基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计_毕业设计
单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
畢業設計（論文）題目：利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計班級：XX姓名：XZ指導教師：XX說明：8051畢業設計任務書7 (3)一、設計題目 (3)第1章緒論 (5)1.1利用單片機控制的直流電機轉速系統設計目的和意義 (5)1.1.1選題的目的和意義 (5)1.1.2國內外研究現狀簡述： (5)1.1.3畢業設計（論文）所採用的研究方法和手段： (5)1.2利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計設計專案發展 (6)1.3利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計原理 (6)第2章系統硬體電路的設計 (8)2.1 系統總體設計框圖及單片機系統的設計 (9)2.1．1 系統總體設計框圖 (9)2.1.2 8051單片機簡介 (9)2.1.3 單片機系統中所用其他晶片簡介 (11)2.1.4 8051單片機擴展電路及分析 (15)2.2 PWM信號發生電路設計 (17)2.2.1 PWM的基本原理 (17)2.2.2 PWM信號發生電路設計 (18)2.2.3 PWM發生電路主要晶片的工作原理 (19)2.3 功率放大驅動電路設計 (22)2.3.1 晶片IR2110性能及特點 (22)2.3.2 IR2110的引腳圖以及功能 (23)2.4 主電路設計 (25)2.4.1 延時保護電路 (25)2.4.2 主電路 (25)2.4.3 輸出電壓波形 (28)2.5 測速發電機 (28)2.6 濾波電路 (29)2.7 A/D轉換 (29)1.7.1 晶片ADC0809介紹 (29)2.7.2 ADC0809的引腳及其功能 (29)第3章.直流調速系統 (30)3.1 直流調速系統概述 (31)3.2單閉環直流調速系統 (31)3.3開環系統機械特性和閉環系統靜特性的比較 (33)第4章利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計 (35)4.1系統軟體部分的設計 (35)4.1.1 PI 轉速調節器原理圖及參數計算 (35)4.2 控制電路設計 (36)4.2.1 單片機資源分配 (36)4.2.2 程式流程圖 (40)第5章結論 (41)致謝 (42)參考文獻 (43)畢業設計任務書7一、設計題目利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計二、設計要求設計一個用單片機實現對直流電機轉速控制系統。
基于PWM控制的直流电机调速系统的设计
＝ ＝ ｛
— ｌ 一． ：： ＝： ：
Ｐ ＷＭ信号的产生采用硬件 Ｐ ＷＭ信号 ，即不 采 用 中断 实 现 Ｐ ＷＭ 信 号 ，而 是 利 用 单 片机
ＭＰ ８Ｇ １ Ｐ Ａ模 式 ， Ｐ Ａ设 置成 Ｐ Ｃ ２ ５６的 Ｃ 将 Ｃ ＷＭ模
图 １ 整 休设 计
式直接产生 Ｐ ＷＭ信号 。频率取决于 Ｐ Ａ定时器的时钟源，占空 比取决于模块捕获寄存器 Ｃ Ａ ｎ Ｃ Ｃ Ｐ Ｌ与扩展 的第 ９ Ｅ Ａ ｎ 位 Ｃ ＰＬ的值 。由于使用 ９ 比较 ， 出占空比可以真正实现 ０ 位 输 ％到 １０ ０％可调 ，占空 比计算公式 为
杨春旭 ，林若波，彭燕标
（ 阳职业技术学院 ，广东 揭阳 ５ ２ ５ ） 揭 ２０ １
摘要 ：提 出一个基于 Ｐ ＷＭ 控 制的直流电机控制 系统 ，从硬件电路 和软件设计两方面进行系统设计 ，介绍了调速 系统的整体设计思路 、硬件电路和控制算法。下位机采用 ＭＰ ８Ｇ １ Ｃ ２ ５ ６实现硬件 Ｐ ＷＭ 的输 出，从而控制 电机的电
１ 电机控制系统 的整体设计
系统整体设计如图 １所示 ，主要原理框图包 括： Ｃ Ｌ Ｄ显示 、 按盘输入 、测速模块 、Ｐ ＷＭ调速 模块 ４ 部分。电路原理图如图 ２ 所示。
１１ Ｐ ． ＷＭ 信 号
１ ． ： ．
ＭＰ ８ Ｇ １ 单 片机 Ｃ ２ ５６
（ 度 的测量 计算 ， 速 输入 及 系统 的控制 ， Ｐ ＷＭ信 号输 出 ） 、 ．
２ 电机调速 系统 的软件设计
２ １ 程序流 程框 图 ．
当系统启动后 ，单片机进行初始化设置 ，单片机检 ｉ 是否有键按下 ，再执行按键子程序 ，读取键值 ，调用 贝 ０
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：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。
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流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，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
示数码管显PWM单片机按键控制电机驱动基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。
基于PWM控制技术的直流电机驱动系统设计
基于PWM控制技术的直流电机驱动系统设计摘要：本文基于PWM控制技术，研究了直流电机驱动系统的设计。
文章首先介绍了直流电机的基本原理和结构特点，然后阐述了PWM控制技术的基本原理和实现方法，接着分析了直流电机驱动系统中常见的驱动电路，并通过实验验证了PWM控制技术的优点和应用价值。
最后，总结了本文的研究结论，提出了后续研究的方向和建议。
关键词：PWM控制技术；直流电机；驱动电路；应用价值Abstract: This paper is based on PWM control technology, studying the design of DC motor drive system. Firstly, the basic principle and structural characteristics of DC motor are introduced, then the basic principle and implementation method of PWM control technology are elaborated, and the common drive circuits in DC motor drive system are analyzed. Through experiments, we verified the advantages and application value of PWM control technology. Finally, the research conclusions were summarized, and the direction and suggestions for subsequent research were proposed.Keywords: PWM control technology; DC motor; Drive circuit; Application value一、绪论直流电机作为一种常见的电动机，具有结构简单、容易控制、启动转矩大等优点，广泛应用于机械、电子、汽车等各个领域。
基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
畢業設計(論文)基於單片機實現直流電機PWM調速系統系別：電氣與資訊工程系專業班級：電氣自動化06—32（1）班指導教師：董曉紅老師完成日期：2009年6月12日一、題目：基於單片機實現直流電機PWM調速系統二、指導思想和目的：通過畢業設計，培養學生綜合運用所學的知識和技能解決問題的本領，鞏固和加深對所學知識的理解；培養學生調查研究的習慣和工作能力；培養學生建立正確的設計和科學研究的思想，樹立實事求是、嚴肅認真的科學工作態度。
三、設計任務或主要技術指標：利用MCS-51系列單片機，通過PWM方式控制直流電機調速的方法。
採用了專門的晶片組成了PWM信號的發生系統，然後通過放大來驅動電機。
利用直流測速發電機測得電機速度，經過濾波電路得到直流電壓信號，把電壓信號輸入給A/D轉換晶片最後回饋給單片機，在內部進行PI運算，輸出控制量完成閉環控制，實現電機的調速控制。
四、設計進度與要求：1）：佈置設計任務，深入瞭解設計內容，搜集參考資料，學習有關內容。
2）：學習學校畢業設計的的實際情況，和格式要求。
3）：設計網路拓撲結構以及構思設計的基本思路和設計過程。
4）：根據根據設計要求和構思思路查找設計內容。
5）：根據要求和設計的基本方案對設計要求的材料進行預算。
6）：完善設計方案並繪製必須的圖紙草圖，編寫設計說明書。
7）：對圖紙進行校正和測繪，畫合格的正式圖紙。
8）：總結，熟悉設計內容，準備畢業答辯，完成答辯。
五、主要參考書及參考資料：[1] 王離九，黃錦恩編著，電晶體脈衝直流調速系統，華中理工大學出版社出版[2] 丁元傑主編,上海市教育委員會組編,單片微機原理及應用，機械工業出版社[3] 李榮生主編，電氣傳動控制系統設計指導，機械工業出版社[4] 吳守箴，臧英傑編著，電氣傳動的脈寬調製控制技術，機械工業出版社[5] 陳伯時主編,自動控制系統---電力拖動控制,中央廣播電視大學出版社專業班級：電氣自動化06—32（1）班學生：景天紅指導教師：董曉紅老師教研室主任（簽名）：系（部）主任（簽名）：年月日新疆工業高等專科學校畢業設計（論文）評定意見書設計（論文）題目：基於單片機實現直流電機PWM調速系統專題：基於單片機實現直流電機PWM調速系統設計者：姓名景天紅專業電氣自動化班級06—32（1）班設計時間：2009年4月20日—2009年6月12日指導教師：姓名職稱單位評閱人：姓名職稱單位評定意見：評定成績：指導教師（簽名）：年月日評閱人（簽名）：年月日答辯委員會主任（簽名）：年月日（上頁背面）畢業設計評定意見參考提綱1.學生完成的工作量與內容是否符合任務書的要求。
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。
基于pwm技术的无刷直流电机的调速系统设计大学论文
基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。
但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。
MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。
最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。
关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。
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。
PWM控制的直流电动机调速系统设计
中國計量學院課程設計設計報告書題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計二級學院現代科技學院專業電氣工程及自動化班級電氣062姓名*****學號**********同組同學姓名 ****** ******* 同組同學學 *********** *********2009年 12 月 23 日設計題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計1、前言近年來，隨著科技的進步，電力電子技術得到了迅速的發展，直流電機得到了越來越廣泛的應用。
直流它具有優良的調速特性,調速平滑、方便,調速範圍廣;超載能力大,能承受頻繁的衝擊負載,可實現頻繁的無級快速起動、制動和反轉;需要能滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機的調速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速，改變電樞電壓調速等技術已遠遠不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機調速的方法應運而生。
採用傳統的調速系統主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對雜訊敏感等。
而在用了PWM技術後，避免了以上的缺陷，實現了用數字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。
另外，由於PWM 調速系統的開關頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩的直流電流,低速特性好；同樣,由於開關頻率高,快速回應特性好,動態抗干擾能力強,可以獲得很寬的頻帶;開關器件只工作在開關狀態,主電路損耗小,裝置效率高。
PWM 具有很強的抗噪性，且有節約空間、比較經濟等特點。
2、設計要求及組內分工2.1設計要求（1）根據電機與拖動實驗室提供的直流電動機，設計基於PWM的電動機調速方案。
（2）選用合適的功率器件，設計電動機的驅動電路。
（3）設計PWM波形發生電路，使能通過按鍵對電機轉速進行調節，要求至少有兩個速度控制按鍵，其中一個為加速鍵（每按一次，使電機轉速增加）；另一個為減速鍵，功能與加速鍵相反。
（4）撰寫課程設計報告。
2.2組內分工（1）負責直流電動機調速控制硬體設計及電路焊接：主要由胡佳春和葉秋平完成（2）負責調速控制軟體編寫及調試：主要由朱健和葉秋平完成（3）撰寫報告：主要由胡佳春和朱健完成3、系統設計原理脈寬調製技術是利用數字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其是在對電機的轉速控制方面，可大大節省能量，PWM控制技術的理論基礎為：衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈衝，用這些脈衝來代替正弦波或其他所需要的波形。
基于PWM调节方式的驾培车用直流电机控制器调速系统设计
二 、 硬 件 设 计
（ 一 ） 测 速 系统硬 件 设 计
参 考 文献 ［ １ 】 林 金阳， 王明福． 基 于Ｍ ｅ ５ １ 单片机 的直流 电机 Ｐ Ｖ ｔ ￣ Ｉ 调速系统 【 Ｊ ］ ．
出被测信号 的频率 ，可兼顾低频与高频信号 ， 从而提高测量精度 。基于
Ｐ ＷＭ调节方式的调速控制系统 ， 通过调节 占空比的大小可以调节电动机 的速度的大小 。这种方法简单可靠且控制精确度较高 。此外本设计选用 Ｅ Ｐ Ｍ ７ １ ２ ８ Ｓ 芯片通过硬件 和软件的结合 ， 大大减少了硬件 的开销 ， 使之变 得更加实用方便。
基于 Ｐ ＷＭ 调节方式的驾培车用直流电机控制器调速 系统设计
宁 帆
湖 南师范 大学历 史文化学院
湖南 长沙
４ １ ０ ０ ８ １
【 摘 要】 本设计介 绍用 Ａ １ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ 公 司的 Ｍ Ａ Ｘ ７ ０ ０ ０ 系列的 Ｅ Ｐ Ｍ ７ １ ２ ８ ｓ实现对直 流电机 的高精度 、宽范围的调速控制 方案 。本系统的控 制对 象是 驾培 车用直流 电动机 ，运用 Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ硬件描述语言 实现各个模块 的功能 ，从而 实现 系统对 电机的测速 、调速 、控 制功能。 系统的测速硬件是 利用光 电式码 盘这种非接触光 电传感 器。 系统调速控制利用调速控制 系统来完成。 系统的仿真在 Ｍ Ａ Ｘ Ｐ Ｌ Ｕ Ｓ Ｈ软件中完成， 采用 Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ 硬件描 述语 言进行软件程序 的 编 辑 。 本 次 设 计 给 出 了详 细 的 电路 原 理 图及 软 件 设 计 。 基 于 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ直 流 电 动机 控 制 系 统 大 大 简化 了控 制 电路 。 【 关键词 １ Ｐ Ｗ Ｍ 驾培车 Ｍ ／ Ｔ法 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｍ３ ３文献标识码：Ｂ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ ． ４ ０ ６ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ７ ６ — ０ １ 引言 随着 目 前全球能源危机和温室效应越来越严重，电动汽车必然是 ２ １ 世纪的主要交通工具之一。因此 ，驾培车的电动改造具有十分重要 的作
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。
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。
基于单片机的PWM直流电机调速系统设计论文(附电路图、程序清单)
图 2.2 直流电机原理图
2.2 直流电机的调速方法
根据直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直 流电动机的调速方法有三种： （1）调节电枢供电电压 U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压， 从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调 速的系统来说，这种方法最好。 大容量可调直流电源。 （2）改变电动机主磁通 。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进 变化时间 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要
第1章 引 1.1 概况
言
现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元 件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。 在这一系统中可对生产机械进行自动控制。 随着近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，自动化电 力拖动正朝着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。以达到高速、优质、高效率 地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成 部分。另外，低成本自动化技术与设备的开发，越来越引起国内外的注意。特别对于 小型企业，应用适用技术的设备，不仅有益于获得经济效益，而且能提高生产率、可 靠性与柔性，还有易于应用的优点。自动化的电力拖动系统更是低成本自动化系统的 重要组成部分。 在如今的现实生活中，自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，其 中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构 简单、价格便宜、制造方便、容易维护，但是它具有良好的起、制动性能，宜于在广 泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。现在 电动机的控制从简单走向复杂，并逐渐成熟成为主流。其应用领域极为广泛，例如： 军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航等的控制；工业方面的数控机床、 工业机器人、印刷机械等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的打印机、传真 机、复印机、扫描仪等的控制；音像设备和家用电器中的录音机、数码相机、洗衣机、 空调等的控制。 随着电力电子技术的发展， 开关速度更快、 控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和IGBT成为主流，脉宽调制技术表现出较大的优越性：主电路线路简单，需要用的功 率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能 好，稳速精度高，因而调速范围宽；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路 元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；近年来，微型计算机技术发展速
基于PWM的直流电机控制系统设计
基于PWM的直流电机控制系统设计一、引言直流电机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业生产、交通运输、家电等领域。
为了实现直流电机的精确控制，需要设计一套电机控制系统。
本文将基于脉宽调制（PWM）技术，介绍一种基于PWM的直流电机控制系统设计。
二、设计思路1.控制原理直流电机的转速可以通过控制其电压或电流来实现。
而PWM技术能够通过调节脉冲宽度控制平均输出电压的大小，从而达到控制电机速度的目的。
本设计采用PWM技术控制电机的转速。
2.系统组成本系统由以下几个组成部分构成：（1）直流电机：作为被控对象，接收PWM信号并转化为机械能；（2）PWM发生器：负责产生PWM信号，控制电机的转速；（3）控制电路：根据系统需求，对PWM信号进行调节和控制；（4）传感器：用于采集电机的速度信号，并反馈到控制电路进行处理；（5）电源：提供电机和控制电路所需的电能。
三、系统设计1.直流电机选择根据实际需求选择适合的直流电机，包括电机类型、功率、额定转速等参数。
同时需要确保电机和控制器电源匹配，以免损坏设备。
2.PWM发生器设计PWM发生器是控制系统的核心部分，负责产生PWM信号。
一般来说，可通过单片机或专用的PWM控制芯片来实现。
（1）单片机实现：通过编程设置单片机的定时器和IO口，控制PWM 输出。
具体可使用C语言编程，并配置相关参数（如占空比）。
（2）专用PWM控制芯片：使用专用的PWM控制芯片，通过控制输入端口电平和寄存器配置，实现PWM信号的生成。
3.控制电路设计控制电路主要负责接收PWM信号，并对其进行调节和控制。
控制电路可采用比例积分型控制（PI控制）或其他控制算法。
（1）PI控制器：采用比例和积分两个参数来调节输出。
比例参数控制系统的响应速度，积分参数控制系统的稳定性。
通过调整这两个参数，可以控制电机的转速稳定性和响应速度。
（2）其他控制算法：如滑模控制、模糊控制等。
根据实际情况选择合适的控制算法，并进行相应的控制电路设计。
PWM控制直流调速系统设计论文
PWM控制直流调速系统设计论文摘要：本论文针对直流调速系统，采用脉宽调制(PWM)技术进行控制。
首先介绍了直流调速系统的原理和应用领域。
然后详细讨论了PWM控制技术的基本原理和特点。
接着，设计了基于PWM控制的直流调速系统，并进行了仿真验证。
最后，结合仿真结果，对该系统的性能进行评估和分析。
关键词：PWM控制，直流调速系统，仿真一、引言直流调速系统是一种常见的电机调速系统，广泛应用于工业生产和生活中的各个领域。
在直流调速系统中，PWM控制技术被广泛应用于电机的调速控制。
PWM控制技术通过调节脉冲宽度来改变电机的输入电压和电流，从而实现对电机的调速控制。
本论文将对PWM控制直流调速系统进行设计和仿真。
二、PWM控制技术的基本原理和特点PWM控制技术通过将输入电压和电流分解为一系列矩形脉冲信号来控制电机的输出功率。
在每个脉冲周期内，通过改变脉冲的宽度来调节电机的输出功率。
PWM控制技术具有精度高、响应快、效率高等优点，能够实现对电机的精确调速控制。
三、PWM控制直流调速系统的设计在设计PWM控制直流调速系统时，首先需要确定电机的参数和性能要求。
然后，选择适当的PWM控制器和电路结构，设计出满足要求的调速系统。
在设计过程中，需要考虑电机的转速范围、负载特性、控制精度等因素。
设计中，可以采用PID控制器来实现对电机的闭环控制。
PID控制器通过根据误差信号改变输出信号的比例、积分和微分部分来调节电机的转速。
通过调节PID参数，可以实现对电机转速的精确控制。
四、仿真验证为了验证设计的PWM控制直流调速系统的性能，进行了仿真实验。
在仿真实验中，使用Matlab/Simulink进行建模和仿真。
仿真结果表明，PWM控制直流调速系统能够实现对电机的精确控制。
通过调节PID参数，可以实现电机转速的快速响应和稳定运行。
五、性能评估和分析根据仿真结果，评估和分析了PWM控制直流调速系统的性能。
结果显示，该系统具有良好的转速响应和稳定性。
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基于PWM控制的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。
张井岗等人提出直流电动机调速系统的内模控制方法。
该方法依据内模控制原理，针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种内模控制器，取代常规的PI调节器，成功解决了转速超调问题，能使系统获得优良的动态和静态性能，而且设计方法简单，控制器容易实现。
董芳英等人提出采用模糊控制方法，对模糊控制理论在小惯性系统上对其应用进行了尝试。
经1.SKW 电机试验证明，模糊控制理论可以用于直流并励电动机的限流起动和恒速运行控制，并能获得理想的控制曲线。
由于单片机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。
所以，数字系统的控制精度和可靠性比模拟系统大大提高。
而且通过系统总线，数字控制系统能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行信息交换，实现生产过程的分级自动化控制。
所以，直流传动控制采用单片机实现数字化，使系统进入一个崭新阶段[2]。
1.2 本设计的主要内容本设计的主要任务是: 设计基于PWM方式的直流电动机调速系统的控制电路和控制程序。
本设计主要要求是:控制程序用C语言或汇编语言编写,在仿真软件Proteus 上设计控制电路, 设计基于PWM方式的直流电动机调速系统的控制电路和控制程序。
使用元器件：AT89C51单片机、霍尔电流传感器、增量式光电编码器。
技术要求：设计直流电动机全数字双闭环控制系统。
全部控制模块如速度PI调节、电流PI调节、PWM控制都通过软件实现。
直流电动机驱动电路采用L298控制电路，通过单片机的输出引脚P01～P04输出控制信号进行控制。
用霍尔电流传感器检测电流变化，并经A/D转换产生电流反馈信号，通过P20引脚输入给单片机。
采用增量式光电编码器检测电动机的速度变化，经P11、P12引脚输入给单片机，获得速度反馈信号。
每100个PWM周期对速度进行一次PI调节。
2 脉宽调制技术及其在直流电动机控制系统中的应用2.1 直流电机的构成和基本工作原理无刷直流电动机是在普通直流电动机基础上发展起来的，无刷直流电动机的电枢线圈是由电子“换向器”接到直流电源上的。
无刷直流电动机具备两个特点:A.具有直流电动机那样的优良特性;B.直流电源供电，没有电刷和机械换向器，绕组电流的通断和方向变化，是通过电子换向电路实现的。
和普通直流电动机类似，无刷直流电动机转矩的获得也是通过改变相应电枢线圈电流在不同磁极下时的方向，从而使电磁转矩总是沿着一个固定的方向。
为了实现电枢电流在不同磁极下换相，必须有相应的换流装置，与普通直流电机不同，无刷直流电动机必须有位置传感器，检测和确认磁极与绕组相互间的相对位置，位置传感器有相应的两部分，即转动部分和固定部分，转动部分和无刷直流电动机本体中转子同轴连接，固定部分和定子连接。
无刷直流电动机的结构原理如图2.1所示。
图2.1 无刷直流电动机的结构原理图从图2.1可见，无刷直流电动机组件主要由电动机本体，位置传感器和电子开关线路三部分构成。
其定子绕组一般制成多相，转子由永磁材料制成。
图2.1中电动机本体为三相两极，A、B、C三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关管V1，V2，V3相连接。
位置传感器与电机转子同轴连接，实时跟踪转子位置。
当定子绕组的某相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置信息变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相，电子开关线路的导通次序与转子转角同步，因而起到机械换向器的换向作用，因此平常所说的无刷直流电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、电动机本体及位置传感器三部分组成的电动机系统。
无刷直流电动机的组成原理框图如图2.2。
图2.2 无刷直流电动机的组成原理框图无刷直流电动机转子的永久磁钢与永磁有刷电动机中所使用的永久磁钢的作用相似，均是在电动机的气隙中建立足够的磁场。
不同之处在于无刷直流电动机中永久磁钢安装在转子上，而普通永磁直流电动机是将磁钢安装在定子上。
无刷直流电动机电子开关线路用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两部分组成。
功率逻辑开关单元的功能是将电源的能量以一定逻辑顺序分配给无刷直流电动机定子上各相绕组，以便使无刷直流电动机产生持续的转矩，而各相绕组导通顺序主要取决于位置传感器的信号，但位置传感器产生的信号不能直接用来驱动功率单元，常需要经过一定逻辑处理后才能去控制功率单元。
综上所述，构成无刷直流电动机的主要部件框图如图2.3所示:图2.3 无刷直流电动机的组成框图普通永磁直流电动机的定子作用是在电动机气隙中产生磁场，电枢绕组通电后产生感应磁场。
由于电刷的换向作用，使定子磁场和电枢感应磁场在电动机运行过程中始终保持相互垂直，从而产生最大转矩而驱动电动机不停地运转。
无刷直流电动机为了实现无刷换向，首先要求把电枢绕组安放在定子上，把永久磁钢安放在转子上，这与普通直流永磁电动机的结构相反。
但仅仅用直流电直接供给定子上的电枢是不行的。
因为这样的话，电枢绕组产生的磁场是固定的，不能与转子的永磁磁场相互作用产生顺着某一方向的转矩。
为了产生单一方向的电磁转矩，就要保持电枢产生的磁场与永磁转子的磁场在电动机运行时相互垂直，为此，无刷直流电动机除了由定子和转子组成的电动机本体外，还要有电子换向装置，使得无刷直流电动机在运行过程中定子绕组产生的磁场和转子中的转子磁钢产生的永磁磁场在空间始终保持在∏/2左右的电角度。
目前，这种换向装置一般由位置传感器、控制电路和逻辑开关共同构成[3]。
为了便于阐述，下面以三相星形绕组半控电路为例来说明无刷直流电动机的工作原理。
如图2.4所示，为了便于说明此处用光电转换器件来作为转子的位置传感器，在图2.4中，以三只功率管V1，V2，V3构成功率逻辑单元。
图2.4 三相绕组无刷直流电动机在图2.4中，三只光电器件VP1，VP2，VP3的安装位置各相差120。
均匀分布在电动机一端。
通过安装在电动机轴上的旋转挡光板的作用，使得从光源射来的光线依次照射在各个光电器件上，并根据某一光电器件里是否被照射到光线来判断转子磁极的位置。
图2.5(a)中所示的转子位置和图2.4中所示的位置相对应，由于此时VPI被光照射，功率晶体管V1呈导通状态，绕组A-A’上有电流通过，该绕组电流产生磁场与转子磁钢产生的磁场相互作用，形成电磁转矩使转子按图示箭头方向转动(顺时针)。
当转子磁钢磁极转到图 2.5(b)所示位置时，直接装在转子轴上的旋转遮光板跟着转子同步转动，并遮住VP1的光线，使得功率管V1截至，同时VP2被光照到，有信号输出，使得V2导通，电枢绕组B-B’上有电流流过，该绕组电流产生磁场与转子磁钢磁场相互作用，形成电磁转矩使得转子继续保持电机顺时针方向转动。
当转子转到图 2.5(C)位置时，此时旋转遮光板遮住了VP2，使VP3被光照射，VP3有信号输出，导致功率管V2截止，V3导通，绕组C-C‘有电流通过，于是驱动转子继续向顺时针方向旋转，并重新回到图2.5(a)的位置。
图2.5 开关顺序及定子磁场旋转示意图图2.6 各相绕组的导通示意图如上所述，随着位置传感器扇形片的转动，定子绕组在位置传感器VP1，VP2，VP3的控制下，便一相一相依次通电，实现了各相绕组电流的依次换相。
由以上分析可知，在换相过程中，定子各绕组在工作时间内所形成的旋转磁场是跳跃式的。
这种旋转磁场在360度电角度范围内有三种输出状态，各相绕组导通图如图2.6所示。
本文所讨论的无刷直流电动机为三相Y型全桥控制，其电动机系统图如图2.7所示。
它的基本工作原理与上述类似[4-6]。
图2.7 稀土永磁无刷直流方波电机系统图2.2 直流电动机控制系统中的PWM控制器脉宽调制即PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，即通过对一系列的脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需波形。
PWM驱动是利用大功率管的开关特性，按固定频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通“与“断开“时间的长短，通过改变无刷直流电动机定子绕组上电压脉冲的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
图2.8即为无刷直流电动机单相绕组PWM驱动电路的原理框图。
由于PWM控制器的主电路元件工作在开关状态，因此控制器的损耗小、效率高。
图2.8 无刷直流电动机单相绕组PWM驱动电路原理框图从以上原理框图可见，无刷直流电动机PWM控制器可分成两大部分:控制电路和逆变主电路[7-8]。