基于单片机的直流电动机闭环调速控制系统设计

合集下载

基于单片机的直流电机调速系统的课程设计

一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。

二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。

但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。

由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。

磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，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。

电枢控制法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来控制电机的转速。

传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。

随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。

如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。

调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。

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的电压的“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”。

如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。

平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。

基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计

直流调速系统具有调速性能优良、可靠性高等优点，被广泛的应用。直流调速系统是弱电控制与强电控制相结合的系统。系统弱电部分检测系统工作时的转速、电枢电流、电机温度、晶闸管温度等信号，根据检测到的信号发出控制信号。
1.2ห้องสมุดไป่ตู้
直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，在一定程度上满足了生产要求。
双闭环调速系统采用PID算法可实现直流电动机软起动，而且时间可调。模块内有积分环节，可实现直流电机软起动。根据用户实际需要，可调起动时间，给用户预留了2个端口，调节2个电位器，可改变积分时间长短，从而改变电机起动时间。积分环节适用于起动过渡过程平稳的场合。如果用户要求在负载一定的条件下，电机以最短的时间起动，即以最大的等加速度起动，可把积分环节去掉，模块所留出的2个端口作为电流环和速度环的输出限幅，调节电流的输出限幅，改变电机的最大起动电流，获得理想的过度过程。
图2-1转速、电流双闭环直流调速系统框图
为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。PLC要从外部输入电流反馈和转速反馈信号，输出触发脉冲信号，其余工作均在PLC内部完成，数字给定也是用软件方法在PLC内部设定。
在本课题所进行的双闭环调速系统设计中，采用PLC作为系统的主控器件。之所以选择用PLC来实现系统的控制思想，是因为PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点。除上述优点外，PLC具有超强的稳定性和长时间连续工作的能力，因而，PLC是为工业生产过程控制化专业设计的控制装置，具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低。

直流电动机双闭环调速系统设计

1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。

方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。

转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。

方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。

2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。

相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。

双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。

双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。

其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。

正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。

本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。

整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。

共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。

变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。

三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。

为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。

三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。

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。

基于STM32的直流电机PID调速系统设计

《计算机控制技术课程设计》题目：基于STM32的直流电机PID调速学院：计算机与电子信息学院专业：电气工程及其自动化班级：电气12-5 学号：姓名：任课教师：完成时间：——基于STM32的直流电机PID调速摘要电机转速控制在运动控制系统中占有至关重要的地位，本设计将电机转速控制作为研究对象；以PID为基本控制算法，STM32F103单片机为控制核心，产生受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。

同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。

在系统中采320×240TFTLCD显示器作为显示部件，通过4个按键通过界面切换方式设置P、I、D、V四个参数和正反转控制，启动后可以通过显示部件了解电机当前的运行状态和系统的CPU温度。

该系统控制精度高，具有很强的抗干扰能力。

关键词：PID 直流电机反馈调节Based on the STM32 PID speed control of dc motorAbstractMotor speed control occupies a crucial position in the motion control system, the design of the motor speed control for the study; in the basic PID control algorithm, STM32F103 microcontroller core, by the PID control algorithm generates a PWM pulse to achieve DC speed control. At the same time the use of photoelectric sensors to convert the motor speed to pulse frequency feedback to the microcontroller to achieve closed-loop speed control, to speed static error adjustment purposes. Mining 320 × 240TFTLCD monitor as a display unit in the system, through four key settings P, I, D, V four parameters and reversing control through the interface switching mode, start to understand the current state of the motor and the system through the display unit CPU temperature. The system control and high precision, has a strong anti-jamming capability.Keywords: PID DC motor feedback regulation目录1. 绪论 (1)研究背景与意义 (1)本文主要研究方法 (1)2. 设计方案与论证 (2)系统设计方案 (2)控制器模块设计方案 (2)3. 系统硬件电路设计 (3)整体电路设计 (3)整体理论 (3)整体简单结构图和资源分配图 (3)最小单片机系统设计 (4)STM32F103复位电路 (6)电源电路 (6)电机驱动电路设计 (7)光电码盘编码器电路设计 (7)显示电路设计 (8)按键电路设计 (10)4. 系统软件设计 (10)PID算法 (10)PID参数整定方法 (11)电机速度采集算法 (12)程序流程图 (12)5. 系统调试 (13)软件调试 (13)系统测试与分析 (14)6. 总结与展望 (15)参考文献 (16)附录一部分程序源程序 (17)附录二系统界面实物图和PCB图 (20)1.绪论1.1研究背景与意义电动机在现代的工业中，是主要的驱动设备，尤其是直流电动机，由于它的平滑调速性和结构上的简单，使其成为许多电器，如洗衣机，电梯等的驱动。

基于单片机的无刷直流电动机脉宽调速系统_孙艳霞

图 4 主程序流程图 Fig 4 Flowchart of main program
图 5 PI 调节算法 Fig 5 PI adjustment algorithm
PI 调节器的脉冲3; K I
1 S
式中: K p KI T
Kp+
KI 2
T
Z+ 1 Z- 1
( 1)
孙艳霞
( 大连交通大学电气信息学院, 辽宁大连 116028)
摘要: 针对以往无刷直流电动机多由单片机附加许多种接口设备构成, 难于实现从位置环到速
度、电流环的全数字控制问题, 设计了采用 SP CE061A 型 16 位单片机的脉宽调速系统. 该单片机
主要完成位置传感器信号的采集、电动机换相信号的输出、电动机转速的测量以及数字 PWM 调
无刷直流电动机的单片机脉宽调速是伴随着数字控制技术发展起来的. 系统采用台湾凌阳公司推出的 16 位单片机 SPCE061A 对其进行有效控制.
无刷直流电动机的换相原理如图 2 所示, 定子端盖内对称装有 3 个霍尔集成片作为转子传感器, 随着转子永磁体的转动, 作用于位置传感器的磁场方向 N- S 极交替变换, 使位置传感器产生相差 120 的 H 1、H 2、H 3 方波, 有效的 6 个转态编码信号: 101、100、110、010、011、001, 每一瞬间有 2 个功率管导通, 每个功率管连续导通 120 电角度, 每隔 60 电角度定子绕组电流换相一次, 编码信号发生变化的时刻也是定子绕组电流将要发生换相的时刻.
本系统采用的是三相星型联结, 驱动主回路采用二二导通方式, 共有 6 种导通状态, 转子每转过 60 电角度变换一种状态. 导通状态的转换通过软件来完成, 即根据位置传感器的输出信号 H 1、H 2、 H 3, 不断地取相应的控制字送 IOB 口来实现.

基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计

变压器降压．选择的变压器是２２０Ｖ／６Ｖ／８Ｗ，变压之后仍是有效值为６Ｖ的交流电，要转变为直流，必须经过整流桥整流，经过整流后需要在整流桥的两个输入端并上２２００ｕＦ的电解电容和０．１ｕＦ的磁片电容，可以达到滤波的作用，之后再经过芯片
Ｌ７８０５把电压钳位在＋５Ｖ，再并联一个６８０ｕｆ的电解电容。使输出稳压在＋５Ｖ，整个电源模块的设计原理如图２所示。
子程序设计。其主程序设计流程框图如图８所示。
５系统测试
系统硬件和软件设计完成后，对系统进行测试，电机在各档设定转速与显示转速比较结果如表１所示。由测试数据可以看出，当转速越大时，调速的效果就越好，误差越小；相反，转速越小时，调速效果就越差，误差较大。
裹１电机在各档设定转速与显示转速比较（单位ｒ／ｓｌ
圈５测速模块原理３．５键盘模块
图６光电传感器测速实物
键盘设计主要采用八三译码器芯片７４Ｌｓｌ４８，设置有４个
主要功能按键：上调、下调、确定、返回，当芯片７４ＬＳｌ４８检测到
有按键按下时．即输入端出现低电平时。通过芯片的ＥＯ端产
生一个低电平，并送至单片机的外界中断端，单片机便响应中
断，通过Ｐ２口低三位判断按键的键值。并执行相应的按键程
第９卷第８期
垫！！篁！旦
软件导刊
兰丝些墅！堡
Ｖ０１．９Ｎｏ．８
垒竖：！！！垒
基于ＡＴ８９Ｓ５２单片机直流电机调速系统的设计
茹占军１，谢家兴２
（１．卡尔蔡司光学科技（广州）有限公司，广东广州５１０７３０；２．华南农业大学工程学院，广东广州５１０６４２）
摘要：介绍了基于ＡＴ８９Ｓ５２单片机，利用红外传感器直流电机的转速，控制直流电机的转动速度，用ＰＷＭ调速方
福建连城人，硕士，华南农业大学工程学院讲师。研究方向为光电子。

基于PWM控制直流电机自动调速系统设计

1 绪论1.1 课题的研究背景和意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。

长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。

由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高的效率，优异的动态特性;尽管近年来不断受到其他电动机(如交流变频电机、步进电机等)的挑战，但到目前为止，它仍然是大多数调速控制电动机的优先选择。

近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。

随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制 (PulseWidthModulation，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。

这种控制方式很容易在单片机控制中实现，从而为直流电动机控制数字化提供了契机。

五十多年来，直流电气传动经历了重大的变革。

首先，实现了整流器件的更新换代，从50年代的使用己久的直流发电机一电动机组(简称G-M系统)及水银整流装置，到60年代的晶闸管电动机调速系统(简称V-M系统)，使得变流技术产生了根本的变革。

再到脉宽调制 (PulsewidthModulation)变换器的产生，不仅在经济性和可靠性上有所提高，而且在技术性能上也显示了很大的优越性，使电气传动完成了一次大的飞跃。

另外，集成运算放大器和众多的电子模块的出现，不断促进了控制系统结构的变化。

随着计算机技术和通信技术的发展，数字信号处理器单片机应用于控制系统，控制电路己实现高集成化，小型化，高可靠性及低成本。

以上技术的应用，使系统的性能指标大幅度提高，应用范围不断扩大。

由于系统的调速精度高，调速范围广，所以，在对调速性能要求较高的场合，一般都采用直流电气传动。

技术迅速发展，走向成熟化、完善化、系统化、标准化，在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域中一直居于垄断地位[1]。

目前，国内各大专院校、科研单位和厂家也都在开发直流数字调速装置。

姚勇涛等人提出直流电动机及系统的参数辨识的方法。

该方法依据系统或环节的输入输出特性，应用最小二乘法，即可获得系统或环节的内部参数，所获的参数具有较高的精度，方法简便易行。

直流电动机双闭环调速系统课程设计

直流电动机双闭环调速系统课程设计一、引言直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和日常生活中。

在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对电动机进行调速。

传统的电动机调速方法是通过改变电源电压或者改变电动机的极数来实现，但这种方法存在调速范围小、调速精度低、调速响应慢等问题。

因此，现代工业中普遍采用电子调速技术，其中双闭环调速系统是一种常用的调速方案。

二、直流电动机双闭环调速系统的原理直流电动机双闭环调速系统由速度环和电流环组成。

速度环是通过测量电动机转速来控制电动机的转速，电流环是通过测量电动机电流来控制电动机的负载。

两个环路相互独立，但又相互联系，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。

三、直流电动机双闭环调速系统的设计1.硬件设计硬件设计包括电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块。

其中电源模块提供电源，电机驱动模块将电源转换为电机驱动信号，信号采集模块采集电机转速和电流信号，控制模块根据采集到的信号进行PID控制。

2.软件设计软件设计包括PID控制器设计和程序编写。

PID控制器是直流电动机双闭环调速系统的核心，其作用是根据采集到的信号计算出控制量，控制电机的转速和负载。

程序编写是将PID控制器的计算结果转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。

四、直流电动机双闭环调速系统的实现1.电路连接将电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块按照设计要求连接起来。

2.参数设置根据电机的参数和工作要求，设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分系数和微分系数等。

3.程序编写根据PID控制器的计算结果，编写程序将其转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。

五、直流电动机双闭环调速系统的应用直流电动机双闭环调速系统广泛应用于工业生产和日常生活中，如机床、风机、水泵、电梯等。

其优点是调速范围广、调速精度高、调速响应快、负载能力强等。

六、总结直流电动机双闭环调速系统是一种常用的电子调速方案，其原理是通过速度环和电流环相互独立但相互联系的方式，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。

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。

直流电机双闭环调速系统设计

直流电机双闭环调速系统设计(总44页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目：直流电机双闭环调速系统设计姓名：徐震杰学院：电气工程及自动化专业：自动化班级、学号： 10电51 指导教师：甘良志江苏师范大学教务处印制摘要直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用范围也很广泛。

其主要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。

根据题目的设计要求，调速系统一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电流控制器（ACR）。

速度控制系统的电源电路的设计是使用三相全控桥整流电路实现的。

在设计中，首先对总体规划的设计图进行了确定。

之后又对主电路的结构形式以及各个元器件进行了确定和设计。

与此同时，对包括晶闸管、电抗器等元件的参数进行了计算。

在本文的最后一个部分，主要围绕本设计最重要的部分，直流调速系统的转速环和电流环进行设计。

为了使速度和电流两个负反馈可以发挥一定的作用，因此，应该使其嵌套连接在速度和电流负反馈之间。

单纯的从布局上来看的话，电流环在转速环的内部，因此电流环被叫做内环，相应的转速环就被称为外环。

这样设计之后，以电流负反馈、转速负反馈为核心的调速系统就这样形成了。

在对所有部分设计都完成了之后，采用MATLAB对整个系统进行仿真实验，并对数据进行分析，得出结论。

关键词：直流电动机双闭环调速系统转速负反馈电流负反馈AbstractThe speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope. It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly. According to the design requirements of the title, it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit. The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fully-controlled bridge rectifier circuit. Firstly, we need determine the overall plan and diagram of this design before the design. Secondly, we need identify and design the structure of main circuit and the various components. At the same time, including the parameters of thyristor, reactor, etc. Finally, focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control system in the design. In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively. On the layout of it simply, current loop is referred to as the inner ring, because it is in the inside. Speed ring is called the outer ring, because current loop is in the interior of the speed loop. Through this design, the core of the double closed loop speed regulation system: speed negative feedback and current feedback is formed. After all parts of the design is done, using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data, we can safely draw the conclusion.Keywords: DC motor; double closed loop; speed ring; current loop目录摘要 ..................................................................... 错误!未定义书签。

直流电机双闭环PID调速系统仿真设计

目录直流电机双闭环PID调速系统仿真 (1)1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理 (2)2 双闭环调速系统的动态数学模型 (2)3 调节器的设计 (4)3.1 电流调节器的设计 (4)3.2 转速调节器的设计 (6)4 搭建模型 (8)5 参数计算 (10)5.1 参数的直接计算 (10)5仿真具体参数 (13)6 仿真结果 (13)7 结束语 (14)8 参考文献 (16)直流电机双闭环PID调速系统仿真摘要在工程的应用中，直流电动机的占有很大的比例，同时对于直流系统的调速要求日益增长。

在直流调速系统中比较成熟并且比较广泛的是双闭环调速系统，本文对于直流双闭环的PID调速系统作简要的设计，同时利用Matlab/Simulink 仿真软件进行仿真处理。

关键词: 直流双闭环 PID调速在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频率的无级快速起制动和反转等良好的动态性能，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。

在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求，在应用广泛地双闭环直流调速系统中，PID控制已经得到了比较成熟的应用。

Matlab是目前国际上流行的一种仿真工具，它具有强大的矩阵分析运算和编程功能，建模仿真可视化功能Simulink是Matlab五大公用功能之一，他是实现动态系统仿真建模的一个集成环境，具有模块化、可重载、图形化编程、可视化及可封装等特点，可以大大提高系统仿真的效率和可靠性。

Simulink提供了丰富的模型库供系统仿真使用，它的仿真工具箱可用来解决某些特定类型的问题，也包括含有专门用于电力电子与电气传动学科仿真研究的电气系统模型库。

此外，用户可根据自己的需要开发并封装模型以扩充现有的模型库。

基于单片机的运动控制系统

摘要运动控制系统主要是电动机的控制，如今电动机在人们的工业生产和生活中起着十分重要的作用，其中直流电机以其优异的性能一直具有广泛的应用，而数字化控制是运动控制系统一个重要发展趋势。

本设计为基于单片机的运动控制系统，以AT89C52单片机作为控制核心，小型直流电机作为控制对象。

硬件部分包括电源电路、矩阵键盘、L298电机驱动电路、液晶显示等；软件部分包括按键扫描、PWM波生成、转速测量、PID调节、液晶显示以及上位机设计等。

利用定时器计算出电机实时转速，将实时转速在LCD1602上显示并通过串口发送给上位机，然后将实时转速与矩阵键盘设定的转速值比较，再经过PID调节，改变PWM波的占空比，从而调节电机转速。

经过多次调试，本系统基本能够实现转速无静差，而且抗扰动性能良好。

关键词：单片机，PWM波，PID调节，直流闭环调速，上位机ABSTRACTThe motion control system is mainly designed for electric motor．Nowadays,the electric motor plays a crucial role in industrial production and people’s daily life. And DC motor is widely used for its outstanding performance. Meanwhile, digital control is an important development tendency in motion control system.This is a design of motion control system based on single chip microcomputer，which is the cybernetic core while the control object is a small DC motor. In the system，thehardware part consists of power circuit、matrix keyboard、DC motor driver used L298N、liquid crystal display etc; And the software part consists of key-scan subroutine、PWM wave subroutine、speed measurement、PID regulation、LCD subroutine and supervisor software etc. The single chip microcomputer work out the real-time speed with its inner timer. Then the real-time speed is shown on LCD1602 and is sent to supervisor software through serial port. Next,the single chip microcomputer will compare the real-time speed with the set-speed，and after the regulation of PID controller，the duty cycle of PWM wave is changed. As a result，the speed of DC motor is changed. After many times of system debugging，this system is able to eliminate steady-state error of speed and have good disturbance-resistant performance.KEY WORDS:Single Chip Microcomputer, PWM Wave, PID regulation, closed-loop DC motor speed regulation，supervisor software目录第1章绪论 (1)1.1 运动控制系统的组成 (1)1.2 运动控制系统的发展 (2)1.3 单片机在电动机控制中的优点 (3)1.4 上位机在控制工程中的作用 (4)1.5 本次设计所研究的内容和意义 (4)第2章系统总体设计 (5)2.1 系统设计及功能 (5)2.2 调速方案选择 (5)2.3 调压方案选择 (6)2.4 控制回路选择 (7)2.5 上位机界面设计选择 (9)第3章硬件设计 (11)3.1 电源模块 (11)3.2 控制芯片选择 (12)3.3 电机及驱动模块 (13)3.4 转速及电流检测 (14)3.5 键盘及显示模块 (15)3.6 本章小结 (16)第4章软件设计 (17)4.1 系统主程序设计 (17)4.2 数字PID控制算法 (17)4.3 矩阵键盘设计 (18)4.4 中断处理程序 (19)4.4.1 PWM波生成程序 (19)4.4.2 重设参数程序 (20)4.5 转速测量及数字滤波 (21)4.5.1 转速测量 (21)4.5.2 数字滤波 (22)4.6 上位机程序设计 (22)4.7 本章小结 (24)第5章硬件调试 (25)5.1 硬件电路调试 (25)5.2 软件调试 (25)5.3 系统联合调试 (28)5.4 本章小结 (29)第6章结论与展望 (30)6.1 系统设计成果 (30)6.2 经验收获 (30)6.3 展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)第1章绪论电动机能够实现电能与机械能之间的转换，根据电动机的数学模型可知，电机的输入量包括电压、电流、频率等，输出量包括转速、力矩、位移等，而运动控制系统的任务是通过控制电机的输入量来改变电机的输出量，使之满足人们的工业生产和其它方面的需求。

pwm直流双闭环调速系统设计

PWM直流双闭环调速系统设计引言PWM（Pulse Width Modulation）直流双闭环调速系统是一种常用于电动机调速的控制系统。

在许多应用中，需要对电动机的速度进行精确控制，以满足不同的工作需求。

PWM直流双闭环调速系统通过不断调整电动机输入电压的占空比，使电动机保持稳定的转速，具有快速响应、良好的稳定性和较大的负载适应能力等优点。

本文将介绍PWM直流双闭环调速系统的设计原理、硬件电路和控制算法，并提供代码示例和性能分析。

设计原理闭环控制系统PWM直流双闭环调速系统由两个闭环控制回路组成：速度闭环和电流闭环。

速度闭环通过反馈电动机的实际转速来调整电动机输入电压，以使其达到期望转速。

电流闭环通过反馈电动机的实际电流来调整PWM信号的占空比，以使电动机输出的扭矩与负载要求相匹配。

速度闭环控制速度闭环控制由速度传感器、比例积分控制器和电动机驱动器组成。

速度传感器通常采用编码器或霍尔传感器来测量电动机转速，并将其转换为电压信号。

比例积分控制器根据速度误差和积分误差来计算控制器输出，并将其输入给电动机驱动器。

电流闭环控制电流闭环控制由电流传感器、比例积分控制器和PWM模块组成。

电流传感器用于测量电动机的电流，并将其转换为电压信号。

比例积分控制器计算电流误差和积分误差，并生成控制器输出，将其输入给PWM模块。

硬件电路设计PWM直流双闭环调速系统的硬件电路设计包括电源模块、电流传感器、速度传感器、比例积分控制器、PWM模块和电动机驱动器等。

电源模块电源模块用于提供系统所需的直流电压。

它可以采用稳压稳流电路来稳定输出电压和电流。

电流传感器电流传感器用于测量电动机的电流。

常用的电流传感器包括霍尔传感器和电阻传感器。

它将电动机的电流转换为电压信号，并输入给比例积分控制器。

速度传感器速度传感器用于测量电动机的转速。

常用的速度传感器有编码器、霍尔传感器和光电传感器等。

比例积分控制器比例积分控制器是PWM直流双闭环调速系统的核心控制模块。

基于STM32单片机的直流电机调速系统设计

速【７１。
Ｃｌ６３３ｎＦ
２调速系统主要硬件设计２．１ＭＣ３３８８６与ＳＴＭ３２接口电路设计ＳＴＭ３２单片机高低逻辑电平与ＭＣ３３８８６输入端的ＩＮ１、ＩＮ２逻辑高低电平参考电压不一致，需要一个电平转换接口。本设计选用７４ＨＣ０８芯片作为ＭＣ３３８８６与ＳＴＭ３２的电路接Ｉ＝Ｉ。７４ＨＣ０８为１４引
ＳＴＭ３２单片机电路连接设计如图４所示。
系统初始化
ｉ
＞
读取给定，开始计数
ｌ电源模块ｌｌｌ堡
—
ｌ
图１系统总体结构图
从结构上看，可以认为是一个闭环调速系统。其工作原理为：光电码盘将测得的电机转速信号变成电信号反馈给ＳＴＭ３２单片机。单片机系统自行给定转速（内给定），或者从占空比输入电路获得电机给定转速（外给定）。系统根据给定的电机转速信号与反馈速度信号比较，得出偏差，经过增量式ＰＩＤ运算得出控制变量改变ＰＷＭ波占空比，也就是改变了直流电机电枢两端的平均电压，进而调节的电机的转速，实现了ＳＴＭ３２单片机对直流电机的ＰＷＭ闭环脉宽调
性，对输油管道机器人的研究有一定的参考价值。
关键词＂ＳＴＭ３２单片机直流电机调速中图分类号：ＴＭ９２１．１文献标识码：Ａ文章编号：１００７ — ９４１６（２０１３）０５・０００２ — ０２

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。

直流电机调速控制和测速系统设计

直流电机调速控制和测速系统设计摘要：直流型的电机得性能在电机结构中有着较好的优势，由于时代的持续进步，与直流电机相关的使用频率也变得更高。

然而，以往的直流电机工作性质与所面临得运转问题息息相关，怎样对转速进行合理管控就变成了直流电机发展和应用期间存在的困难。

而直流电机控制系统的产生，可以较好的处理该方面的情况，不仅能够增强直流电机的平稳程度和精准程度，还可以合理管控直流电机的运行速度，从而达到我国对相关设备的应用标准。

基于此，本文重点分析了直流电机调速控制的方式，进一步对测速系统进行设计，以供相关人员参考。

关键词：直流电机；调速控制；测速系统目前，直流发电机的应用非常广泛，在自动化装备领域中，其内蓄电池内部都配置有相应的直流发电机，保证在断电的情况下起到一定的发电机组的润滑作用。

而直流电动机在启动时，其所用的电流量会增大很多，造成一定的冲击力，这种冲击力会造成一定的影响，比如充电器出现损坏、短路等，这些故障的产生都会使得发电设备无法正常运转。

因此，为了解决我国在有关这方面的控制技术上存在的问题，需要对调速与测速系统进行控制与设计，以此来确保整个电机设备的稳定性与安全性。

1电机调速原理及其实现电机调速原理主要是指对电机两端所存在的电压进行数据上的更改，以此来完成对电机转速的调节工作，对于电机而言，当自身的电压方向出现改变，那么电机的旋转变化发生改变。

而PWM在调速原理方面则是以脉冲信号为主，利用脉冲信号的输出特性来进行传输，并改变原本存在于电机内部空间的脉冲信号，通过间接或速度按钮来完成有关电机电压的更改工作，从而来确保电机的转速能够因此发生改变。

在这一过程中，电机内部的脉冲占比越大，转速也就越慢。

整个电路主要是以H桥为主，为了确保整个驱动电机能够得到有效控制，将三极管进行单片机的引脚安装，将基极部分分别安装，从而来确保当电机处于运行状态时，能够利用垫片机来对其自身的转速内容进行控制。

当脉冲信号输送工作时，另一端会通过开展低电平的模式来进行应用，这时的直流电机会呈现为正转状态，反之亦然。

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。