直流电机单闭环控制、
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，用于控制直流电机的转速。
以下是单闭环直流调速系统的基本组成和工作原理：
基本组成：
1. 直流电机：负责将电能转换为机械能。
2. 编码器或传感器：用于测量电机的实际转速。
3. 控制器：通常使用PID控制器，根据实际转速和设定转速之间的误差进行调节。
4. 功率放大器：将控制器输出的信号放大后送至电机，控制电机的转速。
工作原理：
1. 测量阶段：编码器或传感器测量电机的实际转速，并将这个信息反馈给控制器。
2. 比较阶段：控制器将实际转速与设定的目标转速进行比较，计算出误差值。
3. 控制阶段：根据误差值，控制器通过PID算法计算出控制信号，控制电机的转速。
4. 执行阶段：功率放大器根据控制信号控制电机的转速，使实际转速逐渐接近设定转速。
调速过程：
-如果实际转速低于设定转速，控制器会增加电机的供电，使电机加速。
-如果实际转速高于设定转速，控制器会减小电机的供电，使电机减速。
-控制器通过不断地调整电机的供电，使得实际转速稳定在设定的目标转速附近。
通过单闭环直流调速系统，可以实现对直流电机转速的精确控制，广泛应用于工业生产中的传动系统、自动化设备等领域。
直流电机单闭环控制、解读
比较器发生值
毕设结果
单闭环实现原理
偏差值
实际值 转换为转 速值 设定值
比较器1
比较值B产生 器（PWM周 期调节器
比较值 A（PID 控制）
频率计
光电传感器采集 H型直 直流电机 流电机 PWM 驱动
比较器2 （PWM 发生器）
开关控 制器
消抖电路
按键5
单闭环实现原理
系统通过FPGA内部产生PWM波形输出到H型驱动电路 控制电机的转动，采集电路反馈电机转动的波形到 FPGA进行系统分析，形成闭还控制。 工作流程为：检测到电机工作脉冲，将其转换为实际 转速M，实际转速M与设定好的设定转速N比较并且分 析，得出偏差值Q，内部的PID调节器对偏差Q和M，N 进行分析，输出调节比较器2（PWM波形发生器）的 比较值的信号。比较器2输出的PWM波形接到电机开 关控制器，电机控制器的输出由输入按键5控制。开关 控制器开时输出PWM波形到H型驱动电路驱动电机工 作。
人为机械特性方程式
n Un
e n
R R T n n K K K
ad a 2 0 e t n
当分别改变电压 、磁通量和 电阻时，可以得到不同的转 速n，从而实现对速度的调节
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If和磁通量Φ 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
数据显示
除法器的介绍
对设定值和实际转速的显示都是经过换算分别求得要显示 的数的十位、个位、十分位、百分位的值。然后经过转换 成为BCD码，最终显示在2片4位一体的共阴极数码管上面
div ider a[14..0] b[14..0] y [14..0] rest[14..0]
单闭环直流调速系统.
精度高 开环和闭环系统的静差
是 nmax，而对最低速静差率的 要求相同，那么：
率分别为
Dop
nnom s nop (1 s)
Dcl
nnom s ncl(1 s)
scl
ncl , nocl
sop
nop n0 op
则得 Dcl (1 K )Dop
当n0op
n0cl时, 则scl
sop 1 K
（3）当要求的静差率一定 时，闭环系统可以大大提高 调速范围。
un
比较环节 Un Un* Un
电机端电压方程E U d0 Id R
放大器
Uct KpU n
测速反馈环节 U n n
触发和整流装置 U d 0 KsUct 电动机环节 E Cen
静特性方程
从上述六个关系式中消去中间变量，整理后， 即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程 式
n
K
（1）调节电枢供电电压U
（2）减弱励磁磁通
（3）改变电枢回路电阻R
➢调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra
n0
调节过程：
改变电压 UN Un ， n0
调速特性： 转速下降，机械特性曲 O
线平行下移。
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
➢调阻调速
它只与电枢电压Ud和I d电枢U电d阻RRaa有关。由于电枢电阻很 小，所以起动电流是很大的。为了避免起动时的电流冲 击，在电压不可调的场合，可采用电枢串电阻起动，在 电压可调的场合则采用降压起动——在调速系统中如何 处理。
1-直流调速系统-单闭环
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
在假设忽略各种非线性因素等条件下，系统中各环节
的稳态关系为：
➢ 电压比较器 UnUn *Un
➢ 放大器 ➢ 晶闸管触发整流装置 ➢ 调速系统开环机械特性
➢ 测速发电机
UcKpUn
Ud0KsUc nUd0 IdR
Ce
Unn
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
Ce
转速 n 随触发角 变化， 改变 角，即可得到一簇 平行的机械特性曲线。
单闭环直流调速系统 -- 一般概念
转速控制基本要求： 1. 调速：在一定的速度范围内分级或无级调速； 2. 稳速：以一定的精度在所需转速上运行，尽量不受
负载变：频繁起动、制动的生产机械要求尽量缩
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
用阶跃函数表示晶闸管整流和触发装置的输入、输出
关系： U d0K sU c(tT s)
做拉氏变换得到晶闸管整流触发装置传递函数：
Ud0( s) Uc( s)
KseTss
因 Ts 远小于系统其它环节时间常数，故将其近似为
一阶惯性环节：
Ud0( s) Ks Uc(s) Tss1
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
由动态结构图可以得到系统开环传递函数：
W (s)C e(T ss1)K T (p m K T ss2T m s1)
假设 IdL=0 （不考虑负载变化对稳定性的影响），得
到系统闭环传递函数：
KpKs
Wcl(s)TmTTs
Ce(1K) s3Tm(TTs)s2TmTs s1
ans = 1.1695
>> syms a U2 t
单闭环直流电机调速系统课程设计
《计算机控制技术》课程设计（单闭环直流电机调速系统）摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。
在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。
由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，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，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
当然，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，并有望在不太长的时间内取代直流调速系统，但是就目前来讲，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要方式。
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的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流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。
随着电子技术和计算机技术的高速发展，直流电动机调速逐步从模拟化走向数字化，特别是单片机技术的应用，使直流电动机调速技术进入一个新的发展阶段。
因此，本次课程设计就是针对直流电动机的起动和调速性能好，过载能力强等特点设计由单片机控制单闭环直流电动机的调速系统。
本设计利用AT89C52单片机设计了单片机最小系统构成直流电动机反馈控制的上位机。
该上位机具有对外部脉冲信号技术和定时功能，能够将脉冲计数用软件转换成转速，同时单片机最小系统中设计了键盘接口和液晶显示接口。
利用AT89C52单片机实现直流电机控制电路，即直流电动机反馈控制系统的下位机，该下位机具有直流电机的反馈控制功能，上位机和下位机之间采用并行总线的方式连接，使控制变得十分方便。
本系统能够用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节并且有速度显示电路。
本系统操作简单、造价低、安全可靠性高、控制灵活方便，具有较高的实用性和再开发性。
关键词：直流电动机AT89C52 L298N 模数转换1课题来源1.1设计目的计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，为了使学生进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高学生运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养学生独立自主、综合分析与创新性应用的能力，特设立《计算机控制技术》课程设计教学环节。
单闭环直流调速系统实验报告
单闭环直流调速系统实验报告单闭环直流调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的一种电机调速方式。
本实验旨在通过搭建单闭环直流调速系统，探究其调速性能以及对电机转速的控制效果。
二、实验原理单闭环直流调速系统由电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路等组成。
电机通过功率电路接受控制器的指令，实现转速调节。
编码器用于测量电机转速，电流传感器用于测量电机电流。
三、实验步骤1. 搭建实验电路：将电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路按照实验原理连接起来。
2. 调试电机：通过控制器设置电机的运行参数，如额定转速、最大转矩等。
3. 运行实验：根据实验要求，设置不同的转速指令，观察电机的响应情况。
4. 记录实验数据：记录电机的转速、电流等数据，并绘制相应的曲线图。
5. 分析实验结果：根据实验数据，分析电机的调速性能和控制效果。
四、实验结果分析1. 转速响应特性：通过设置不同的转速指令，观察电机的转速响应情况。
实验结果显示，电机的转速随着指令的变化而变化，且响应速度较快。
2. 稳态误差分析：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的稳态误差。
实验结果显示，电机的稳态误差较小，说明了系统的控制效果较好。
3. 转速控制精度：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的控制精度。
实验结果显示，电机的转速控制精度较高，且随着转速的增加而提高。
五、实验总结本实验通过搭建单闭环直流调速系统，探究了其调速性能和对电机转速的控制效果。
实验结果表明，该系统具有较好的转速响应特性、稳态误差较小和较高的转速控制精度。
然而，实验中也发现了一些问题，如系统的抗干扰能力较弱等。
因此，在实际应用中，还需要进一步优化和改进。
六、展望基于本实验的结果和问题，未来可以进一步研究和改进单闭环直流调速系统。
例如，可以提高系统的抗干扰能力，提升转速控制的稳定性和精度。
同时，还可以探索其他调速方式，如双闭环调速系统等，以满足不同的工业应用需求。
单闭环直流调速系统介绍课件
智能化：引入 人工智能技术， 实现系统的自 适应控制和自 学习能力
网络化：通过 互联网和物联 网技术，实现 远程监控和故 障诊断
集成化：将多 个子系统集成 为一个整体， 提高系统的集 成度和可靠性
节能和环保的发展趋势
01
提高能源利用率：通过优化控制策略和算法，降低能耗，提高能源利用率
02
减少污染排放：采用环保材料和工艺，减少生产过程中的污染排放
单闭环直流调速 系统介绍课件
目录
01. 单闭环直流调速系统的基本 概念
02. 单闭环直流调速系统的控制 方式
03. 单闭环直流调速系统的应用 领域
04. 单闭环直流调速系统的发展 趋势
1
单闭环直流调速 系统的基本概念
直流调速系统的组成
01
整流器：将交流 电转换为直流电
02
滤波器：去除直 流电中的交流成
04
应用场合：适用于对转速要求不高，但对响应速度要求较高的场合
电流控制方式
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
电压控制方式： 通过控制电压 来调节电流， 实现调速
电流控制方式： 通过控制电流 来调节电压， 实现调速
速度控制方式： 通过控制速度 来调节电流， 实现调速
位置控制方式： 通过控制位置 来调节电流， 实现调速
网络化：实现远程监控 和控制，提高系统的可 维护性和可扩展性
谢谢
速度控制方式
1
电压控制方式：通过调节直流电源的输出电压来控制电机的转速
2
电流控制方式：通过调节直流电源的输出电流来控制电机的转速
3
转速控制方式：通过调节电机的转速来控制电机的转速
4
位置控制方式：通过调节电机的位置来控制电机的转速
实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验
实验三-单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的本实验旨在通过实验研究单闭环不可逆直流调速系统的基本原理、调速特性和调速方法，掌握闭环调速的基本思想和方法，熟悉DC电机的调速控制原理和方法。
二、实验原理在单闭环不可逆直流调速系统中，电机的速度调节采用PID控制方式，通过控制电机的电源电压来实现调速。
具体的原理如下：1.电机的动作原理：当电枢通电后，电枢周围会产生一个磁场，同时在电枢内产生一个磁场，这两个磁场互相作用产生力矩，从而将电枢带动转动。
2.电机的调速控制：通过改变电机的电源电压来实现对电机的调速控制，电源电压越高，电机的转速越快，电源电压越低，电机的转速越慢。
而电源电压的改变通常是通过PWM调制实现的。
3.PID算法：PID控制算法采用比例、积分、微分三种控制信号结合的方式实现对电机转速的控制。
比例控制用于实时调整电机转速，积分控制用于修正电机转速下降过程中的偏差，微分控制用于提高系统的动态响应速度。
三、实验步骤1.将实验电路图搭建好，并连接好电源、电机、PWM信号发生器等模块。
2.对电机进行标定：通过对电机的空载转速和负载转速进行测量，确定电机传动系数和最大负载系数。
3.进行调速实验：通过修改PWM信号发生器的占空比来改变输入电压，从而实现对电机速度的控制。
同时通过示波器和万用表实时对电流、转速、电压等参数进行测量与记录。
4.使用PID算法对电机进行调速控制，对比比例控制、积分控制、微分控制和PID控制四种方法的效果和优缺点。
四、实验结果与分析实验中我们对电机的标定得到了电机的传动系数约为0.0134，最大负载系数为0.39。
在进行调速实验时，我们可以明显地感受到PWM信号发生器占空比的改变会对电机的转速产生影响。
同时通过测量和记录不同占空比下的电流、转速、电压等参数，我们可以得到调速系统的调速特性曲线。
通过加入PID算法，我们可以明显地感受到PID控制的稳定性和动态性，相比其他三种控制方法，PID控制能够更快速地达到稳定状态，同时产生的超调也更小。
PWM单闭环直流调速控制系统设计方案稿
PWM单闭环直流调速控制系统设计方案稿一、概述本文将介绍一种基于PWM单闭环直流调速控制系统的设计方案。
该控制系统采用先进的数字信号处理技术，结合现代控制理论，实现了对直流电机的速度闭环控制。
通过控制电机的输入电压和电流，可以实现对电机的速度和转矩的调节。
二、系统组成系统由控制器、电源、电机、位置传感器等组成。
1. 控制器控制器采用单片机作为核心，结合高性能数字信号处理器（DSP）实现对直流电机的控制。
控制器的输入信号包括电机的速度信号和电流信号，输出信号为PWM波形输出信号。
控制器还可以接受外部命令，以实现自动控制。
2. 电源电源模块主要提供DC电压和电流，以驱动电机运转。
电源还需要具备良好的稳定性和可靠性，以确保电机的顺畅运行。
3. 电机电机是系统中最重要的组成部分，它产生的动力能够驱动机械系统的运动。
电机主要由电路板、转子和定子组成。
电机所选定子是具有良好导电、高强度、低热膨胀系数、低扭矩波动等性能的材料。
4. 位置传感器位置传感器主要用于检测电机的运动状态和位置。
这里采用霍尔效应传感器，它可以通过感应磁场的变化来检测转子位置和转速。
三、控制原理PWM（Pulse Width Modulation）可以用来控制电机的速度和转矩，可实现大功率的低损耗控制，是电动汽车等应用领域的重要技术。
PWM单闭环直流调速控制系统采用电流控制和速度控制两个环节，实现对直流电机的闭环控制。
电流控制环节主要用来控制电流大小和方向。
在此环节中，通过对电机的PWM控制信号来控制电机的输入电流，可以实现对电机转矩的调节。
2. 速度控制环节本系统的控制器选用TI的C2000系列数字信号处理器作为核心，主要用于PWM输出信号的实现和电机控制功能的实现。
该数字信号处理器具有高性能、低功耗、高可靠性等优点，能够满足本系统的控制要求。
控制器主要由PWM模块、ADC模块、PID控制器、位置检测器等组成。
其中，PWM模块用来实现电机的PWM信号输出，ADC模块用来实现电机的电流量测和速度量测，PID控制器用来根据电机的速度信号和目标速度信号计算出PWM信号，位置检测器用来检测电机的位置。
单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可逆直流调速系统实验是一种用于直流电机控制的原型实验系统，旨在教授学生如何使用基于控制理论的方法来调节直流电机的速度并实现不同的功能要求。
该实验系统的基本结构包括直流电动机、电源、可编程随机逻辑控制器和信号调节器等几个部分，其整体系统设计具有紧密性和高效性。
主要研究内容包括如何进行直流电机的速度控制，如何获取直流电机的信息量和如何实现不同的控制算法等方面。
在进行实验之前，首先确定实验要求和目的，然后根据具体的实验内容选择不同的实验设备和工具。
在实验开始之前，需要进行一些准备工作，例如接线、开机和设置基本参数等。
在实验进行过程中，需要注意事项包括安全性、操作准确性和数据的通用性。
在实验结束之后，需要对实验数据进行处理和分析，根据实验结果进行总结和归纳，并对实验过程中的问题进行分析，并总结出实验中的经验和教训。
在单闭环不可逆直流调速系统实验中，学生们将会学习到许多重要的概念和方法，包括控制系统的基本理论、信号调节器的使用方法、可编程随机逻辑控制器的设计和实现等方面。
这些知识将使他们在现实世界中的工程问题中更加技术熟练和完善。
第一讲 单闭环直流调速系统
Id Id
-
-
Un ∆Un
Un n
+
A Uc
GT
UPE Ud d
-
M
-
+ -
+
n
Utg tg
TG
-
图3-2 采用转速负反馈的闭环调速系统
调节原理
在反馈控制的闭环直流调速系统中，与 电动机同轴安装一台测速发电机 TG ，从 而引出与被调量转速成正比的负反馈电压 Un ，与给定电压 U*n 相比较后，得到转速 偏差电压 Un ，经过放大器 A，产生电力 电子变换器UPE的控制电压Uc ，用以控制 电动机转速 n。
第 一 讲
单闭环直流调速控制系统
内容提要
直流调速方法 直流调速电源 单闭环直流调速控制系统
引 言
直流电动机具有良好的起、制动性能， 宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调 速和快速正反向的电力拖动领域中得到了 广泛的应用。 由于直流拖动控制系统在理论上和实 践上都比较成熟，而且从控制的角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此， 应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
UPE的组成
图中，UPE是由电力电子器件组成的变 换器，其输入接三组（或单相）交流电源， 输出为可控的直流电压，控制电压为Uc 。
~
u
AC
DC
Ud0 d0
Uc c
UPE的组成（续）
目前，组成UPE的电力电子器件有如 下几种选择方案： 对于中、小容量系统，多采用由IGBT或 P-MOSFET组成的PWM变换器； 对于较大容量的系统，可采用其他电力 电子开关器件，如GTO、IGCT等； 对于特大容量的系统，则常用晶闸管触 发与整流装置。
直流电机闭环控制个人总结
直流电机闭环控制个人总结
直流电机闭环控制是一种常用的电机控制方法，通过传感器测量电机转速或位置，并
与预设值进行比较，实现对电机转速或位置的精确控制。
闭环控制的关键是反馈，通过不断地检测电机实际运行状态，与期望运行状态进行比较，并根据差异进行调整，来实现闭环控制。
闭环控制可以提高电机的精确度和稳定性，使其适应不同的工作条件和负载。
闭环控制主要由两部分组成：传感器和控制器。
传感器一般用来测量电机的转速或位置，常见的传感器有编码器、霍尔传感器等。
控制器根据传感器的反馈信息，进行逻
辑运算和控制算法，通过控制电机的输入电压或电流来实现对电机的闭环控制。
常见的闭环控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制通过比较实际值和
预设值的差异，乘以一个比例系数，来控制电机输入量。
积分控制通过积分运算，累
积实际值与预设值的差异，来消除静差。
微分控制则通过对实际值的变化率进行运算，来预测未来的变化趋势，从而进行调整。
在闭环控制中，还需要考虑系统的稳定性和响应速度。
稳定性可以通过合适的控制参
数选择和系统的反馈设计来保证。
响应速度则取决于控制器的计算能力和传感器的测
量频率，可以通过增加控制器的计算速度和提高传感器的采样频率来提升。
总之，直流电机闭环控制是一种有效的电机控制方法，通过传感器的反馈和控制器的
运算，实现精确的转速或位置控制。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的控
制算法和参数，以及适当的传感器和控制器组合，来实现最佳的闭环控制效果。
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统简介单闭环直流调速系统是一种常见的电气传动系统，广泛应用于工业生产和机械控制领域。
该系统通过调节直流电机的电压和电流来实现对电机转速的精确控制。
本文将介绍单闭环直流调速系统的原理、主要组成部分以及工作原理。
原理单闭环直流调速系统的基本原理是通过调节电机的励磁电流和电压来改变电机的转速。
系统的闭环反馈控制可以实现对电机转速的精确控制。
具体的原理如下：1.转速测量：系统中通过安装转速传感器来测量电机的实时转速，并将测量值反馈给控制器。
2.错误计算：系统将设定的目标转速与实际转速进行比较，计算出误差值。
3.控制信号产生：根据误差值，系统控制器生成相应的调节信号。
4.调节信号传递：调节信号通过控制器输出，传递给电机的调速装置。
5.电机调速：电机的调速装置根据控制信号调整电机的电压和电流，从而实现对电机转速的控制。
组成部分单闭环直流调速系统主要包含以下几个组成部分：1.电机：直流电机是该系统的驱动设备，通过调整电机的电压和电流来实现转速控制。
2.电源：系统需要一个恒定的直流电源供应电机运行，并提供所需的电压和电流。
3.调速装置：调速装置是控制电机电压和电流的关键设备，通过改变输出电压和电流的大小来实现对电机转速的控制。
4.转速传感器：转速传感器用于测量电机的实际转速，并将测量值反馈给控制系统。
5.控制器：控制器是系统的核心部分，负责计算误差值并生成相应的调节信号。
6.显示器：显示器用于实时显示电机的转速和控制参数。
工作原理当系统启动时，电机会按照设定的初始转速开始运行。
转速传感器会实时测量电机的转速，并将测量值传递给控制器。
控制器根据设定的目标转速和实际转速计算出误差值。
控制器通过对误差值进行计算和处理，生成相应的调节信号。
调节信号经过控制器输出，传递给电机的调速装置。
调速装置根据调节信号调整电机的电压和电流，使电机的转速向目标转速靠近。
系统会周期性地重复上述过程，不断进行误差计算和调节信号生成，从而实现对电机转速的精确控制。
晶闸管-直流电动机单闭环调速系统
1.直流调速系统的动态指标对于一个调速系统，电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡过程，此时，必须研究相关电机运行的动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等。
这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义的。
（1）跟随指标：系统对给定信号的动态响应性能，称为“跟随”性能，一般用最大超调量σ，超调时间t和震荡次数N三个指标来衡量，图s2.1是突加给定作用下的动态响应曲线。
最大超调量反映了系统的动态精度，超调量越小，则说明系统的过渡过程进行得平稳。
不同的调速系统对最大超调量的要求也不同。
一般调速系统σ可允许10%~35%；轧钢机中的初轧机要求小于10%，连轧机则要求小于2%~5%，；而在张力控制的卷曲机反映了系统的快速性。
系统（造纸机），则不允许有超调量。
调整时间ts为0.2s~0.5s，造纸机为0.3s。
振荡次数也反映了系统的例如，连轧机ts稳定性。
例如，磨床等普通机床允许震荡3次，龙门刨及轧机则允许振荡1次，而造纸机不允许有振荡。
图2.1突加给定作用下的动态响应曲线（2）抗扰指标：对扰动量作用时的动态响应性能，称为“抗扰”性能。
一般用最大动态速降Δnmax ，恢复时间tf和振荡次数N三个指标来衡量。
用图2.2是突加负载时的动态响应曲线。
最大动态速降反映了系统抗扰动能力和系统的稳定性。
由于最大动态速降及扰动量的大小是有关的，因此必须同时注明扰动量的大小。
恢复时间反映了系统的抗扰动能力和快速性。
振荡次数N同样代表系统的稳定性及抗扰动能力图2.2突加负载时的动态响应曲线2.晶闸管电动机直流调速系统存在的问题图2.3 V-M系统的运行范围晶闸管整流器也有它的缺点。
首先，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
由半控整流电路构成的V-M 系统只允许单象限运行（图2.3a），全控整流电路可以实现有源逆变，允许电动机工作在反转制动状态，因而能获得二象限运行（图2.3b）。
PWM单闭环直流调速控制系统设计方案稿
摘要当今，自动化控制系统已经在各行业得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统控制作为电气传动的主要方式之一，在现代化生产中起着主要作用。
随着微电子技术的发展，集成芯片在调速系统中的应用不仅使系统简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法都分别在调速系统中得到了灵活的应用，以此来实现最优控制。
本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理与其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对转速闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，还在直流调速系统理论研究的基础上，对转速闭环直流调速系统中的转速调节器采用PI控制算法；提出了PI参数的整定方法，转速闭环直流调速系统是性能很好，应用广泛的直流调速系统, 采用转速闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
转速闭环直流调速系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。
在设计中采用TL494控制的PWM 脉宽调节作为控制电路。
关键词：PWMVDMOS 转速闭环ABSTRACTNowadays, automation control system has been widely in industries, and the application and development of electric control system of dc speed as the main method of transmission, in modern plays a main role in production. Along with the development of microelectronics technology, integrated chips in the governing system not only makes the application system, volume decreases, and reliability, and various classic and intelligent algorithm in the governing system of the flexible application, so as to achieve the optimal control.This design from the working principle of dc motor are analyzed in detail, and the principle and system static and dynamic performance. Then according to the principle of the automatic control system of single loop, the design parameters of analysis and calculation, and also in dc speed control system based on the study of the theory of single closed loop speed regulator in the dc speed control system by PI control algorithm,, the speed closed loop dc speed control system is performance is very good, one of the most widely used dc speed control system, adopt single closed loop speed dc speed control system can get good static and dynamic characteristics of speed. Speed single closed loop control dc speed control system, the characteristics and the design method of ac, dc power is dragging the automatic control system is the important foundation. In the design of TL494 adopted PWM control pulse width adjustment as the control circuit. Keywords: PWM VOMOS CLOSED LOOP SPEED REGULATION目录前言1第1章PWM单闭环直流调速控制系统方案的确定21.1 PWM单闭环直流调速系统拖动方案的确定21.1.1 直流电机的选择与调速方法21.1.2 电力拖动供电方案的确定31.2 PWM单闭环直流调速系统控制方案的确定51.2.1 采用转速闭环直流调速的理由71.2.2 选择PWM控制系统的理由71.2.3 选择VDMOS的主电路的理由8第2章转速单闭环直流调速控制系统92.1 转速单闭环直流调速系统的系统组成92.1.1 转速控制的要求102.1.2 转速调速指标102.1.3 调速围、静差率和额定速降之间的关系112.2 转速单闭环直流调速系统的原理图122.2.1 转速单闭环直流调速系统的静特性分析122.2.2 转速单闭环直流调速系统的稳态结构图13第3章变流器主电路和保护环节设计153.1 PWM信号发生器153.1.1 TL494芯片的主要特点153.1.2 TL494引脚各端子功能173.1.3 TL494的工作原理173.2 检测环节183.2.1 转速检测与其测速发电机183.2.2过电流保护环节 (19)3.2.3电机驱动电路203.2.4调速方法 (2)13.3 调节器的选择与调整213.3.1 调节器电路213.3.2 调节器限幅22第4章调速系统动态参数的工程设计244.1 调节器工程设计方法的基本思路244.2 转速调节器的设计254.2.1转速调节器的选择254.2.2 转速调节器参数的选择25结论27参考文献28附录错误!未定义书签。
单闭环直流调速系统的基本工作原理
单闭环直流调速系统的基本工作原理系统的基本原理是根据电机的实际转速和设定转速之间的误差，通过调节电源电压来控制电机的转速，使实际转速与设定转速保持一致。
具体工作过程可以分为以下几个阶段：
1.电源输入：将交流电源转换为直流电源供给电机。
交流电源经过整流电路，将交流电转换为直流电。
2.电流控制：通过变阻器来改变电压，调节电阻的大小，从而控制直流电机的输入电流。
当电阻增大时，电机的输入电流减小，反之亦然。
3.转速检测：通过转速传感器测量电机的实际转速，并将测量值与设定值进行比较，计算出转速的误差。
转速传感器通常是使用光电传感器或霍尔传感器等。
4.控制器：根据转速误差来调节电机输入电压。
控制器可以是模拟控制器或数字控制器，根据系统的要求来选择。
控制器通过与电机控制电路相连，从而控制电机的输出。
5.输出功率：经过调整电源电压后，电机输出的功率与实际负载相匹配。
控制电路会根据设定值和转速误差来调节电机输出的功率，使其尽可能接近设定值。
总结起来，单闭环直流调速系统的基本原理是通过将交流电源转换为直流电源，通过调节电压来控制电机的输入电流，利用转速传感器测量实际转速并与设定值比较，然后通过控制器调节电机的输入电压，使实际转速与设定转速之间的误差尽可能减小。
通过这种方式，可以实现对直流电机的调速控制，适应不同负载要求和工作条件。
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消抖电路
T<Tclk<Tmin Tclk为CLK的时钟周期； T为干扰信号的周期； Tmin 为电机达到最大 速度时检测到波形信 号的周期
x
PRE
y
PRE Q D Q
dout~0 dout
din clk
D
ENA CLR
ENA CLR
消抖电路
仿真波形
如果Tclk<T 则带入了 干扰信号，没有达到 消抖的作用。如果 T>Tmin ,则是消抖过 大，把有用的信号滤 除掉
数据显示
除法器的介绍
对设定值和实际转速的显示都是经过换算分别求得要显示 的数的十位、个位、十分位、百分位的值。然后经过转换 成为BCD码，最终显示在2片4位一体的共阴极数码管上面
div ider a[14..0] b[14..0] y [14..0] rest[14..0]
inst
PID调节器
改变电枢电压，实现对直流电机速度调节
硬度不随电枢电压的变化而改变，电 机带负载能力恒定 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
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。
系统的外围硬件及其与FPGA的接 口电路
人为机械特性方程式
n Un
e n
R R T n n K K K
ad a 2 n 0 e t
当分别改变电压 、磁通量和 电阻时，可以得到不同的转 速n，从而实现对速度的调节
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If和磁通量Φ 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
外围硬件包括输入模块，转速采集模块， 显示模块以及直流电机
按键输入 FPGA 电机转速采集电 路
显示模块 直流电机 驱动电路 及直流电 机
H型控制电路
DLR-R为1，DLR-L为0，使能信号为1，则Q1，Q4导通； DLR-R为0，DLR-L为1，使能信号为1，则Q2，Q3导通，电机反向；
PWM波形发生器的设计及分析
偏差值Q=|M-N|，当M>N时out=1；当M<N时out=0； data为步进值，根据Q的大小来调节data的值； 当Q>570,DATA=30;当114<Q<570，DATA=6；当 0<Q<57，DATA=1;当Q=0时，DATA=0.
设定值m 实际值n 比较器 偏差Q
比较值data
+5V
R
2
2
3.3V
U
R
1
Res2
R
A
1
Res2
4.7k
R
3
5
LM339AN
1
5
0
Res2
2
4K7
Res2
4
I
1
0
K
D
S
LED1
NPN
Photo
Q
4
R
P
3
C
1
C
RPot
C
Pol1
Cap
3
1
0
0
K
2.2uF
Cap
0.1uF
2.2uF
Pol1
Cap
2
O
频率计的设计
扇叶上只有一个小孔， 电机每转过一圈产生一 个脉冲 闸门时间为0.25秒。假设 在0.25秒的闸门时间内共 检测到 N个脉冲，则可 以通过计算得出 电机的 转速 F=N*4/1转/秒
基于FPGA小型直流电机单 闭环控制
主要研究内容
本设计介绍了基于FPGA用PWM实现直 流电机调整的基本方法，直流电机调速 的相关知识，及PWM调整的基本原理和 实现方法。重点介绍了基于FPGA用软件 产生PWM信号的途径，输出的PWM波形 具有频率高、占空比调节步进细的优点。
直流电机调速原理
PWM的产生是从比较器的输出得到的，通过改变比 较器的输入来达到输出周期一定占空比可调的方波 设计思路：dataa从0到1024步进加1一直循环，循环的周期即为最终输出 的方波的周期。Dataa 的值从0一直加1加到1024后跳变回到0，从模拟的 角度考虑问题，可以把dataa 看成是周期一定的锯齿波。通过PID控制器计 算，根据反馈的值调整datab对比较器的输入，从而达到改变输出PWM占 空比的目的
比较器发生值
毕设结果
单闭环实现原理
偏差值
实际值 转换为转 速值 设定值
比较器1
比较值B产生 器（PWM周 期调节器
比较值 A（PID 控制）
频率计
光电传感器采集 H型直 直流电机 流电机 PWM 驱动
比较器2 （PWM 发生器）
开关控 制器
消抖电路
按键5
单闭环实现原理
系统通过FPGA内部产生PWM波形输出到H型驱动电路 控制电机的转动，采集电路反馈电机转动的波形到 FPGA进行系统分析，形成闭还控制。 工作流程为：检测到电机工作脉冲，将其转换为实际 转速M，实际转速M与设定好的设定转速N比较并且分 析，得出偏差值Q，内部的PID调节器对偏差Q和M，N 进行分析，输出调节比较器2（PWM波形发生器）的 比较值的信号。比较器2输出的PWM波形接到电机开 关控制器，电机控制器的输出由输入按键5控制。开关 控制器开时输出PWM波形到H型驱动电路驱动电机工 作。
如何实现正反转？
DLR-R为1，DLR-L为0，使能信号为1，则Q1，Q4导通； DLR-R为0，DLR-L为1，使能信号为1，则Q2，Q3导通，电机反向；
H型控制电路
致谢
在本设计的设计和制作过程中，我得到了学校、 系、老师和同学的大力帮助和支持。学校和系 里的领导给我们提供了及其便利的工作环境， 特别感谢郭老师。从设计一开始的选题到设计 的实现方法一直到最后的调试，郭老师一直给 我很大的帮助，在遇到问题时细心帮我分析了 问题的根源，共同探讨解决的方法，才使设计 得以顺利的完成。同时也感谢在座的各位老师 对我所做的成果的肯定。谢谢！
COMPARE
unsigned compare
dataa[9..0] datab[9..0]
agb
测速频率计
当叶扇挡住DS时，Q截止，5脚得到5v高电平，负端输出电压为3.8v，则IO 口输出高电平；反之，当叶扇没挡住DS时，接收管导通，5脚电压被拉低到 0.3v左右，从而输出端IO输出低电平；所以当点击转动时，IO输出端得到 随电机转速变化而变化的方波。通过FPGA内部频率检测计检测该波形可以 得到此时的转速。