直流电动机调速系统的设计
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）
基于单片机的直流电机调速系统的课程设计
一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。
由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。
如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。
脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。
平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
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。
直流电机调速控制系统的设计
继续教育学院毕业设计（论文）题目：直流电机控制系统的设计专业名称：机电一体化学号：017115110015学生姓名：陈佳宇指导教师：蒋萍萍老师目录1.绪论 (4)1.1直流电机调速系统的研究意义 (4)1.2直流电机调速的发展趋势 (4)1.3本文研究的内容 (5)2.直流调速系统的硬件设计 (5)2.1设计方案综述 (5)2.1.1 H桥驱动电路设计方案 (6)2.1.2 调速设计方案 (7)2.2 硬件设计 (7)2.2.1 电源电路 (7)2.2.2 H桥驱动电路 (8)2.2.3 基于霍尔传感器的测速模块 (8)2.2.4 LCD显示模块 (9)3.直流调速系统的软件设计 (10)3.1 PWM技术简介 (10)3.1.1 PWM介绍 (10)3.1.2 PWM控制的基本原理 (10)3.1.3 PWM调速原理 (11)3.2 调节器设计 (13)3.2.1电流调节器设计 (13)3.2.2速度调节器的设计 (14)3.3 软件设计 (16)3.3.1系统总控制流程图及说明 (16)3.3.2 PWM波软件设计 (17)3.3.3 测速软件设计 (20)4. 基于matlab的仿真分析 (21)4.1仿真步骤 (21)4.2仿真分析 (23)5.总结 (26)参考文献 (27)摘要直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。
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、LCD液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。
电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LCD实现对测量数据（速度）的显示。
电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。
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。
直流电机调速系统设计开题报告
直流电机调速系统设计开题报告1. 背景直流电机调速系统广泛应用于工业生产和家用电器领域，用于控制转速和转矩。
在工业自动化生产线中，直流电机调速系统能够有效控制生产过程中的加工、输送和分拣等环节，提高生产效率和质量。
而在家用电器中，直流电机调速系统可以用于风扇、洗衣机、电动车等设备，实现电机转速的调节，提供更好的使用体验。
直流电机调速系统的设计需要考虑电机的性能要求、电路设计、控制算法和系统可靠性等方面的问题。
本开题报告将以直流电机调速系统的设计为基础，分析相关参数的选择、电路设计和控制策略的优化，为后续的系统设计提供指导和建议。
2. 分析2.1 直流电机的特点直流电机是一种将直流电能转化为机械能的装置，具有以下特点：•转速范围广：直流电机可以在较宽的转速范围内工作，通常转速可以由几十转/分钟到几千转/分钟变化。
•转矩可调：通过改变电机的励磁电流或电源电压，可以实现电机转矩的调节。
•响应快速：直流电机具有较快的响应速度，能够快速适应负载变化。
2.2 直流电机调速系统的参数选择在设计直流电机调速系统时，需要选择合适的参数以满足系统的性能要求。
以下是一些常见的参数选择和考虑的因素：•电机参数：包括额定电压、额定功率、额定转速等。
根据实际需求选择合适的电机参数。
•传感器选择：选择合适的速度、转矩传感器以获得准确的反馈信号，用于控制系统。
•控制算法选择：根据实际需求选择合适的控制算法，常见的有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
•电路设计：设计适当的电路用于控制电机的电流和电压，以实现期望的调速效果。
•保护系统设计：设计过流、过载和过热保护系统，保证电机的安全运行。
2.3 直流电机调速系统的控制策略优化直流电机调速系统的控制策略可以通过优化控制算法和参数来提高系统的性能。
•PID控制算法优化：调整PID控制器的比例、积分和微分参数，使得系统响应更加平稳、快速，并减小超调量和稳定误差。
•软件调速算法：通过改变调速策略、动态响应和控制算法的实现方式，将调速算法的性能最大化。
晶闸管整流直流电动机调速系统
晶闸管整流直流电动机调速系统设计概述：许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
本此设计主要：就是针对直流调速装置，利用晶闸管相控整流技术，结合集成触发器芯片和调节器，组成晶闸管相控整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA785集成移相触发控制芯片，实现调速系统。
同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。
关键词：双闭环直流调速晶闸管相控1 设计意义及要求1.1 设计意义电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电半导器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制装置。
通过此次课程设计要求学会电力电子装置的设计，能够利用相控整流装置对直流电动机进行调速系统的设计。
1.2 设计要求本次课程设计的题目是晶闸管相控整流直流电动机调速系统设计。
已知直流电动机参数：N P =3KW ，N U =220V ，N I =17.5A ，N n =1500min r 。
要求采用集成触发器及调节器构成转速电流闭环的直流调速系统。
设计绘制该系统的原理图，并计算晶闸管的额定电压和额定电流。
2 系统电路设计根据设计的要求，可将设计分为两大部分，一是主电路及系统原理图，二是控制电路，系统原理图部分我们采用的是三相全控整流装置，在这里我们使用三个TCA785芯片以便满足设计的要求，同时要加入转速电流双闭环系统，更好的实现调速的要求，达到稳定的速度效果。
电路原理总图见附录。
2.1 系统主电路 晶闸管相控整流电路有单相、三相、全控、半控等，调速系统一般采用三相桥式全控整流电路，如图1所示。
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。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一直流电动机调速系统的设计1 引言在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。
早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。
随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。
采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许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。
从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。
早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。
随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。
采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调节器等。
2 系统方案选择和总体结构设计2.1调速方案的选择本次设计选用的电动机型号Z2-71型，其具体参数如下表2-1所示表2-1 Z2-51型电动机具体参数2.1.1电动机供电方案的选择变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。
旋转变流机组简称G-M系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。
静止可控整流器又称V-M系统，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的U，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系相位，即可改变d统动态性能。
直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM受器件各量限制，适用于中、小功率的系统。
根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统。
在V-M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压Ud。
由于要求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路。
考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥交流器供电方案。
因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。
并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。
而且工作可靠，能耗小，效率高。
同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。
综上选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。
2.1.2调速系统方案的选择C：计算电动机电动势系数e由 125.014508.061230=⨯-=-=N A N N e n R I U C v min/r, 当电流连续时， 系统额定速降为:8.780125.08.0261=⨯⨯=⋅=∆e dN N C R I n r/min, a R R 2=. 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率:%35%1008.78014508.780=⨯+=∆+∆=N N N N n n n S ，大大超过了S ≤5%. 若D=10，S ≤5%.，则()()min /6.705.011005.014501r s D s n n N N =-⨯≤-=∆⋅，可知开环调速系统的额定速降是780.8min /r ，而工艺要求的是7.6min /r ，故开环调速系统无能为力，需采用反馈控制的闭环调速系统。
因调速要求较高，故选用转速负反馈调速系统，采用电流截止负反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断主电路电源。
为使线路简单，工作可靠，装载体积小，宜用KJ004组成的六脉冲集成触发器。
该系统采用减压调速方案，故励磁应保持恒定。
采用三相全控桥式整流电路供电。
2.2总体结构设计采用双闭环调速系统，可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的，这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dN I 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电流无静差。
得到过电流的自动保护。
显然静特性优于单闭环系统。
在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。
直流调速系统的框图如图2-1所示：图2-1 直流双闭环调速系统结构图3主电路设计与参数计算电动机的额定电压为230V ，为保证供电质量，应采用三相降压变压器将电源电压降低；为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y 联结。
3.1整流变压器的设计3.1.1变压器二次侧电压U2的计算U2是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。
选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。
一般可按下式计算，即： )(cos 22min max 2N sh Td I I CU A nU U U -+=αε （3-1）式中max d U --整流电路输出电压最大值；nUT --主电路电流回路n 个晶闸管正向压降；C -- 线路接线方式系数；Ush --变压器的短路比，对10～100KVA ，Ush =0.05～0.1；I2/I2N--变压器二次实际工作电流与额定之比，应取最大值。
在要求不高场合或近似估算时，可用下式计算，即：()BA U U d ε2.1~12= （3-2） 式中A--理想情况下，α=0°时整流电压0d U 与二次电压2U 之比, 即A=0d U /2U ；B--延迟角为α时输出电压2U 与0d U 之比，即B=d U /0d U ； ε——电网波动系数；(1～1.2)——考虑各种因数的安全系数；根据设计要求，采用公式：()B A U U dε2.1~12= 8(3-3)由表查得 A=2.34；取ε=0.9；α角考虑10°裕量，则 B=cos α=0.985()V U 133~111985.09.034.22302.1~12=⨯⨯= 取U2=120V 。
电压比K=U1/U2=380/120=3.17。
3.1.2 一次、二次相电流I1、I2的计算由表查得 1I K =0.816, 2I K =0.816考虑变压器励磁电流得：A K I K I d I 49.1617.361816.005.105.111=⨯== A I K I d I 776.4961816.022=⨯==3.1.3变压器容量的计算1111I U m S = （3-4） 2222I U m S =； （3-5） )(2121S S S +⨯=； （3-6）式中21,m m --一次侧与二次侧绕组的相数；由表查得3,321==m m1111I U m S ==3×380×16.49=18.799 KVA2222I U m S ==3×120×49.776=17.919 KVA)(2121S S S +⨯==1/2（18.799+17.919）=18.395 KVA取S=18.4 KVA3.2晶闸管元件的选择3.2.1晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压TN U ，乘以（2～3）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压TN U ，即TN U =（2～3）m U 整流电路形式为三相全控桥，查表得26U U m =，则()()()V U U U m TN 8.881~9.58712063~263~23~22=⨯⨯=== （3-7） 取700=TN U V.3.2.2 晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值TN I 大于实际流过管子电流最大有效值T I ，即TN I =1.57)(AV T I >T I 或 )(AV T I >57.1T I =57.1T I dd I I =K d I （3-8） 考虑（1.5～2）倍的裕量)(AV T I =（1.5～2）K d I （3-9）式中K=T I /（1.57d I ）--电流计算系数。
此外，还需注意以下几点：①当周围环境温度超过+40℃时，应降低元件的额定电流值。
②当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。
③关键、重大设备，电流裕量可适当选大些。
由表查得 K=0.367，考虑(1.5～2)倍的裕量()()d AV T KI I 2~5.1= （3-10）()A896.44~672.3361368.02~5.1=⨯⨯= 取A I T 40=。
故选晶闸管的型号为KP20-7。
3.3晶闸管保护环节的计算晶闸管有换相方便，无噪音的优点。
设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。
正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。
3.3.1过电压保护以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。
（1）交流侧过电压保护1）阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R 和电容C 进行保护。
本系统采用D-Y 连接。
S=18.4KVA, 2U =120Vem I 取值：当 S=50~100KVA 时，对应的em I =4~1，所以em I 取3。