直流电动机测速装置
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的装置。
它的工作原理基
于法拉第电磁感应定律，即在一个导体内，当磁通量发生变化时，就
会产生感应电动势。
直流测速发电机的结构包括转子、定子和磁场系统。
其中，转子是由
永磁体和轴承组成的旋转部分；定子是由线圈和铁芯组成的固定部分；磁场系统则是由永磁体和铁芯组成的。
当转子旋转时，永磁体在定子线圈周围产生一个恒定的磁场。
如果此
时有导体穿过这个恒定磁场，就会在导体内产生感应电动势。
但是，
仅靠这个恒定的磁场无法产生稳定的电压输出。
因此，在直流测速发电机中还需要加入一个可变磁场来增强感应电动势。
这个可变磁场是通过在永磁体上加上一些线圈来实现的。
当这些
线圈通电时，它们会在永磁体周围产生一个可变的辅助磁场。
当转子旋转时，导体就会穿过这个恒定磁场和可变磁场，从而产生感
应电动势。
这个感应电动势会通过导线输出，可以用来驱动负载或充
电电池。
需要注意的是，在使用直流测速发电机时，必须保证转子的旋转速度足够快，才能产生稳定的电压输出。
因此，在实际应用中，通常需要使用齿轮或皮带等机械传动装置来提高转速。
总之，直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的装置，其工作原理基于法拉第电磁感应定律。
通过在永磁体上加入可变线圈来增强感应电动势，并通过导线输出产生的电压。
在实际应用中需要保证转子足够快的旋转速度才能产生稳定的输出。
直流、交流测速发电机的工作原理
直流、交流测速发电机的工作原理来源：机械专家网发布时间：2010-03-20 机械专家网一、直流测速发电机：1、直流测速发电机的工作原理：在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。
显然输出电压与转速成正比。
2. 误差分析直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。
从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显著，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。
（2）温度的影响如果直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通减小，输出电压减小，特性斜率减小。
温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。
可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。
（3）接触电阻如果电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻，那么输出电压受接触电阻压降影响总是随负载电流变化而变化，当输入的转速较低时，接触电阻较大，使此时本来就不大的输出电压变得更小，造成的线性误差很大；当电流较大的，接触电阻较小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。
另外，直流测速发电机输出的是一个脉动电压，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响。
二、交流测速发电机：交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。
在实际应用中异步测速发电机使用较广泛。
交流异步测速发电机工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。
空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90°电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。
直流电机测速系统课程设计
西安邮电学院单片机课程设计报告书题目：电机测速系统院系名称：自动化学院学生姓名：专业名称：自动化班级：自动XXXX班时间：20XX年X月X日至 X月XX日电机测速系统一、设计目的随着科技的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。
在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。
为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。
因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。
二、设计要求1.用按键控制电机起停；2.电机有两种速度，通过按键来改变速度；3.通过数码管显示每分钟或每秒的转速。
四、设计方案及分析（包含设计电路图）1． STC89C52单片机介绍STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
（1）单片机最小系统单片机最小系统电路如图所示，由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。
单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。
图单片机最小系统（2）晶振电路（3）复位电路复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC 初始化为0000H ，使单片机从0000H 单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。
2. ST151光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。
4.1直流测速电动机
任务一 认识速度传感器
一、测速发电机传感器的要求
测速发电机(tachogenerator)是一种检测机械转速的电磁装置。就是
把转子转速转换为电压信号的机电式元件。它的输出电压与转速成正比关系， 即Ua=Kn。
如图4-1所示。
目录
任务一 认识速度传感器
测速发电机的输出电压能表征转速，因而可用来测量转速；测速发 电机的输出电压正比于转子转角对时间的微分，在解算装置中可以把 它作为微分或积分元件。
磁通反向， 因此合成磁场的磁通密度在半个极下是加强了， 在另外半个极
下是削弱了， 如图 (c)所示。 由于电枢磁场的存在， 气隙中的磁场发生畸变
， 这种现象称为电枢反应。
目录
•
如果电机的磁路不饱和(即磁路为线性)， 磁场的合成就可以应用叠加
原理。 例如， N极右半个极下的合成磁通等于 1/2 主磁通与 1/2 电枢磁通之
•
4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，
并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
• 转子部分：
•
转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等
。
•
1）电枢铁心：电机主磁路的一部分，用来嵌
• 放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中
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磁场， 图 c是主磁场和电枢磁场的合成磁场。
目录
直流电机磁场
目录
•
磁场的分布在电机学中已作了分析，磁场的分布如图 (a)所示。电枢
电流所产生的磁场如图 (b)所示。由图 (b)可以看出， 在每个主磁极下面，
电枢磁场的磁通在半个极下由电枢指向磁极， 在另外半个极下则由磁极指
西门子直流调速装置的设计特点
西门子直流调速装置的设计特点1 西门子应用较广的直流调速装置是6RA70系列与6RA24系列。
2 流调装置6RA70与6RA24的区别（1）6RA24单机额定电流最大1200安培，6RA70单机额定电流最大2000安培。
（2）6RA24单机励磁电流最大30安培，6RA70单机励磁电流最大40安培，（3）6RA24基本装置具有8个开关量输入口，8个开关量输出口，4个模拟量入口，4个模拟量输出口。
6RA70基本装置具有4个开关量输入口，4个开关量输出口，2个模拟量输入口，2个模拟量输出口。
但6RA70装置可选择CUD2、EB1、EB2端子扩展板。
（4）一般来讲，6RA70基本装置即不加CUD2，S00等件）比6RA24基本装置价低。
（5）6RA70装置的通讯板、工业板及端子扩展板与6SE70系列可以通用。
（6）6RA70基本装置可选用OP1S舒适型操作面板，可存贮多套参数。
3 西门子6RA70系列与6RA24系列直流调速装置是全数字直流调速产品4 应用-6RA70 SIMOREG DC MASTER系列整流器为全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可为变速直流驱动提供电枢和励磁供电，额定电枢电流从15A至2000A。
紧凑型整流器可以并联连接，提供高至10000A的电流，励磁电路可以提供最大40A的电流（此电流取决于电枢额定电流）。
5 设计我们选用6RA7081型装置整流器以其紧凑和节省空间的结构为特色，由于独立的部件容易拿在手中，其紧凑式设计使它们特别容易保养与维护，电子板箱包含基本电子电路和任何附加板。
所有SIMOREG DC MASTER装置均配备一个安装在整流器门上的简易操作面板PMU，面板由一个5位，7段显示，作为状态显示LED 和三个参数化键组成。
PMU也具有根据RS232或RS485标准同USS 接口的连接器X300。
操作面板提供了为了启动整流器所需进行的调整和设定及测量值显示的所有手段。
514C直流调速装置
当电流过载达到1 . 5 倍额定电流时，故障检测电路发出报警信
号，并在发生过载后切断电源，以对电动机进行保护。而在发生短路时， 系统可在瞬间实现过电流跳闸，以对调速装置进行有效的保护。
5 14C 系列调速装置主要技术参数如下:
额定输人主电源电压：交流（110 一480V ）士10 % V 。 电源频率：50 / 60 Hz 士5 Hz 。 辅助电源电压：交流110 / 120V 或 220 / 240V 士10 % V 。
系统动态特性的观察。用双踪慢扫描示波器观察并记录：
① 突加转速给定电压启动时电动机电枢电流Id 动态波形和转速n 动态波形，即Id-f (t) , n-f (t）的动态波形。 ② 正向启动一正向停车、反向启动一反向停车、正向启动运行一反向运行、反向启
动一正向运行时的Id-f (t) ,n-f (t）的动态波形。
辅助电源额定电流：3A （包括接触器线圈电流）。
514C面板示意图
514C主回路接线示演图(实训台)
514C控制回路接线示演图(实训台)
514C直流调速系统调试方法及试骤 (一) 通电前预置
(1) 按试题要求选泽正反转开关K(设定正转)。 (2) RUN运行带锁按钮开关SB1和ENABLE使能带锁按钮开关SB2 置均於断开状态。 (3) P1上升斜率电位器、P2下降斜率电位器、P8R负载变阻器调至最大值。
(二) 通电后预置
(1)合上220V单相电源开关QS，合上单相直流稳压电源开关QS1。 (2)电源调节分别调节RW1和RW2正反转速度给定电位器，使正反转 的给定电压表0～±10V均显示为零。 (3)用万用电表测7号端口，调节RW3电流限幅电位器为7.5V (也可 借用电压表1的线(13号端口) 拔出插入7号端口,调节RW3电流 限幅电位器使电压表1显示为7.5V，然后将线返回13号端口)。
单片机控制电动机调速测速器(修改) (2)
红外对管器件测转速
• 在本项目中，我们对转速的采集所采用的传感器 是红外对管。我们所采用红外对管的原因有如下 几点： • 1、红外对管的价格便宜。 • 2、红外对管的灵敏度虽然不是很高但完全能 够满足低压直流电机的速度采集。 • 3、红外对管的驱动和信号转换电路比较简单。
红外对管
• • 红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时 候的总称。红外线 在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。 所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外 线可分为两类：近红外线与远红外线。 红外线发射管红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、 940NM。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备， 875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。EG：红外线遥控器、光电开 关、光电计数设备等。 光敏接收管它是一个具有光敏特征的PN结，属于光敏二极管，具有单向导电性，因此工作时需加 上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流（暗电流）。此时光敏管不导通。当光照时,饱和 反向漏电流马上增加，形成光电流,在一定的范围内它随入射光强度的变化而增大。红外线接收管 红外线接收管功能与光敏接收管相似只是不受可见光的干扰，感光面积大，灵敏度高，属于光敏二 极管，一般只对红外线有反应。 红外线接收头就是在红外线接收管的基础上增加了 对微弱信号进行放大的处理的电路，类似与三极 管的放大效果。
目录 目录
第一章 任务与要求 第二章 硬件电路设计 第三章 软件设计
第一章 项目描述
单片机控制直流电动机调速，单片机属于前端的控 制级，只需要能够产生可调的PWM波形就可以，PWM 脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平 均电压，控制转速。驱动级，在控制级后。因为单片机 弱电不能直接驱动电机这样的强电，所以需要用功率开 关器件（如MOSFET等）来驱动电机。基本思路就是通 过弱电控制强电（本任务控制的为小型直流电动机）。 通过测速元件及LCD显示，在屏幕上能看到电机的转 速 ，这就是最简单的单片机调速测速器。 本设计以单片机为核心，应用红外传感器，电机驱 动电路和LCD显示来实现的。
直流测速发电机的工作原理
Ia
=
Ua RL
（3-4）
经化简后为
U a= Ea
−
U R
a L
Ra
Ua
=
Ea
1+
Ra RL
=
Ke
1+
Ra RL
n = Cn
（3-5）
式中
C
=
Ke
1+
Ra RL
C 为测速发电机输出特性的斜率。当不考虑电枢反应，且认为Φ、 Ra 和 RL 都能保持为常
数，斜率 C 也是常数，输出特性便有线性关系。对于不同的负载电阻 RL ，测速发电机输出特性
（1）输出电压与转速保持良好的线性关系； （2）剩余电压（转速为零时的输出电压）要小； （3）输出电压的极性和相位能反映被测对象的转向； （4）温度变化对输出特性的影响小； （5）输出电压的斜率大，即转速变化所引起的输出电压的变化要大； （6）摩擦转矩和惯性要小。 此外，还要求它的体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通讯的干扰小、噪声 小等。
1
此外，还有性能和可靠性更高的无刷测速发电机。
§3-2 直流测速发电机
一、直流测速发电机的型式 直流测速发电机实际上是一种微型直流发电机。按励磁方式可分为两种型式。 １．电磁式 表示符号如图 3-2（a）所示。定子常为二极，励磁绕组由外部直流电源供电，通电时产生 磁场。目前，我国生产的 CD 系列直流测速发电机为电磁式。 2．永磁式 表示符号如图 3-2（b）所示。定子磁极是由永久磁钢做成。由于没有励磁绕组，所以可省 去励磁电源。具有结构简单，使用方便等特点，近年来发展较快。其缺点是永磁材料的价格较 贵，受机械振动易发生程度不同的退磁。为防止永磁式直流测速发电机的特性变坏，必须选用 矫顽力较高的永磁材料。目前，我国生产的 CY 系列直流测速发电机为永磁式。
测速发电机
3-1何为测速发电机？答：测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。
它能把机械转速变换成电压信号输出，其输出电压与输入的转速成正比关系。
3-2．何为直流测速发电机的输出特性？在什么条件下是线性特性？产生误差的原因有哪些?答：输出电压与转速之间的关系称为直流测速发电机的输出特性；当不考虑电枢反应，且认为Φ、a R 及L R 都不变时，输出电压 a U 与转速成线性关系，即直流测速发电机的输出特性是线性特性。
产生误差的原因：电枢反应的影响、电刷接触电阻的影响、电刷位置的影响、温度的影响、文波影响。
3-3为什么直流测速发电机在使用时转速不宜超过规定的最高转速?而负载电阻不能小于规定值?答：因为电枢反应和延迟换向的去磁效应使线性误差随着转速的增高或负载电阻的减少而增大。
因此，在使用时必须注意发电机的转速不能超过规定的最高转速，负载电阻不能小于规定的最小电阻值。
3-4．若直流测速发电机的电刷没有放在几何中性线的位置上，试问此时电机正、反转时的输出特性是否—样?为什么?答：当直流测速发电机带负载运行时，若电刷没有严格地位于几何中性线上，会造成测速发电机正反转时输出电压不对称，即在相同的转速下，测速发电机正反向旋转时，输出电压不完全相等。
因为，当电机正转时，电刷顺转子旋转方向偏离几何中性线，电枢直轴磁动势起去磁作用，使气隙磁通减小，电枢绕组的感应电动势减少，输出电压也随之减少；当电机反转时，电刷逆转子旋转方向偏离几何中性线，电枢直轴磁动势起增磁作用，使气隙磁通增加，电枢绕组的感应电动势增大，输出电压也随之增大；所以此时电机正、反转时的输出特性是不一样的。
3-5．为什么异步测速发电机的转子都用非磁性空心杯结构，而不用鼠笼式结构？ 答：根据结构特点笼形转子异步测速发电机输出斜率大，但线性度差，相位误差大，剩余电压高。
而空心杯形转子异步测速发电机的精度较高，转子转动惯量也小，性能稳定好。
因此，异步测速发电机的转子都用非磁性空心杯结构，而不用鼠笼式结构。
基于STM32的直流电动机测速系统设计
的发展，直流电机因其具有良好的启动、制动和调速性能，已经广泛运用于工业控制、机械制造、电力电子等领域。
在现代工业控制领域里，通常需要对电动机的转速进行准确有效的控制，而精确控制的前提是需要对电机转速进行准确的测量，目前对电机转速测量的主要方法有：接触式测量，需要把传感器安装在转轴上，测量不方便；光电非接触式测量，这种测量方法需要电机部分外露，对测量和安装带来极大的不便。
本系统采用非接触式直流电动机转速检测装置，无需对电机本身或内部进行改装固定，只需要在电机外部安装电磁感应探头，利用电机内磁场的变化就可以准确的测量电机的转速。
1 系统方案的设计本系统通过自制的电磁感应传感器采集电动机的转速，采集到的信号通过滤波电路、放大电路、比较电路整形之后，由STM32的计数器获取电机磁场变化频率，进而转化出电机的转速,由STM32处理后通过OLED显示电机的转速值等信息。
测量的线性和精度同样由硬件调试得到，软件作为精度补偿，通过STM32的线性算法和补偿算法来得到相当高的精度。
■1.1 主控器件的选择采用 STM32（STM32F103C8T6）作为核心控制，它具有多功能定时器、功耗低、速度高、稳定性强、性价比高等特点，既可以满足作品要求，同时也简化了外部电路。
具有最高72MHz 的 CPU 工作频率和很强的控制和运算能力，能够实现一些复杂的控制和运算功能，对与实现输出脉冲波有良好的周期精度，满足系统要求。
■1.2 显示屏的选择采用 OLED液晶屏。
此款液晶能使人机交互显得更加人性化，具有可触摸屏，功耗小，体积适中，非常适合于少感器难度大、但是采集精度高、对于任意电机的适用性强）。
传感器的信号随电机内磁场的变化而变化，所以感应电流和转速之间具有线性关系的，且容易通过硬件电路及程序算法进行校正。
（1）采用C型电感型探头（如图1）此传感器使用单一线圈对信号进行采集。
该电路的优点是采集信号的范围更广。
但是，当电机转速低时，电机供电电压低，电机产生的磁场弱，然而电路的噪声是一定的，此时C型探头接收到其他磁极的干扰也会增加，导致信号的信噪比不高，使后续电路的处理难度加大，且容易出现不稳定的触发。
直流电机转速测量仪
智能仪表设计基础课程设计课题名称直流电机转速测量仪学生姓名所在班级指导教师扬州大学能源与动力工程学院二〇一年九月总目录第一部分：任务书第二部分：课程设计报告第一部分任务书《智能仪表课程设计》课程设计任务书一、课题名称温度测量仪设计二、设计内容及设计要求利用Pt100热电阻作为测温元件，设计一个温度测量仪，具有下面的功能：1. 测量范围为0℃～500℃，精度误差小于1℃。
2. LCD液晶显示当前温度值和温度动态曲线3. 通过继电器通断控制温度范围45℃～85℃4. 具有RS232通信接口。
三、时间安排第一周：星期一～星期二：布置任务，熟悉资料，确定仪表的功能要求、性能指标。
熟悉实验板原理图和印刷板图。
星期三～星期五：进行仪表的方案选择，确定主要芯片、工作方式、输入输出信号的接口方式、键盘和显示方式、以及通信方式。
进行硬件设计和元器件选择，画出硬件原理图。
第二周：星期一～星期五：根据硬件原理图，焊接硬件电路；测试硬件电路的功能；软件设计，包括软件需求说明、软件结构框图、主要软件功能模块的流程图；编写程序。
第三周：星期一～星期三：调试程序，联调软件和硬件。
星期四～星期五：写课程设计报告。
四、应交成果应交成果包括：⏹纸质课程设计报告和电子文档；⏹硬件原理图的Protel99se文件，程序；⏹可以演示的硬件和软件成果。
五、课程报告内容课程设计报告应包括下列部分：⏹课程设计任务书⏹仪表的功能要求、性能指标要求。
⏹方案选择：提出多种方案，进行方案比较，说明选定方案的理由，描述硬件和软件的功能分工。
⏹硬件设计：包括硬件结构框图、原理图及其各个主要环节的工作原理说明，元器件选择的计算方法或者理由，利用提供的实验板焊接元器件。
⏹软件设计：首先提出软件的功能需求，然后进行软件的结构设计，再画出主要功能模块的软件框图。
⏹程序编写和调试。
⏹设计小结。
报告中硬件原理于用Protel99se画出，软件框图和程序流程图用Microsoft Visio画出。
直流测速发电机应用案例
直流测速发电机应用案例有关直流测速发电机特点、应用、控制的研究摘要：直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。
直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。
直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两种。
电磁式励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。
由于永磁式不需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应用较广。
关键词：直流测速发电机特点应用控制研究0引言:直流测速发电机是一种微型直流发电机，实质是一种转速测量传感器，将机械速度转变为电压信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件、校正元件等。
在恒速控制系统中，测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速成正比的信号电压作为反馈信号，以调节速度。
工作原理如图。
当被测装置带动发电机电枢旋转，电枢产生电动势Ea，其大小为Ea=KEφn发电机的输出电压为：U=Ea-RaIa=KEφn-RaIa又：Ia=U/RL故：U=(KEφ/1+ (Ra/RL))n可见，当励磁电压Uf保持恒定时，φ亦恒定，若Ra、RL不变，输出电压U的大小与转速n成正比（U=k n）。
对于不同的负载电阻RL，测速发电机输出特性的斜率有所不同，如图2。
由于电机电枢反应，使输出电压与转速有一定的线性误差。
RL越小、n越大，误差越大。
因此，应使RL和n的大小符合直流测速发电机的技术要求，以确保控制系统的精度。
2012年4月30日直流测速发电机的输出特性图为直流测速发电机在恒速控制系统中的应用图。
其中，直流伺服电动机S M拖动机械负载，要求负载转矩变动时，系统转速不变。
SM同轴连接直流测速发电机TG，将TG输出电压送入系统的输入端作为反馈电压Uf，且Uf与给定电压恒速控制系统原理图1直流测速发电机特点：自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。
据此，直流测速发电机在电气性能方面具有以下几项特点：3.1输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性； 3.2温度变化对输出特性的影响要小； 3.3输出特性的斜率要大；3.4输出电压的纹波要小，即要求在一定的转速下输出电压要稳定，波动要小；3.5正，反转两个方向的输出特性要一致，实际应用中一般都是不一致的，稍有差别； 3.6体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通信的干扰小、噪声小等特点。
直流测速发电机
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.2 电枢反应
1、电机的磁场
10
n
主磁场0
电枢磁场a
合成磁场
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.2 电枢反应
2、电枢反应
限制负载电阻最小值，并保持负载电阻的稳定；
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.3 延迟换向去磁 1、换向过程 2、延迟换向
15
3、延迟换向对特性的影响
4、减小误差的措施
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.3 延迟换向去磁 1、换向过程
定义：
I IB v n v
式中
K e Ce
2 直流测速发电机
2.4 输出特性的误差分析
2.4.1 温度的影响
3、减少温度影响的方法 2）减小温度对磁场的影响； 基本方法： （1）采用永磁式测速发电机
Uj Ri
/
9
Ra Ia Ea
=f (Ij)
较饱和
//
Ua
非饱和
RL
I
I
Ij
（2）采用励磁电机的方法
29
U a k ( )
有测速电机
d U a k1 ( ) k2 dt
2 直流测速发电机
2.5 在控制系统中的主要应用
2.5.3 在控制系统中作微分或积分解算元件
微分元件：
输出电压——等于其输出转角的微分；
30
d Ua dt
第三章 机电系统的速度控制
串电阻调速
异步电机调速
n 60 f (1 s) p
• 因此异步电动机的调速方法大致可分为改变转差率、极对 数和电源频率三种。
• 改变极对数调速的方法在第一章双速电机控制一节中已经 介绍。
• 改变转差率的方法又可以通过调定子电压、转子电阻、转 子电压以及定转子供电频率差等方法来实现，从而得出很 多种调速方法。会使电机特性变软。
3．直流调速系统的控制方式 主电路构成不同，控制方法不同 ：移相控制、PWM控制等
电机调速系 统中通常为：
闭环控制方式 开环控制
闭环控制
单闭环 双闭环 多环控制
速度环 速度环和电流环
加位置环等
4．工作象限
n
n
n
n
a）单象限运行
0
T
0
T
0
T
0
T b)电压可反向的二象限运行
c) 电流可反向的二象限运行
Ud
M
优点：静止装置、经济、可靠 缺点：功率因数低、对电网谐波污染
直流脉宽调制（PWM）系统
原理电路图
控制思路
Ud
控制原理
制动时的能量传递关系 工作象限
i0 Ea
u0
VD u0
Ud
驱动 VT
0 Ton
T
U0
t
a) a）原理电路图
n
n
b)
b）斩波器输出电压波形
U0
u0
Ton T
Ud
tU d
越高（S值越小），则允许的调速范围就越小。
例如，某一开环V-M调速系统，额定 转速nN =1000r/min ，额定负载下的稳态速 降 △nN ＝50r/min，当要求静差率S=0.33 时，允许的调速范围为：
直流电机调速控制和测速系统设计
直流电机调速控制和测速系统设计摘要：直流型的电机得性能在电机结构中有着较好的优势，由于时代的持续进步，与直流电机相关的使用频率也变得更高。
然而，以往的直流电机工作性质与所面临得运转问题息息相关，怎样对转速进行合理管控就变成了直流电机发展和应用期间存在的困难。
而直流电机控制系统的产生，可以较好的处理该方面的情况，不仅能够增强直流电机的平稳程度和精准程度，还可以合理管控直流电机的运行速度，从而达到我国对相关设备的应用标准。
基于此，本文重点分析了直流电机调速控制的方式，进一步对测速系统进行设计，以供相关人员参考。
关键词：直流电机；调速控制；测速系统目前，直流发电机的应用非常广泛，在自动化装备领域中，其内蓄电池内部都配置有相应的直流发电机，保证在断电的情况下起到一定的发电机组的润滑作用。
而直流电动机在启动时，其所用的电流量会增大很多，造成一定的冲击力，这种冲击力会造成一定的影响，比如充电器出现损坏、短路等，这些故障的产生都会使得发电设备无法正常运转。
因此，为了解决我国在有关这方面的控制技术上存在的问题，需要对调速与测速系统进行控制与设计，以此来确保整个电机设备的稳定性与安全性。
1电机调速原理及其实现电机调速原理主要是指对电机两端所存在的电压进行数据上的更改，以此来完成对电机转速的调节工作，对于电机而言，当自身的电压方向出现改变，那么电机的旋转变化发生改变。
而PWM在调速原理方面则是以脉冲信号为主，利用脉冲信号的输出特性来进行传输，并改变原本存在于电机内部空间的脉冲信号，通过间接或速度按钮来完成有关电机电压的更改工作，从而来确保电机的转速能够因此发生改变。
在这一过程中，电机内部的脉冲占比越大，转速也就越慢。
整个电路主要是以H桥为主，为了确保整个驱动电机能够得到有效控制，将三极管进行单片机的引脚安装，将基极部分分别安装，从而来确保当电机处于运行状态时，能够利用垫片机来对其自身的转速内容进行控制。
当脉冲信号输送工作时，另一端会通过开展低电平的模式来进行应用，这时的直流电机会呈现为正转状态，反之亦然。
直流电动机转速自动控制系统实验报告
设计报告正文第一章直流电动机转速自动控制系统的组成原理1.1 广义对象的组成原理1.1.1 被控对象直流电动机工作原理和被控制量1、被控对象：电动机被控量：电动机的转速2、直流电动机的原理：基于电磁感应定律，即：运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电势；或者说匝线链线圈的磁通发生变化，在线全中产生感应电势。
N极下到导体中的电流流出纸面，用表示。
S极下到导体中的电流流出纸面，用表示载流导体在磁场中受到电磁力的作用。
如果导体在磁场中的长度为L，其中流过的电流为i,导体所在的磁通密度为B，那么导体受到的磁力的值为F=BLI 式中，F的单位为牛顿（N）；B的单位为韦伯/米2（Wb/m2）;L的单位为米（m）；I的单位为安（A）；力F 的方向用左手定则来确定。
1.1.2 功率放大器的组成原理功放的作用是通过对控制信号的功率放大以产生足够的功率来驱动执行机构。
功率放大器的工作原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率将电源转换为按照输入信号变化的电流。
因为声音是不同振幅和不同频率的波，即流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数。
应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原来的β倍的大信号，这种现象成了功率放大。
而场效应管则是栅极变化一毫伏，原极电流变化一安，就成称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号来控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率输出，并非真的将功率放大了。
1.1.3 测速元件工作原理因此电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，即电势值能表征转速的大小，因此直流测速发电机可以把转速信号转换成电视信号，从而用来测速。
测速装置由电机，光栅盘，等组成。
1.2广义对象数学模型的建立1.2.1广义对象时间响应特性的测试1.2.1.1测试实验原理图G(s)= G（s）=Φ(s)= （可以消除干扰）1.2.1.2测试过程与方法时域法：通过测量对应特定输入信号的系统输出响应，来确定系统的传递函数。
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1 方案设计与论证
1.1 系统整体方案论证
方案一：在直流电机转动轴上固定一圆盘，圆盘上可有通光槽，在圆盘两侧设置发光元件和受光元件，电机转动时，受光元件周期性受到光照，产生电脉冲，在一定时间内对脉冲进行计数，就可以换算出电机转速。
方案二：当直流电机高速运转时，内部电刷与电枢相接触的时候就会产生脉冲信号，利用电动机电枢供电回路串接采样电阻的方式来实现对小型直流有刷电动机的转速测量。
直流电机运行时，会产生磁场，即漏磁。
利用高频磁环线圈作为载体，绕制线圈，来感应直流电机的漏磁，通过信号处理电路将电磁信号转换为脉冲信号，送由单片机检测，同样可以实现对直流电机转速的检测。
综合以上方案，方案一与设计要求违背，故采用方案二。
1.2 主要模块的方案设计与比较
（1）电源模块
方案一：采用电路简单,价格低廉的线性稳压芯片如LM317、LM7805，组成的线性稳压电源，来完成对单片机、直流电机的供电。
方案二：采用DC-DC 开关稳压芯片LM2596组成的直流
稳压电路，效率高，发热量小，有利于电池的续航。
由于方案一的线性电源发热量大，效率低，结合本系统采用电池供电，故不利于电池的续航，因此本系统采用方案二。
（2）测速模块
方案一：光栅法。
即在电机转动轴上固定一圆盘，圆盘上可有通光槽，在圆盘两侧设置发光元件和受光元件，电机转动时，受光元件周期性受到光照，产生电脉冲，在一定时间内对脉冲进行计数，就可以换算出电机转速。
方案二：霍尔开关检测法。
即在电机转动部分固定一块磁铁，在磁铁运动轨迹的圆周外缘设一霍尔开关，电机转动时霍尔开关周期性感应磁力线，产生脉冲电压，在一定时间内对脉冲进行计数，就可以换算出电机转速。
方案三：利用电动机供电回路串接电阻的方法测量转速。
当电机电刷与电枢相接触的时会产生脉冲，通过信号处理电路检测该信号，再利用单片机捕获信号，并通过程序来转换成转速。
同时也可以利用直流电机漏磁的特点，用自制高频磁环线圈来感应电机转动时的磁场，以实现电机精准检测转速的功能。
本系统采用方案三完成转速测量。
（3）电机调试模块
方案一：采用单片机产生的PWM 信号脉冲来控制直流电
electromagnetic induction principle to detect the leakage of magnetic field during the operation of the motor, which converts the changed magnetic field signal into the induced current on the magnetic ring. The weak electric signal is transformed into pulse signal by signal processing unit circuit, which is sent to single chip computer for detection, so as to meet the requirement of accurate measurement of motor speed.
Key words : DCmotor;MCU;test;device
27
图2 自制传感器测量方案
2.2 各个模块原理分析与说明
（1）信号处理模块
信号处理电路采集取样电阻的电压信号，由于电机运行时会产生高频杂波信号，先采用二阶无源滤波电路，对高频杂波进行滤除，LM324构成分级放大电路 ，前级放大倍数不宜过高，会产生自激振荡，两级放大倍数约为6.6倍。
（2）电源模块
该电路由DC-DC 降压型开关电源芯片将12V 的电池转
图4 自制传感器模块
3 软件编程
采用宏晶STC12C5A60S2高速单片机，对信号采集电路输出的方波进行采集。
主程序流程图如图5所示。
图5 软件设计流程图
4 调试
4.1 硬件调试
由于电机高速运转时产生的脉冲信号含有
图3 单片机测量显示模块
胜利牌转速表（精度0.05%±1）、鼎阳120MHz 双综示波器、UNI-T20MHz 信号源。
5.2 测试方法与数据
（1）测试方法
先用专业测速表对电机的转速进行测量，电机转速从600转增至6400转，间隔选取几个转速进行测量，分别做好记录，作为标准的参考数据，然后依次用电动机电枢供电串联电阻测速、自制传感器测速，分别记录实测数据，计算绝对误差。
高，不宜采集。
发挥部分中，自制传感器磁环的选取，线圈的匝数都对传感器的灵敏度有很大影响。
信号处理模块中的放大电路有电子噪音，对输出结果也有影响。
参考文献
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研究.2010(05).
[3]丁阳喜,吴冀林.基于单片机测量电机转速的系统设计[J].
煤矿机械.2010(03).
花园的石子路面，运动系统均可稳定正常工作。
在误差允许的范围内，传感器所测得数据符合真实情况，并可稳定工作。
表1 红外线避障实验数据
灵敏度
响应响应速度是否稳定10cm 有1s 是5cm 有0.5s 是3cm 有0.5s 是表2 超声波传感器实验数据
避障测距距离稳定性正常正常 5.3cm 稳定正常正常7.6cm 稳定正常正常
6.2cm
稳定表3 温湿度传感器实验数据
测量时间温度湿度8:35:118℃37%8:35:168℃35%8:35:21
8℃
36%
5 结束语
本文设计了一款校园巡逻多功能机器人，具针对参观人员和校园安保人员有不同的上位机进行控制，采用我国北斗进行定位，设计搭建“服务器-中继站-客户端”模型，并将5G 网络概念引入模型，实现远距离信息的实时传输。
经大量的实验及测试，该机器人能够很好地完成任务，有较好的稳定性，相信在不久的将来，随着科技的发展，校园巡逻机器人将逐渐普及。
参考文献
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与研究[J].机电信息，2014（1）：145-146[3]薛金言，张斌，武瀚.智能校园巡逻安保机器人设计[J].无
线互联科技，2017（16）：133-135.
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