直流伺服电机控制系统设计
直流伺服电机的控制方式
直流伺服电机的控制方式直流伺服电机实质上就是他励直流电机。
由直流电机的电压方程U＝E a+I a R a及电枢电动势表达式E a＝C eΦn，可以得到直流伺服电机的转速表达式为式中，U a为电枢电压；E a为电枢感应电动势；I a为电枢电流；R a为电枢回路总电阻；n为转速；Φ为每极主磁通；C e为电动势常数。
上式表明：改变电枢电压U a和改变励磁磁通Φ，都可以改变直流伺服电机的转速n。
因而直流伺服电机的控制方式有两种：一种方法是把控制信号作为电枢电压来控制电机的转速，这种方式称为电枢控制；另一种方法是把控制信号加在励磁绕组上，通过控制磁通来控制电机的转速，这种控制方式称为磁场控制（又称为磁极控制）。
直流伺服电机的工作原理图如图2-9所示。
图2-9 电枢控制时直流伺服电机的工作原理图（1）电枢控制由图2-9所示，在励磁回路上加恒定不变的励磁电压U f，以保证直流伺服电机的主磁通Φ不变。
在电枢绕组上加控制电压信号。
当负载转矩T L一定时，升高电枢电压U a，电机的转速n随之升高；反之，减小电枢电压U a，电机的转速n就降低；若电枢电压U a＝0时，电机则不转。
当电枢电压的极性改变后，电机的旋转方向也随之改变。
因此把电枢电压U a作为控制信号，就可以实现对直流伺服电机转速n的控制，其电枢绕组称为控制绕组。
对于电磁式直流伺服电机，采用电枢控制时，其励磁绕组由外施恒压的直流电源励磁；对于永磁式直流伺服电机则由永磁磁极励磁。
下面分析改变电枢电压U a时，电机转速n变化的物理过程。
直流伺服电机实质上就是他励直流电机。
由直流电机的转速表达式及电磁转矩表达式T e＝C TΦI a，可以得到保持电机的每极磁通为额定磁通ΦN时，直流电机的机械特性方程为式中，U a为电枢电压；R a为电枢回路总电阻；n为转速；ΦN 为每极额定主磁通；C e为电动势常数；C T为转矩常数；T e为电磁转矩。
根据直流电机的机械特性方程，可以绘制出直流电机降压调速时的机械特性曲线，如图2-10所示，图中，曲线1、2、3分别为对应于不同电枢电压时，直流电机的机械特性曲线；曲线4为负载的机械特性曲线。
伺服电机控制系统毕业论文设计
调速应用领域最初用得最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来，由于直流伺服电动机体积小、重量小和高效节能等一系列优点，中小功率的交流变频系统正逐步被直流伺服电动机系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域，而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域，则更多的由直流伺服电动机所取代。
This article mainly discusses the designations of three-phase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM special-purpose control chip 80C196MC, assistanceswith the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electricalmachinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocity-feedback control according to the Hall signal.
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LabVIEW的直流伺服电机模糊PID控制系统
基于ＬａｂＶｌＥＷ的直流伺服电机模糊ＰＩＤ控制系统ＬａｂＶＩＥＷ－ＢａｓｅｄＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＤＣＳｅｒｖｏ－ｍｏｔｏｒ昊占涛－，ｚ张桂香２（１湖南大学国家高效磨黼Ｉ程技术研究中心，长沙４１００８２；２湖南大学机械与汽车工程学院，长沙４１００８２）攘娶：论述了一种基予模糍ＰＩＤ算法的直流镯服电极控制系统，介缁了模糨ＰＩＤ算法及模糊控裁规鲻。
系统采用图形化的编程潜言ＬａｂＶＩＥＷ，软件交互界面友好。
试验结果表明，采用该模糊ＰＩＤ控制器的系统能克服常规ＰＩＤ控制器的弊端，控制品质好，算法简单，具有实际应用价值。
关键词：直流伺服电视模糊控铡ＰＩＤＬａｂＶＩＥＷＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＤＣｓｅｒｖｏ－ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ。
ＴｈｅｆｕｓｓｙＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓａｆｉｎｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙＬａｂＶｌＥＷ。
ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｕｓｓｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃａｎｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｄｒａｗｂａｃｋｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｉｍｐｌｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣｓｅｒｖｏ－ｍｏｔｏｒｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌＰＩＤＬａｂＶＩＥＷ０引言直流伺服电视爨祷响应侠、低速平稳住好、潺速范围宽等特点，常用于实现精密谪速和位置控制的随动系统中，在工业、国防和民耀等领域内褥到广泛应瘸脚；所以，会理选择鸯漉饲服电机的控制方法。
Ｘ寸予充分发撂盔流箍鞭电梳的工作蔑麓鸯着积极的作用。
基于单片机的伺服电机控制系统设计
• 146•基于单片机的伺服电机控制系统设计郴州职业技术学院 张玲玲当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
其中，步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中：如加工中心，打印机、自动化生产线等等场合都可以得到应用。
研究伺服电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
本系统是基于80C51的伺服电机控制系统，在脉冲控制控制作用下控制电机运行于0-3000转/分钟，并实现正转与反转。
1 引言在自动控制系统中，伺服电动机作为执行元件，作用是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
它有直流电机和交流电机之分。
其中交流伺服有更广的适用性。
交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向。
本文介绍如何使用C8051F060来控制交流伺服电机，使电机运行于0-3000转/分钟的任意转速。
2 系统设计图1所示是伺服电机控制系统，它以C8051F060为核心，同时还有显示电路、编码器、编码器处理电路、RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机。
图1 伺服电机控制系统图3 电路及原理3.1 主芯片介绍C8051F060是Silicon Lab 公司出品的完全集成的混合信号片上系统型MCU 。
它使用了Cygnal 专利的高速、流水线结构以及与MCS-51指令集完全兼容的CIP251微处理器内核。
C8051F060具有P0-P7，共计8个端口，64个可以实际使用的IO 。
3.2 LED电路如图2所示，系统使用6个LED 数码管显示伺服电机的转速，LED 数码管采用MC14489芯片进行驱动，MC14489采用SPI 通信方式和CPU 进行通信，可以节省IO 口的使用。
3.3 编码器及处理电路系统采用多个BCD 拨码开关来设置系统运行参数。
BCD 拨码开关是十进制输入，BCD 码输出，又称为8421拨码开关。
每位BCD 拨码开关可输入1位10进制数。
每个BCD 拨码开关后面有5个接点，其中C 为输入控制线，另外4根是BCD 码输出信号线。
直流伺服系统设计
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。
无刷直流电机控制系统的设计及仿真
目录1 前言............................................................................................................... - 0 -1.1 无刷直流电机的开展......................................................................... - 0 -1.2 无刷直流电机的优越性..................................................................... - 0 -1.3 无刷直流电机的应用......................................................................... - 1 -1.4 无刷直流电机调速系统的研究现状和未来开展............................. - 1 -2 无刷直流电机的原理................................................................................... -3 -2.1 三相无刷直流电动机的根本组成..................................................... - 3 -2.2 无刷直流电机的根本工作过程......................................................... - 4 -2.3 无刷直流电动机本体......................................................................... - 5 -2.3.1 电动机定子............................................................................... - 5 -2.3.2 电动机转子............................................................................... - 6 -2.3.3 有关电机本体设计的问题....................................................... - 7 -3 转子位置检测............................................................................................... - 8 -3.1 位置传感器检测法............................................................................. - 8 -3.2 无位置传感器检测法......................................................................... - 9 -4 系统方案设计............................................................................................. - 11 -4.1 系统设计要求................................................................................... - 11 -4.1.1 系统总体框架......................................................................... - 11 -4.2 主电路供电方案选择....................................................................... - 11 -4.3 无刷直流电机电子换相器............................................................... - 13 -4.3.1 三相半控电路......................................................................... - 13 -4.3.2 三相全控电路......................................................................... - 14 -4.4 无刷直流电机的根本方程............................................................... - 15 -4.5 逆变电路的选择............................................................................... - 17 -4.6 基于MC33035的无刷直流电动机调速系统................................... - 18 -4.6.1 MC33035无刷直流电动机控制芯片...................................... - 18 -4.6.2 基于MC33035的无刷直流电动机调速系统设计 ................ - 19 -5 无刷直流电机调速系统的MATLAB仿真................................................... - 22 -5.1 电源、逆变桥和无刷直流电机模型............................................... - 23 -5.2 换相逻辑控制模块........................................................................... - 24 -5.3 PWM调制技术.................................................................................... - 29 -5.3.1 等脉宽PWM法......................................................................... - 31 -5.3.2 SPWM(Sinusoidal PWM)法..................................................... - 31 -5.4 控制器和控制电平转换及PWM发生环节设计............................... - 31 -5.5 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析................................... - 33 -5.5.1 起动，阶跃负载仿真............................................................. - 33 -5.5.2 可逆调速仿真......................................................................... - 35 -6 总结和体会................................................................................................. - 37 -无刷直流电机调速控制系统设计1前言直流无刷电机，无机械刷和换向器的直流电机，也被称为无换向器直流电动机。
机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计
钟。 F.体积小、自定位和价格低是步进电动机驱动控制的三大优势。 G. 步进电机控制系统抗干扰性好
上一页 下一页
二、 伺服驱动控制系统设计的基本要求
1. 高精度控制 2. 3. 调速范围宽、低速稳定性好 4. 快速的应变能力和过载能力强 5. 6.
闭环调节系统。
(4) ①
② 调节方法。
(5) ① 使用仪器。用整定电流环的仪器记录或观察转速实际值波形，电
② 调节方法。
上一页 下一页
六、 晶体管脉宽(PWN)直流调速系统
晶体管脉宽直流调速系统与用频率信号作开关的晶闸管系统相比，具 (1) 由于系统主电源采用整流滤波，因而对电网波形影响小，几乎不 (2) 由于晶体管开关工作频率很高（在2 kHz左右），因此系统的 (3) 电枢电流的脉动量小，容易连续，不必外加滤波电抗器也可平稳 (4) 系统的调速范围很宽，并使传动装置具有较好的线性，采用Z2
上一页 下一页
(2) ① A. 步进电动机型号：130BYG3100D (其他型号干扰大) B. 静转矩15 N·m C. 步距角0.3°/0 6°
D. 空载工作频率40 kHz E. 负载工作频率16 kHz ② A. 驱动器型号ZD-HB30810 B. 输出功率500 W C. 工作电压85～110 V D. 工作电流8 A E. 控制信号，方波电压5～9 V，正弦信号6～15 V ③ 控制信号源。
(3) ① 标准信号控制系统（如图6-16） ②检测信号控制系统 （如图6-17）
③ 计算机控制系统（如图6-18）
上一页 返 回
图6-16 标准信号控制系统图 图6-17 检测信号控制系统图 图6-18 计算机控制系统图
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。
直流伺服电机
毕业论文论文题目学院专业年级学号学生姓名指导教师完成时间年月肇庆学院教务处制摘要：随着科学技术的不断快速发展，人们对生活质量、生产效率及安全性等方面的要求越来越高，而自动化控制系统以其能将人类从复杂、繁琐危险、的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率等的众多优点被大家所接受并得到了广泛的推广应用，逐渐成为现在生活生产中必不可少的一种科技，因此该设计具有很深远的研究价值。
设计主要是一种基于A VR单片机控制，采用ATmega16的芯片，通过用H桥式控制PWM通过检测光脉冲数进行定位进行对减速电机的控制，从而实现对系统的位置控制。
设计的目的是通过一个位置控制系统来自动控制门得开关，比较手动的，自动控制更省时省力，更安全，而且增加了生活的乐趣。
设计的结果是：所设计的位置控制系统，能较为稳定地对电机进行控制，符合实验的要求。
关键词：AVR单片机H桥式控制减速电机Abstract:With the rapid development of science and technology, more and morepeople on the quality of life, production efficiency and safety aspects of the higher requirements, and the automatic control system for its many advantages canbe complex, tedious, dangerous from human labor environment to liberate and improve the control efficiency ofthe acceptedand popularized widely used, has gradually becomean essentialtechnology in the production of life now, so ithas very far-reachingresearch value of the design. Design is a A VR microcontroller based control, using ATmega16 chip, through the bridge control of PWM by detecting the pulsenumber of positioning control gear motor with H, in order toachieve position control system. The purpose of the design is througha position control system to automatic control door switches,compared with manual, automatic control more time-saving, more secure,and to increase the pleasures of life. The result of the design is: position control system design, can steadily control the motor, meets the test requirements.Keywords: A VR microcontroller H bridge control gear motor目录：第一章：绪论 (5)1.1、直流伺服电机的背景、原理及分类 (5)1.1.1：背景： (5)1.1.2：原理： (6)1.1.3：分类： (6)1.2、直流伺服电机的应用与意义 (7)1.2.1：应用： (7)1.2.2：意义： (7)1.3、国内外现状和发展趋势 (8)第二章：直流伺服电机（减速电机）的工作原理、结构及其基本特性 (10)2.1、直流伺服电机的工作原理、原理 (10)2.2、直流伺服电机的基本特性 (10)2.2.1、直流伺服电机的机械特性 (11)2.2.2、直流伺服电机的调节特性 (12)2.2.3、直流伺服电机的动态特性 (13)2.3、直流减速电机 (18)第三章：A VR单片机系统的结构概况 (19)3.1、单片机的基本组成结构 (19)3.2、A VR单片机的介绍 (21)3.3、ATmega16单片机的介绍 (23)第四章：A VR单片机实现位置控制 (27)4.1、设计的原理: (27)4.1.1、H桥电路 (27)4.2、设计的电路框图 (31)4.2.1、独立按键： (31)4.2.2、光电码盘： (31)4.2.3、A VR单片机最小系统 (32)4.2.4、H桥驱动 (32)4.2.5、直流电机 (33)第五章：总结 (33)参考文献： (34)致谢： (37)第一章：绪论1.1、直流伺服电机的背景、原理及分类1.1.1：背景：近半个世纪以来，随着科学技术的快速发展进步，关于直流伺服控制技术的各项研究已经慢慢地走向成熟，直流伺服控制系统也随之得到了很大的重视，在研究探讨中不断的进步，在系统性能要求较高以及市场的急切需求的情况下得到了更深层次的理解，得到了广大人们的广泛地应用。
直流电机伺服系统
第四节 直流电机伺服系统伺服电机是转速及方向都受控制电压信号控制的一类电动机，常在自动控制系统用作执行元件。
伺服电机分为直流、交流两大类。
直流伺服电机在电枢控制时具有良好的机械特性和调节特性。
机电时间常数小，起动电压低。
其缺点是由于有电刷和换向器，造成的摩擦转矩比较大，有火花干扰及维护不便。
直流伺服电动机的结构与一般的电机结构相似，也是由定子、转子和电刷等部分组成，在定子上有励磁绕组和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。
由于转子磁场和定子磁场始终正交，因而产生转矩使转子转动。
由图6-30可知，定子励磁电流产生定子电势F s ，转子电枢电流αi 产生转子磁势为F r ，F s 和F r 垂直正交，补偿磁阻与电枢绕组串联，电流αi 又产生补偿磁势F c ，F c 与F r 方向相反，它的作用是抵消电枢磁场对定子磁场的扭斜，使电动机有良好的调速特性。
永磁直流伺服电动机的转子绕组是通过电刷供电，并在转子的尾部装有测速发电机和旋转变压器（或光电编码器），它的定子磁极是永久磁铁。
我国稀土永磁材料有很大的磁能积和极大的矫顽力，把永磁材料用在电动机中不但可以节约能源，还可以减少电动机发热，减少电动机体积。
永磁式直流伺服电动机与普通直流电动机相比有更高的过载能力，更大的转矩转动惯量比，调速范围大等优点。
因此，永磁式直流伺服电动机曾广泛应用于数控机床进给伺服系统。
由于近年来出现了性能更好的转子为永磁铁的交流伺服电动机，永磁直流电动机在数控机床上的应用才越来越少。
二、直流伺服电机的调速原理和常用的调速方法由电工学的知识可知：在转子磁场不饱和的情况下，改变电枢电压即可改变转子转速。
直流电机的转速和其它参量的关系可用式6-19表示：φe K IRU n -=（6-19） 式中：n ——转速，单位为rpm ；U ——电枢电压，单位为V ； I ——电枢电流，单位为A ；R ——电枢回路总电压，单位为Ω； φ——励磁磁通，单位为Wb （韦伯）； K e ——由电机结构决定的电动势常数。
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 (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。
直流伺服电机的驱动方式和正反转控制方式
直流伺服电机的驱动方式和正反转控制方式直流伺服电机是一种常用的电动机驱动装置，可通过调节电源电压和电流来实现运动的精确控制。
直流伺服电机的驱动方式有两种：模拟驱动方式和数字驱动方式。
模拟驱动方式是通过模拟电路来控制直流伺服电机的速度和方向。
这种方式中使用的控制电路包括电压比例放大器和电流比例放大器。
电压比例放大器将输入的电压信号放大到与电机转速成正比的电压输出信号，而电流比例放大器则通过放大输入的电流信号来控制电机的转矩大小。
通过调节输入的电压和电流信号，可以实现直流伺服电机的精确控制。
数字驱动方式是通过数字信号处理器（DSP）或者微处理器来控制直流伺服电机的速度和方向。
数字驱动方式具有更高的控制精度和可编程性。
它通过将输入的数字信号转换为模拟电平，然后传输给模拟电路控制电机。
数字驱动方式还可以通过改变输入信号的频率和占空比来调节电机的转速和转矩。
直流伺服电机的正反转控制方式也有两种：四象限控制方式和双H桥控制方式。
四象限控制方式是最常用的正反转控制方式之一。
它通过调节电压的极性和电流的方向来实现电机的正反转。
具体来说，在四象限控制方式下，当电机处于停止状态时，不加电压或电流；当需要正转时，给电机加上正极性电压和正方向电流；当需要反转时，给电机加上负极性电压和反方向电流。
四象限控制方式简单可靠，广泛应用于各种工业领域。
双H桥控制方式是另一种常见的正反转控制方式。
它通过控制四个开关管的状态来实现电机的正反转。
具体来说，当需要正转时，关闭S1和S4，打开S2和S3；当需要反转时，关闭S2和S3，打开S1和S4。
这种控制方式具有较高的控制精度和灵活性，适用于一些对电机控制要求更高的应用场景。
总结来说，直流伺服电机的驱动方式有模拟驱动方式和数字驱动方式，正反转控制方式有四象限控制方式和双H桥控制方式。
根据具体的应用需求和性能要求，选择合适的驱动方式和控制方式，可以实现对直流伺服电机运动的精确控制。
基于labview的直流伺服电机控制系统开发
第18卷第1期 2020年2月
•实验技术•
实删学与技术 Experiment Science and Technology
Vol. 18 No. 1 Feb. 2020ห้องสมุดไป่ตู้
基于LabVIEW的直流伺服电机控制系统开发
何俊，邓成军
(四川大学制造科学与工程学院，成都610065)
摘要：针对教学过程中学生难以理解直流伺服电机控制系统工作原理这一问题，开发了一种直流伺服电机控制系统。
实验系统基于LabVIEW软件进行上位机人机界面设计和单片机控制程序的编写，运用STM32单片机和相关芯片构成单片
机控制系统硬件，直流电机加编码器代替直流伺服电机，实现了电机速度控制采集、PID控制原理展示。运用该系统，可
以实时调整PID参数和获取电机速度曲线，易于实现PID参数整定和二次开发，从而加深学生对直流伺服电机控制原理的
还可以自己搭建系统硬件电路和进行单片机程序 编制。该系统有效提高了学生的工程运用能力， 改善了实验教学效果。
1实验系统简介
该实验系统主要由软件部分和硬件部分组 成。其中软件部分为上位机人机界面和下位机单 片机控制程序；硬件部分主要为STM32单片机核 心系统、直流电机驱动电路和直流电机、编码器 组成。该系统通过人机界面与单片机传递控制数 据和读取电机速度并生成实验曲线。单片机一方 面接收控制参数进行相应的运算生成电机控制 波；另一方面不断采集电机速度信号进行相应的 运算输出。直流电机驱动电路根据单片机输出的
伺服驱动系统设计方案及对策
伺服驱动系统设计方案伺服电机的原理：伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。
与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。
定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。
伺服电机部的转子是永磁铁，驱动控制的u／V／W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。
伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。
交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。
但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓"自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。
而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。
交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：1、起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。
它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。
因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。
图3 伺服电动机的转矩特性2、运行围较宽如图3所示，较差率S在0到1的围伺服电动机都能稳定运转。
3、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。
当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）如图4所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中T′－S曲线）不同。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
按键输入............................................ 错误!未定义书签。
显示模块............................................ 错误!未定义书签。
直流伺服电动机.......................................... 错误!未定义书签。
3.单片机控制系统软件设计..................................... 错误!未定义书签。
主程序................................................... 错误!未定义书签。
键盘处理子程序........................................... 错误!未定义书签。
4.控制系统原理图及仿真....................................... 错误!未定义书签。
控制系统方框图........................................... 错误!未定义书签。
控制系统电路原理图....................................... 错误!未定义书签。
Proteus仿真结果........................................ 错误!未定义书签。
组件对直流伺服控制系统的仿真................................. 错误!未定义书签。
MATLAB与Simulink简介.................................. 错误!未定义书签。
MATLAB简介......................................... 错误!未定义书签。
Simulink简介....................................... 错误!未定义书签。
直流伺服电机数学模型.................................... 错误!未定义书签。
系统Simulink模型及时域特性仿真......................... 错误!未定义书签。
开环系统Simulink模型及仿真......................... 错误!未定义书签。
单位负反馈系统Simulink模型及仿真................... 错误!未定义书签。
PID校正................................................ 错误!未定义书签。
PID参数的凑试法确定................................ 错误!未定义书签。
比例控制器校正...................................... 错误!未定义书签。
比例积分控制器校正.................................. 错误!未定义书签。
PID控制器校正...................................... 错误!未定义书签。
6．小结...................................................... 错误!未定义书签。
参考文献..................................................... 错误!未定义书签。
附录 ........................................................ 错误!未定义书签。
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。
是以单片机为控制器，通过按钮设置设定值输入到单片机，单片机对输入信号处理后输出控制信号，经D／A转换器DAC0808转换后把数字信号转变为模拟电压，再经放大器放大后，去控制伺服电机工作，进而控制电机向着预定的转速转动。
同时单片机处理的数字信号通过LCD来显示，实时显示单片机的转速值。
另外本设计还利用了MATLAB软件，利用 Simulink构造直流电机控制系统模型，通过对各个单元部件的参数进行设定，进而对直流伺服电机系统控制进行仿真，就其仿真功能对系统进行时域分析。
2．单片机控制系统硬件组成本系统是由一片单片机、矩阵式键盘，DAC0808转换器、运算放大器、显示模块和一台直流伺服电机组成，另外通过软件进行仿真。
微控制器选用AT89C52单片机。
AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
主要功能特性：(1)兼容MCS51指令系统,8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM(2)32个双向I/O口,256x8bit内部RAM(3)3个16位可编程定时/计数器中断,时钟频率0-24MHz(4)2个串行中断,可编程UART串行通道(5)2个外部中断源,共6个中断源(6)2个读写中断口线,3级加密位(7)低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能图2-1 AT89C52DAC0808转换器设计中采用的芯片是DAC0808，它是一个8位DAC。
图2是DAC0808典型应用电路。
图2-1中输出的模拟量是一个正电压，当需要负电压时，在DAC的第4引脚直接接一个3KΩ左右的电阻即可。
DAC的第4引脚的电流总是流入的，其最大值为。
当外接一个3KΩ的负载电阻RL时，输出的电压是通过RL上所加的电压，最大的电压为-3KΩ× ≈-6V(当所有位输入都是高电平的时候)，与实验中的数据相符合。
需要指出的是，负载电阻的大小会影响转换时间，当负载电阻为Ω的时候，在最坏的情况下，会使转换时间增加μs。
图2-2 DAC0808典型应用电路运算放大器把D/A转换器的电流输出转换为电压输出，同时也是把微小的电流信号放大为较大的电压信号，以驱动电机转动。
按键输入和显示模块按键输入采用自己设计的形如3×4矩阵式按钮，按钮用于设定某一数值，即电机转速值。
通过程序设置延时环节来消除按钮的抖动问题，这样做使矩阵式按钮硬件连线简单，同时按钮的软件设计也不复杂。
显示模块系统采用点阵式液晶显示器，显示电机的当前转速值，通过软件设计使得连线简单。
直流伺服电动机直流伺服电动机在伺服系统中控制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速装置。
又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
其作用可使控制速度,位置精度非常准确。
直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相同。
只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。
所不同的是电枢电阻大，机械特性软、线性（电阻大，可弱磁起动、可直接起动）。
供电方式是他励供电，即励磁绕组和电枢分别两个独立的电源供电。
控制方式有.电枢控制和磁极控制，其中改变电枢电压U 调速范围较大，直流伺服电机常用此方法调速 直流伺服电动机 转速的计算公式如下：式中：n 为转速；Φ为磁通；U 为外加电压；I 、R 为电枢电流和电阻；Ke 为电势系数。
Φ-=e K R I U n3.单片机控制系统软件设计软件设计采用模块化设计，由主程序模块和功能实现模块两大部分组成。
主程序通过读取键值处理后送到D/A转换以达到控制电机的目的；功能实现模块主要由主函数模块、键盘处理子程序和D/A转换子程序等组成。
主程序主程序首先对键盘和显示模块的程序进行初始化，通过读取键值处理后送到D/A转换以达到控制电机的目的。
主程序流程图如图2-1所示。