计算机控制课程设计报告(直流电机转速闭环控制)
计算机控制课程设计报告(直流电机转速闭环控制)
微型计算机控制技术课程设计直流电机转速闭环控制（单片机）学院名称：自动化学院专业：自动化专业班级： *****学号： 2011**** 姓名： ****学号： 2011**** 姓名： *******学号： 2011**** 姓名： ******学号： 2011**** 姓名： ****评分：教师： ****摘要在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。
随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。
本设计以上面提到的数字PID为基本控制算法，以51单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。
同时利用霍尔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，达到跟踪校正速度漂移的目的。
关键字：计算机技术、运动控制、PID目录摘要 (I)目录 (II)序言...................................................................................................................................... - 1 - 1 设计原理.................................................................................................................................. - 2 -1.1 单片机直流电机调速.................................................................................................. - 2 -1.2 PWM波的产生............................................................................................................... - 2 -1.21定时器产生pwm ................................................................................................ - 2 -1.22 注意事项............................................................................................................ - 2 -1.3 系统控制原理.............................................................................................................. - 3 -2 硬件电路设计.......................................................................................................................... -3 -2.1 系统总结构................................................................................................................ - 3 -2.2 硬件电路接线.............................................................................................................. - 4 -2.3单片机........................................................................................................................... - 5 -2.4 直流电机驱动电路...................................................................................................... - 7 -2.5 霍尔传感器测速电路.................................................................................................. - 7 -3 软件设计.................................................................................................................................. - 7 -3.1 主程序设计.................................................................................................................. - 7 -3.2中断计时器设计流程图............................................................................................... - 9 -4 设计分析................................................................................................................................ - 10 - 5心得体会................................................................................................................................. - 11 -5.1心得体会（）.............................................................................................................. - 11 -5.2心得体会（）.............................................................................................................. - 11 -5.3 心得体会（）............................................................................................................. - 12 -5.4 心得体会（）............................................................................................................. - 13 -6 参考文献................................................................................................................................ - 14 -7 附录................................................................................................................................ - 15 -序言微型计算机控制技术在工业领域中得到了广泛的应用。
计算机控制课程设计报告--基于单片机的直流伺服电机速度控制系统
《计算机控制技术》课程设计报告题目：基于单片机的直流伺服电机速度控制系统姓名：学号：专业：自动化年级：指导教师：2012年 12月 7日目录任务书 (2)参考资料 (3)设计步骤与内容 (7)设计总结 (12)任务书一、设计题目基于单片机的直流伺服电机速度控制系统二、设计目的1.加深理解和掌握计算机控制系统的组成结构和原理。
2.学习并掌握基于状态空间的状态控制器的原理和设计方法。
3.学习并掌握数字控制器的仿真和实验研究方法。
三、设计任务1.设计任务：基于单片机设计一个直流伺服电机闭环调速系统，利用电机上光电编码器所提供的转速脉冲信号，通过选择合适的数字控制算法，实现对给定的直流伺服电机的速度调节，要求在选定的目标转速范围（60—1800RPM）内，调速系统都具有较为快速、平稳和准确的响应性能。
提交一份课程设计报告，其中包含的主要内容：总体设计思路，测速算法的设计，控制算法的选择，系统工作流程，实验测试结果，分析讨论，程序源代码。
2.实验设备：参考资料Copal直流伺服电机：L298N直流电机\步进电机两用驱动模块：具体设计内容步骤与程序等：步骤：程序：#include "main.h"#define Kp 0.05#define Ki 0.05#define Kd 0.03#define Kt 0uchar code table[10] ={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};uchar code LED_W[8] = {0,1,2,3,4,5,6,7};uchar codesmd[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xff} ;uchar code number[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};uchar code smgm[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; uchar code smgw[]={0,0,1,2,3,4,5,6,7};uint pulse,jj;float pre_err=0,last_err=0;float Up=0,Ui=0,Ud=0,Uout=0;uchar P2state,control_out;float speed_set=500,speed_measure;uint value1,value2,value3,value4;void Delay1(uint i){uchar x,j;for(j=0;j<i;j++)for(x=0;x<=20;x++);}void delay2(){uint i;for(i=0;i<400;i++) //控制延迟时间可以消影{}}void xianshi(){P0=~smgm[smgw[8]]; //第8位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj%10]]; //显示个位数字delay2();P0=~smgm[smgw[7]]; //第7位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj%1000%100/10]]; //显示个位数字delay2();P0=~smgm[smgw[6]]; //第6位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj%1000/100]]; //显示个位数字delay2();P0=~smgm[smgw[5]]; //第5位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj/1000]]; //显示个位数字delay2();}void pid(){pre_err=speed_set-speed_measure;Up=Kp*pre_err;Ui+=Ki*pre_err;Ud=Kd*(pre_err-last_err);last_err=pre_err;Uout=Up+Ui+Ud;if(Uout>=255)Uout=255;if(Uout<=0)Uout=0;control_out=(uchar)(Uout);value3=(uint)(control_out);}void delay(uint i){uint j,k;for(j=i;j>0;j--){for(k=255;k>0;k--)PWM_out(control_out);} }/*void keyscan(){P2state=P2;if((P2state&0x01)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x01)==0){speed_set+=10; }}if((P2state&0x02)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x02)==0){speed_set+=50; }}if((P2state&0x04)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x04)==0){speed_set+=100 ;}}if((P2state&0x08)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x08)==0){speed_set+=500 ;}}if((P2state&0x10)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x10)==0){speed_set-=10; }}if((P2state&0x20)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x20)==0){speed_set-=50; }}if((P2state&0x40)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x40)==0){speed_set-=100 ;}}if((P2state&0x80)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x80)==0){speed_set-=500 ;}}}*/void main(){ECT_init();PWM_init();SCI_init();motor_H=1;motor_L=0;while(1){//keyscan();value1=(uint)(speed_set);PWM_out(control_out);//send_scope(value1,value2,value3,value4);//P0=0X00;xianshi();}}void int0() interrupt 0{pulse++;}void time0() interrupt 1{TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;speed_measure=pulse*15/2;//pulse/160/0.01*60 jj=speed_measure;value2=(uint)(speed_measure);pid();pulse=0;}设计总结：这是一次关于xxx同学跟xxx同学一起合作的计控课程设计，我们是这样分工的：xxx 主要是负责硬件调试这一块，xxx主要是负责软件与程序这一块，经过我们的通力合作，终于完成了这次课设，但是其中也遇到种种挫折，比如xxx同学的程序有些小问题，但是经过与同学们的对比跟互相讨论，我们也得到了修正，又比如xxx同学在调试过程中遇到电机在旋转，但是数码管显示的是乱码等情况，经验证程序跟接线都无问题，我们猜测是实验室提供的数码管有问题，于是我们找人换了个板，最终在规定时间内完成了这次课设。
计算机控制实验课程设计报告-直流电机转速pid控制
基于89c52单片机的PWM 直流电机PID控制调速系统实验报告指导老师：衣法臻姓名：杨浩学号：09212020班级：自动化0901日期：2012年7月6日星期五目录第一章系统方案设计 (3)1.1 直流电机转速开环控制与闭环控制的选取 (3)1.2 直流电机调速方式的选取 (4)1.3 直流电机测速装置的选取 (5)1.4 系统控制算法的选取 (8)1.5 系统总体设计 (10)第二章硬件设计 (11)2.1 AT89C52芯片介绍 (11)2.2 直流电机驱动芯片ULN2803设计 (13)2.3 数显管显示给定速度和实际速度模块 (15)2.4 按键模块设计 (16)2.5 测速模块设计 (18)第三章软件部分设计 (19)3.1 数显管显示软件设计部分 (19)3.2 外部中断P3.3计数程序 (21)3.3 定时器0中断软件设计 (22)3.4 PWM算法程序设计 (25)3.5 PID控制算法程序设计 (26)3.6 按键程序设计 (29)第四章基于matlab的PID参数设计及仿真 (31)4.1 各部分传递函数的整定 (31)4.2 PID参数的整定 (31)第五章结果分析 (33)第六章实验总结及感想 (34)参考文献 (36)附录一硬件系统电路原理图 (36)附录二程序源代码 (36)第一章、系统总体方案设计1.1直流电机转速开环控制与闭环控制的选取对直流电机转速的控制有一般有两种方式，一种是开环控制，一种是闭环控制。
开环控制的优点是简单、稳定、可靠。
若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。
缺点是精度通常较低，无自动纠偏能力；闭环控制的优点是控制的精度可以达到很高，而且对外界的干扰和系统的参数变化有很好的抑制作用，且可以通过输出反馈控制系统的控制过程。
缺点是存在稳定性，振荡，超调等一系列问题，对系统的性能分析和设计远比开环控制麻烦。
经过利弊的取舍，本次试验选择的是闭环控制，因为准备应用PID算法控制电机的转速，故而需要有实际转速进行反馈与给定的转速形成对比，进而通过算法输出PWM波形来控制直流电机。
直流电机转速控制实验报告
计算机控制技术综合性设计实验实验课程：直流电机转速控制实验设计报告学生姓名：学生姓名：学生姓名：学生姓名：指导教师：牛国臣实验时间：年月日直流电机转速控制实验设计报告一、实验目的：1.掌握电机的工作原理。
2.掌握直流电机驱动控制技术。
3.掌握增量式编码器位置反馈原理。
4.熟悉单片机硬件电路设计及编程。
5.实现直流电机的转速控制。
二、实验内容：已知某一直流永磁有刷伺服电机参数如下：设计直流电机转速控制系统。
要求：表1 直流伺服电机参数1.分析并建立电机的数学模型，分别得出在连续控制系统和离散控制系统中对应的传递函数；2.基于MATLAB软件对直流电机进行仿真，并通过PID控制器的参数整定对直流电机进行闭环控制，3.设计直流电机控制硬件电路，主要包括主控模块、电机驱动模块、编码器反馈模块、通信模块、电源模块、显示模块等。
4.对各模块进行单元调试，设计数字PID控制器，并基于A VR单片机编制程序，进行系统联调。
5.最终完成直流电机控制硬件平台的设计、搭建及软件调试，要求有速度设置、显示功能，速度控制误差在1%以内，具有与上位机通讯的接口，能通过上位机方便进行参数设置、速度控制等操作。
三、 实验步骤：1、建立电机的数学模型，得出控制统的传递函数；由直流电机得来的三个方程：n k dt di Li R s u E m m ++=)( i k T M m =f L m T dtdw J T T ++= 、 进行拉式变换得：)()()()(s n k s LSI s I R s U E m m ++=)(s I k T M m =f L m T s JS T T +Ω+=)(带入数据在进行z 变换得: 521039.19252.01394.0459.1)(-⨯+-+=z z z z G 2、.基于MATLAB 软件对直流电机进行仿真（1）连续系统阶跃响应程序为：>> num=[1]num =1>> den=[0.0000000542,0.00061,0.0468]den =0.0000 0.0006 0.0468>> G=tf(num,den)Transfer function:1----------------------------------5.42e-008 s^2 + 0.00061 s + 0.0468>> step(G)>> Gz=c2d(G,0.01,'zoh')Transfer function:11.43 z + 0.06868-----------------z^2 - 0.4618 zSampling time: 0.01>> step(Gz)阶跃响应曲线如图1所示：图1 阶跃响应曲线（2）离散系统的单位阶跃响应程序如下：>> num=[52.756.913];>> den=[1 -0.8009 0.0005123];>> sys=[num,den,0.001];>> dstep(num,den,100)离散系统的阶跃响应曲线如图2所示（T=1ms）：图2 离散系统的阶跃响应曲线（3）PID参数整定1）设D(z)=错误！未找到引用源。
直流电机转速PID控制课程设计报告
直流电机转速PID控制系统设计学院：专业班级：姓名：学号：指导老师：目录第一章PID简介 (1)第二章直流电机工作原理 (6)2.1 工作原理 (6)2.2、直流电机PID控制原理方框图 (7)第三章控制系统方案选择 (10)3.1 系统设计要求 (10)3.2 系统模块设计 (12)第四章硬件设计与实现 (17)4.1 硬件设计 (17)4.2系统面板图 (24)第五章流程设计 (26)5.1 软件设计流程图 (26)第六章程序说明 (30)6.1 直流电机部分程序 (30)6.2 温度检测部分程序 (37)第七章说明及调试 (46)7.1 调试过程 (46)7.2 运行结果 (47)第八章课程设计体会 (49)第一章 PID简介PID （比例积分微分，英文全称为Proportion Integration Differentiation）控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。
它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。
它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。
二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。
直流电机闭环调速控制系统设计报告
目录 (1)一、课设任务……………………………………………………。
2 1。
1设计内容…………………………………………………。
.2 1。
2具体要求………………………………………………….。
2 1。
3程序调试建议……………………………………………。
2二、系统方案 (3)三、硬件设计……………………………………………………。
33.1数码管显示和行列式键盘电路...............................。
4 3。
2数模变换电路...................................................。
5 3。
3直流电机驱动电路.............................................。
6 3.4片选译码电路 (7)3。
5 RAM电路 (7)四、软件设计 (8)五、调试及结果 (19)六、心得体会……………………………………………………。
.19七、参考文献……………………………………………………。
20八、附录………………………………………………………….。
20直流电机闭环调速控制系统设计报告一、课设任务1．1设计内容：以实验室实验装置为设计对象，从中选择出合适的部分,构成一个直流电机恒转速控制系统,具有如下功能:1、可以通过按键设定直流电机转速（转 / 分钟,r/min)；2、可以实时显示电机转速,同时显示设定值(各用三位显示）；3、运行过程中改变负载可以维持设定的转速稳定后保持不变。
（稳态误差小于等于设定值的5％)4、开始时只显示设定值，采集值显示为0,按运行键后显示实时采集值与设定值，左边三位是设定值，右边三位是实时值；5、设置停止运行键，控制直流电机停止运行；6、其它扩展发挥功能。
1.2具体要求：1、根据功能要求从实验装置上选择合适电路构成系统，用protel软件画出原理图与控制系统结构图,分析系统工作过程；2、根据实验装置具体情况确定接线方法,从而确定各端口的口地址(D/A、键盘、显示等)；3、采用PID算法作为恒转速控制算法,对PID算法加以分析说明；4、按照系统工作过程要求编制程序,画出流程图与编写具体程序；5、调试运行,记录运行结果；6、书写课程设计报告，符合学院有关课程报告的要求。
计算机控制课程设计 直流电机速度控制
计算机控制课程设计直流电机速度控制成绩题目直流电机速度控制课程名称计算机控制系统设计院部名称机电工程学院专业班级学生姓名学号课程设计地点课程设计学时指导教师金陵科技学院教务处制-目录摘要..............................................................II 1.绪论.............................................................1 2.设计方案 (2)2.1 直流电机调速原理 (2)2.2 PWM基本原理 (3)2.3 设计思路 (4)3.硬件电路的设计 (5)3.1 AT89C51模块 (5)3.2 直流电机模块 (7)3.3 显示设计模块 (8)3.4 驱动模块L298 (9)3.5 按键模块 (10)3.6 整体硬件电路图 (10)4.系统软件的设计 (11)4.1 系统流程图: (11)4.2 源代码: ................................................... 11 5.结果测试......................................................... 16 结论............................................................. 19 参考文献........................................................... 20 附录一: (21)I直流电机速度控制摘要近年来～随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展～交流调速系统发展快～在许多场合正逐渐取代直流调速系统。
但是就目前来看～直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。
对直流电机的速度调节～我们可以采用多种办法～本文在给出直流电机调整和PWM实现方法的基础上～提供一种用单片机软件实现PWM 调速的方法～脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用～对基于51系列单片机实现直流电机调速系统进行研究和设计～能够在不同的按钮作用下分别实现直流电机的停止、加速、减速、正转、反转控制,能够实现基于51系列单片机的直流电机PWM的调速设计。
直流电机PID闭环数字控制器设计实验报告
直流电机PID 闭环数字控制器设计姓名： 学院：实验内容：直流电机pid 闭环数字控制器设计 2015年 4月12日 实验地点： 实验目的：1．巩固闭环控制系统的基本概念。
2．了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。
3．掌握PID 算法数字化的方法和编程及不同PID 算法的优缺点。
实验设备与软件： 1. labACT 实验台 2. MATLAB 软件 3. labACT 软件 实验原理： 1、PID 控制原理按偏差的比例、积分、微分控制(简称PID 控制)是过程控制中应用最广的一种控制规则。
由PID 控制规则构成的PID 调节器是一种线性调节器。
这种调节器将设定值U 与实际输出值Y 构成控制偏差(e=U —Y)的比例(P)、微分(D)、积分(I)的线性组合作为输出的控制量进行控制⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰dt t de T dt t e T t e K t u t)()(1)()(di p (1) 式中，()u t ——调节器的输出信号；()e t ——调节器的偏差信号；p K ——调节器的比例系数；T ——调节器的积分时间常数；T ——调节器的微分时间常数。
下面介绍比例、积分、微分各自的作用。
比例调节作用：按比例反应系统的偏差，一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统不稳定。
积分调节作用：消除稳态误差。
有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强；反之，Ti 大则积分作用弱。
加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢，即积分作用使响应滞后。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，能预见偏差变化的趋势，能产生超前的控制作用。
在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
因此，可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。
计算机控制系统课程设计直流电机测速调速系统
计算机控制系统课程设计直流电机测速调速系统(总26页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除XI`AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY课程名称直流电机测速调速实验专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：秦刚成绩：2016 年 7 月 11日计算机控制系统课程设计——直流电机测速调速系统一、选定题目：电机速度控制系统二、设计目的和要求：计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微型机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。
课程设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。
三、功能需求：1、基本功能：（1）该系统使用实验箱的直流电机、1602液晶、DA、键盘等模块完成设计；（2）直流电机通过DA模块使用PWM方式进行驱动及调速；（3）能够通过1602液晶显示当前转速及PWM占空比；（4）通过按键控制电机的启动和停止。
2、扩展功能：（1）能够通过按键手动输入目标转速（转/秒），启动电机后控制电机稳定在目标转速；（2）使用1602液晶实时显示目标转速、当前转速及启停状态（on/off）。
四、实验思路：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的调速，并通过单片机控制速度的变化。
本设计的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。
而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。
用51来产生PWM波就必须要用软件编程的方法来模拟。
方法大概可以分为软件延时和定时器产生两种方法。
直流电动机转速电流双闭环控制系统的设计精选(38页)
Harbin Institute of Technology
f直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
—x系统建模
L1电动机的数学槟型 1.2晶闸管整流装置的数学模型 L3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计 2.1双
闭环控制的目的 2-2关于积分调节器的饱和非线性问题 2-3 ASR与ACK的工程设计方法
L2晶闸锌笹流装哲.的数学模型
1.3双闭坏调速系统的数学模型
二、 电流环与转速环调节器设计
2.1双闭环控制的的
2,2关于积分调节器的_ 械性问题
23 ASR±JACR的工程设计方法
三、 仿真实验
3.1起动特性
,
V 四、结论
/
流电动机转速/电流双闭环拧制系统设计
系统建模与仿真
在图4-7中给出了控制系统的PI控制规律动态过程, 从中我们可知:
三、 仿真实验
3.1起动特性
系统建模与仿真
d
Harbin Institute of Technology
1山:流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
系统建模与仿真
系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，基本参数如下， 直流电动机：220Vr 13.6A, 1480r7min，Ce=0.l31V/ (r/min)，允许 过载倍数 a=15;晶闸管装置：Ks=76t电枢回路总电阻！ /e=6.58Qs 时初常数： 77=0.0l8s，Tm=0.25s；反馈系数：a=0.00337V/ (r/min)， /SM).4V/A:反馈滤 波时间常数：7b/=0.005s, 7b«=0(005s P
E = Cen （额定励磁F的感应电动势） （中顿动力学定伴.忽略醐擦
m t额定励磁卜的电磁转斯）
基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计
基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计一、绪论直流电机广泛应用于工业自动化控制系统中，对其转速进行精确控制是提高系统性能和稳定性的关键。
PID控制技术是一种经典且常用的控制方法，被广泛应用于直流电机转速控制系统中。
本文旨在设计一个基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统，实现对电机转速的精准控制。
二、直流电机转速控制系统结构直流电机转速闭环控制系统主要由以下几个部分组成：1. 直流电机：负责将电能转化为机械能，并提供给待控对象。
2. 传感器：用于测量电机转速，将测得的转速信号反馈给控制系统。
3. 控制器：根据测量的转速信号与设定值之间的差异，计算控制信号，并输出给执行器。
4. 执行器：根据控制信号控制电机的转速，通过调节电机输入电流实现转速控制。
三、PID控制器原理PID控制器是一种基本的比例-积分-微分控制器，通过调节这三种控制分量的权重，实现对系统的控制。
具体原理如下：1. 比例控制分量：根据测量值与设定值之间的差异，产生与差值成正比的控制信号，用于快速响应系统误差。
2. 积分控制分量：根据时间与误差的乘积进行积分，用于消除系统误差的稳态偏差。
3. 微分控制分量：根据误差的变化率进行微分，用于增强系统的稳定性，减小超调量。
四、基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计步骤1. 系统建模：根据直流电机的特性以及系统的动力学方程，建立数学模型，描述电机的转速与输入电流之间的关系。
2. 参数调整：根据实际情况，通过试验或者经验，调整PID控制器的三个控制参数：比例系数(Kp)，积分时间(Ti)，微分时间(Td)，以获得系统的最佳控制效果。
3. 信号采集与处理：利用传感器获取电机转速的测量值，然后经过滤波和放大等处理，得到合适的输入信号。
4. PID控制计算：根据测量值与设定值之间的差异，计算PID控制器的输出信号。
5. 信号放大与转换：将PID控制器输出的控制信号进行放大，并转换为合适的电压或电流信号，用于控制电机的转速。
计算机控制技术课程设计报告
《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统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，通过这次课程设计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，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。
2 设计任务设计题目单闭环直流电机调速系统实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。
扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。
设计要求2.2.1 基本设计要求（1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图，确定参数测范围等；（2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路；（3）建立数学模型，确定控制算法；（4）设计功率驱动电路；（5）制作电路板，搭建系统，调试。
2.2.2 扩展设计要求（1）在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上，通过串口与PC连接；（2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。
3方案比较方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。
这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案二：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。
但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。
更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案三：采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。
直流电机调速计算机控制技术课程设计报告
. . . .计算机控制技术课程设计专业：自动化班级：姓名：学号：指导教师：交通大学自动化与电气工程学院2021 年07 月15 日直流电机调速系统设计1设计目的本课程设计是在修完?计算机控制技术A?课程之后，为加强对学生系统设计和应用能力的培养而开设的综合设计训练环节。
本课程设计结合?计算机控制技术A?课程的根底理论，重点强调实际应用技能训练，包括计算机控制系统算法软件和硬件设计。
其课程设计任务是使学生通过应用计算机控制技术的根本理论，根本知识与根本技能，掌握计算控制技术中各主要环节的设计、调试方法，初步掌握并具备应用计算机进展设备技术改造和产品开发的能力，培养学生的创新意识，提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。
2 设计方法设计一个直流电机系统，合理选择PID控制规律，掌握被控对象参数检测方法、H桥驱动的功能、旋转编码器的功能、单片机PWM控制波形输出方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高解决实际工程问题的能力。
直流电机调速系统是以电机转速作为变量，单片机根据采集电机转速的测量值与设定值的偏差去控制PWM波形的脉宽，从而改变直流电机两端的电压，到达控制转速的目的。
直流电机调速系统由单片机、直流电机、光电式旋转编码器、H桥驱动、LCD显示屏等及相关电路组成。
3 设计方案及原理3.1系统功能介绍整个控制系统由控制器、执行器、被控对象和测量变送组成，在本次控制系统中控制器为单片机，采用算法为PID增量算法控制规律，执行器为H桥驱动电路，测量变送器为光电式旋转编码器，被控对象为直流电机。
然后通过单片机对数据进展处理，控制转速的大小和正反转。
3.2系统组成总体构造计算机控制系统由控制计算机系统和生产过程两大局部组成。
控制计算机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机系统，它可以根据系统的规模和要求选择或设计不同种类的计算机。
计算机控制系统根本构造如图1所示。
控制器D/A 执行机构被控对象A/D 测量变送r 给定值+-euy 被控量图1 计算机控制系统根本构造直流电机调速系统构造框图如图2所示。
计算机控制技术课程设计(直流电机PWM调速系统设计)
单片机是系统的核心元件，起着控制直流电机所有运行状态和处理显示数据的作用。 本系统设计的主控芯片选择 ATMEGA16 可以完成实现各项功能。
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武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要 改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空 比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM 又 被称为“开关驱动装置”。如下图所示：
图 2 PWM 波原理图 设电机始终接通电源时，电机转速最大为 Vmax，设占空比为 D= t1 / T，则电机的平均 速度为 Va = Vmax * D，其中 Va 指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = t1 / T 时，就可以 得到不同的电机平均速度 Vd，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度 Vd 与占空比 D 并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。 由此我们可以近似的认为直流电机两端电压值与转速成正比，并可以借此原理算出转 速和电压值（即 PWM 波的频率值）的比例关系。
经过上述分析比较，决定使用 L298 连接电路作为电机驱动模块。
2 系统硬件电路和软件设计
2.1 单片机输出 PWM 波设计
2.1.1 PWM 控制直流电机的基本原理
PWM（即脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的
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微型计算机控制技术课程设计 双闭环直流电动机数字调速系统设计
双闭环直流电动机数字调速系统设计摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。
文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。
此外，本文中还采用了芯片IR2112S作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块来完成了在主电路中对直流电机的控制。
另外，本系统中使用了光电编码器对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。
在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，单片机产生PWM波形的程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现，M法数字测速及动态LED显示程序设计，A/D转换程序及动态扫描LED显示程序和故障检测程序及流程图。
关键词： PWM信号直流调速双闭环 PI调节前言本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。
PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
计算机控制课程设计——直流电机PWM调速系统的计算机控制
计算机课程设计名称：直流电机PWM调速系统的计算机控制计算机控制技术课程设计任务书1引言1.1课题背景近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。
直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。
1.2系统功能该系统的核心为高性能低成本的单片机AT89C51，它与87C51完全兼容，内部包含4KEPROM。
利用AT89C51单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制；采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形。
2总体方案设计2.1系统总体设计框图图2-1 系统总体设计框图2.2系统控制器AT89C51简介在此次设计中，选用高性能、低成本的AT89C51单片机，管脚及基本连接电路如图2-2所示。
和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。
写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。
再着，AT89C51目前的售价低，市场供应很充足。
参数如下：VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
《专业课程设计》实验报告直流电机转速及方向的控制
专业课程设计设计报告直流电机转速及方向的控制班级：专业：设计人（学号）：完成日期二零零九年九月直流电机转速及方向的控制一、设计目的：①培养自学能力：由于DP-51PROC单片机综合仿真实验仪以前没用过，所以只能以已学过的51单片机实验箱为基础，自己摸索，学习。
②培养合作精神：由于本实验相对比较综合，需要这几个人的合作协调，所以在实验过程中，可以培养自己的合作精神。
③提高知识串联的应用能力：本实验涉及单片机，电力拖动，电子电子等知识，尤其是跟单片机联系非常紧密，需要有综合应用各个知识点的能力，如单片机的C语言，电力电子的PWM控制，以及电机拖动中的直流电机的工作原理等。
④培养查阅资料的能力：由于本实验用到的DP-51PROC单片机没有用过，所以程序调试过程中会遇到很多的问题，有时候需要自己去图书馆查阅资料，有时需要在网上搜索，甚至是请教以前的老师。
二、设计任务：在DP-51PROC单片机综合仿真实验仪为实验平台上，通过编写程序，以PWM（脉宽调制）方波，实现对直流电机的转速大小，正反方向的控制以及对直流电机的启动、停止的控制。
三、设计要求：1、学习如何控制直流电机，理解PWM功率驱动电路，学会利用仿真仪上的已有模块进行接口控制。
2、分析设计项目原理，进行方案可行性实验验证并有记录。
3、进行方案设计，包含硬件设计和软件设计，由于实验室提供DP-51PROC实验箱，所以主要是软件设计。
程序由C语言编写，在KEIL软件平台上通过编译，并生成HEX 文件，还要画出程序的流程图。
4、提供电子版和纸质的设计报告各一份。
5、准备方案论证的PPT，阐述设计思想。
四、系统方案设计：1、⑴系统总体设计：在DP-51PROC单片机综合仿真实验仪的实验平台上，编写实验程序，实现直流电机的启动停止、速度大小及方向控制。
①启动、停止控制可以通过定义DP-51PROC 单片机端口来实现。
②直流电机可以顺时转动，也可以逆时针转动，只要改变输入端接线的极性，就可以改变电机的转向，为防止方向瞬时变化给直流电机造成较大的冲击，产生火花，必须在电机停转后再改变方向，可通过加延时程序实现。
(完整word版)直流电机转速控制系统报告分解
微机系统与应用课程设计实验报告直流电机转速测量与控制系统设计与实现评语：成绩教师：年月日班级：学号：姓名：实验地点：实验时间：直流电机转速测量与控制系统设计与实现一、应用系统设计方案设计目的：了解以微机为核心的闭环控制系统的组成原理。
掌握电机转速闭环控制系统的构成方法。
了解霍尔器件的工作原理：电机转速的测量与控制的基本原理。
掌握PWM调速原理和应用方法。
掌握控制系统的设计与调试方法，提高分析问题和解决问题能力。
二、课程设计的内容：设计一个对直流电机转速测量与转速控制的闭环控制系统。
微机控制中心在监控界面上设置电机转速。
电机转速测量利用霍尔传感器电路产生转速脉冲，定时/计数电路通过脉冲计数获得转速参量。
电机转速调整采用PWM（脉宽调节）方法，控制中心采样到电机转速参量，算得转速值同预定转速设置值进行比较，若不相同，则调整控制转速脉冲的占空比，来达到调速的目的。
（占空比=脉冲宽度/脉冲周期）三、系统功能要求与设计要求：1)系统监控界面设计：监控系统具有转速参数设置窗口、采样的电机转速数据显示窗口、转速动态曲线显示窗口及强行干预系统运行的按钮功能或相应功能选择菜单。
2)监控程序设计要求：监控程序用查询方式获取转速数据。
监控程序用中断方式获取转速数据。
3)硬件设计要求：充分利用现有实验系统资源设计一个性能较好的直流电机转速闭环控制系统。
利用带锁存的I/O接口电路(如8255,74LS273，D/A-DA0832)输出控制电机转速的脉冲。
采样转速用霍尔传感器件提供电机转速脉冲。
利用定时/计数电路对电机转速脉冲计数。
微机可从定时/计数电路中获得电机转速数值，并产生控制电机转速的PWM 脉冲。
四、设计详情：1）闭环控制系统原理图图一电机转速测量与控制闭环系统基本功能图2）电机控制及转速测量原理图图二电机控制及转速测量原理图3）硬件连线图图三硬件连线图4）操作步骤直流电机在控制脉冲作用下转动，电机转盘上的永久磁铁随之旋转，霍尔传感器件3101T受磁场的影响，从端口OUT输出脉冲信号，电机旋转一圈，霍尔传感器输出一个脉冲，脉冲频率于电机转速成正比。
直流电机转速闭环控制系统设计matlab
直流电机转速闭环控制系统设计概述直流电机是一种常见的电动机类型，具有体积小、转速范围广、转矩特性好等优点，被广泛应用于工业控制系统中。
而转速闭环控制系统是一种常见的控制策略，可以实现对直流电机转速的精确控制。
本文将介绍如何使用MATLAB进行直流电机转速闭环控制系统的设计。
系统建模在进行控制系统设计之前，首先需要对直流电机进行建模。
直流电机可以简化为一个旋转质量和一个电动势，通过施加不同的电压来调节转速。
根据电路定律和力矩平衡原理，可以得到直流电机的数学模型。
1. 旋转质量建模假设直流电机的旋转质量为J，角速度为ω，则其动力学方程可以表示为：J * dω/dt = Tm - Tl其中Tm是由施加在电机上的扭矩，Tl是由负载引起的扭矩。
通常情况下，Tm与输入电压U之间存在线性关系：Tm = k * U其中k是一个常数。
2. 电动势建模假设直流电机的电动势为Ke，电流为I，则其电路方程可以表示为：V = Ke * ω + R * I其中V是电机的输入电压，R是电机的内阻。
将上述两个方程联立，可以得到直流电机的数学模型：J * dω/dt = k * U - Tl - B * ωV = Ke * ω + R * I其中B是摩擦系数。
控制器设计在得到直流电机的数学模型之后，可以开始设计转速闭环控制系统。
控制器的目标是根据给定的转速信号来调节输入电压，使得实际转速与给定转速保持一致。
1. PI控制器常用的控制器类型之一是PI（比例-积分）控制器。
PI控制器通过比例和积分两个部分来调节输出信号。
比例部分根据误差信号进行调节，积分部分则用于消除稳态误差。
2. 闭环传递函数通过将直流电机的数学模型进行转换和简化，可以得到闭环传递函数。
闭环传递函数描述了输入和输出之间的关系，用于设计控制器。
3. 调节参数选择在设计PI控制器时，需要选择合适的调节参数。
常用的方法是根据系统的频率特性和稳态误差要求来选择参数。
4. 控制器实现使用MATLAB可以方便地实现控制器。
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计算机控制课程设计报告(直流电机转速闭
环控制)
计算机控制技术课程设计
设计课题：班级：报告人：指导教师：报告
直流电机转速闭环控制
倪晓
完成日期： 20XX 年 9 月 22 日
李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书
课程设计题目直流电机转速闭环控制学院自动化学院专业自动化专业年级 20XX 已知参数和设计要求 1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。
2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。
3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。
实现方法采用单片机教学实验系统实现学生应完成的工作： 1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机
教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。
分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。
2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计。
3）对设计控制系统进行系统联调。
4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容、总结、各组员心得体会、参考书及附录】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。
目前资料收集情况：《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社课程设计的工作计划： 20XX年9月19日熟悉设计任务和要求。
20XX年9月20日确定设计方案。
20XX年9月21日硬件调试。
20XX年9月22日软件及系统调试。
20XX年9月23日设计答辩。
任务下达日期 20XX年 9月 19 日指导教师完成日期 20XX年 9 月 24日学生说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、20XX。
2、本表除签名外均可采用计算机打印。
本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。
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李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制摘要
在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际
中，于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。
随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID 所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。
本设计以上面提到的数字PID为基本控制算法，以SST89EE554RC单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。
同时利用霍尔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。
在系统中采数码管和4×4键盘作为人机交互界面，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速。
该系统控制简单，反应灵敏，具
有很强的抗干扰能力。
2
李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制
目录
前
言 ................................................ ............
一.总体设计方
案 ................................................
二.硬件单元模块设
计 ............................................ 单
片机控制单元.............................................. 直流电机驱动单
元 ............................................ 基
于霍尔传感器的测速模
块 .................................... LED显示模
块 .................................................
三.软件功能调
试 ................................................ 主程序设
计 ................................................
.. PWM波软件软件设计........................................... 显示子程序 ................................................ .. 键盘处理子程序.............................................. 定时处理程序 ................................................ 测速软件设计...............................................
四.设计总结 ................................................ ... 17 五.。