直流电机速度控制
直流电机的三种转速控制方法
直流电机的三种转速控制方法
直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种电力设备和工业机械中。
在实际应用中，为了满足不同的工作需求，需要对直流电机的转速进行控制。
下面将介绍直流电机的三种常见转速控制方法。
一、电压调节法
电压调节法是一种简单常用的直流电机转速控制方法。
通过调节电源的输出电压来控制直流电机的转速。
当电源电压增大时，直流电机的转速也会随之增加。
这种方法适用于转速变化范围较小的情况，例如风扇、泵等。
二、电阻调节法
电阻调节法是一种通过改变电阻来控制直流电机转速的方法。
在直流电机的电路中串接一个可调电阻，通过改变电阻的阻值来改变电机的转速。
当电阻增大时，电机的转速会减小。
这种方法适用于转速变化范围较大的情况，但效率较低。
三、PWM调节法
PWM调节法是一种通过改变脉宽调制信号的占空比来控制直流电机转速的方法。
通过控制开关管的导通时间，使得电机得到短时间的高电压和长时间的低电压，从而实现对电机转速的控制。
这种方法具有调速范围广、效率高的特点，适用于对转速要求较高的场合，
例如机械加工、自动化生产线等。
以上是直流电机的三种常见转速控制方法。
不同的控制方法适用于不同的应用场景，根据实际需求选择合适的方法可以提高电机的性能和效率。
同时，随着科技的不断进步，还出现了更多先进的转速控制技术，例如矢量控制、闭环控制等，这些方法在特定的领域中得到了广泛应用。
未来，随着技术的不断发展，直流电机的转速控制方法将会更加多样化和高效化。
电机控制公式
电机控制公式
电机控制公式可以根据具体的电机类型和控制方式有所不同。
以下是一些常见的电机控制公式：
1.直流电机速度控制公式：
o电动势方程：E = Kϕω，E为电动势，K为电机常数，ϕ为磁通量，ω为角速度。
o转矩方程：T = KtI，T为转矩，Kt为电机转矩常数，I 为电流。
2.三相感应电机速度控制公式：
o转矩方程：T = KsIs，T为转矩，Ks为电机转矩常数，Is为电流。
o转速公式：N = (120f) / P，N为转速，f为电网频率，P为极数。
3.步进电机控制公式：
o步进角度公式：θ = 360 / S，θ为步进角度，S为步进角度。
o脉冲频率公式：f = N / (S × T)，f为脉冲频率，N为转速，T为步进周期。
需要注意的是，电机控制公式通常是基于理想条件下的模型推导出来的，并且不考虑实际电机的非线性和动态特性。
在实际应用中，电机控制还需要考虑到控制器的影响、传感器反馈、电机参数变化等因素，因此在具体控制系统设计时，需要结合
实际情况进行调整和优化。
直流电机调速控制
直流电机运行特性
机械特性
效率特性
描述电机转速与转矩之间的关系。直 流电机具有较好的机械特性，可以在 较宽的范围内实现平滑的调速。
直流电机的效率较高，通常在80%以 上。在额定负载下运行时，效率可达 90%以上。
调速特性
直流电机的调速范围宽，调速平滑性 好，可以实现无级调速。通过改变电 枢电压、电枢电阻或磁通等方式可以 实现不同的调速方法。
吸尘器
利用直流电机调速控制，吸尘器可根据清洁需求调节吸力大小，提 高清洁效率。
05
调速性能评价与测试方法
调速范围及精度测试
调速范围测试
通过给电机施加不同幅值和频率的电压或电流信号，测试电 机在最低速到最高速之间的可调范围。这有助于了解电机在 不同负载和工况下的调速能力。
调速精度测试
在设定的转速下，对电机的实际转速进行测量，并与设定值 进行比较。通过多次测试和统计分析，可以评估电机的调速 精度和稳定性。
神经网络控制技术在直流电机调速中应用
神经网络原理
神经网络是一种模拟人脑神经元网络结构的计算模型，具有自学习、自组织和自适应等 能力。在直流电机调速中，神经网络可以通过学习电机的运行特性和控制经验，自动调
整控制参数，实现电机的最优控制。
神经网络控制器设计
神经网络控制器的设计包括网络结构设计、学习算法选择和训练样本准备等步骤。在直 流电机调速中，通常选择多层前馈神经网络作为控制器结构，以电机的转速误差和误差 变化率作为输入，以控制量作为输出。通过选择合适的学习算法和训练样本，对神经网
稳态误差测试
在电机稳定运行在设定转速时，测量其实际转速与设定值之间的偏差。通过长时间连续测试和统计分析，可以评 估电机的稳态误差大小和稳定性。
直流电机的调速方法是
直流电机的调速方法是
直流电机的调速方法主要有以下几种：
1. 调节电枢电流：改变电枢电流的大小可以改变电机的转矩和速度。
通过改变电枢电流的大小，可以实现电机的调速。
2. 调节电枢电压：通过改变电枢电压的大小，可以改变电机的转矩和速度。
通过调节电枢电压可以实现电机的调速。
3. 脉宽调制（PWM）：通过改变电源电压的调制方式，即改变电源电压的占空比，可以实现电机的调速。
通过改变占空比可以控制电机的平均输出电压，从而实现电机的调速。
4. 串联电阻调节：通过串联电阻来改变电机的电压，同时也改变了电机的转矩和速度。
通过改变串联电阻的大小可以实现电机的调速。
5. 磁场弱磁饱和调节：通过改变磁场的弱磁饱和程度，可以改变电机的转矩和速度。
通过调节磁场的弱磁饱和程度可以实现电机的调速。
以上是一些常见的直流电机调速方法，根据具体情况选择适合的调速方法。
普通直流电机调速控制方法
普通直流电机调速控制方法哎呀，说起直流电机调速控制，这玩意儿听起来挺高大上的，其实呢，就跟我们平时调电风扇的风速差不多，只不过这玩意儿更精细，更复杂一些。
首先，咱们得明白直流电机是怎么转起来的。
简单来说，就是给电机通电，电流通过电机的线圈，产生磁场，然后磁场推动电机转起来。
就像你拿个磁铁靠近一个铁块，铁块就会被吸过去一样。
调速呢，就是控制电机转得快还是慢。
这就好比你控制电风扇的风速，你想让风大点就调高，风小点就调低。
直流电机调速，一般有两种方法：一种是改变电压，另一种是改变电流。
先说电压调速吧。
这就像你给电池充电，电压高了，电池就充得快，电压低了，就充得慢。
直流电机也一样，你给电机的电压高了，它转得就快，电压低了，它转得就慢。
但是电压不能随便调，得有个控制器，就像你给手机充电，得有个充电器一样。
电流调速呢，就是控制通过电机线圈的电流大小。
电流大了，磁场就强，电机转得就快；电流小了，磁场就弱，电机转得就慢。
这跟电压调速有点像，但是原理上有点不同。
电流调速更精细一些，因为它能更精确地控制电机的速度。
说到控制器，这就得提提PID控制器了。
PID控制器就像个智能管家，它能根据电机的实际转速和我们设定的目标转速，自动调整电压或电流，让电机的转速达到我们想要的速度。
PID控制器有三个参数：P、I、D。
P就是比例，I是积分，D是微分。
这三个参数调好了，电机的转速就能控制得非常准确。
举个例子吧，我有一次在实验室里调试一个小型的直流电机，用来驱动一个小型的传送带。
一开始，电机转得飞快，传送带都快飞起来了。
我得慢慢调PID参数，先调P，让电机的转速稳定下来，然后再调I和D，让转速更平滑，更准确。
这个过程挺考验耐心的，因为参数调得不对，电机要么转得太快，要么转得太慢，甚至还会停转。
最后，经过一番折腾，我终于调出了一个满意的速度。
传送带稳稳地运行着，就像一个老师傅在悠闲地泡茶，不急不慢，恰到好处。
所以你看，直流电机调速虽然听起来复杂，但其实跟我们日常生活中的很多东西都有相似之处。
第三章直流电动机速度控制系统
机械特性与静差率
n n01
额定转速降
ΔnN
R nN I N Ce
U d1
n02
是一个恒值。 调速系统在不 同电压下的机 械特性是互相 平行的，两者 的硬度相同。
1-25
ΔnN
Ud2
0
TeN
Te
图3-4 不同转速下的机械特性
机械特性与静差率
• 调速系统在不同电压下的理想空载转速 不一样。 • 理想空载转速越低时，静差率越大。 • 同样硬度的机械特性，随着其理想空载 转速的降低，其静差率会随之增大， • 调速系统的静差率指标应以最低速时能 达到的数值为准。
1-12
n n0
Ra Ra+R1 Ra+R2 Ra+R3
0
Id
图3－1 直流电动机调阻调速时的机械特性
1-13
减弱磁通调速法
U R n T n n 0 2 e K K K （3-3） e e m
• 理想空载转速 n 0 将随 增大。 的减少而
1-14
减弱磁通调速法
1-4
第一节
直流电动机控制基础
• 直流伺服电机的分类 直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他 励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁 合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷 绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、 转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增 量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不 同品种。
（3-5）
1-23
2. 静差率
• 当系统在某一转速下运行时，负载由理 想空载增加到额定值时电动机转速的变 化率，称为静差率s。
• 用百分数表示 s
nN s n0
电机速度开环控制和闭环控制
实验三十三 电机速度开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、 实验原理1．直流电机速度的控制直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。
三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。
本实验采用电枢控制方式，如图33-1所示。
本实验装置为一套小功率直流电机机组装置。
连接于被控制电机的输出轴的是一台发电机，发电机输出端接电阻负载，调节电阻负载即可调节被控制电机的输出负载。
发电机输出电压兼作被控电机速度反馈电压。
2． 开环控制和闭环控制由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。
扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。
闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。
闭环控制原理方框图如图33-2。
当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。
采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。
因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。
E图33-1直流电机速度的电枢控制方式图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图33-3。
图33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差式中： 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数；)(11s G G =)(22s G G = 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数；)(s G G c c = 为顺馈控制通道传递函数；R 为指令输入，即希望的电机速度；C 为输出被控量，即被控电机的输出速度；E 为系统的稳态误差；D 为系统的扰动输入，即电机的负载。
由扰动到输出的传递函数可知，扰动引起的稳态误差为D G G G G GE c R 212101)1(++−== （33-1） 当选择顺馈回路传递函数为 11G G c −= （33-2） 时，有00==R E ，即扰动对输出没有影响。
直流电机速度控制原理
直流电机速度控制原理直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业、交通、家电等领域。
在许多应用场景中，需要对直流电机的转速进行精确控制，以满足不同的工作需求。
本文将介绍直流电机速度控制的原理以及常用的控制方法。
1. 直流电机基本原理直流电机是利用电磁感应原理将电能转换为机械能的装置。
当直流电流通过电机的定子线圈时，会在定子中产生磁场。
同时，通过电机的转子线圈也会有电流流过，由于磁场的作用，转子会受到力的作用而旋转。
2. 速度控制原理直流电机的速度控制一般是通过改变电机输入电压或改变定子电流来实现的。
下面介绍几种常见的速度控制方法：（1）电压控制方法通过改变直流电机的输入电压来控制其转速。
当提高电压时，电机的转速也会相应增加；当降低电压时，电机的转速会减小。
这种方法简单直接，但是受限于电源电压的范围。
（2）PWM控制方法PWM（Pulse Width Modulation）控制方法是一种通过改变脉冲宽度来控制电机转速的方法。
通过不断改变脉冲的占空比，即高电平时间与周期的比值，可以控制电机的平均输入电压，从而实现转速的控制。
这种方法可以在宽范围内进行调节，控制精度高。
（3）电流控制方法直流电机的转矩和转速之间存在一定的关系，通过改变电机的定子电流，可以实现对转速的控制。
当增加定子电流时，电机的转速会增加；当减小定子电流时，电机的转速会减小。
这种方法适用于需要在较低速度范围内进行控制的情况。
3. 速度控制系统直流电机的速度控制一般由控制器、传感器和执行器等组成。
控制器负责接收输入的控制信号，并根据信号进行处理，控制输出电压或电流；传感器用于检测电机的转速或位置信息，并将其反馈给控制器；执行器根据控制信号调整电压或电流，控制电机的转速。
4. 应用领域直流电机的速度控制广泛应用于各个领域。
在工业领域，直流电机的速度控制可以用于机床、输送机、印刷机等设备中，以满足不同工艺要求；在交通领域，直流电机的速度控制可以用于电动车、电动机车等交通工具中，提供精确的速度调节；在家电领域，直流电机的速度控制可以用于洗衣机、空调等家电产品中，提供更好的用户体验。
直流电机速度如何调节控制【详解】
直流电机的基本原理是将直流能量转换为机械能的设备。
当载流电枢通过注释器段连接到电源端时，将电刷放置在永久性或电磁性的南北极内。
通过使用这些电磁体，其工作原理取决于弗莱明的左手定则，以确定作用在直流电机电枢导体上的力的方向。
直流电机的速度可以通过改变磁通量，电枢电阻或施加的电压来改变。
存在用于不同直流并联的不同速度控制方法和串联方法。
直流电机速度控制使电动机能够适应负载的变化。
设计经常是有损的，或者它们只能提供受控参数的粗略增量。
直流电机速度控制在串联直流电机中通过三种方式来实现速度调节：助焊剂控制方式，电压控制和电枢电阻控制。
1、助焊剂控制方式在助焊剂控制方式中，变阻器与励磁绕组串联连接。
此组件的目的是增加绕组中的串联电阻，这将减小磁通量，从而提高电机的速度。
电机的速度与磁通量成反比。
因此，通过减小通量和速度，反之亦然。
为了控制磁通量，将变阻器与励磁绕组串联添加会提高速度（N），因为该磁通量会减小。
因此，励磁电流相对较小，因此降低了I2R损耗。
助焊剂控制方式因此，在上述的这种方式中，可以通过减小磁通量来提高速度，因此提出了一种用该方式减小磁通量的方法，而在最大速度下采用了一种方式，因为磁通量的弱化将超出限制，对换向器产生不利影响。
2、电压调整方式可变调节方式通常用于并联直流电机中。
也两种方式可以实现电压调节控制：将并联磁场连接到固定的励磁电压，同时为电枢提供不同的电压（也称为多电压控制）改变提供给电枢的电压。
在这种方法中，将外部电阻添加到电枢电路中。
励磁绕组直接与电源相连。
因此，励磁电流将保持不变。
而且，如果外部电阻变化，通量将保持不变。
根据速度方程，电枢电流与电动机速度成正比。
如果外部电阻值增加，则电枢电流减小。
因此，速度降低。
3、电枢电阻控制方式电枢电阻控制基于电机的速度与反电动势成正比。
如果电源电压和电枢电阻保持恒定值，则电机的速度将与电枢电流成正比。
在电枢控制方式中，直流电机的速度与反电动势（Eb）成正比，并且Eb = V-IaRa。
基于单片机pid算法的直流电机速度控制方法
基于单片机pid算法的直流电机速度控制方法基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法是一种常用的技术，其基本原理是通过调节PWM（脉宽调制）信号的占空比来控制电机的输入电压，从而实现电机的速度控制。
以下是基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法的基本步骤：1.设定目标速度：首先，需要设定电机的目标速度。
这可以通过按键或其他输入设备来实现。
2.采集实际速度：为了实现精确的控制，需要实时获取电机的实际速度。
这可以通过在电机转轴上安装光电编码器或霍尔传感器来实现，这些传感器可以实时检测电机的转速并将其转换为电信号。
3.计算偏差：单片机通过比较目标速度和实际速度，计算出速度偏差。
如果实际速度小于目标速度，偏差为负；反之，偏差为正。
4.应用PID算法：单片机使用PID算法来处理速度偏差。
PID控制器通过比例、积分和微分三个环节来计算控制量，以尽可能消除偏差。
具体的PID参数（如Kp、Ki、Kd）可以根据实际情况进行调整，以获得最佳的控制效果。
5.生成PWM信号：基于PID控制器的输出，单片机生成PWM信号来调节电机的输入电压。
占空比决定了电机输入电压的大小，进而影响电机的转速。
6.实时调整：在整个控制过程中，单片机不断采集电机的实际速度，计算偏差，并调整PWM信号的占空比，以使电机尽可能接近目标速度。
7.显示和保存数据：为了方便调试和观察，可以通过单片机的显示屏实时显示电机的实际速度和偏差。
此外，也可以将重要的数据保存在单片机的内部或外部存储器中。
8.安全保护：为了防止电机过载或意外事故，单片机应具备安全保护功能。
例如，当电机实际速度超过设定速度一定时间时，单片机应自动切断电源或发出报警信号。
基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法具有精度高、稳定性好、适应性强等优点，广泛应用于各种需要精确控制电机速度的场合。
直流电动机的三种调速方法
直流电动机的三种调速方法嘿，你知道直流电动机不？那家伙可有三种超厉害的调速方法呢！咱先说说调压调速吧。
这就好比开车时控制油门大小，通过改变电压来调节电机转速。
步骤嘛，就是用调压器啥的来改变加到电机上的电压。
那可不得注意别把电压调得太高或太低，不然电机可能就耍脾气不干啦！安全性方面呢，得确保调压器稳定可靠，别整出啥电火花吓人一跳。
稳定性也很重要呀，要是电压波动大，电机转速也跟着乱晃悠可不行。
这种方法在需要精确控制转速的场合很管用，比如一些精密加工设备。
就像雕刻大师手里的刻刀，得稳稳地控制速度才能雕出精美的作品呢！再说说调磁调速。
这就像驯马师控制马的缰绳，通过改变磁场强度来调速。
步骤就是调整励磁电流。
但可得小心别把磁场调得太弱，不然电机没力气干活啦！安全性上要注意防止磁场突然变化对周围设备的影响。
稳定性方面呢，励磁电流得稳定，不然电机转速也会忽上忽下。
这种方法在需要大范围调速的场合有优势，比如起重机啥的。
想象一下，起重机吊起重重的货物，得根据不同情况灵活调整速度，调磁调速就派上用场啦！还有串电阻调速。
这就像给跑步的人加上不同重量的沙袋，通过在电路中串入电阻来改变电机转速。
步骤就是选择合适的电阻接入电路。
可别乱串电阻，不然电机可能累趴下。
安全性要注意电阻别过热起火。
稳定性嘛，电阻得选得合适，不然转速不稳定。
这种方法在一些简单的调速场合挺好用，比如小风扇啥的。
就像夏天的小风扇，根据自己的需要调整风速，串电阻调速就能搞定。
总之，直流电动机这三种调速方法各有千秋。
根据不同的需求选择合适的方法，就能让直流电动机乖乖听话，为我们服务。
咱可得好好利用这些方法，让生活变得更美好呢！我的观点结论就是：直流电动机的三种调速方法都有其独特之处和适用场景，只要用得好，就能发挥大作用。
直流电机调速公式
直流电机调速公式
直流电机调速是指通过调节电机的输入电压或电流来控制电机的转速。
在工业领域，直流电机广泛应用于各种设备和机械中，如电动机车、电梯、风机等。
掌握直流电机调速公式是电气工程师的基本技能之一。
直流电机调速公式基于电机的电磁转矩与负载转矩之间的平衡关系。
电机的电磁转矩与电机的磁场强度和电流有关。
磁场强度与电机的磁铁强度和电流成正比，电流与电机的输入电压或电流成正比。
因此，我们可以得到如下的直流电机调速公式：
转速 = (输入电压 × 磁场强度) / 负载转矩
在实际应用中，为了更精确地控制电机的转速，我们通常会根据具体的系统需求进行一定的修正和调整。
比如，可以通过增加反馈回路来实现闭环控制，将实际转速与期望转速进行比较，进而调整输入电压或电流，使得实际转速逐渐趋近于期望转速。
还可以根据具体的负载特性和系统要求，选择合适的电机调速方法。
常用的直流电机调速方法包括电阻调速、电压调速、电流调速和PWM调速等。
这些调速方法都有各自的特点和适用范围，工程师需要根据具体情况进行选择和应用。
总结一下，直流电机调速公式是通过调节电机的输入电压或电流来控制电机的转速。
通过合理选择调速方法和调节参数，可以实现对
直流电机的精确控制。
这对于提高设备运行效率、降低能耗以及保护设备和负载都具有重要意义。
电气工程师应该熟练掌握直流电机调速公式，并在实际工程中灵活应用，以提高设备的性能和可靠性。
直流电机的控制方法
直流电机的控制方法直流电机作为一种常见的电机类型，广泛应用于工业和家用电器中，其控制方法多种多样。
下面我将详细介绍主要的直流电机控制方法，包括直流电机的速度控制和转矩控制。
一、直流电机的速度控制方法：1. 电压控制法：直流电机的速度与电枢电压成正比，因此可以通过改变电枢电压来实现电机的速度控制。
常见的实现电压控制法的方法有以下几种：- 稳压变频：利用能量转换设备将电网的交流电转换为直流电，并通过逆变器将直流电转换为交流电，再将其输出到直流电机上。
通过改变逆变器的输出频率和电压大小来控制直流电机的转速。
- 变阻控制：通过改变电枢电路中的电阻来改变电枢电压，从而实现直流电机的速度控制。
这种方法简单易行，但效率较低，能耗较大。
- 自励电压反馈控制：利用自励电压的反馈信号将直流电机的转速控制在设定值范围内，采用PID控制或者模糊控制的方法进行调节。
2. 电流控制法：直流电机的速度与电枢电流成反比，因此可以通过改变电枢电流来实现电机的速度控制。
常见的实现电流控制法的方法有以下几种：- 稳流变频：通过改变逆变器输出电压的频率和幅值，从而控制直流电机的电流大小，从而达到控制速度的目的。
- 直流电机与电阻串联：通过在直流电机的电枢电路中串联一个可变电阻，调节电压大小以改变电枢电流，进而控制电机的速度。
- 直流电机与电压反馈：通过检测电机的电压，利用电压反馈控制方法调节输出的电流，从而实现速度控制。
二、直流电机的转矩控制方法：1. 电枢电压控制法：直流电机的转矩与电枢电压成正比，因此可以通过改变电枢电压来实现电机的转矩控制。
常见的实现电枢电压控制法的方法有以下几种：- 稳压变频：通过改变逆变器的输出频率和电压大小，从而控制直流电机的转矩。
- 电压比例控制：利用直流电机的转矩与电枢电压成正比的特性，在控制系统中设定一个电压转矩比例，根据系统的需求调节电枢电压。
2. 电流控制法：直流电机的转矩与电枢电流成正比，因此可以通过改变电枢电流来实现电机的转矩控制。
直流电机的速度控制
EDA课程设计报告直流电机的PWM调速一、概述直流电动机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，可实现频繁的快速起动、制动和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
电动机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方向之一。
采用微机控制后，整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。
由于CPLD/FPGA性能优越，具有较佳的性能价格比，所以在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。
PWM 调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点：由于PWM 调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流，低速特性好；同样，由于开关频率高，快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带；开关器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率高。
二、PWM调速的原理图（1）图（1）是全桥型的电机驱动电路，利用的是三极管的电流放大来驱动电机。
从图上我们可以看到当Q4和Q3导通时，电机正转；当Q1和Q2导通时，电机反转。
设电机速度从静止开始加速，如图（2）所示，首先Q3，Q4必须维持导通一段时间，此时电机所承受的电压约为供电电压U，称之为强加速。
待速度接近目标速度时，加速可以减缓，此时Q3，Q4和Q1，Q2轮流导通，只是Q3，Q4在一个周期内所导通的时间ton比Q1，Q2导通的时间t off 长一些，在此称为弱加速。
任何时刻，电机所承受的平均电压UO，表示为 UO= U×(ton -toff)( ton+toff)。
如果速度已经达到目标，便可以调整toff和ton的时间比例使之相等，此时平均电压为0，是定速控制。
由此可知，平均电压若为正值时，是加速控制；负值时是减速控制；为零时即达到匀速。
图（2）三、程序的设计在整个程序设计中，我们可以把他分成几个部分1、PWM波形的产生LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY PWM ISPORT ( CLK : IN STD_LOGIC;U_D ,D_D: IN STD_LOGIC;CQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END PWM;ARCHITECTURE ONE OF PWM ISSIGNAL CQI : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1' THENIF U_D = '1'AND D_D = '0' THENIF CQI = 255 THEN CQI <= "11111111";ELSE CQI <= CQI + 1;END IF;ELSIF U_D = '0'AND D_D = '1' THENIF CQI=0 THEN CQI <= "00000000";ELSE CQI<= CQI-1;END IF;ELSE CQI <= CQI;END IF;END IF;END PROCESS;CQ <= CQI;END PROCESS ;END ONE;上述程序中，一个PWM周期由256个时钟周期clk组成。
直流电机调速控制系统设计
直流电机调速控制系统设计1.引言直流电机调速控制系统是一种广泛应用于工业生产与生活中的电气控制系统。
通过对直流电机进行调速控制，可以实现对机械设备的精确控制，提高生产效率和能源利用率。
本文将介绍直流电机调速控制系统的设计原理、控制策略以及相关技术。
2.设计原理直流电机调速控制系统的基本原理是通过调整电压或电流来改变电机的转速。
在直流电机中，电压和电流与转速之间存在一定的关系。
通过改变电压或电流的大小，可以实现对电机转速的调节。
为了实现精确的调速控制，通常采用反馈控制的方式，通过测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流，以达到期望的转速。
3.控制策略开环控制是指在没有反馈的情况下，直接控制输出电压或电流的大小，来实现对电机转速的调节。
开环控制的优点是简单、成本低，但缺点是无法考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，使得控制精度较低。
闭环控制是指在有反馈的情况下，测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流。
闭环控制的优点是能够考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，提高控制精度。
常用的闭环控制策略有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
其中，PID控制是最为常用的一种控制策略，具有调节速度快、控制精度高的优点。
4.相关技术在直流电机调速控制系统的设计中，还需要用到一些相关的技术，如编码器、传感器和驱动器等。
编码器是一种测量旋转角度和速度的装置，可以用来测量电机的转速。
根据编码器的测量结果，可以对电机进行控制。
传感器可以用来检测电机的电流、电压和转速等参数，以获得电机的实时状态。
通过对这些参数的测量和分析，可以实现对电机转速的控制。
驱动器是将控制信号转换为电机运行的电路，可以根据输入的电压或电流信号控制电机的运行状态。
5.总结直流电机调速控制系统是一种重要的电气控制系统，可以实现对机械设备的精确控制。
在设计过程中，需要合理选择控制策略和相关技术，以实现期望的控制效果。
通过不断的研究和实践，可以进一步提高直流电机调速控制系统的性能和稳定性，满足不同领域的需求。
直流电机速控制系统设计
直流电机速控制系统设计直流电机速控制系统是指通过调整电机输入电压或者电流，以控制电机的转速。
直流电机速控制系统广泛应用于工业生产中，可以实现电机的精确控制和稳定运行。
本文将从系统需求分析、控制策略选择、系统设计以及系统优化等方面对直流电机速控制系统进行详细分析和设计。
一、系统需求分析1.系统功能要求：实现电机的速度控制，在给定运行速度的情况下，保持电机的稳定运行。
2.系统性能要求：实现速度控制的精度高、响应快、稳定性好。
3.系统安全性要求：确保系统工作时稳定可靠，避免出现电机过载或者损坏等问题。
二、控制策略选择在直流电机速度控制系统设计中，常见的控制策略有PID控制策略、模糊控制策略和神经网络控制策略。
1.PID控制策略：PID控制器通过对比目标速度和实际速度，计算出电机的控制输出，具有调节速度的精度高、响应快、稳定性好的特点。
2.模糊控制策略：模糊控制器通过模糊化输入输出变量，并且根据模糊规则进行推理和解模糊处理，从而实现对电机速度的控制。
3.神经网络控制策略：神经网络控制器通过学习和训练神经网络模型，根据输入的实时电机速度信息，输出控制信号，实现精确的电机速度控制。
三、系统设计在直流电机速度控制系统设计中，需要考虑到电源管理、传感器选择、控制器设计等方面的内容。
1.电源管理：选择合适的电源供应电路，根据电机的额定电压和电流，选择适当的电源类型和功率，确保电机的稳定工作。
2.传感器选择：选择合适的速度传感器，可以采用光电编码器、霍尔传感器等，用于实时测量电机的速度信息，并作为反馈信号输入给控制器。
3.控制器设计：设计合适的控制算法和电路结构，根据控制策略选择PID控制器、模糊控制器或者神经网络控制器，并且实现控制输出与电机输入电压或者电流的转换。
四、系统优化1.参数调整：根据实际情况，通过调整PID控制器的参数，可以达到更好的控制效果。
常用的调参方法有试错法、遗传算法等。
2.响应速度提升：通过提高控制器计算速度、减少控制器延时等方法，可以提高系统的响应速度。
直流电动机速度控制设计.
第一章：概述直流电动机是人类发明最早和应用的一种电机。
与交流电机相比，直流电机因结构复、维护苦难，价格昂贵等缺点制约了它的发展，应用不及交流电机广泛。
但由于直流电动机具有优良的启动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。
转速调节的主要技术指标是：调速范围D和负载变化时对转速的影响即静差率，以及调速时的允许负载性质等（静差率就是表示在负载变化时拖动装置转速降落的程度。
静差率越小，表示转速稳定性越好，对生产机械，如机床加工的零件，其加工的精度及表面光洁度就越高）。
而直流电动机的突出优点是恰好是能在很大的范围内具有平滑，平稳的调速性能，过载能力较强，热动和制动转矩较大。
因此，从可靠性来看，直流电动机仍有一定的优势。
调节直流电动机转速的方法有三种：（１）电枢回路串电阻；（２）改变励磁电流；（３）改变电枢回路的电源电压；而本文从另一个角度来阐述直流电机的速度控制，即利用自动控制中的反馈来调节电机的平稳运行以达到各项性能指标。
第二章：系统数学模型本系统的简化方框图为：其对应的原理图为：控制系统的被控对象为电动机（带负载），系统的输出量是转速w ，参数亮是Ui 。
控制系统由给定电位器、运算放大器1（含比较作用）、运算放大器2（含RC 校正网络）、功率放大器、测速发电机、减速器等部分组成。
工作原理为：当负载角速度ω和电动机角速度m ω一致的时候，反馈电压为0，电机处于平衡状态即电动机运行稳定。
当负载的角速度收到干扰的作用时，ω和m ω失谐，控制系统通过反馈电压的作用来改变m ω直到达到新的一致使系统恢复稳定，电机稳定运行。
2.1直流电动机的数学模型：直流电动机的数学模型。
直流电动机可以在较宽的速度范围和负载范围内得到连续和准确地控制，因此在控制工程中应用非常广泛。
直流电动机产生的力矩与磁通和电枢电流成正比，通过改变电枢电流或改变激磁电流都可以对电流电机的力矩和转速进行控制。
图2.2是一个电枢控制式直流电动机的原理图。
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目录摘要 (II)第1章绪论 (1)第2章系统论述 (3)2.1 总体方案 (3)2.2 基本原理 (3)2.3 原理框图 (3)第3章系统的硬件设计 (5)3.1 单片机最小系统的设计 (5)3.2 电源电路设计 (6)3.3 直流电机驱动电路设计 (7)3.4 显示模块设计 (8)3.5 按钮电路设计 (8)3.6 元件参数选择 (9)第4章系统的软件设计 (11)4.1 总体方案 (11)4.2 相关软件介绍 (12)4.3 应用软件的编制、调试 (13)第5章仿真结果与分析 (14)5.1仿真电路图 (14)5.2 仿真结果 (14)第6章总结 (17)参考文献 (18)附录A：系统整体硬件电路图 (19)附录B：程序代码 (20)摘要当今，计算机控制系统已经在各行各业中得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电器传动的主流在现代化生产中起着主导作用。
由于生产过程的不同要求，需要电动机进行不同转速的运转。
为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电动机控制系统有着十分重要的显示意义。
本设计主要运用AT89C51单片机为核心硬件，对直流电动机进行速度控制。
并且辅助以硬件部分的驱动、复位、LED显示等电路，软件部分对AT89C51进行模块化程序的输入，通过按钮控制，实现对直流电动机的正转、反转、加速、减速和停止等控制功能。
同时，由LED与电动机转速显示控制效果。
利用AT89C51芯片进行低成本直流电动机控制系统设计，简化系统构成、提高系统性能，满足了生产要求。
关键词：计算机控制 AT89C51单片机直流电动机第1章绪论随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。
为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。
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。
直流电动机有良好的起动、制动性能, 宜于在广范围内平滑调速, 至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域中仍有广泛的应用。
直流调速系统在不断发展, 尤其是近年来, 国内外各厂家竞相推出全数字直流调速装置, 使得直流调速系统在理论和实践方面都迈上了一个新的台阶。
以往的直流调速装置是全模拟式设备。
变电压调速是直流调速的主要方法,常用晶闸管可控整流器做可控直流电源。
这些旧设备急待更新改造。
另外,目前高等院校的电力拖动自动控制系统的实验教学,还采用全模拟式的实验设备, 尚无适合于教学的全数字式直流调速实验装置,有待于开发。
直流电动机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、急停和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。
采用微机控制后，整个调速系统实现自动化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。
由于单片机性能优越，具有较佳的性能价格比，所以单片机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。
PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点：由于PWM 调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流，低速特性好：同样，由于开关频率高，快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带；开关器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率高。
通过单片机来实现电机调整有多种途径。
相对于其他用硬件或者硬软结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM 用纯软件的方法来实现调速过程，具有更大的灵活性和更低的成本，能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。
对于软件，采用计数法加软件延时法进行设计的思路，为采用纯软件对电机速度的平滑调节提供了一种不错的解决方案，经过在“油辊电机控制系统”中的实际应用证明，能够取得满意的效果。
本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。
本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、急停等操作。
并实现电路的仿真。
为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。
设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。
第2章系统论述2.1 总体方案直流电机PWM控制系统的主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，调整电机的转速，还能方便的读出电机转速的大小，实现电机的智能控制。
其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。
该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路，这部分电路主要由89C51单片机和一些电容、晶振组成。
输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
控制部分：主要由89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。
显示部分由SM410564四位共阳数码管组成显示模块；LED数码显示部分由七段数码显示管组成。
直流电机PWM 控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
2.2 基本原理1）主体电路：直流电机PWM控制模块：这部分电路主要由89C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。
此外，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。
其间是通过89C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。
2）各部分电路模块的组成：（a）设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
（c）设计控制部分：主要由89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
（b）设计显示部分：是直接采用SM410564四位共阳数码管组成显示模块。
3）直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
2.3 原理框图1）系统组成：如图2-1所示图2-1 直流电机PWM调速方案2）方案说明：直流电机PWM调速系统以AT89C51单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转控制；同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LED显示模块去显示，从中不仅能读取其速度，而且能知道它的转向。
第3章系统的硬件设计3.1 单片机最小系统的设计1）单片机AT89C51：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦出只读存储器的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术，与工业标准MCS-51指令集合输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。
2）复位电路及时钟电路：复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。
两种常用复位电路：上电复位和手动复位。
其中：上电复位，如图3-1所示；手动复位，如图3-2所示。
图3-1 上电复位图3-2 手动复位有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。
所以本次设计选用手动复位。
高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有利于实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。
但是高速对系统的要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。
考虑到单片机本身用于控制，而并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。
合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处。
本次设计选取12.0M无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚。
并联2个30pF陶瓷电容帮助起振。
单片机最小系统如图3-3所示：图3-3 单片机最小系统 3.2 电源电路设计直流稳压电源的基本原理：直流稳压电源一般有电源变压器T 、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图3-4所示。
Ut 0U t 0U t 0U t0电源变压器整流电路滤波电路稳压电路U1U0图3-4 直流电源原理1）电源变压器T ：将220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui ，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n ，式中n 是变压器的效率。
2）整流电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
3）滤波电路：各滤波电路C满足RL-C=（3~5）T/2，式中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
4）稳压电路:常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。
二者的工作原理有所不同。
稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。
它一般适用于负载电流变化较小的场合。
串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。
集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。
3.3 直流电机驱动电路设计由于单片机P3口输出的电压最高才有5V，难以直接驱动直流电机。
所以我们需要使用恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N来驱动电机。
本设计所采用的L298N，可接受标准TTL逻辑电平信号VSS ，VSS可接4.5～7V电压。
4脚VS 接电源电压，VS电压范围VIH为＋2.5～46V，输出电流可达2.5A，可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机，连接于OUT1和OUT2端口之间（电动机在子图中未画出）。
此外，5，7脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
EnA ，EnB接控制使能端，控制电机的停转。
同时，需要加四个二极管在电机的两端，防止电机反转的时候产生强大的冲击电流烧坏电机。