数字PWM直流调速系统
pwm调速系统工作原理
pwm调速系统工作原理PWM调速系统工作原理一、引言PWM调速系统是一种常见的电子调速方式，广泛应用于各种电机驱动系统中。
本文将详细介绍PWM调速系统的工作原理，并逐步解释其工作过程。
二、PWM调速系统的基本原理PWM全称为脉宽调制（Pulse Width Modulation），是一种通过改变电源输入信号的脉冲宽度来实现调速的方法。
它利用开启和关闭开关设备的不同时间比例，来达到通过控制平均输出电压的目的。
三、PWM调速系统的组成部分PWM调速系统主要由以下几个组成部分构成：1. 控制信号产生器：用于产生调速的控制信号。
常见的控制信号可以是脉冲信号或直流电压信号。
2. 比较器：将控制信号与参考信号进行比较，并输出PWM信号。
3. 开关驱动器：根据PWM信号的变化，控制开关管件的开启和关闭，实现电源输入信号的调制。
4. 输出滤波电路：用于对调制后的电源输入信号进行滤波，以得到平均输出电压。
四、PWM调速系统的工作过程下面将逐步解释PWM调速系统的工作过程：1. 控制信号产生器产生调速的控制信号。
2. 控制信号与参考信号经过比较器进行比较。
3. 比较器输出PWM信号。
4. 开关驱动器根据PWM信号的变化，控制开关管件的开启和关闭。
4.1 当PWM信号为高电平时，开关管件关闭，电源输入信号通路断开。
4.2 当PWM信号为低电平时，开关管件开启，电源输入信号通路连接。
5. 开关管件的开启和关闭导致电源输入信号的周期性变化，同时也导致输出电压的周期性变化。
6. 输出滤波电路对周期性变化的输出电压进行滤波，以得到平均输出电压。
五、PWM调速系统的优势PWM调速系统具有以下几个优势：1. 调速范围广：通过改变PWM信号的脉冲宽度，可以实现广泛的调速范围。
2. 控制精度高：PWM调速系统可以根据需要调整脉冲宽度，从而精确控制输出电压。
3. 效率高：PWM调速系统采用开关管件进行调制，具有能量损耗小、效率高的特点。
直流(PWM)脉宽调速系统__触发电路设计说明
目录1绪论 (2)1.1直流电动机的调速方法 (2)1.2选择PWM控制系统的理由 (3)1.3采用转速电流双闭环的理由 (3)1.4设计技术指标要求 (4)2 PWM直流调速系统主电路设计 (5)2.1主电路结构设计 (6)2.2主电路逆变工作原理 (7)2.3 PWM变换器介绍 (8)2.4 参数设计 (11)3直流脉宽调速系统触发电路设计 (13)3.1触发控制电路设计 (13)3.2 PWM信号发生器 (14)3.3 SG3525芯片的主要特点 (15)4转速、电流双闭环设计 (19)4.1电流调节器设计 (19)4.2转速调节器设计 (20)5参数测定 (20)5.1测定晶闸管直流调速系统主电路电阻值R、电感值L (20)5.2测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td (22)5.3测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数Cm (22)5.4测定晶闸管直流调速系统机电时间常数Tm (23)6系统调试 (24)6.1单元部件调试 (24)6.2闭环系统特性测试 (25)6.3系统动态特性观察 (26)7结束语 (28)8参考文献 (29)1绪论1.1直流电动机的调速方法直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。
目前国内各大专院校，科研单位和厂家也都在开发直流调速装置，但大多数调速技术都是结合工业生产中，而在民用中应用相对较少，所以应用已有的成熟技术开发性能价格比高的，具有自主知识产权的直流调速单元，将有广阔的应用前景。
本系统采用转速环和电流环双闭环结构,因此需要实时检测电机的电枢电流并把它作为电流调节器的反馈信号。
由电动机理论知，直流电动机的机械特性方程为T R C C C U n m e e Nφφ2N -=式中 n N ——直流电动机的转速（r/min ）U N ——电动机的额定电压(v)：R ——电动机电枢电路总电阻(Ω)C e——电动势常数(v·min／r)； C m ——转矩常数，C m ＝9.55C e ;T ——电动机电磁转矩(N·m)；φ——电动机磁通(wb)。
简述pwm直流调速原理
PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）直流调速是一种常用的电调速方法，通过调整电源电压的占空比来控制直流电机的转速。
其基本原理如下：
脉宽调制：PWM调速通过调整电源电压的占空比来控制电机的平均电压。
占空比是指高电平脉冲信号的持续时间与一个完整周期的时间比例。
当占空比较高时，电机接收到较高的平均电压，转速相应增加；当占空比较低时，电机接收到较低的平均电压，转速相应减小。
控制电路：PWM调速系统通常由控制电路和功率电路两部分组成。
控制电路根据所需转速通过逻辑电路或微控制器生成PWM信号，控制电源电压的占空比。
控制电路中的反馈系统可以测量电机的转速或其他参数，以便对PWM信号进行实时调整和闭环控制。
功率电路：功率电路用于将PWM信号转换为对电机的实际控制。
典型的功率电路是使用电子开关器件（如MOSFET或IGBT）组成的半桥或全桥电路，它们能够根据PWM信号的状态开关电源电压的连接与断开，从而调整电机接收到的电压。
转速调节：通过改变PWM信号的占空比，可以调节电机的转速。
增加占空比会增加电机的平均电压，从而提高转速；减小占空比则会减小平均电压，使转速降低。
通过不断调整占空比，可以实现直流电机的精确调速。
PWM直流调速具有调速范围广、响应快、效率高等优点，被广泛应用于各种需要电机调速的领域，如工业生产、机械设备、电动车辆等。
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。
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。
基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计
基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计一、引言直流电机是工业中最常见的电动机之一，其工作原理简单，结构紧凑，控制方便，广泛应用于各行各业。
为了满足不同工况下的运行需求，需要设计一个自动调速系统来调整直流电机的转速。
本文将基于PWM控制方法设计一个直流电机自动调速系统。
二、系统设计1.系统结构直流电机自动调速系统的基本结构包括传感器、控制器、电源和执行器。
传感器用于检测电机的转速，控制器根据检测到的转速信号进行处理，并通过PWM控制方法调整电机的输入电压，从而实现自动调速。
2.传感器选择直流电机的转速检测一般使用霍尔效应传感器来实现。
霍尔传感器可以直接测量电机转子的位置，并根据位置变化来计算转速。
传感器输出的信号经过放大和处理后，可以作为控制器的输入信号。
3.控制器设计控制器是整个自动调速系统的核心部分。
控制器接收传感器的转速信号，并通过PID算法对电机的转速进行调节。
PID算法是一种经典的控制方法，可以根据当前的偏差、偏差变化率和偏差积分值来计算控制量。
在本系统中，控制器输出的控制量即为PWM信号。
4.PWM控制方法PWM（Pulse Width Modulation）控制方法是一种通过调整脉冲宽度来控制输出电压的方法。
在本系统中，PWM控制方法可以通过改变PWM信号的占空比来调整电机的输入电压。
当需要提高电机转速时，增加PWM信号的占空比；当需要降低电机转速时，减小PWM信号的占空比。
通过反馈控制，控制器可以根据实际转速信号不断调整PWM信号的占空比，从而实现电机的自动调速。
5.电源选择在直流电机自动调速系统中，电源需要提供稳定的直流电压以供电机正常工作。
一般可选择线性稳压器或开关稳压器来提供所需的直流电压。
在选择电源时，需要考虑电机的功率和电源的效率，以确保系统的稳定性和可靠性。
6.执行器选择执行器是将控制信号转换为实际操作的部分。
在直流电机自动调速系统中，执行器可选择光耦隔离器和驱动芯片来实现PWM信号控制。
PWM直流电机调速系统设计
PWM直流电机调速系统设计PWM（脉宽调制）直流电机调速系统设计是通过改变电机输入电压的有效值和频率，以控制电机转速的一种方法。
本文将介绍PWM直流电机调速系统的原理、设计过程和实施步骤。
一、PWM直流电机调速系统原理1.电机：PWM直流电机调速系统使用的电机一般是带有永磁励磁的直流电机，其转速与输入电压成正比。
2.传感器：传感器主要用于检测电机转速和转速反馈。
常用的传感器有霍尔传感器和编码器。
3.控制器：控制器通过接收传感器反馈信号，并与用户输入信号进行比较来调整电机输入电压。
控制器一般包括比较器、计数器、时钟和PWM 发生器。
4.功率电源：功率电源负责提供PWM信号的电源。
PWM直流电机调速系统的工作原理是：先将用户输入转速转化为电压信号，然后通过比较器将输入信号与传感器反馈信号进行比较，再将比较结果输入给计数器，由计数器根据输入信号的边沿通过时钟控制PWM发生器，最后通过功率电源提供PWM信号给电机。
二、PWM直流电机调速系统设计过程1.确定电机类型和参数：根据实际需要确定使用的直流电机类型和技术参数，包括额定电压、额定转速、功率等。
2.选择传感器：根据调速要求选择合适的传感器，常用的有霍尔传感器和编码器。
3.设计控制器：根据电机类型和传感器选择合适的控制器，设计比较器、计数器、时钟和PWM发生器电路，并进行连线连接。
4.设计功率电源：根据控制器和电机的电压和电流要求设计适当的功率电源电路。
5.总结设计参数：总结所选器件和电路的技术参数，确保设计完整。
三、PWM直流电机调速系统实施步骤1.进行电路连线：根据设计图将所选器件和电路进行连线连接，包括控制器、传感器、电机和功率电源。
2.进行参数调整：根据需要进行控制器参数的调整，如比较器的阈值、计数器的初始值等。
3.进行调速测试：连接电源后，通过用户输入信号和传感器反馈信号进行调速测试。
根据测试结果进行参数调整。
4.优化系统性能：根据测试结果优化系统性能，如改进控制器参数、调整电机参数等。
pwm直流调速系统电路工作模式
PWM直流调速系统电路工作模式一、PWM直流调速系统概述PWM（脉宽调制）直流调速系统是一种通过改变电机输入电压的占空比来调节电机速度的电子控制系统。
由于其具有调速范围广、动态响应快、控制精度高等优点，PWM直流调速系统在工业自动化、电动工具、电动车等领域得到了广泛应用。
二、PWM直流调速系统电路工作模式PWM直流调速系统的电路工作模式主要分为以下三种：1.双极性模式在双极性模式下，PWM波形有正负两个电平，占空比在0%～100%之间变化。
这种模式下的电机驱动电路较为简单，但需要使用到H桥或类似的电路结构，以实现对电机正反转的控制。
2.单极性模式在单极性模式下，PWM波形只有正电平或负电平，占空比在0%～100%之间变化。
这种模式下，电机只能在一个方向上旋转，因此需要配合方向控制信号来实现电机的正反转。
3.分段线性模式分段线性模式是一种介于双极性和单极性之间的模式，其PWM波形由多个线性段组成。
这种模式下的电机驱动电路较为复杂，但可以实现更为精确的电机速度控制。
三、PWM直流调速系统电路工作原理PWM直流调速系统的电路工作原理主要基于调节电机输入电压的占空比来实现对电机速度的控制。
具体来说，当占空比增大时，电机输入电压增大，电机转速升高；反之，当占空比减小时，电机输入电压减小，电机转速降低。
这种通过调节占空比来实现电机速度控制的方式称为脉宽调制（PWM）。
在PWM直流调速系统中，通常采用闭环控制方式，即通过反馈电机的实际转速与设定转速的差值来实时调整PWM波形的占空比，以实现对电机速度的精确控制。
这种控制方式可以有效减小系统误差、提高控制精度和响应速度。
此外，为了实现电机的正反转控制，PWM直流调速系统还需要引入方向控制信号。
当方向控制信号为高电平时，电机向正方向旋转；当方向控制信号为低电平时，电机向反方向旋转。
通过调节PWM波形和方向控制信号的配合，可以实现电机的正反转和速度调节。
综上所述，PWM直流调速系统通过调节电机输入电压的占空比来实现对电机速度的控制，具有调速范围广、动态响应快、控制精度高等优点。
直流电机调速pwm的原理
直流电机调速pwm的原理
直流电机调速PWM（脉宽调制）的原理是通过改变电机供电
电压的占空比来实现电机的转速调节。
PWM调速技术通过以
一定的周期（周期时间T）将电源电压以脉冲的形式施加给电机，其中脉冲的宽度（脉宽）决定了每个周期内电源对电机的供电时间比例。
在PWM调速中，周期时间（T）和脉宽时间（Ton）与占空
比（Duty Cycle）之间的关系可以表示为：
占空比（D）= Ton / T
通过改变占空比D的大小，可以控制每个周期中电机所接收
到的有效电压信号的时间比例。
当占空比D变小时，电机接
收到的有效电压时间减少，电机的平均输入功率减小，从而降低转速；反之，当占空比D增大时，电机接收到的有效电压
时间增加，电机的平均输入功率增加，从而提高转速。
实现PWM调速的关键是通过开关器件控制电源电压的开关状
态来实现脉冲信号的生成和调节。
常见的开关器件包括晶体管和MOS管。
通过控制开关器件的导通和截止，可以控制电源
电压的施加和切断。
同时，PWM调速还需要一个控制电路来根据需要改变占空比。
控制电路通常是由微处理器、单片机或专用的PWM芯片来实现，它可以根据不同的控制需求，调整占空比大小，并将相应的控制信号发送给开关器件。
总体而言，直流电机调速PWM的原理是通过改变电机供电电压的占空比来控制电机的转速。
通过控制器件的开关状态和相应的控制电路，可以实现对占空比的调节，从而完成电机的调速操作。
直流电机PWM调速控制系统设计
直流电机PWM调速控制系统设计一、引言直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产中的机械传动系统。
为了实现对直流电机的调速控制，可以采用PWM（脉宽调制）技术。
PWM调速控制系统通过控制脉冲宽度的变化来调整输出信号的平均电压，从而改变电机的转速。
本文将详细介绍直流电机PWM调速控制系统的设计原理、电路设计和控制算法等方面。
二、设计原理1、PWM调制原理PWM调制是一种通过改变脉冲宽度来控制平均电压的技术。
在PWM调速控制系统中，主要是通过改变脉冲的占空比来改变输出信号的平均电压，从而调整电机的转速。
2、直流电机调速原理直流电机的转速与电源电压成正比，转速调节的基本原理是改变电机的供电电压。
在PWM调速控制系统中，通过改变PWM信号的占空比，即每个周期高电平的时间占总周期时间的比例，来改变电机的供电电压，从而控制电机的转速。
三、电路设计1、输入电源电压变换电路为了适应不同的输入电源电压，需要设计输入电源电压变换电路。
该电路的功能是将输入电源电压通过变压器等元件进行变压或变换，使其适应电机的工作电压要求。
2、PWM信号发生电路PWM信号发生电路主要是负责产生PWM信号。
常用的PWM信号发生电路有555定时器电路和单片机控制电路等。
3、驱动电路驱动电路用于控制电机的供电电压。
常见的驱动电路有晶闸管调压电路、MOSFET驱动电路等。
通过改变驱动电路的控制信号，可以改变电机的转速。
四、控制算法在PWM调速控制系统中，需要设计相应的控制算法，来根据系统输入和输出变量进行调速控制。
常见的控制算法有PID控制算法等。
PID控制算法是一种经典的控制算法，通过对系统的误差、误差变化率和误差积分进行综合调节，来控制输出变量。
在PWM调速控制系统中，可以根据电机的转速反馈信号和设定转速信号，计算出误差，并根据PID 控制算法调节PWM信号的占空比，从而实现对电机转速的精确控制。
五、系统实现根据上述设计原理、电路设计和控制算法，可以实现直流电机PWM调速控制系统的设计。
单片机控制PWM的直流电机调速系统的设计
单片机控制PWM的直流电机调速系统的设计PWM（脉宽调制）是一种常用的电压调节技术，可以用来控制直流电机的转速。
在单片机控制PWM的直流电机调速系统中，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，需要考虑的主要内容有：电机的选择与驱动、电源电压与电流的设计、速度反馈电路的设计。
首先，需要选择合适的直流电机和驱动器。
选择直流电机时需考虑其功率、转速、扭矩等参数，根据实际需求选择合适的电机。
驱动器可以选择采用集成驱动芯片或者离散元件进行设计，通过PWM信号控制电机的速度。
其次，需要设计合适的电源电压与电流供应。
直流电机通常需要较大的电流来实现工作，因此需要设计合适的电源电流，以及保护电路来防止电流过大烧坏电机和电路。
最后，需要设计速度反馈电路来实现闭环控制。
速度反馈电路可以选择采用编码器等传感器来获得转速信息，然后通过反馈控制实现精确的速度调节。
软件设计方面，需要考虑的主要内容有：PWM输出的控制、速度闭环控制算法的实现。
首先，需要编写代码实现PWM输出的控制。
根据具体的单片机型号和开发环境，使用相关的库函数或者寄存器级的编程来实现PWM信号的频率和占空比调节。
其次，需要实现速度闭环控制算法。
根据速度反馈电路获取的速度信息，通过比较目标速度与实际速度之间的差异，调整PWM信号的占空比来实现精确的速度调节。
常用的速度闭环控制算法有PID控制算法等。
最后，需要优化程序的鲁棒性和稳定性。
通过合理的调节PID参数以及增加滤波、抗干扰等功能，提升系统的性能和稳定性。
在实际的设计过程中，需要根据具体的应用需求和单片机性能等因素，进行合理的选择和调整。
同时，还需要通过实验和调试来验证系统的可靠性和稳定性，不断进行优化和改进，以获得较好的调速效果。
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。
PWM控制的直流电动机调速系统设计
PWM控制的直流电动机调速系统设计PWM（脉宽调制）控制的直流电动机调速系统是一种常用于工业和家用电机控制的方法。
它可以通过调整输出脉冲宽度来控制电机的转速。
本文将详细介绍PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。
一、设计目标本文所设计的PWM控制的直流电动机调速系统的设计目标如下：1.实现电机的精确转速控制。
2.提供多种转速档位选择。
3.实现反转功能。
4.提供过载保护功能。
二、设计原理具体的设计原理如下：1.产生PWM信号：使用微控制器或单片机的计时器/计数器模块来产生固定频率的脉冲信号，频率一般选择在20kHz左右。
通过调整计时器的计数值来改变脉冲的宽度，从而实现不同的电机转速。
2.控制电机转速：将微控制器或单片机的PWM输出信号经过电平转换电路后，接入电机的电源线，通过控制PWM信号的高电平时间来控制电机的转速。
3.实现不同的转速档位选择：通过增加多个PWM信号输出通道，可以实现多个转速档位的选择。
通过选择不同的PWM信号输出通道，可以实现不同的转速设定。
4.实现反转功能：通过改变PWM信号的极性可以实现电机的正转和反转操作。
正转时，PWM信号的高电平时间大于低电平时间；反转时，PWM信号的高电平时间小于低电平时间。
5.过载保护功能：通过添加电机负载的电流检测电路和电流限制功能，可以实现对电机过载时的自动保护。
三、设计步骤1.确定电机的额定电压和额定转速。
2.选择合适的微控制器或单片机作为控制核心，并编写PWM信号产生程序。
3.选择合适的驱动电路，将PWM信号转换成电机所需的电流和电压。
常用的驱动电路有H桥驱动电路和MOSFET驱动电路。
4.搭建电路原型，并进行电路调试和测试。
5.编写控制程序，实现转速档位选择、反转和过载保护功能。
6.进行系统整合和调试，确保系统的各项功能正常。
7.进行性能测试，并根据测试结果对系统进行调整和优化。
8.最后对系统进行稳定性测试，并记录测试结果。
四、总结本文详细介绍了PWM控制的直流电动机调速系统的设计原理和步骤。
PWM直流调速系统设计解析
目录前言 (1)一、设计目的 (2)二、设计要求 (2)三、直流调速系统整体设计 (2)四、系统参数选取 (7)五、各部分设计 (8)六、双闭环系统设计 (14)七、系统仿真 (17)八、设计总结 (18)参考文献 (19)前言由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。
随着电力电子技术的发展，脉宽调制（PWM）调速技术已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。
而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包括正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。
本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，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，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路与控制电路的具体实现。
对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。
采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
一、设计目的通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。
二、设计要求完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算三、直流调速系统整体设计1、直流电机PWM调速控制原理直流电动机转速公式为：n=(U-IR)/Kφ其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。
PWM可逆直流调速系统设计
PWM可逆直流调速系统设计1. 引言PWM（脉冲宽度调制）可逆直流调速系统是一种常用的电机调速系统，广泛应用于工业生产和家电领域。
本文将介绍PWM可逆直流调速系统的设计原理、主要组成部分以及工作原理。
2. 设计原理PWM可逆直流调速系统的设计原理基于脉冲宽度调制技术和电机控制原理。
通过调整PWM信号的脉冲宽度，可以控制电机的转速和运行方向。
主要原理包括： - 电源供应：系统通过电源为电机提供电能。
- PWM信号生成：通过数字控制器或单片机产生PWM 信号。
- H桥驱动电路：将PWM信号转换为适合电机的驱动信号。
- 电机控制：根据PWM信号调整电机的转速和运行方向。
3. 主要组成部分PWM可逆直流调速系统主要由以下几个组成部分构成：3.1 电源供应电源供应是系统的功率来源，可以选择直流电源或交流电源。
直流电源常用的电压范围为12V或24V，交流电源则需要将交流电转换为直流电。
3.2 PWM信号生成PWM信号生成是通过数字控制器或单片机来产生PWM信号的过程。
通过控制PWM信号的占空比，可以改变电机的转速。
3.3 H桥驱动电路H桥驱动电路是将PWM信号转换为适用于电机驱动的信号的关键部分。
H桥由4个开关管组成，根据PWM信号的输入情况控制开关管的导通与关闭，从而改变电机的转速和运行方向。
3.4 电机控制电机控制是根据PWM信号调整电机的转速和运行方向的过程。
通过增大或减小PWM信号的占空比，可以控制电机的速度；通过改变PWM信号的极性，可以改变电机的运行方向。
4. 工作原理PWM可逆直流调速系统的工作原理如下：1.首先，电源供应向系统提供电能，为后续的电机驱动做准备。
2.数字控制器或单片机根据预设的参数生成PWM信号，并将其输入到H桥驱动电路。
3.H桥驱动电路根据PWM信号的输入情况控制开关管的导通与关闭，从而改变电机的转速和运行方向。
4.电机控制模块根据PWM信号的占空比调整电机的转速，根据PWM信号的极性改变电机的运行方向。
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目录1 概述 (1)1.1 引言 (1)1.2 PWM直流调速系统的特点 (1)2 设计思路 (3)2.1 系统设计方案 (3)2.2 调节器设计方案 (4)3 调节器的设计及参数计算 (5)3.1 电流调节器的设计 (5)3.1.1 确定时间常数 (5)3.1.2 选择电流调节器结构 (5)3.1.3 计算电流调节器参数 (6)3.1.4 电流调节器的实现 (6)3.1.5 检验近似条件 (7)3.2 转速调节器的设计 (8)3.2.1 确定时间常数 (8)3.2.2 选择转速调节器结构 (8)3.2.3 计算转速调节器参数 (9)3.2.4 转速调节器的实现 (9)3.2.5 检验近似条件 (10)4 PWM控制器电路 (11)5 数字转换电路设计 (13)6 系统软件设计流程图 (15)总结 (15)参考文献 (18)1 概述1.1 引言随着现代化步伐的加快，人民生活水平的提高，对自动化的需求也越来越高。
直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，应用领域越来越大，这就对电动机的控制提出了极高的要求。
应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM脉宽调制调速方式应用最为广泛，而PWM脉宽调制中，H型PWM脉宽调制的性能尤为突出。
数字直流调速装置，它不仅能成功地做到从给定信号、调节器参数设定、直到触发脉冲的数字化，使用通用硬件平台附加软件程序控制一定范围功率和电流大小的直流电机，而且同一台控制器甚至可以仅通过参数设定和使用不同的软件版本对不同类型的被控对象进行控制，强大的通讯功能使它能够和 PLC 等各种器件通讯组成整个工业控制过程系统，具有操作简便、抗干扰能力强等特点。
其方便灵活的调试方法、完善的保护功能、长期工作的高可靠性和整个控制器体积小型化，弥补了模拟直流调速控制系统的保护功能不够完善、调试不方便、体积大等不足。
另外数字控制系统具有查找故障迅速、调速精度高、维护简单等优势，使其具备了极其广阔的应用前景。
1.2 PWM直流调速系统的特点自从全控型电力电子器件问世，就产生了以脉冲宽度调制的高频开关控制方式，从而形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称为直流脉宽调速系统（或者直流PWM调速系统）。
PWM调速系统由于具有动、静特性好，损耗小和电网功率因数高等优点，在中小功率伺服系统中已取代V-M系统，其使用日益广泛。
其中H型双极式PWM变换器更为普遍。
H型双极式PWM变换器的优点如下：1）直流PWM调速系统主电路线路简单，需用的电力电子器件少；2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；3）低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1:1000左右；4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强；5）电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；6）当直流电源采用不可控整流时，电网功率因数比相控整流器高；尽管通过控制器件的开关状态，改变电动机电枢上的平均电压值，能够实现对电机的准确调速和运行状态的可靠控制，但是，因为电网波动及其他包括机械扰动在内的一些因素的存在，单纯的调速控制系统的调速性能并不理想。
我们想得到的是调速准确迅速，调速范围宽，静差率低的调速系统。
为了很好地实现这一目的，我们可以采用转速、电流反馈控制的直流调速系统。
通过引入转速、电流反馈信号，大大提高系统的调速性能，因此得到广泛地应用。
2 设计思路2.1 系统设计方案调速系统可设计成转速电流双闭环直流调速系统，因为其打破了单闭环直流系统不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。
转速、电流双闭环控制的直流调速系统实现了在允许条件下的最快起动，起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，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。
二者之间串级联接，如图2-1所示。
图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统结构其中，ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器图2-1中，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。
2.2 调节器设计方案双闭环直流调速系统设计的一般原则：“先内环后外环”。
从内环开始，逐步向外扩展。
在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
由于在检测信号中，如反馈环节中含有交流分量，需加低通滤波。
滤波环节的传递函数可用一阶惯性环节来表示，以滤平检测信号为准，电流反馈滤波时间常数为Toi ，转速反馈滤波时间常数为Ton。
然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，经过相同的延时，使给定信号和反馈信号在时间上得到恰当的配合。
动态结构图如下图：图2-2 双闭环调速系统动态结构图T oi —电流反馈滤波时间常数 Ton—转速反馈滤波时间常数3 调节器的设计及参数计算3.1 电流调节器的设计3.1.1 确定时间常数1） 整流装置滞后时间常数PWM T ，查表可知PWM T =0.0017s 。
2） 电流滤波时间常数oi T ：三相桥式电路每个波头的时间是3.3s ，为了基本滤平波头，应有（1-2）oi T =3.33ms ，因此取oi T =2ms 。
3） 电流环小时间常数之和s 0037.0oi i =+=∑T T T PWM 。
3.1.2 选择电流调节器结构由图2-1电流环结构图最终简化成图3-1所示图3-1电流环简化最终结构图从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图3-1可以看出，采用 I 型系统就够了。
从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统。
图3-1表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI 型的电流调节器，根据设计要求,00005≤i σ,而且1011.87.330<==∑i l T T ,其传递函数可以写成：s s K s W ii i ACR 1)(ττ+= 3.1.3 计算电流调节器参数选择 s T i i 03.0==τ 要求00005≤i σ时,应取5.0=∑i I T K ,因此 111.1350037.05.05.0--∑===s s T K i I于是 013.15.0405.003.01.135=⨯⨯⨯==PWM i I i K R K K βτ3.1.4 电流调节器的实现根据运算放大器的电路原理，则电阻和电容值计算公式为取Ω=k R 400, 则Ω=Ω⨯==k k R K R i i 2.1394048.30, 取Ω=k R i 130. F F R C i i i μμτ04.010********.063=⨯⨯==, 取0.047F μ F F R TC oii μμ05.0101040005.0446300=⨯⨯⨯==, 取0.047F μ按照上述参数,电流环可以达到动态指标为00000053.4≤=iσ,故满足设计要求； 实际设计电流调节器的时候常常需要考虑其输出限幅值的问题，则得到实际设计的电流调节器原理图3-2：图3-2 电流调节器原理图3.1.5 检验近似条件由156.555-==s K I ci ω1)要求 PWM ci T 31<ω, 现ci PWM s s T ω>=⨯=--113.8330004.03131 2)要求 l m ci T T 13≥ω, 现ci l m s s T T ω<=⨯=--119.94005.02.013133）要求 oi PWM ci T T 131≤ω，现ci oi PWM s s T T ω>=⨯=--114.7450005.00004.0131131 可见均满足要求。
3.2 转速调节器的设计3.2.1 确定时间常数1) 电流环等效时间常数为s 0018.02i =∑T2) 取转速滤波时间常数s 005.0=on T3) s 0068.02i n =+=∑∑on T T T3.2.2 选择转速调节器结构为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器 ASR 中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型 Ⅱ 型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。
由此可见，ASR 也应该采用PI 调节器，其传递函数为：ss K s W n n n ASR )1()(ττ+=则转速环最终简化的结构图如下图：图3-3 转速环简化结构框图3.2.3 计算转速调节器参数按调节器的工程设计方法取h=5 , 则s s h n n 034.00068.05=⨯==ττ2222225950068.0252621--∑=⨯⨯=+=s s T h h K n N 则 56.100068.0805.0102.018.033.162)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑n n e n RT h T C h K αβ 3.2.4 转速调节器的实现根据运算放大器的电路原理，则电阻和电容值计算公式为： 计算ASR 电阻和电容：取 Ω=k R 400, 则Ω=Ω⨯==k k R K R i i 4.4224056.100, 取Ω=k R n 430. F F R C n nn μμτ08.01010430034.063=⨯⨯==, 取0.1F μF F R T C on n μμ05.0101040005.0446300=⨯⨯⨯==, 取0.047F μ 实际设计转速调节器的时候常常需要考虑其输出限幅值的问题，则得到实际设计的转速调节器原理图如图3-4：图3-4 转速调节器原理图3.2.5 检验近似条件由1123.88034.02595--=⨯==s s K n N cn τω1)要求 i cn T ∑≤51ω, 现cn i s s T ω>=⨯=--∑112.2220009.05151 2）要求 oni cn T T ∑≤2131ω, 现cn on i s s T T ω>=⨯⨯=--∑111.1110005.00009.021312131 可见均满足要求。