出电压为198V。

电感L和电容C的值取经验值。

调压电路：调压电路采用buck降压电路，可以实现电压的平滑过渡，使得电机在运行时平稳运行，不会出现过大的震动，电路的脉冲采用30000Hz的三角波，电感L和电容C的值取经验值，对于电压的调节采用电压反馈闭环控制和通过电位器的调节共同控制，电压传感器的参数为0.05，电位器接11V的直流电压，当输出电压为220时传感器的得到的值刚好为11,通过一个比较器和PI调节器，再加一个限幅装置使得闭环控制回路能够有效可靠的控制输出电压的幅值，使得输出电压为想要得到的电压。

一种直流伺服电机驱动器的设计

一、DSC简介
数字信号控制器（DSC）是一种专为电机控制而设计的控制器，具有处理速度快、精度高、可靠性强等优点。DSC能够实现对电机的精确控制，包括速度、位置、扭矩等参数，是实现无刷直流伺服电机驱动器设计的重要工具。
二、无刷直流伺服电机驱动器设计
1、硬件设计
基于DSC的无刷直流伺服电机驱动器硬件设计主要包括功率电路、控制电路和传感器电路三部分。其中，功率电路负责将DSC输出的数字信号转换为能够驱动电机的电压和电流；控制电路则负责对电机的速度、位置等进行实时监测和控制；传感器电路则负责采集电机的运行状态信息，为控制电路提供反馈。
设计理念
直流伺服电机驱动器的设计理念主要包括高性能、高可靠性、低成本和低功耗。为了满足这些要求，我们在设计过程中采用了以下策略：选用高性能的元器件，提高电路的集成度，优化散热设计，以及采用低功耗的芯片和器件。
技术方案
本次演示所介绍的直流伺服电机驱动器基于脉宽调制（PWM）技术，采用智能功率模块（IPM）作为功率器件。PWM技术可以精确控制电机的转速和位置，同时IPM具有高可靠性和高集成度，能够满足高性能驱动的要求。
2、软件设计
软件设计是无刷直流伺服电机驱动器设计的核心部分，主要包括电机控制算法和通信接口两部分。其中，电机控制算法是实现电机精确控制的关键，包括 PID控制、模糊控制等；通信接口则负责与上位机进行数据交换，实现远程控制和监测。
三、无刷直流伺服电机驱动器研究
1、性能研究
通过对无刷直流伺服电机驱动器的性能进行测试和分析，可以了解其响应速度、控制精度、负载能力等方面的性能表现。通过对比不同设计方案和参数调整，可以找到最优化的设计方案，提高电机的性能、效率及可靠性。
在原理图设计方面，我们采用了先进的PWM控制器和IPM模块，同时加入了电流和电压采样电路，以便实时监测电机运行状态。此外，我们还设计了驱动电路和保护电路，以确保电机在异常情况下能够得到有效保护。

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论

永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论一、引言随着科技的飞速发展，永磁直流伺服电机在各领域中的应用越来越广泛。

其优异的性能和高效的工作效率使得各个行业对永磁直流伺服电机的需求不断增长。

永磁直流伺服电机的调速系统是电机控制系统的重要组成部分，其性能直接影响到整个系统的运行效果。

本课程设计旨在深入研究永磁直流伺服电机调速系统，通过实际设计加深对电机调速系统的理解，提高实际应用能力。

二、永磁直流伺服电机调速系统概述1.永磁直流伺服电机的原理永磁直流伺服电机是基于永磁材料实现的直流电机，其转子采用永磁材料，定子采用电枢绕组。

在运行过程中，通过改变电枢电流的大小和方向，实现对电机转速和转矩的控制。

2.永磁直流伺服电机的特点永磁直流伺服电机具有以下特点：（1）高效率：由于采用永磁材料，使得电机的磁损减小，提高了电机的工作效率。

（2）高精度：电机的转速和转矩控制精度高，能够满足高精度定位和控制需求。

（3）响应速度快：电机的控制系统响应速度快，能够实现快速的位置和速度调整。

3.永磁直流伺服电机调速系统的组成永磁直流伺服电机调速系统主要由以下部分组成：（1）电机：作为系统的执行元件，实现运动和动力输出。

（2）控制器：对电机进行控制，实现速度、位置等参数的调整。

（3）驱动器：将控制器发出的信号转换为电机所需的驱动电流。

三、课程设计目的和意义本次课程设计的目的在于使学生深入理解永磁直流伺服电机调速系统的原理和组成，掌握系统设计的方法和步骤。

通过实际设计，提高学生在永磁直流伺服电机调速系统方面的应用能力，为以后的工作和科研打下坚实基础。

四、课程设计内容和步骤1.系统方案设计根据实际应用需求，确定永磁直流伺服电机调速系统的总体方案，包括电机类型、控制器选型、驱动器选型等。

2.硬件设计（1）电机选择：根据负载能力和工作环境要求，选择合适的永磁直流伺服电机。

（2）控制器选择：根据系统性能要求，选择具有相应功能和性能的控制器。

（3）驱动器选择：根据电机的电流、电压等参数，选择合适的驱动器。

伺服电机设计方案

伺服电机设计方案1. 引言伺服电机是一种能够通过反馈信号来控制输出位置、速度或力矩的电机。

它广泛应用于机械、自动化、机器人等领域。

本文将介绍伺服电机的设计方案，从电机选型、控制系统设计以及应用注意事项等方面进行阐述。

2. 电机选型在进行伺服电机设计前，首先需要进行电机选型。

电机选型的关键是根据实际应用需求确定电机参数，例如额定功率、电压、转速范围等。

同时，还要考虑电机的尺寸、重量、使用环境和成本等因素。

常见的伺服电机类型包括直流伺服电机（DC Servo Motor）、步进伺服电机（Stepper Servo Motor）和交流伺服电机（AC Servo Motor）。

根据具体应用需求，选择合适的电机类型。

3. 控制系统设计伺服电机的控制系统设计是确保电机准确控制和稳定性的关键。

一个典型的伺服电机控制系统包括以下几个部分：3.1 反馈传感器反馈传感器用于感知电机的转动角度、速度和位置等信息，并将这些信息反馈给控制系统。

常用的反馈传感器包括编码器（Encoder）、霍尔传感器（Hall Sensor）和光电传感器（Photoelectric Sensor）。

选择合适的反馈传感器能够提高伺服电机的控制精度。

3.2 控制器控制器是伺服电机控制系统的核心部分，它负责接收来自反馈传感器的信号，并通过算法计算出反馈信号与设定值之间的误差，并产生控制信号输出给电机驱动器。

常见的控制器类型包括PID控制器、模糊控制器和自适应控制器。

选择合适的控制器能够保证伺服电机的稳定性和控制精度。

3.3 电机驱动器电机驱动器用于控制电机的运行，接收控制器发出的信号，并将其转换为合适的电流、电压或脉冲信号。

不同类型的伺服电机需要配备相应的电机驱动器。

在选购电机驱动器时，要考虑驱动器的功率范围、响应速度和保护功能等。

4. 应用注意事项设计伺服电机时，还需要注意以下几个方面：4.1 温度控制伺服电机在长时间运行中会产生热量，需要进行合理的散热设计，以避免过热对电机和控制系统的影响。

无刷直流电机伺服控制系统的研究与设计的开题报告

无刷直流电机伺服控制系统的研究与设计的开题报告一、选题的背景和意义随着科学技术的不断发展，机械制造业、电子工程等领域的进步越来越快，无刷直流电机伺服控制系统也越来越受到重视。

无刷直流电机是以永磁体为转子，通过电子换向电路控制转子运动的一种电机类型。

与传统的有刷直流电机相比，无刷直流电机具有结构简单、效率高、寿命长以及噪音小等优点，因此在电动车、家电、工业自动化、机器人等领域得到广泛的应用。

伺服控制系统是指对运动目标进行追踪或者保持某种特定状态的控制系统，通常由传感器、控制器和执行器组成。

伺服控制系统在工业生产过程中，可以准确控制各种机械设备的位置、速度、角度等参数，有效提高了生产效率和质量。

因此，研究和设计一种高效可靠的无刷直流电机伺服控制系统，对于提高机械设备的运动精度和控制精度，优化生产效率和降低生产成本具有重要意义。

二、研究的内容和目标本课题主要研究和设计一种基于单片机的无刷直流电机伺服控制系统，主要包括以下内容：（1）大力率无刷直流电机的选型和参数配置，包括电机的额定电压、额定电流、转速和转矩等参数；（2）搭建无刷直流电机伺服控制系统实验平台，包括硬件设计和软件设计，主要包括控制器、电机驱动器、传感器等部分。

（3）进行无刷直流电机伺服控制系统的调试和优化，包括调试控制器的参数、设置伺服控制系统的PID参数、优化电机驱动器，使得控制系统具有更高的精度和可靠性。

三、研究的方法和步骤本研究采用以下的方法和步骤进行：（1）文献综述。

通过查阅相关的文献，了解无刷直流电机伺服控制系统的基本原理、组成结构和应用领域等方面的知识和经验，为后续的设计和分析提供理论基础。

（2）选型和参数配置。

根据实验要求，选择适合的无刷直流电机，配置相关参数。

（3）硬件设计。

搭建无刷直流电机伺服控制系统的实验平台，包括控制器、电机驱动器、传感器等部分。

（4）软件设计。

编写控制器程序，配置伺服控制系统的PID参数，进行控制器调试和优化。

直流伺服电机控制系统设计

数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式。

单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统，有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。

本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。

同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。

关键词：单片机直流伺服电机PID MATLAB目录1.引言 (6)2．单片机控制系统硬件组成 (7)2.1 微控制器 (7)2.2 DAC0808转换器 (8)2.3运算放大器 (8)2.4按键输入和显示模块 (9)2.4.1 按键输入 (9)2.4.2 显示模块 (9)2.5 直流伺服电动机 (9)3.单片机控制系统软件设计 (10)3.1主程序 (10)3.2键盘处理子程序 (11)4.控制系统原理图及仿真 (12)4.1控制系统方框图 (12)4.2控制系统电路原理图 (13)4.3 Proteus仿真结果 (14)5.Simulink组件对直流伺服控制系统的仿真 (15)5.1 MATLAB与Simulink简介 (15)5.1.1 MATLAB简介 (15)5.1.2 Simulink简介 (15)5.2 直流伺服电机数学模型 (15)5.3 系统Simulink模型及时域特性仿真 (16)5.3.1 开环系统Simulink模型及仿真 (16)5.3.2 单位负反馈系统Simulink模型及仿真 (17)5.4 PID校正 (18)5.4.1 PID参数的凑试法确定 (18)5.4.2 比例控制器校正 (19)5.4.3 比例积分控制器校正 (21)5.4.4 PID控制器校正 (23)6．小结 (26)参考文献 (26)附录 (27)1.引言本设计的单片机控制直流伺服电机系统是一个开环的自动控制系统控制系统。

直流伺服电机控制系统设计综述

摘要随着自动控制技术与计算机科学技术的快速发展，制造业领域已大量采用计算机技术进行自动控制，这使制造业各个领域的成果，效率和质量得到大幅度提高。

各种微机控制系统在基本构造上是类同的，主要由微机控制器，被控对象与接口电路（输入，输出及驱动接口电路）组成。

根据被控对象的不同，微机控制系统又分为闭环控制系统（反馈控制输出信号的大小）与开环控制系统，学好“计算机课程设计”是掌握微机控制系统原理与技术的基础；而“直流伺服电机控制系统设计”是巩固，深化，掌握本门课程知识不可缺少的重要环节。

通过本次课程设计加深对《计算机控制技术》的理解和掌握。

在设计程序的过程中，广泛的查阅相关资料，如各类中断的作用和调用方式,屏幕显示等等，通过实践来加深对理论知识的理解，同时将自己对这门技术的理解应用在电动机控制的设计当中，理论与实践相互融合、相互促进，提高自己的理论水平和实践能力。

直流电机就是将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。

直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。

运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换风气和风扇等组成关键词计算机控制技术；微机控制系统；电动机控制；仿真With the rapid development of automatic control technology and computer science and technology, the manufacturing sector has been substantial use of computer technology for automatic control, which makes the manufacturing fields of achievement, efficiency and quality greatly improved. According to the different controlled objects, microcomputer control system is divided into a closed loop control system (feedback control the size of the output signal) and open-loop control system, to learn the "computer" course design is the foundation to master the principle and technology of computer control system; and the "design" DC servo motor control system is to consolidate, deepen, important to master the course knowledge essential.Through the curriculum design of “ computer control technology ” to understand and master. During the design process, extensive access to relevant information, such as the role and calls the way various interrupt, screen display and so on, through the practice to deepen the understanding of theoretical knowledge, will also be on this door technology understanding applied in the design of motor control, theory and practice of mutual integration, mutual promotion, improve their theoretical level and practical ability.Key words Computer control technology; Microcomputer control system; Motor control;Simulation摘要 (2)1课程设计题目 (4)2设计内容 (4)2.1设计任务 (4)2.2系统的工作原理 (4)3设计步骤 (5)3.1总体方案设计 (5)3.2控制系统的建模和数字控制器设计 (6)3.3硬件的设计和实现 (9)3.4软件设计 (14)4心得体会 (20)5参考文献 (21)1．课程设计题目1.1题目：直流伺服电机控制系统设计2．设计内容2.1设计任务课程设计对象是直流伺服电机实验台，设计一个计算机控制的直流伺服电机控制系统。

永磁直流伺服电机分析

永磁直流伺服电机分析目前，在数控机床进给驱动中采纳的直流电动机主要是大惯量宽调速永磁式直流伺服电动机，本节将主要对这种电动机进行分析介绍。

1.永磁直流伺服电动机基本结构与特点这种电机的基本结构如图所示，其同一般直流电动机的结构类似，也是由定子、转子、电刷和换向器等组成。

该种电动机的定子磁极是个采纳铝镍钴合金、钕铁硼、或稀土钴等材料所做成的永久磁体，矫顽力很高，能够产生极大的峰值转矩以满意高的加、减速要求；且即使在较高的磁通密度下保持性能稳定(即不消失退磁)。

转子的铁心上斜槽数目较多，且在一个槽内分布有几个虚槽以削减转矩波动。

电刷的材料也经过认真筛选，使得其可以在较大的加速度状态下也有良好的换向性能。

低波纹测速机等其它检测元件如旋转变压器、脉冲编码器可以装在电动机轴上，从而可得到精密的速度和位置检测信号，以反馈到速度掌握单元和位置掌握单元。

该种电动机既具有一般直流电动机便于调速、机械性能较好的优点，又具有小惯量直流电机快速响应性能的优势。

2.永磁直流伺服电动机工作原理直流电动机工作原理的示意图如图所示。

在转子绕组中的任何一根导体，只要一转过中性线，从定子S极下的范围进入了定子N极下的范围，由于电刷和换向器的作用，那么这根导体上的电流肯定要反向；反之则由定子N极下的范围进入定子S 极下的范围时，导体上的电流也要发生反向。

因此转子的总磁势正交，在转子磁场与定子磁场相互作用下产生了电动机的电磁转矩，从而使电动机转动。

机械特性是电机的静态特性，是稳定运行时带动负载的性能，此时，电磁转矩与外负载相等。

当电机带动负载时，电机转速与抱负转速产生转速差Δn，它反映了电机机械特性的硬度，Δn越小，表明机械特性越硬，性能越好。