直流电动机调速系统设计
基于单片机的直流电机调速系统设计
直流电机转速 :
根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式 U=Ea+Ia（Ra+Rc）……………式1
式1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷 接触电阻的总和；Rc是外接在电枢回路中的调节电阻
由此可得到直流电机的转速公式为:
n=(Ua-IR)/CeΦ ………………………式2
式2中, Ce为电动势常数, Φ是磁通量。 由1式和2式得
n=Ea/CeΦ ……………………………式3
由式3中可以看出, 对于一个已经制造好的电机, 当励磁电压和 负载转矩恒定时, 它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定, 电 枢电压越高, 电机转速就越快, 电枢电压降低到0V时, 电机就 停止转动；改变电枢电压的极性, 电机就反转。
PWM脉宽调速
PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的 直流电源开关频率, 改变负载两端的电压, 从 而达到控制要求的一种电压调整方法。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”。
, 软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线, 在 按键数量较多时, 需要较多的输入口线且电路结构复杂, 故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
数码管显示部分 本设计使用的是一种比较常用的是四位数码 管, 内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线, 为使用提供了方便, 因为里面有4个数码管, 所以它有4个公共端, 加上a~dp, 共有12个引 脚, 下面便是一个共阴的四位数码管的内部 结构图（共阳的与之相反）
(完整版)晶闸管可控整流技术直流电机调速系统设计
目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1。
2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 (1)1。
3 课题设计要求 (1)1.4 课题主要内容 (2)2 主电路设计 (3)2.1 总体设计思路 (3)2.2 系统结构框图 (3)2。
3 系统工作原理 (4)2。
4 对触发脉冲的要求 (5)3 主电路元件选择 (6)3.1 晶闸管的选型 (6)4 整流变压器额定参数计算 (7)4。
1 二次相电压U2 (7)4.2 一次与二次额定电流及容量计算 (8)5 触发电路的设计 (10)6 保护电路的设计 (12)6.1 过电压的产生及过电压保护 (13)6。
2 过电流保护 (13)7 缓冲电路的设计 (14)8 总结 (17)1 绪论1.1 课题背景当今,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，而自动调速控制系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用，直流调速系统是自动控制系统的主要形式.由可控硅整流装置供给可调电压的直流调速系统（简称KZ—D系统）和旋转变流机组及其它静止变流装置相比，不仅在经济性和可靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
可控硅虽然有许多优点,但是它承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会把器件损坏。
为了使器件能够可靠地长期运行,必须针对过电压和过电流发生的原因采用恰当的保护措施.为此，在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧过电压保护;在直流负载侧并联电阻和电容构成直流侧过电压保护;在可控硅两端并联电阻和电容构成可控硅关断过电压保护；并把快速熔断器直接与可控硅串联，对可控硅起过流保护作用。
随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛.由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能10%~40％，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节.1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。
直流电动机双闭环调速系统设计
1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。
相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。
双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。
双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。
正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。
整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。
共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。
变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。
单片机课程设计PWM直流电动机调速控制系统方案
单片机原理及应用—— P W M直流电机调速控制系统概括直流电动机具有良好的启动性能和调速特性。
具有起动转矩大、调速平稳、经济大范围、调速容易、调速后效率高等特点。
本文设计的直流电机调速系统主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路和独立按键组成的电子产品组成。
电源采用78系列芯片，采用PWM波方式实现电机+5V、+15V调速，PWM为脉宽调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立的按键实现电机的启停、调速和转向的手动控制，LED实现测量数据（速度）的显示。
电机转速采用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机统计1秒内方波脉冲个数，计算电机转速，实现直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速； H桥驱动电路； LED显示屏; 51单片机目录摘要2摘要错误!未定义书签。
目录3第 1 章引言41.1 概述41.2 国外发展现状41.3 要求51.4 设计目的及6第 2 章项目论证与选择72.1 电机调速模块72.2 PWM调速工作模式72.3 PWM脉宽调制方式错误!未定义书签。
2.4 PWM 软件实现错误!未定义书签。
第三章系统硬件电路设计83.1 信号输入电路83.2 电机PWM驱动模块电路9第 4 章系统的软件设计104.1 单片机选型104.2 系统软件设计分析10第 5 章 MCU 系统集成调试135.1 PROTEUS 设计与仿真平台错误!未定义书签。
18传统开发流程对比错误!未定义书签。
第一章简介1.1 概述现代工业的电驱动一般要求部分或全部自动化，因此必须与各种控制元件组成的自动控制系统相联动，而电驱动可视为自动电驱动系统的简称。
在这个系统中，生产机械可以自动控制。
随着现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，自动电驱动正朝着计算机控制的生产过程自动化方向发展。
以实现高速、高质量、高效率的生产。
在大多数集成自动化系统中，自动化电力牵引系统仍然是不可或缺的组成部分。
直流电机调速系统课程设计报告指导书
直流电机调速系统课程设计指导书一、实验目的1、通过对KZ－D系统开环机械特性和闭环机械特性的实测及研究，加深对负反应控制的根本原理的理解。
2、掌握操作实际系统的方法和必要参数的测定方法。
3、研究系统各参数间的根本关系及各参数变化对系统的影响。
4、加深比照例积分调节器动态传输特性的认识，了解其在无静差自动控制系统中的作用。
5、通过实践掌握工程实践中常见的双闭环无静差调速系统参数设计计算和ST调试方法。
5 DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表6 DJ13 直流复励发电机7 DJ15 直流并励电动机8 D42 滑线变阻器串联形式：0.41A，1.8kΩ并联形式：0.82A，900Ω9 数字存储示波器自备10 万用表自备三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理图如图5-1所示。
图1-1 实验系统原理图四、实验容(1) 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R,电感值L,s K , 测定直流电动机电势常数C e 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M (2) 转速调节器的调试,电流调节器的调试(3) 设计调速系统。
调速指标为D =10，S <10%；测定系统开环机械特性和∆n nom ，判断能否满足调速指标；如果不能满足，可采用转速负反应；计算及整定比例调节器参数、反应系数；测定闭环系统的机械特性。
(4) 设计及调试双闭环无静差KZ －D 调速系统要求额定转速时S ≤2%，电流超调量σi %<5%，转速起动到额定转速时，超调量σn ed n %<10%，负载扰动恢复时间小于05.s ，电动机过载倍数λ=12.，电流反应系数A V 615.4=β。
晶闸管直流电动机调速系统设计设计
晶闸管直流电动机调速系统设计目录1设计概述 (1)1.1 设计意义及要求 (1)1.2 方案分析 (1)1.2.1 可逆调速方案 (1)1.2.2 控制方案的选择 (2)2主电路的设计与分析 (3)2.1 整流电路 (3)2.2 斩波调速电路 (4)3控制电路的设计与分析 (5)3.1 触发电路的设计与分析 (6)3.2脉宽调制（PWM）控制的设计与分析 (6)3.2.1 欠压锁定功能 (7)3.2.2系统的故障关闭功能 (7)3.2.3软起动功能 (7)3.2.4 波形的产生及控制方式分析 (8)3.3 延时、驱动电路的设计 (8)3.4 ASR和ACR调节器设计 (9)3.4.1 ASR（速度调节器） (9)3.4.2 ACR（电流调节器） (10)结束语 (12)参考文献 (12)附录 (13)晶闸管直流电动机调速系统设计1设计概述1.1 设计意义及要求有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。
改变电枢电压的极性，或改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。
当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统1.2 方案分析1.2.1 可逆调速方案使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。
电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。
电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。
电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。
直流电动机双闭环调速系统课程设计
直流电动机双闭环调速系统课程设计一、引言直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和日常生活中。
在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对电动机进行调速。
传统的电动机调速方法是通过改变电源电压或者改变电动机的极数来实现，但这种方法存在调速范围小、调速精度低、调速响应慢等问题。
因此，现代工业中普遍采用电子调速技术，其中双闭环调速系统是一种常用的调速方案。
二、直流电动机双闭环调速系统的原理直流电动机双闭环调速系统由速度环和电流环组成。
速度环是通过测量电动机转速来控制电动机的转速，电流环是通过测量电动机电流来控制电动机的负载。
两个环路相互独立，但又相互联系，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
三、直流电动机双闭环调速系统的设计1.硬件设计硬件设计包括电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块。
其中电源模块提供电源，电机驱动模块将电源转换为电机驱动信号，信号采集模块采集电机转速和电流信号，控制模块根据采集到的信号进行PID控制。
2.软件设计软件设计包括PID控制器设计和程序编写。
PID控制器是直流电动机双闭环调速系统的核心，其作用是根据采集到的信号计算出控制量，控制电机的转速和负载。
程序编写是将PID控制器的计算结果转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
四、直流电动机双闭环调速系统的实现1.电路连接将电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块按照设计要求连接起来。
2.参数设置根据电机的参数和工作要求，设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分系数和微分系数等。
3.程序编写根据PID控制器的计算结果，编写程序将其转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
五、直流电动机双闭环调速系统的应用直流电动机双闭环调速系统广泛应用于工业生产和日常生活中，如机床、风机、水泵、电梯等。
其优点是调速范围广、调速精度高、调速响应快、负载能力强等。
六、总结直流电动机双闭环调速系统是一种常用的电子调速方案，其原理是通过速度环和电流环相互独立但相互联系的方式，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
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。
直流电机PWM调速系统的设计与仿真
直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、引言直流电机是电力传动中最常用的一种电动机，具有调速范围广、响应快、结构简单等优点。
而PWM（脉宽调制）技术是一种有效的电机调速方法，可以通过改变占空比控制电机的转速。
本文将介绍直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。
二、建模分析1.直流电机的模型直流电机的数学模型包括电动势方程和电机转矩方程。
电动势方程描述电机的输出电动势与供电电压之间的关系，转矩方程描述电机的输出转矩与电机转速之间的关系。
2.PWM调速系统的控制策略PWM调速系统的控制策略主要包括PID控制和模糊控制两种方法。
PID控制是一种经典的控制方法，通过比较实际输出与期望输出，计算出控制量来调整系统。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊推理，将输入量映射为输出量。
三、电路设计1.电机驱动电路设计电机驱动电路主要由电流传感器、逆变器和滤波器组成。
电流传感器用于测量电机的电流，逆变器将直流电压转换为交流电压，滤波器用于消除电压中的高频噪声。
2.控制电路设计控制电路主要由控制器、比较器和PWM信号发生器组成。
控制器接收电机转速的反馈信号，并与期望转速进行比较，计算出控制量。
比较器将控制量与三角波进行比较，生成PWM信号。
PWM信号发生器将PWM信号转换为对应的脉宽调制信号。
四、仿真实验1.系统建模与参数设置根据直流电机的模型，建立MATLAB/Simulink仿真模型，并根据实际参数设置电机的转矩常数、转矩常数、电机阻抗等参数。
2.控制策略实现使用PID控制和模糊控制两种方法实现PWM调速系统的控制策略。
通过调节控制参数，比较不同控制方法在系统响应速度和稳定性上的差异。
3.仿真实验结果分析通过仿真实验，分析系统的静态误差、动态响应和稳定性等性能指标。
比较不同控制方法的优缺点，选择合适的控制方法。
五、结论本文介绍了直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。
利用反电动势的直流电动机调速系统设计
利用反电动势的直流电动机调速系统设计
反电动势是直流电动机运行时产生的一种反向电动势，它的大
小与电动机的转速成正比。
利用反电动势可以实现直流电动机的调速。
以下是一种设计直流电动机调速系统的方法：
1. 选择合适的直流电动机，根据需要的输出功率大小和工作条
件选择合适的电机型号。
2. 选择合适的电机驱动器，根据电动机的额定电流和工作电压，选择合适的变频器或直流调速器。
3. 设计控制电路，反电动势调速是一种开环控制，可以采用
PID控制方式进行闭环控制。
控制电路需要包括反电动势测量电路、比例积分微分控制器和输出驱动电路。
4. 测量反电动势，需要安装反电动势测量器件在电机轴上，将
反电动势转换成模拟电压信号进行采集和处理。
5. 控制电路处理反电动势信号，与设定的转速信号进行比较，
通过控制输出电压或电流，调节电机的转速。
6. 进行调节和测试，根据实验结果进行反馈修改，逐步优化系
统的性能。
7. 配置相关的保护功能，例如过载保护、过热保护等。
总之，利用反电动势进行调速是直流电动机常见的调速方式之一，需要合理选择电机和驱动器，设计控制电路并进行实验和改进，才能获得稳定可靠的调速系统。
无刷直流电动机调速系统设计.
目录1绪论 (1)1.1 直流无刷电动机发展状况 (1)1.2直流无刷电机控制技术的发展 (1)2 直流无刷电动机的工作原理 (2)2.1 直流无刷电动机的结构与原理 (2)2.2三相绕组直流无刷电动机控制主回路的基本类型 (4)2.3直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器 (5)3 直流无刷电动机控制系统的数学模型 (6)3. 1直流无刷电动机的基本方程 (7)3. 2直流无刷电动机控制系统的动态数学模型 (10)4 硬件电路 (12)4.1 主电路 (12)4.2换相电路 (14)5 软件部分设计 (17)5. 1软件总体构成 (17)5. 2主程序的设计 (17)5. 3中断子程序的设计 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 .............................................................................................................................. 错误!未定义书签。
1绪论1.1 直流无刷电动机发展状况电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已经遍及国民经济的各个领域，电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。
直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中。
但传统的直流电动机均采用机械电刷的方式进行换向，存在相对的机械摩擦，和由此带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。
因此，早在1917年，Bulgier就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。
1955年，美国D·Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着无刷直流电机的诞生。
1978年，原联邦德国MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC永磁无刷直流电机及其驱动系统，标志着永磁无刷直流电机真正进入了实用阶段。
6.1KW直流电动机不可逆调速系统设计
因调速指标D=10静差率小于等于5%
△nN=（nNS）/[D（1-S）]
=（3100*0.05）/（10*0.95）
=16.31转/分
采用电压反馈方案时
△nN={R1/[CEΦ（1+K）]}Id+Ra/CEΦId
CEΦ=(uN-INRa)/nN
=[220-(39.5*0.189)]/3100
查表得
A=0.9 B=1ε=0.9
U2=（1～1.2）220/0.81
=（271.605～325.926）伏
取U2=300伏
电压比K=U1/U2
=220/300
=0.733
1）一次电流I1和二次电流I2的计算
KI1=1.11 KI2=0.11
I1=1.05 KI1Id/K
=1.05*1.11*39.5/0.733
三、电动机供电方案
与变流机组相比，晶闸管可控整流装置无噪声，无磨损，响应快，体积小，重量清，投资省；而且工作可靠，功耗小，效率高，因此采用晶闸管可控整流装置供电。
由于电动机小（仅3.7KW），故选用单相整流电路。又因是不可逆系统，所以可选用单相桥式半控整流电路供电。为省去续流二极管在一侧的方案。
电动机的额定电压为220V，若用电网直接供电，会造成导通角小，电流脉动大，并且功率因数抵，因此，还是用整流变压器供电方式为宜。
UTN=（2～3）Um
=(2～3)1.414U2
=(2～3)1.414*300
=828.4～1272.7
取UTm=1200 V
2)晶闸管的额定电流
It=Id/1.414
=39.5/1.414
=27.93
.93/1.57
=26.68～35.58A
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。
直流电机调速控制系统设计
成绩电气控制与PLC课程设计说明书直流电机调速控制系统设计.Translate DC motor speed Control system design学生王杰学号学院班级信电工程学院13自动化专业名称电气工程及其自动化指导教师肖理庆2016年6月14日目录1 ××11.1 ××××××11.1.1 ××××错误!未定义书签。
1.1.2 ××××1……1.2 ××××××11.2.1 ××××8……2 ×××××82.1 ××××××102.1.1 ××××10……3 ×××××123.1 ××××××123.1.1 ××××12……参考文献13附录14附录114附录2141 直流电机调速控制系统模型1.1 直流调速系统的主导调速方法根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：R I E U a +=式(1.1)公式中：U 为电枢电压；E 为电枢电动势；R I a 为电枢电流与电阻乘积。
由于电枢反电势为电路感应电动势，故：n C E φe =式(1.2)式中：e C 为电动势常数；φ为磁通势；n 为转速。
由此得到转速特性方程如下：φe a C R I U /)(n -=式(1.3)由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：1.改变电枢回路的电阻R ——电枢回路串电阻调速。
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。
直流电动机调压调速系统设计
直流电动机调压调速系统设计
在非公速直流电动机调压调速系统中，主要用到控制器、电动机、变压器、调节器等
元器件。
这些元器件的组合和运行相互关联，应根据特定的非公速应用条件来设计。
因此，建立一个非公速调压调速系统时，必须认真考虑控制系统设计所面临现实工作条件，将系
统各元素进行有效性能调整，以满足特定工况下的具体需求。
首先，调压调速系统的控制器必须考虑以下功能：根据任务要求合理控制和调节电动
机的输出功率，调整变压器的电路配置和电动机的电流，实现对手动控制模式的转换，同
时还要支持故障防范功能，预防意外的情况。
此外，控制器还要方便运行，可以自动调节
和监控电动机的运行情况，便于外部设备的使用。
其次，电动机的设计必须考虑应用系统的运行环境。
我们有必要分析电动机的类型、
规格和功率，使其充分利用可用资源，满足运行需求。
此外，电动机还要具备可控制和可
伸缩性，以满足不同任务的需要，并针对运行情况采取有效安全措施，以防止意外情况的
发生。
最后，非公速直流电动机调压调速系统设计需要考虑变压器和调节器的配置。
变压器
的选用能够充分利用可容纳的电率，使得控制模式的变换更加灵活；而调节器的设计则需
要满足不同任务的要求，以及运行时系统运行情况可能出现的变化，将供电电压和其他参
数可靠控制在安全范围内。
因此，非公速直流电动机调压调速系统设计，要求仔细研究系统的功能，采取科学的
设计方法，以满足具体的参数要求，并能够有效保证系统的正常运行。
直流调速系统的工程设计
03
常见的动态特性分析方法包括根轨迹法和频率响应法等。
调速系统的能效分析
能效分析是评价直流调速系统能 源利用效率的重要指标，对于节 能减排和降低运行成本具有重要
意义。
能效分析主要通过分析系统的能 耗和效率来进行，能耗越低，效
率越高，系统的能效越好。
常见的能效分析方法包括功率损 耗分析和效率计算等。
直流电机的选型依据
直流电机的选型应根据实际应用需求进行，需要考虑电机的额定电压、额 定电流、额定转速、额定转矩等参数。
选型时需要考虑电机的负载特性，如转矩、转速等，以及负载的变化范围 和变化规律。
还需要考虑电机的控制精度要求、调速性能要求、环境条件等因素，以确 保电机能够满足实际应用的需求。
03 控制系统设计
05 工程实例与优化方案
工程实例介绍
某钢铁企业轧机直流调速系统
该系统用于控制轧机的速度，以确保产品质量和生产效率。
某城市轨道交通直流牵引传动系统
该系统用于控制列车牵引电机的速度，以确保列车运行的安全和稳定性。
现有系统的问题与不足
轧机直流调速系统存在的问题：调速 精度低，响应速度慢，容易造成产品 质量不稳定。
实时操作系统
选择合适的实时操作系统，如RT-Thread、FreeRTOS等，以提高系 统的实时性和稳定性。
控制策略的选择与实现
控制策略
参数整定
根据直流电机的特性和应用场景，选择合 适的控制策略，如PI控制、模糊控制等。
根据实际运行情况，对控制器的参数进行 整定和优化，以提高系统的动态性能和稳 态精度。
电源
为整个系统提供电能，通常为 直流电源。
电机
执行控制器发出的控制信号， 带动负载转动。
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课程设计任务书学生：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 直流电动机调速系统设计初始条件：采用MC787组成触发系统，对三相全控桥式整流电路进行触发，通过改变直流电动机电压来调节转速。
要求完成的主要任务:（1）设计出三相全控桥式整流电路拓扑结构；（2）设计出触发系统和功率放大电路；（3）采用开环控制、转速单闭环控制、转速外环+电流环控制。
(4) 器件选择：晶闸管选择、晶闸管串联、并联参数选择、平波和均衡电抗器选择、晶闸管保护设计参考文献：[1] 周渊深.《电力电子技术与MATLAB仿真》.：中国电力，2005:41-49、105-114时间安排：2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1概述 (1)2转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (1)2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成 (1)2.2 稳态结构框图和静特性 (2)3双闭环直流调速系统的数学模型与动态过程分析 (3)3.1双闭环直流调速系统的动态数学模型 (3)3.2双闭环直流调速系统的动态过程分析 (4)4转速电流双闭环直流调速系统调节器的工程设计 (6)4.1转速和电流两个调节器的作用 (6)4.2调节器的工程设计方法 (6)4.2.1设计的基本思路 (7)4.3 触发电路及晶闸管整流保护电路设计 (7)4.3.1触发电路 (7)4.3.2整流保护电路 (8)4.3.2.1 过电压保护和du/dt限制 (8)4.3.2.2 过电流保护和di/dt限制 (9)4.4 器件选择与计算 (9)5心得体会 (14)参考文献 (15)附录：电路原理图 (16)直流电动机调速系统设计1概述此设计采用MC787组成触发系统，对三相全控桥式整流电路进行触发，通过改变直流电动机电压来调节转速。
转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。
根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。
基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。
在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。
本文首先确定整个设计的方案和框图。
然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计。
本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作环；转速环在外边，称做外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
2转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器UPE—电力电子变换器图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。
图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压U c 为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。
图2 双闭环直流调速系统电路原理图2.2 稳态结构框图和静特性稳态结构图，如图3。
当调节器饱和时，输出为恒值，相当于使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压U ∆在稳态时总是零。
在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
图3 双闭环直流调速系统的稳态结构框图α-转速反馈系数 β-电流反馈系数K s α1/C e U*nU c I dE nU d0 U n++-ASR +U *i-I d R RβACR - U iUPE图4双闭环直流调速系统的静特性1转速调节器不饱和稳态时，0*n n U U n n αα===、d i i I U U β==*，βα,——转速和电流反馈系数。
，图5静特性的AB 段。
dm d I I <，CA 段静特性从理想空载状态的0=d I 一直延续到dm d I I =，而dm I 一般都是大于额定电流dN I 的。
这就是静特性的运行段，它是水平的特性。
2转速调节器饱和ASR 输出达到限幅值*im U ，转速外环呈开环状态，成电流无静差的单电流闭环调节系统。
稳态时， ，dm I 为最大电流。
静特性是图4中的BC 段，它是垂直的特性。
这样的下垂特性只适合于0n n <的情况，因为如果0n n >，则*n n U U >，ASR 将退出饱和状态。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dm I 时表现为转速无静差，转速负反馈起主要调节作用。
当负载电流达到dm I 时，对应于转速调节器的饱和输出*im U ，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。
3双闭环直流调速系统的数学模型与动态过程分析3.1双闭环直流调速系统的动态数学模型图5是转速、电流双闭环直流调速系统的动态结构框图，ASR W (s)和ACR W (s)分别表示了转速调节器和电流调节器的传递函数。
如果采用PI 调节器，则有：0*n U n n ==αdmimd I U I ==β*（3-1）（3-2）图5 双闭环直流调速系统的动态结构框图3.2双闭环直流调速系统的动态过程分析电流I d 从零增长到I dm ，然后在一段时间维持其值等于I dm 不变，以后又下降并经调节后到达稳态值I dl 。
转速波形先是缓慢升速，然后以恒加速上升，产生超调后，到达给定值n *。
从电流与转速变化过程所反映出的特点可以把起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和及退饱和三种情况。
ss K s W n nn ASR 1)(ττ+=ss K s W ii i ACR 1)(ττ+=图6 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形第I阶段（0-t1）是电流上升阶段：突加给定电压U*n后，经过两个调节器的跟随作用，Uc 、Ud、Id都上升，但是在Id没有达到负载电流Idl以前，电动机不能转动。
当Id≥Idl后，电动机开始转动，由于电机惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值较大，其输出电压保持限幅值U*im ，强迫电枢电流Id迅速上升。
直到Id ≈Idm，Ui=U*im，电流调节器很快就压制了Id的增长，标志着这一阶段的结束。
在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。
第II阶段（t1-t2）是恒流升速阶段：在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为恒流给定U*im 下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长，是起动过程中的主要阶段。
第III阶段（t2以后）是转速调节阶段：当转速上升到给定值n*时，转速调节器输入偏差为零，但输出却由于积分作用还维持在限限幅值U*im，所以电动机仍在加速，使转速超调。
转速超调后，ASR输入偏差电压为负，使它开始退出饱和状态，U*i 和Id很快下降。
但是，只要Id 仍大于负载电流Idl，转速就继续上升。
直到Id= Idl时，转矩Te=Tl，则转速n到达峰值。
此后，在t3-t4时间，Id< Idl，电动机开始在负载的阻力下减速，直到稳态。
如果调节器参数整定得不够好，也会有一段振荡过程。
在这的转速调节阶段，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使Id 尽快地跟随给定值U*i，此时电流环是一个电流跟随子系统。
4转速电流双闭环直流调速系统调节器的工程设计4.1转速和电流两个调节器的作用1. 转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压*U变化,n稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。
（2）对负载变化起抗扰作用。
（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
2. 电流调节器的作用(1)作为环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压*Ui （即外环调节器的输出量）变化。
(2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
(3)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。
(4)当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。
这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
4.2调节器的工程设计方法必要性: 设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求。
可能性: 电力拖动自动控制系统可由低阶系统近似，事先研究低阶典型系统的特性，将实际系统校正成典型系统，设计过程就简便多了。
建立调节器工程设计方法所遵循的原则是：（1）概念清楚、易懂；（2）计算公式简明、好记；（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；（4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式；（5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。
4.2.1设计的基本思路调节器的设计过程分作两步：第一步，先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。
第二步，再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。
在选择调节器结构时，采用少量的典型系统，它的参数与系统性能指标的关系都已事先找到，就使设计方法规化，大大减少了设计工作量。
用工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器，先环后外环。
首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
4.3 触发电路及晶闸管整流保护电路设计4.3.1触发电路图7晶闸管触发电路MC787可作为触发三相全控桥或三相交流调压晶闸管电路。
其中三相电压的零线和电源共地，同步电压经RC组成的T形网络滤波分压，并产生30°的相移，经电容耦合电路取得同步信号，电路输入端采用等值电压进行二分之一分压，以保证信号对称。
在电路Cu、Cv、Cw电容上形成锯齿波，移相电压Uc由脚4输入，与锯齿波电压比较取得交点，通过脚6半控/全控选择开关可以使用单脉冲或者双脉冲输出，5脚用作过压过流控制，当5脚处于高电平时禁止输出。
输出端由大功率管驱动，可配接脉冲变压器触发晶闸管。
4.3.2整流保护电路整流电路如图8所示，在整流电路中主要是晶闸管的保护问题。
晶闸管具有许多优点，但它属于半导体器件，因此具有半导体器件共有的弱点，承受过电压和过电流的能力差，很短时间的过电压和过电流就会造成元件的损坏。