2 计算机控制课程设计任务书——单闭环直流电机调速系统设计
电流转速单闭环直流调速系统任务书
课 程 设 计 任 务 书1．本次课程设计应达到的目的：为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统。
而在对调速 指标要求不高的场合，采用转速中闭环即可。
闭环系统较之开环系统能自动侦测把输 出信号的一部分拉回 l 到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能 自动调节输入量，能提高系统稳定性。
在对调速系统性能有较高要求的领域常利用直 流电动机，但直流电动机开环系统稳定性不能够满足要求，可利用转速单闭环提高稳 态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统静差，可 采用积分调节器代替比例调节器2．本课程设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、设 计要求等） 学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所 ：学的理论知识，进行液体混合装置控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创 新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括：电机选择直流电动机。
与交流电动机相比，起优点在于：调速性能好， 调速范围宽，采用电子控制下，能充分适应各种机械负载特性的需要。
本选取直流电动机的型号。
其额定数据如下：PN=10kw Ra=0.5Ω 主回路总电阻：R=1Ω UN=220v IdN=55A nN=1000rpm系统运动部分：飞轮矩 GD2=10Nm2电枢回路总电感量：要求在主回路电流为额定值 10﹪时，电流仍连续 生产机械：D=10 s≤5﹪ 测速发电机：PNc=23.1kw UNc=110v IdN=0.21A Ks=44 nNc=1900rpm晶闸管整流装置：二次线电压 E2l=230v课 程 设 计 任 务 书3．对本课程设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论 文)、图纸、实物样品等〕 ： 1、 熟悉、分解设计任务，查找资料熟悉相关电器元件的用法； 2、画出电路图，写出控制电路的工作原理； 3、安装、试机； 4、撰写设计报告、调试报告、设计心得体会。
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。
【设计】自动控制系统课程设计转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真
【关键字】设计东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真学生：张海松专业：自动化班级学号：指导教师：王立夫设计时间：2012年6月27日东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业：自动化班级：509 学生姓名：设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真一、设计实验条件实验设备：PC机二、设计任务直流电机额定电压，额定电枢电流，额定转速，电枢回路总电阻，电感，励磁电阻，励磁电感，互感，，允许过载倍数。
晶闸管装置放大系数：，时间常数：，设计要求：对转速环进行设计，并用Matlab仿真分析其设计结果。
目录绪论--------------------------------------------------------------------------------11.转速单闭环调速系统设计意义-----------------------------12.原系统的动态结构图及稳定性的分析-----------------------22.1 转速负反应单闭环控制系统组成-----------------------22.2 转速负反应单闭环控制系统的工作原理-----------------33.调节器的选择及设计-------------------------------------33.1调节器的选择- --------------------------------------33.2 PI调节器的设计--- ---------------------------------44.Mat lab仿真及结果分析----------------------------------74.1 simulink实现上述直流电机模型-----------------------74.2 参数设置并进行仿真---------------------------------74.3结果分析--------------------------------- ---------155.课设中遇到的问题--------------------------------------166.结束语- ---------------------------------------------17参考文献- ---------------------------------------------17转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真绪论直流电动机由于调速性能好，启动、制动和过载转矩大，便于控制等特点，是许多高性能要求的生产机械的理想电动机。
电力电子课程设计--单闭环直流电机控制系统设计
课程设计课程名称电力电子技术课程设计课题名称单闭环直流电机控制系统设计专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师2012年 6 月15 日课程设计任务书课程名称：电力电子技术课程设计题目：单闭环直流电机控制系统设计专业班级：电气0991班学生姓名：学号：指导老师：审批：任务书下达日期2012年06 月3日设计完成日期2012年06月15日目录第一章系统方案确定 (7)1.1 控制原理 (7)1.2 控制结构图 (8)第二章主电路装置参数计算和保护 (9)2.1 变压器容量计算 (9)2.2 晶闸管的额定电压和额定电流确定 (10)2.3 电抗器的选择 (10)2.4 主电路设计原理图 (11)第三章整流装置的保护 (11)3.1 过电压保护 (11)3.2 过电流保护 (14)第四章控制电路设计 (15)4.1 转速调节器ASR (17)4.2 转速调节器ASR参数计算 (17)第五章系统实验、仿真及校正 (19)5.1 实验步骤 (19)5.2 仿真结果 (20)5.3 系统校正 (20)第六章总结与体会 (22)附录总电路图 (23)参考文献 (24)电气与信息工程系课程设计评分表 (25)第一章系统方案确定系统方案选择的原则是在满足生产机械工艺要求确保产品质量的前提下，力求投资少、效益高和操作方便。
根据设计要求，本单闭环直流电机调速系统采用三相桥式全控整流电路供电，选定转速为反馈量，采用调压调速方式，实现对直流电机的无极平滑调速。
所选用的直流电机型号及相关参数如下：电机型号：Z2-71额定参数：30kW 225V 158.5A 3000r/min1.1 控制原理设计原理图如图1所示：图1 单闭环直流调速系统原理图转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。
这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。
单闭环直流调速系统课程设计
单闭环直流调速系统课程设计1. 引言单闭环直流调速系统是电力工程中常见的一种控制系统，用于控制直流电机的转速。
本文将对单闭环直流调速系统进行课程设计，包括系统建模、控制器设计、仿真分析等内容。
2. 系统建模2.1 直流电机模型首先，我们需要对直流电机进行建模。
直流电机可以简化为一个电动势源、一个电阻和一个反电动势。
根据基尔霍夫定律和欧姆定律，可以得到直流电机的数学模型如下：V a=I a R a+k eωm其中，V a为输入电压，I a为输入电流，R a为线圈电阻，k e为反电动势系数，ωm为转速。
2.2 转速传感器模型在实际应用中，我们通常使用转速传感器来测量转速。
假设转速传感器测得的转速为ωr，则有：ωr=k tωm其中，k t为传感器系数。
2.3 控制器模型为了实现对直流电机转速的调节，我们需要设计一个控制器。
这里我们选择PID控制器作为控制器的模型。
PID控制器的输出为控制电压V c，根据PID控制器的定义，有：V c=K p(ωr∗−ωr)+K i∫(ωr∗−ωr)t0dt+K dddt(ωr∗−ωr)其中，K p、K i、K d分别为比例、积分和微分系数，ωr∗为期望转速。
3. 控制器设计3.1 参数整定方法在实际应用中，我们需要根据系统的要求来确定PID控制器的参数。
常用的参数整定方法有经验法、试误法和自整定法等。
这里我们选择试误法进行参数整定。
首先，将PID控制器中的积分项和微分项置零，只保留比例项。
通过调节比例系数K p，观察系统响应特性。
如果系统过冲较大，则减小比例系数；如果系统响应较慢，则增大比例系数。
接下来，在合适的比例系数下，将积分项和微分项逐渐引入，并调节相应的系数。
最终得到满足要求的PID控制器参数。
3.2 仿真分析为了验证所设计的控制器的性能，我们进行仿真分析。
选择合适的仿真软件，建立单闭环直流调速系统的数学模型，并将所设计的控制器加入系统中。
通过对不同输入信号（如阶跃信号、正弦信号等）的响应分析，可以评估控制系统的性能。
单闭环直流调速系统课程设计
单闭环直流调速系统课程设计一、课程设计简介本次课程设计的主要内容是单闭环直流调速系统，旨在通过理论学习和实践操作，使学生掌握单闭环直流调速系统的基本原理、控制方法和实现技术，提高学生的电子技术实践能力和综合素质。
二、课程设计目标1.了解单闭环直流调速系统的基本原理和控制方法；2.熟悉单闭环直流调速系统的硬件组成和软件编写；3.能够根据要求进行电路设计、仿真和实验操作；4.培养学生分析问题、解决问题的能力；5.提高学生的团队协作精神和沟通能力。
三、课程设计内容1.单闭环直流调速系统的基本原理（1）直流电机基本原理（2）PWM技术及其应用（3）PID控制器原理及应用2.单闭环直流调速系统硬件组成（1）电源模块（2）信号采集模块（3）PWM模块（4）PID控制器模块（5）输出驱动模块3.单闭环直流调速系统软件编写（1）编写程序框图设计文档（2）编写控制程序（3）编写PWM程序（4）编写PID控制器程序4.电路设计、仿真和实验操作（1）根据要求进行电路设计和仿真（2）进行实验操作，测试系统性能5.课程设计报告撰写（1）系统框图设计和电路原理图绘制（2）软件设计文档、程序代码和注释说明（3）实验数据记录和分析四、课程设计步骤及要点1.学习单闭环直流调速系统的基本原理和控制方法，了解硬件组成和软件编写；2.根据课程要求进行电路设计、仿真和实验操作；3.撰写课程设计报告，包括系统框图设计、电路原理图绘制、软件设计文档、程序代码和注释说明，以及实验数据记录和分析；4.在整个课程设计过程中，要注意安全问题，严格遵守实验室规定。
五、课程设计评价方法1.考核学生对单闭环直流调速系统的理解深度；2.考核学生的实验操作能力；3.考核学生的团队协作精神和沟通能力；4.评价学生的课程报告质量。
六、总结本次课程设计以单闭环直流调速系统为主题，通过理论学习和实践操作，使学生掌握了单闭环直流调速系统的基本原理、控制方法和实现技术，提高了学生的电子技术实践能力和综合素质。
计算机控制课程设计：直流电机调速系统
计算机控制课程设计直流电机调速系统一.实验要求（1）使用PID算法实现直流电机的调速控制。
（2）利用光电开关测量直流电机转速，通过控制加在直流电机两端的电压调节其转速，使之达到所设置的转速。
（3）通过键盘设置期望转速，要求有两组转速显示值，一组为期望转速；一组为电机的实时转速。
二.系统需求分析（1）电机控制需要驱动电路，常用的电机驱动电路是H桥驱动，bts7960是常用的半桥驱动芯片，利用PWM波控制半桥驱动电路可实现对电机的速度调节。
两片bts7960可以组成一个全桥驱动电路，可以控制电机的转向。
实验不要求控制转向，所以可用一片bts7960。
（2）电机控制需要PWM波，可以利用单片机的定时器模拟PWM，用一个普通IO 接口进行输出。
（3）光电开关测速输出为脉冲信号，通过检查输出脉冲的频率来计算电机转速，检查信号的频率可以利用单片机的计数器模块。
检查脉冲频率需要没个固定时间读取计数器的值。
利用一个定时器可以固定一定时间进行中断，在中断子程序中读取计数器的值。
（4）显示可用OLED液晶屏，选用的液晶屏有SPI通用接口，可以用普通IO可模拟SPI时序。
（5）根据以上要求，需要两个定时器，一个计数器。
共需要三个定时器/计数器模块，和一些普通IO接口，可选用STC89C52单片机，其内部共有三个定时器/计数器模块。
定时器0工作在方式三，分为两个八位定时器TL0做计数器，TL1做模拟PWM，定时器2做定时中断，定时器1作为串口波特率发生器，串口用于调试过程中观察数据。
三.硬件设计1.主电路图:本系统采用STC89C52单片机主要功能特性:硬件接口说明：串口接口：T - P3.0 R - P3.1测速接口：P3.4模拟PWM电机控制接口：P1.0OLED显示屏接口：D0 – P2.3 D1 – P2.2 RST – P2.1 DC – P2.0 2.电机驱动电路该电机驱动电路是是由两片bts7960组成，BTS7960是NovalithIC家族三个独立的芯片的一部分:一是p型通道的高电位场效应晶体管，二是一个n型通道的低电位场效应晶体管，结合一个驱动晶片,形成一个完全整合的高电流半桥。
单闭环直流调速系统课程设计
.....综合课程设计说明书题目：单闭环直流调速系统的设计与Matlab 仿真（一）学院：机电与汽车工程学院专业班级：电气工程与自动化专业（1）班：学号：07240113指导教师：目录第一章概述.......................................2第二章调速控制系统的性能指标 (3)2.1直流电动机工作原理. (4)2.2电动机调速指标. (4)2.3直流电动机的调速. (5)2.4 直流电机的机械特性.......................5 第三章单闭环直流电动机系统.. (6)3.1V-M系统简介 (6)3.2闭环调速系统的组成及静特性 (7)3.3反馈控制规律. (8)3.4主要部件 (9)3.5稳定条件 (11)3.6 稳态抗扰误差分析 (12)第四章单闭环直流调速系统的设计及仿真 (14)4.1参数设计 (14)4.2 参数计算及MATLAB仿真···················15第五章总结·······································24参考文献第一章概述电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速，而用于完成这项功能的自动控制系统就被为调速系统。
单闭环直流电机调速课程设计
课程设计任务书课程名称：电力电子技术课程设计题目：闭环直流电机控制系统设计目录第1章概述 0第2章系统总体方案确定 (1)2.1 闭环调速系统的组成与其静特性 (2)2.1.1 系统组成 (2)第3章主电路设计 (4)3.1主电路结构设计 (4)3.2主电路参数计算与元器件选型 (4)3.2.1整流变压器T1参数计算 (4)3.2.2 晶闸管参数计算 (5)3.2.3 滤波电容计算 (5)3.2.4 平波电抗器计算 (5)3.3主电路保护设计 (6)3.3.1过电流保护 (6)3.3.2 过电压保护 (6)第4章单元控制电路设计 (7)4.1主控制芯片的详细说明与其外围元件设计 (7)4.2检测与控制保护电路设计 (7)4.3驱动电路的设计 (7)第5章系统仿真 (11)5.1 仿真参数计算 (11)第6章总结 (16)附录： (18)第1章概述目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流电动机具有良好的起、制动性能，调速范围广，静差率小，稳定性好以与具有良好的动态性能，在很多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
近年来，高性能交流调速技术发展很快，随着其应用范围的逐渐扩大，有着取代直流调速系统的发展趋势。
为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常要采用闭环控制系统。
在对调速指标要求不高的场合，采用转速单闭环系统是最经济的选择，正因为这样，单闭环直流电机调速系统在日常生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能也被大众所认同。
闭环系统把一部分的输出信号反馈回输入端，与输入端的信号进行比较，其差值作为实际的输入信号，能自动地调节输入量，提高系统的稳定性。
在对调速系统有较高要求的领域，常利用直流电动机，然而，直流电动机开环系统稳定性不高，系统有较大转速差，不能够满足要求，所以可以利用转速单闭环系统来提高稳态精度。
但是，采用比例调节器的负反馈调速系统还是有静差的，为了消除系统静差，可以采用积分调节器代替比例调节器。
课程设计单闭环直流电机控制系统方案
运动控制课程设计题目：单闭环直流电机控制系统院系：工学院专业：电气工程及其自动化班级：电气工程1402姓名：汤安琪学号：201402012011指导教师：王玮二〇一七年二月运动控制系统课程设计任务书一、基本情况学时：1周学分：1学分适应班级：电气工程1402二、进度安排本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下：实习动员及准备工作： 2学时总体方案设计： 4学时硬件设计： 12学时撰写设计报告： 8 学时答辩： 4学时教师辅导：随时三、基本要求1、课程设计的基本要求运动控制系统课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。
其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。
2、课程设计的教学要求运动控制系统课程设计课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。
做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到2节以上，或者迟到、早退累计达到4次以上的学生，该课程考核按不及格处理。
在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。
课程设计的任务相对分散，每5-6名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。
小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。
但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过60%的课程设计考核按不及格处理。
四、设计题目及控制要求题目：单闭环直流电机控制系统设计参数：（1）直流电机：12V 20W、U P N N ==、 1.5A I N =、300r/min n N =、电枢电阻4.5ΩR a=、电枢电感22a 15.68N.cm 6.76mH、GD L ==、30ms T m =（2）双闭环直流调速系统：N dm im *n 1.5I 5V、I 5V、U U ===、5%σi ≤设计要求：(1)、根据题目的技术要求，分析并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
单闭环直流调速系统课程设计
《单闭环直流调速系统课程设计》摘要：本课程设计旨在深入研究单闭环直流调速系统的原理、设计方法和实现技术。
通过对系统的理论分析和实际设计，掌握直流调速系统的基本特性和性能指标的优化方法。
课程设计包括系统的方案选择、参数计算、硬件电路设计、软件编程以及系统调试与性能测试等环节。
通过本次课程设计，培养学生的工程实践能力、创新思维和解决实际问题的能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
一、概述直流调速系统在工业生产、交通运输、电力电子等领域具有广泛的应用。
它能够实现对直流电动机转速的精确控制，满足不同工况下对转速稳定性和调速精度的要求。
单闭环直流调速系统是一种常见的调速系统结构，具有简单可靠、性能稳定等优点。
本课程设计将围绕单闭环直流调速系统展开，深入探讨其设计与实现的相关技术。
二、单闭环直流调速系统的工作原理单闭环直流调速系统主要由直流电动机、转速反馈环节、放大器、触发器和晶闸管整流装置等组成。
其工作原理如下：转速反馈环节将直流电动机的实际转速转换为电信号反馈到放大器输入端，与给定转速信号进行比较，得到偏差信号。
放大器对偏差信号进行放大处理后，输出触发脉冲信号控制晶闸管整流装置的导通和关断，从而改变直流电动机的电枢电压，实现对电动机转速的调节。
通过转速反馈环节的作用，系统能够使电动机的实际转速跟随给定转速变化，保持系统的稳定性和良好的调速性能。
三、系统方案的选择在进行单闭环直流调速系统课程设计时，首先需要进行系统方案的选择。
根据设计要求和实际应用场景，可以选择不同的调速方案。
常见的方案有转速负反馈单闭环调速系统、电流负反馈单闭环调速系统等。
转速负反馈单闭环调速系统具有结构简单、稳定性好、调速范围广等优点，适用于大多数调速控制场合；电流负反馈单闭环调速系统则能够提高系统的动态性能，适用于对动态响应要求较高的系统。
在本课程设计中，选择转速负反馈单闭环调速系统作为设计方案。
四、系统参数的计算系统参数的计算是单闭环直流调速系统设计的重要环节。
直流电动机单闭环控制系统设计(自动控制原理课程设计)
第一章直流电动机基本控制电路1.1 基本电路图1-1直流电动机基本控制电路1.2 各器件参数电动机：额定数据为10KV，220V，55A，,1000r/m，电枢电阻R=0.5Ω晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y／Y 联结，二次线电压U21=230V，电压放大系数KA=44: V-M系统电枢回路总电阻R=1.0；测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W,110V,0.21A,1900r/m；直流稳压电源±15V。
1.3 动态结构图及数学模型直流电动机数学模型的建立：他励直流电动机在额定励磁下的等效电路绘于图1-2，其中电枢回路总电阻R 和电感L 包含电力电子变换器内阻、电枢电阻和电感以及可能在主电路中接入的其他电阻和电感，规定的正方向如图所示。
假定主电路电流连续，则动态电压方程为(1-1)(1-1)忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为(1-2)额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为 式中包括电动机空载转矩在内的负载转矩N.m 电力拖动系统折算到电动机轴上的飞轮惯量额定励磁下的电动机的转矩系数电枢回路电磁时间常数电力拖动系统机电时间常数直流电动机动态结构图：图1-2直流电动机动态结构框图的变换和简化直流电动机的基本电路的动态结构图及数学模型：图1-3 直流电动机的基本电路的动态结构图由图可见，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是（（（（1-3）式中设从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是第二章系统的静态分析2.1静态时的性能指标：要求调速范围D=10，静差率s≦5%。
2.2计算调速系统的稳态参数：1）为满足调速系统的稳态性能指标，额定负载时的稳态速降应为2）求闭环系统应有的开环放大系数。
求闭环系统应有的开环放大系数。
则开环系统额定速降为闭环系统的开环放大系数应为3）计算转速反馈环节的反馈系数和参数。
转速反馈系数包含测速发电机的电动势系数和其输出电位器的分压系数，即根据测速发电机的额定数据，有试取。
单闭环直流电机调速系统
《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统指导教师学院名称工程学院专业班级06自动化（3）班设计提交日期2010年1月8日设计答辩日期2010年1月8日摘要在现实生活中的各个运动系统环节，都少不了电机的积极作用，所以，能够控制好电机，一来能够节约能耗，二来能使电机输出我们所需要的效果，从而提高效率。
本次课程设计本质就是控制电机的转速，使电机输出我们想要的转速，为此，我们通过对STC89C52单片机的简单编程，同时与各种电路相互结合，达到对电机的手动控制与自动控制，同时可以对电机进行加、减速与正反转控制，输出转速。
本设计在硬件上采用了基于PWM技术的H型桥式驱动电路，解决了电机驱动的效率问题，在软件上也采用较为合理的系统结构及算法，提高了单片机的使用效率，且具有一定的防飞能力。
在关于速度的反馈问题上，用光电开关作为测速反馈，以r/s表达当前的转速进行显示，提供较为直观的速度表示方式，与给定值进行比较，可以更好地控制电机稳定运行。
目录1. 课程设计任务 (1)1.1 课程设计目的 (1)1.2 课程设计要求 (1)2. 设计方案 (1)2.1 驱动方案 (1)2.2 .触发方案 (7)2.3 .键盘方案 (10)2.4 显示方案 (16)2.5 整体方案 (22)3. 调试及结果 (23)4. 过程、体会与收获 (23)5. 小组分工 (24)附录A 程序流程图、系统程序参考文献1.课程设计任务1.1 课程设计目的1. 熟悉集成电路的引脚安排。
2. 掌握各芯片、单片机的逻辑功能及使用方法。
3. 了解电路板结构及其接线方法。
4. 了解单闭环直流电机调压调速控制的组成及工作原理。
5. 熟悉单闭环直流电机调压调速控制的设计与制作。
1.2 课程设计要求1.用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制。
2.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。
3.需要有速度显示。
4.单闭环直流电机调压调速控制。
单闭环调速系统课程设计
单闭环调速系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解单闭环调速系统的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能够掌握单闭环调速系统的数学模型，并了解不同参数对系统性能的影响。
3. 学生能够解释单闭环调速系统中PI调节器的作用，并学会调整参数以改善系统性能。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析实际的单闭环调速系统，并进行数学建模。
2. 学生能够通过实验或仿真软件，搭建单闭环调速系统，进行参数调试，以达到预期性能。
3. 学生能够运用图表、数据和文字，对单闭环调速系统的性能进行分析和评价。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术的兴趣，认识到调速系统在现代工业中的重要性。
2. 学生通过课程学习，培养解决问题的能力和团队合作精神，增强自信心。
3. 学生在学习过程中，树立正确的工程观念，关注工程实际，注重理论与实践相结合。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在使学生在掌握单闭环调速系统基本知识的基础上，提高实际操作和问题分析能力。
课程目标具体、可衡量，以便学生和教师能够清晰地了解课程的预期成果，并为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 单闭环调速系统的基本原理及组成- 介绍闭环控制系统的概念，对比开环控制系统。
- 解释单闭环调速系统的结构，包括被控对象、执行器、传感器和控制器等组成部分。
2. 单闭环调速系统的数学建模- 掌握电机转速与负载之间的关系，建立数学模型。
- 分析系统参数对调速性能的影响。
3. PI调节器的设计与参数调整- 介绍PI调节器的工作原理，分析比例和积分项的作用。
- 学习PI参数的调整方法，以改善系统稳态和动态性能。
4. 单闭环调速系统的性能分析- 利用实验或仿真软件，观察系统在不同参数下的性能表现。
- 分析稳态误差、过渡过程时间和超调量等性能指标。
5. 教学实践与案例分析- 按照教学大纲，安排实验或仿真练习，使学生动手实践。
- 分析实际案例，让学生了解单闭环调速系统在工程中的应用。
单闭环直流调速系统课程设计
单闭环直流调速系统课程设计一绪论转速单闭环调速系统的简要介绍及设计意义直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可用积分调节器代替比例调节器.反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变，就引用该量的负反馈信号去与恒值给定相比较，构成闭环系统。
对调速系统来说，若想提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。
要想维持转速这一物理量不变，最直接和有效的方发就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统闭环转速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。
二单闭环调速系统的相关数据及图示2.1 数据选择2.1.1电动机型号Z4-225-11：额定电压400V 额定转速 900r/min 额定电流193A 电枢回路电阻0.1406Ω电枢回路电感4.9mH2.1.2测速电机选择型号: 321ZCFr额定电流0.4A 额定电压: 100v额定转速: 1500min3）晶闸管整流触发装置：三相半波整流电路，整流变压器采用∆连接。
Y-4）直流稳压电源V±。
152.2 单闭环直流调速系统的相关图示图1 带转速负反馈的单闭环直流调速系统原理框图图2 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统稳态结构框图三、反馈控制闭环直流调速系统的设计过程与参数计算3.1系统静特性参数3.1.1虽然采用PI 调节，但实际上不可能完全无静差，其稳态速降不为零，但应该很小，即()s D sn n N cl -=∆1很小。
直流电机闭环调速系统设计
《自动化系统综合实训》任务书――――题目：直流电机闭环调速系统设计一、实训的目的及任务1.实训的目的《自动化系统综合实训》作为自动化专业本科生的一门综合性实践性课程，应用已学的计算机、模拟数字电路、微控制器原理、传感器技术、可编程控制器技术、工业过程控制技术等知识，进行综合实践的训练，培养学生独立思考、独立解决问题的能力，努力开拓学生的知识面和创造力。
2.实训的任务本实践环节主要以51、HCS12微控制器和PIC为主要应用对象，学习速度、位置等系统的实验制作方法，熟悉实验制作和程序过程，并能以动态的形式进行实时显示，以便能较快适应测控一体化的技术应用需求。
二、实训的内容与要求学生独立的实验制作直流电机闭环调速系统，实现PWM调速、LED 显示设定速度和实际速度。
三、实训可提供的材料包括：霍尔元件、直流电动机、、按键开关、电路基板电阻电容若干、焊锡、核心实验板、FREESCALE 实验器材及软件等其他耗材。
使用仪器：稳压电源，万用表，实验工具箱（创新或电工实验室可提供）。
四、实训模式本课程为实训教学，以分组形式完成。
教师分阶段提出问题、解答学生的疑问，检查学生的进度和完成情况五、实训学时分配地点：中原路校区2#楼207室、211室。
时间：第19、20周。
六、实训成绩评定1．电路板制作及系统运行效果：70分2．实训报告：30分。
七、参考资料1 严隽永译．嵌入式微控制器．北京：机械工业出版社．20052 杨国田，白焰．68HC12微控制器原理、应用于开发技术．北京：电力出版社．20033何立民．微控制器应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．20024胡汉才.MCS-51单片机原理与应用.北京：北京清华大学出版社，1997，75 常小玲．电气控制技术与可编程控制器．北京：机械工业出版社．2006，12审查意见：领导签字：2006年12月31日摘要直流电机在社会生产中有着广泛的应用，本文给出了一种基于摩托罗拉单片机的直流调速系统，HCS12是Motorola新推出的高性能16位微控制器，具有强大的功能。
单闭环直流调速课程设计
单闭环直流调速课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单闭环直流调速系统的基本原理，掌握其数学模型及相关理论知识。
2. 学生能描述单闭环直流调速系统中各个环节的作用，如电源、电机、传感器和调节器等。
3. 学生能解释单闭环直流调速系统中调速参数对系统性能的影响。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的单闭环直流调速系统，并进行仿真或实验。
2. 学生能分析单闭环直流调速系统的性能，通过调整参数优化系统性能。
3. 学生能熟练使用相关仪器和设备，进行单闭环直流调速系统的调试和故障排除。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对电力电子技术及其应用的兴趣，增强对工程技术学习的热情。
2. 学生能认识到单闭环直流调速系统在现代工业中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
3. 学生在团队协作中，培养沟通、合作能力和批判性思维，形成严谨、务实的科学态度。
本课程针对高年级电气工程及其自动化专业学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果。
旨在使学生掌握单闭环直流调速系统的基本理论和实践技能，为后续专业课程学习和工程实践打下坚实基础。
二、教学内容1. 单闭环直流调速系统概述：介绍单闭环直流调速系统的基本概念、原理和应用领域。
- 教材章节：第1章 单闭环直流调速系统概述2. 单闭环直流调速系统的数学模型：讲解电机的数学模型、调节器的数学模型以及整个系统的传递函数。
- 教材章节：第2章 单闭环直流调速系统的数学模型3. 单闭环直流调速系统的调速性能分析：分析调速系统的主要性能指标，如稳态性能、动态性能等。
- 教材章节：第3章 单闭环直流调速系统的调速性能分析4. 单闭环直流调速系统的设计方法：介绍系统设计步骤、参数计算方法以及系统仿真与实验。
- 教材章节：第4章 单闭环直流调速系统的设计方法5. 单闭环直流调速系统的优化与调试：讨论如何通过调整参数优化系统性能，以及系统调试方法。
直流电动机闭环调速系统～课程设计指导书
电力拖动自动控制系统直流电动机闭环调速系统设计一、系统结构（对系统结构的注释）二、课程设计内容要求1.设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键；2.显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速；3.测量马达的反电动势系数；4.测量马达的力矩系数；5.创建马达的数学模型；6.实现比例控制；7.实现比例积分控制；8.缓存马达动态过程运行数据，并上传到PC机绘出动态过程曲线（对设计内容的注释）3.1列表硬件，准备硬件带测速码盘直流电机L298N电机驱动模块59C51单片机实验板LCD1602液晶显示屏杜邦线3.2单片机系统的设计3.3根据自己准备的硬件和系统框图，设计硬件接线图；4.1系统的软件流程图4.2对流程图的说明五、详细的功能设计和实现5.1.设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键；（设计、实现、测量、对比分析）5.2.显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速；（设计、实现、测量、对比分析）5.3.测量马达的反电动势系数；（设计、实现、测量、对比分析）Ke= (V-IR)/n5.4.测量马达的力矩系数；（设计、实现、测量、对比分析）5.5.创建马达的数学模型；（设计、实现、测量、对比分析）5.6.实现比例控制；（设计、实现、测量、对比分析）5.7.实现比例积分控制；（设计、实现、测量、对比分析）5.8.缓存马达动态过程运行数据，并上传到PC机绘出动态过程曲线（设计、实现、测量、对比分析）附录一： 永磁直流行星齿轮减速电机F1.1直流电机的特点直流电动机与交流电动机相比较，具有良好的调速性能和启动性能。
直流电动机具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；过载能力大，能承受频繁的冲击负载；能满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。
但直流电机也有它显著的缺点：一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高；二是运行的时候由于电刷与换向器之间容易产生火花，所以可靠性比较差，维护比较困难。
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《计算机控制技术》课程设计（单闭环直流电机调速系统）摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。
在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。
由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，并有望在不太长的时间内取代直流调速系统，但是就目前来讲，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要方式。
在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
随着电子技术和计算机技术的高速发展，直流电动机调速逐步从模拟化走向数字化，特别是单片机技术的应用，使直流电动机调速技术进入一个新的发展阶段。
因此，本次课程设计就是针对直流电动机的起动和调速性能好，过载能力强等特点设计由单片机控制单闭环直流电动机的调速系统。
本设计利用AT89C52单片机设计了单片机最小系统构成直流电动机反馈控制的上位机。
该上位机具有对外部脉冲信号技术和定时功能，能够将脉冲计数用软件转换成转速，同时单片机最小系统中设计了键盘接口和液晶显示接口。
利用AT89C52单片机实现直流电机控制电路，即直流电动机反馈控制系统的下位机，该下位机具有直流电机的反馈控制功能，上位机和下位机之间采用并行总线的方式连接，使控制变得十分方便。
本系统能够用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节并且有速度显示电路。
本系统操作简单、造价低、安全可靠性高、控制灵活方便，具有较高的实用性和再开发性。
关键词：直流电动机AT89C52 L298N 模数转换1课题来源1.1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，为了使学生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，提高学生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，培养学生独立自主、综合分析与创新性应用的能力，特设立《计算机控制技术》课程设计教学环节。
1.2 设计任务1. 掌握应用微处理器进行小型计算机控制系统的设计方法；2. 熟悉计算机控制软件的设计、编写与调试流程，提高计算机控制系统软件的编写能力；3. 熟悉计算机控制系统接口电路设计，系统集成技术；4. 掌握计算机控制系统外围电路的设计及元器件的选用；5. 掌握计算机控制系统的调试及参数设置、系统性能测试；6. 了解计算机人机界面程序的编写，计算机串口通信程序编写。
1.3 控制要求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。
需要自己购买直流电机和制作调压电路，提供增量式速度编码器作为速度传感器。
）1.4总体流程（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 设计原理2.1 系统硬件的具体设计与实现（1）直流电机的结构及调速原理直流电机的结构是多种多样的，但任何直流电机都包括定子部分和转子部分，这两部分间存在着一定大小的气隙，使电机中电路和磁场发生相对运动。
直流电机定子部分主要由主磁极、电刷装置和换向极等组成，转子部分主要由电枢绕组、换向器和转轴等构成。
结构图如图1：图1直流电机结构图1-电刷；2-磁轭；3-永久磁钢；4-极靴；5-电枢绕组；6-内磁轭如图2所示电枢电压为Ua ，电枢电流为Ia ，电枢回路总电阻为Ra ，电机常数为Ce ，励磁磁通量为Φ。
那么根据KVL 方程：电机转速a a E U I R n C -=Φ，其中极对数为p ，匝数为N ，电枢支路数为a 的电机来说：电机常数Ce ＝pN/60a ，意味着电机确定后，该值是不变的。
而在Ua-IaRa 中，由于Ra 仅为绕组电阻，导致IaRa 非常少，所以Ua-IaRa=Ua ，由此可见我们改变电枢电压时，转速n 即可随之改变。
将输出信号的基本周期固定，通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率称为脉冲宽度调制。
图2 直流电机原理图（2）单片机的选择本次设计采用AT89C52单片机，它是51系列单片机的一个型号，由ATMEL 公司生产的。
如图3所示图3 AT89C52 引脚图AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S 系列的才支持在线编程)。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
主要功能特性：·兼容MCS51指令系统· 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM· 32个双向I/O口· 256x8bit内部RAM· 3个16位可编程定时/计数器中断·时钟频率0-24MHz· 2个串行中断·可编程UART串行通道· 2个外部中断源·共6个中断源· 2个读写中断口线· 3级加密位·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能（3）直流电机驱动芯片L298N根据要求，本设计的核心部分就是对小型直流电动机进行可逆的PWM调速控制。
要实现以上的功能，应用比较广泛的是由四个开关管构成的H型桥式驱动电路。
这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。
我们可以根据需要对四个开关管进行控制，使其能实现可逆调速的功能。
使全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，V1、V4为一组，V2、V3为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。
当V1、V4导通时，V2、V3关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当V2、V3导通时，V1、V4关断电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。
这种方法称为双极性PWM控制方式，如图4所示。
应用时要注意避免上下臂桥之间同时导通，因为上下臂桥之间同时导通会引起短路。
应用H型桥式驱动电路可以很好的实现设计任务所要求的功能。
但是为了简化电路，我们决定使用集成有桥式电路的电机专用芯片L298N。
图4 LH桥型PWM降压斩波器原理图L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。
可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号V SS，V SS可接4．5～7 V电压。
4脚V S接电源电压，V S电压范围V IH为＋2．5～46 V。
输出电流可达2．5 A，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。
5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
E nA，E nB接控制使能端，控制电机的停转。
表1是L298N功能逻辑图。
In3，In4的逻辑图与表1相同。
由表1可知E nA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当E nA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。
同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。
L298N引脚如图5和图6所示图5 L298N 引脚图图6 L298引脚功能（4）键盘输入模块由于本系统设定实现的功能有启/停、加减速、正反转及调速功能，需要设置16个开关按钮作为键盘控制信号输入。
因此选择矩阵式非编码键盘。
键盘电路如下图所示，这是4×4行列矩阵式非编码键盘，先采用全扫描，再进行行扫描来达到键盘键号识别。
首先判别键盘中有无键按下，由单片机I/O 口P1.3-P1.6向行线输出0，把全部行线置为低电平，然后将列线的电平读出。
如果有键按下，就会有一根列线电平被拉至低电平，从而使列输入不全为1。
然后逐行扫描，即分别将每一行置0其余行置1，再读取列电平，判别该行是否有键按下，若有则相应列被拉到低电平，则该行和此列相交的位置上有键按下。
若没有任一条列线为低电平，则说明该行上无键按下。
如此循环扫描就能实现键盘的功能。
图7 键盘电路（5）模数转换模块模数转换模块采用ADC0832芯片，ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。
由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。
引脚图如图7所示：图8 ADC0832引脚图ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。
其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。
芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。
独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。
通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。
正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。
但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。