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直流电机调速控制器的设计说明

直流电机调速控制器的设计说明
直流电机调速控制器的设计说明

成绩

理工大学

电气与电子工程学院

课程设计说明书

设计题目:直流电机调速控制器的设计

专业班级:电气班

学生:

学号:

指导教师:孟繁玉

起止日期: 2010.6.21-2010.7.4

直流电机调速控制的设计

摘要:本课程设计介绍了直流电机的调速原理,在此基础上,以MCS-51单片机为控制核心,设计了直流电机调速控制系统的外围电路:用8255A芯片进行I/O 口扩展,用DAC0832芯片进行D/A转换,经DAC外围放大电路改变输出电压,从而对直流电机进行转速控制,利用霍尔元件对直流电机的转速进行采集,并送到单片机。此外,还有对速度给定的矩阵式键盘和速度显示电路。利用以上各个部分实现了对直流电动机速度设定、显示、采集及快速平滑控制的功能。软件的实现上采用P I(比例--积分)控制算法,使电动机的转速达到静态无差,从而实现了静态无差调速。最后,给出系统程序流程图。

利用MCS-51单片机进行直流电机调速具有简化系统结构,降低成本,提高系统可靠性和实用性具有重要意义。

关键字:直流电机 MSC-51单片机 PI控制

Abstract:This course introduces the design principle of DC motor speed control,on this basis, to MCS-51 microcontroller as the control center designed DC motor speed control system of the external circuit: The 8255A chip I / O port expansion, with the DAC0832 chip D / A converter, the external amplifier to change by the DAC output voltage, thus DC motor speed control, use of the Hall element of the DC motor speed were collected and sent to the microcontroller. In addition, given the speed and the speed of the keyboard matrix display circuit. Using the above realization of the various parts of DC motor speed setting, display, acquisition and control functions quickly and smoothly.Software implementations using PI (proportional - integral) control algorithm, so that the motor speed to static non-poor to achieve the speed difference between the static-free. Finally, system program flow chart is given.

MCS-51 microcontroller using DC Motor with simplified system structure, reduce costs, increase system reliability and availability is important.

Keywords: DC motor MCS-51 Microcontroller PI Control

目录

1.前言 (03)

2系统总体设计原理 (03)

3转速采集电路设计 (05)

4单片机小系统设计 (07)

5键盘与显示电路设计 (08)

6 D/A转换电路及DAC外围电路设计 (10)

7转速PI控制设计 (12)

8软件流程图 (13)

9结论 (16)

10致 (16)

11参考文献 (16)

1、前言

当今,自动化控制系统在各行各业得到了广泛应用和发展。而直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大围平滑调速,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。

本设计是研究对直流电机调速的自动控制装置,是直流电机实现平滑准确调节速度达到预设值。本课题主要是利用单片机来构成控制系统。主要包括:单片机、霍尔元件速度采集电路、直流电机、DAC0832、键盘、显示器等几部分组成。首先对预定速度进行设置,并通过数码管显示出来。利用霍尔元件对直流电机的转速进行实时测量采集,送入单片机利用软件技术与给定的转速进行比较控制。软件的实现上采用P I(比例--积分)控制算法,使电动机的转速达到静态无差,从而实现了静态无差。把校正后的结果经过DAC0832进行模数转换,把控制系统的数字量变为电压值输出,再经过驱动放大电路对直流电机进行调速控制。并将转速显示出来。从而实现快速的调节电机转速。

2、系统总体设计原理

2.1调速原理

由直流电机的速度公式n=(Ua-IaRa)/CeΦ,其中n是电机转速,Ua是电枢电压,Ia是电枢电流,Ra是电枢回路总电阻,Ce是电极常数,Φ是电机的励磁磁通。对于极对数是p,匝数是n,电枢支路数为a的电机来说Ca是常数。由于Ra为电枢回路电阻故其值很小,通过调节电阻改变转速的效果不明显。如果通过调节磁通量,对于它励电机其有外接的电源电压决定。故一般通过改变电枢电压来达到调节转速的目的。直流电机原理图如下:

图2.1 直流电机原理图

2.2系统总体组成原理框图

系统的原理框图如下图所示,主要包括:单片机、霍尔元件速度采集电路、直流电机、DAC0832、键盘、显示器等几部分组成。

图2.2 直流电机调速系统的总体设计框图

2.2.1 单片机

这里利用的是MSC-51单片机,实现速度测量计算、输入设定机系统控制、PI运算控制。

速度测量利用T1作为计数来计有霍尔元件送来的脉冲数,T0作为定时器。则定时T0产生50ms定时中断,在T0的中断程序中也采用软件计数器对中断次数计数。当软件计数器值为20时(即中断20次为1s),读出读出此脉冲计数值计算出转速并送显示器显示,用此转速与设定的转速值进行比较。所得到的误差经过PI调节,若实际速度大于设定值则输出电压值下降,反之则增加输出电压

值,实现对电机的调速。

2.2.2 键盘

此处键盘使用的是矩阵式键盘,用扩展的8255的PC0、PC1、PC2、PC3作为其行输入口,PC4、PC5、PC6作为其列输出口。由于只显示0~9十个数字故只需用3×4的矩阵式键盘即可。

2.2.3显示器

在此选用四个共阴极数码管显示转速,将其连接到I/O口芯片8255A,其中PA 口为段口,PB口的前四个作为位选。采用动态扫描显示。当有键盘输入中断产生时,显示键盘输入的给定转速,其余情况下显示电机实际转速。

2.2.4 D/A转换、DAC外围放大电路

采用DAC0832作为D/A转换、DAC外围放大电路,DAC0832是一个八位并行的D/A 转换器。其作用是将单片机输出的数字信号转换为模拟量输出,并将电流信号转化为电压信号输出,实现对电机的电枢电压的控制。为了实现直流电机的正反转采用双极性输出电路。

DAC0832直接与单片机相连,其部没有运算放大器使用时需要外接运算放大器,但这也提供了设计的灵活性,并在此时将输出的电流信号变为双极性电压信号输出。

2.2.5 霍尔元件速度采集电路

霍尔元件是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小耐高温等特性。

将一块永久磁钢固定在直流电机转轴上的转盘边沿,转盘随转轴旋转,磁钢也跟着同步旋转。在转盘附近安装一个霍尔开关传感器,当转盘随转轴同步旋转时,受磁钢产生的磁场的影响,霍尔器件输出脉冲信号,器脉冲信号的频率和转速成正比。这样只要测出脉冲信号的频率或者周期即可求出直流电机的转速。

3 转速采集电路设计

3.1 转速测量原理 -- 测频法

直流电机调速器

直流电机调速器 2K2电位器和Q5分别完成两个不同的功能,把R20下面断开,电路电路工作正常把R21下面断开,调速范围变的很窄,电位器前面三分之一角度电机都不转,后三分之一角度速度都达到最快 2K2是微调电位器,或者说是限制最高速用的。 直流电机调速控制电路 这是一个占空比可调的脉冲振荡器。电机M是用它的输出脉冲驱动的,脉冲占空比越大,电机电驱电流就越小,转速减慢;脉冲占空比越小,电机电驱电流就越大,转速加快。因此调节电位器RP的数值可以调整电机的速度。如电极电驱电流不大于200mA时,可用CB555直接驱动;如电流大于200mA,应增加驱动级和功放级。

图中VD3是续流二极管。在功放管截止期间为电驱电流提供通路,既保证电驱电流的连续性,又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。电容C2和电阻R3是补偿网络,它可使负载呈电阻性。整个电路的脉冲频率选在3~5千赫之间。频率太低电机会抖动,太高时因占空比范围小使电机调速范围减小。 风扇周波调速电路 夏天要来了,电风扇又得派上用场。这里介绍一个电风扇模拟阵风周波调速电路,可以为将我们家里的老式风扇增加一个实用功能,也算是一个迎接夏天到来的准备吧。下面介绍其工作原理。

电路见图1a。电路中NE555接成占空比可调的方波发生器,调节RW可改变占空比。在NE555的3脚输出高电平期间,过零通断型光电耦合器 MOC3061初级得到约10mA正向工作电流,使内部硅化镓红外线发射二极管发射红外光,将过零检测器中光敏双向开关于市电过零时导通,接通电风扇电机电源,风扇运转送风。在NE555的3脚输出低电平期间,双向开关关断,风扇停转。 MOC3061本身具有一定驱动能力,可不加功率驱动元件而直接利用MOC3061的内部双向开关来控制电风扇电机的运转。RW为占空比调节电位器,亦即电风扇单位时间内(本电路数据约为20秒)送风时间的调节,改变C2的取值或RW的取值可改变控制周期。 图1b电路为MOC3061的典型功率扩展电路,在控制功率较大的电机时,应考虑使用功率扩展电路。制作时,可参考图示参数选择器件。由于电源采用电容压降方式,请自制时注意安全,人体不能直接触摸电路板。

直流电动机调速课程设计

《电力拖动技术课程设计》报告书 直流电动机调速设计 专业:电气自动化 学生姓名: 班级: 09电气自动化大专 指导老师: 提交日期: 2012 年 3 月

前言 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,从而有效的提高工效率。

直流电机转速控制

直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

直流电机转速控制 课程设计 姓名: 学号: 班级:

目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 设计要求 (2) 设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 主要器件功能 (3) 硬件原理图 (6) 3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 硬件测试 (8) 软件调试……………………………………………………………(11

1.直流电机转速控制方案设计 设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示:

图1 2.直流电机转速控制硬件设计 主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电源正端为VCC,电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片,它采用I2C接口,能直接驱动8位共阴式数码管,同时可扫描管理多达64只按键,实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外,它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功

直流电机PWM调速与控制设计报告

综合设计报告 单位:自动化学院 学生姓名: 专业:测控技术与仪器 班级:0820801 学号: 指导老师: 成绩: 设计时间:2011 年12 月 重庆邮电大学自动化学院制

一、题目 直流电机调速与控制系统设计。 二、技术要求 设计直流电机调速与控制系统,要求如下: 1、学习直流电机调速与控制的基本原理; 2、了解直流电机速度脉冲检测原理; 3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路; 4、使用C语言编写控制程序,通过实时串口能够完成和上位机的通信; 5、选择合适控制平台,绘制系统的组建结构图,给出完整的设计流程图。 6、要求电机能实现正反转控制; 7、系统具有实时显示电机速度功能; 8、电机的设定速度由电位器输入; 9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。 三、给定条件 1、《直流电机驱动原理》,《单片机原理及接口技术》等参考资料; 2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等; 3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机; 四、设计 1. 确定总体方案; 2. 画出系统结构图; 3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路,设计硬件电路; 4. 设计串口及通信程序,完成和上位机的通信; 5. 画出程序流程图并编写调试代码,完成报告;

直流电机调速与控制 摘要:当今社会,电动机作为最主要的机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产,交通运输,国防,航空航天,医疗卫生,商务和办公设备中,还是在日常生活的家用电器和消费电子产品(如电冰箱,空调,DVD等)中,都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示,在所有动力资源中,百分之九十以上来自电动机。同样,我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关,密不可分。电气时代,电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等,对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器,光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制,是指对电动机的转速,转角,转矩,电压,电流,功率等物理量进行控制。 本电机控制系统基于51内核的单片机设计,采用LM298直流电机驱动器,利用PWM 脉宽调制控制电机,并通过光耦管测速,经单片机I/O口定时采样,最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制,其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入,系统的状显示与控制由上位机实现。经过设计和调试,本控制系统能实现电机转速较小误差的控制,系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。具有一定的实际应用意义。关键字:直流电机、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298 一、系统原理及功能概述 1、系统设计原理 本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计,主要用于电机的测速与转速控制,硬件方面设计有可调电源模块,串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路;软件方面采用基于C语言的编程语言,能实现系统与上位机的通信,并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态,如开启、停止、正反转等。 单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器,该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令,同时它还自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD转换器、一个SPI接口等,

单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》

单片机原理及应用课程设计报告设计题目: 学院: 专业: 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 年月日 目录

设计题目:PWM直流电机调速系统 本文设计的PWM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,LED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。 关键词:直流电机调速;定时中断;电动机;波形;LED显示器;51单片机 1 设计要求及主要技术指标: 基于MCS-51系列单片机AT89C52,设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。 设计要求 (1)在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298,驱动直流测速电动机。 (2)使用定时器产生可控的PWM波,通过按键改变PWM占空比,控制直流电动机的转速。 (3)设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2:“正转/反转”。 K3:“加速”。 K4:“减速”。 (4)手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在

手动状态下,每按一次键,电动机的转速按照约定的速率改变。 (5)*测量并在LED显示器上显示电动机转速(rpm). (6)实现数字PID调速功能。 主要技术指标 (1)参考L298说明书,在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波,定时时间建议为250us。 (3)编写键盘控制程序,实现转向控制,并通过调整PWM波占空比,实现调速; (4)参考Protuse仿真效果图:图(1) 图(1) 2 设计过程 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上,运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间,以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性,使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。 本设计以控制驱动电路L298为核心,L298是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机,OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12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。 本设计以AT89C52单片机为核心,如下图(2),AT89C52是一个低电压,高性能 8位,片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(),器件采用的高密度、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,AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 图(2) 对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性:闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差(额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比)要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范

PWM控制直流电机调速

毕业设计论文PWM控制直流电机调速 绪论 脉宽调制(PWM)控制技术,是利用半导体开关器件的导通和关断,把直流电压变成电压脉冲序列,并控制电压脉冲的宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。PWM控制技术广泛地应用于开关稳压电源,不间断电源(UPS),以及交直流电动机传动等领。本文阐述了PWM变频调速系统的基本原理和特点,并在此基础上给出了一种基于Mitel SA866DE三相PWM波形发生器和绝缘栅双极功率晶体管(IGBT)的变频调速设计方案。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、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,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。 直流电动机的转速调节主要有三种方法:调节电枢供电的电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。针对三种调速方法,都有各自的特点,也存在一定的缺陷。例如改变电枢回路电阻调速只能实现有级调速,减弱磁通虽然能够平滑调速,但这种方法的调速范围不大,一般都是配合变压调速使用。所以,在直流调速系统中,都是以变压调速为主。其中,在变压调速系统中,大体上又可分为可控整流式调速系统和直流PWM调速系统两种。直流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,稳速精度高,调速范围宽,可达1:10000左右;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;直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流器高。 正因为直流PWM调速系统有以上的优点,并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。传统的模拟和数字电路PWM已被大规模集成电路所取代,这就使得数字调制技术成为可能。目前,在该领域中大部分应用的是数字脉宽调制器与微处理器集为一体的专用控制芯片, 如TI公司生产的TMS320C24X系列芯片。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。

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 学生姓名王杰 学号20130503213 信电工程学院13自动 学院班级 化 专业名称电气工程及其自动化 指导教师肖理庆

201 6年 6 月 14 日

目录 1 直流电机调速控制系统模型 0 1.1 直流调速系统的主导调速方法 0 因此,降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。 0 1.2 直流电机调速控制的传递函数 0 1.2.1 电流与电压的传递函数 (1) 1.2.2 电动势与电流的传递函数 (1) 由已学可知,单轴系统的运用方程为: (1) 1.3 直流调速系统的控制方法选择 (3) 1.3.1 开环直流调速系统 (3) 1.3.2 单闭环直流调速系统 (3) 由前述分析可知,开环系统不能满足较高的调速指标要求,因此必须采取闭环控制系统。图1-4所示的是,转速反馈单闭环调速系统,其是一种结构相对复杂的反馈控制系统。转速控制是动态性能的控制,相比开环系统,速度闭环控制的控制精度及控制稳定性要好得多,但缺乏对于静态电流I的有效控制,故这类系统被称之为“有静差”调速系统。 (4) 1.3.3 双闭环直流调速系统 (4) 图1-4 双闭环控制直流调速控制系统 (4) 1.3.3.1 转速调节器(ASR) (4) 1.3.3.1 电流调节器(ACR) (4) 1.4 直流电机的可逆运行 (5) 1.2 ×××××× (7) 1.2.1 电流与电压的传递函数 (7) (8) 3 PLC在直流调速系统中的应用 (8) 2 ××××× (9) 2.1 ×××××× (9) 2.1.1 ×××× (9) 3 ××××× (11) 3.1 ×××××× (11) 3.1.1 ×××× (11) 参考文献 (12) 附录 (13) 附录1 (13)

直流电机地PWM电流速度双闭环调速系统课程设计

电力拖动课程设计 题目:直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统 姓名:强 学号:U201311856 班级:电气1303 指导老师:徐伟 课程评分:

日期:2016-07-10 目录 一、设计目标与技术参数 二、设计基本原理 (一)调速系统的总体设计 (二)桥式可逆PWM变换器的工作原理(三)双闭环调速系统的静特性分析(四)双闭环调速系统的稳态框图 (五)双闭环调速系统的硬件电路 (六)泵升电压限制 (七)主电路参数计算和元件选择 (八)调节器参数计算

三、仿真 (一)仿真原理(含建模及参数) (二)重要仿真结果(目的为验证设计参数的正确性) 四、结论 参考文献 附录1:调速系统总图 附录2:调速系统仿真图 一、设计目标与技术参数 直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下: 额定电压:U N=220V;额定电流:I N=136A;额定转速:n N:=1460r/min; 电枢回路总电阻:R=0.45Ω;电磁时间常数:T l=0.076s;机电时间常数:T m=0.161s; 电动势系数:C e=0.132V*min/r;转速过滤时间常数:T on=0.01s;转速反馈系数α=0.01 V*min/r; 允许电流过载倍数:λ=1.5;电流反馈系数:β=0.07V/A;

电流超调量:σi≤5%;转速超调量:σi≤10%;运算放大器:R0=4KΩ; 晶体管PWM功率放大器:工作频率:2KHz;工作方式:H型双极性。 PWM变换器的放大系数:K S=20。 二、设计基本原理 (一)调速系统的总体设计 在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道,采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是,如果对系统的动态性能要求较高,例如要求快速起制动,突加负载动态速降小等等,单闭环调速系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。如图2-1所示。 图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形 用双闭环转速电流调节方法,虽然相对成本较高,但保证了系统的可靠性能,保证了对生产工艺的要求的满足,既保证了稳态后速度的稳定,同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段,只有电流负反馈,没有转速负反馈,不让电流负反馈发挥主要作用,既能控制转速,实现转速无静差调节,又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程,很好的满足了生产需求。 直流双闭环调速系统的结构图如图2-2所示,转速调节器与电流调节器串极联结,转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列,从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速,达到设计要求。 直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称,与晶闸管直流调速系统的区

直流电机调速计算机控制技术课程设计

计算机控制技术课程设计 专业:自动化 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016年07月15日

直流电机调速系统设计 1设计目的 本课程设计是在修完《计算机控制技术A》课程之后,为加强对学生系统设计和应用能力的培养而开设的综合设计训练环节。本课程设计结合《计算机控制技术A》课程的基础理论,重点强调实际应用技能训练,包括计算机控制系统算法软件和硬件设计。其课程设计任务是使学生通过应用计算机控制技术的基本理论,基本知识与基本技能,掌握计算控制技术中各主要环节的设计、调试方法,初步掌握并具备应用计算机进行设备技术改造和产品开发的能力,培养学生的创新意识,提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。 2 设计方法 设计一个直流电机系统,合理选择PID控制规律,掌握被控对象参数检测方法、H桥驱动的功能、旋转编码器的功能、单片机PWM控制波形输出方法,进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力,进而提高解决实际工程问题的能力。直流电机调速系统是以电机转速作为变量,单片机根据采集电机转速的测量值与设定值的偏差去控制PWM波形的脉宽,从而改变直流电机两端的电压,达到控制转速的目的。直流电机调速系统由单片机、直流电机、光电式旋转编码器、H桥驱动、LCD显示屏等及相关电路组成。 3 设计方案及原理 3.1系统功能介绍 整个控制系统由控制器、执行器、被控对象和测量变送组成,在本次控制系统中控制器为单片机,采用算法为PID增量算法控制规律,执行器为H桥驱动电路,测量变送器为光电式旋转编码器,被控对象为直流电机。然后通过单片机对数据进行处理,控制转速的大小和正反转。 3.2系统组成总体结构 计算机控制系统由控制计算机系统和生产过程两大部分组成。控制计算机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机系统,它可以根据系统的规模和要求选择或设计不同种类的计算机。计算机控制系统基本结构如图1所示。

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。 三、系统硬件设计

直流电机转速控制

. 直流电机转速控制 课程设计

姓名: 学号: 班级: 目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6)

3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11 1.直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。

1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示: 图1

2.直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电

直流电机调速电路的设计

课程设计说明书 直流电机调速电路的设计 系、部: 学生姓名: 指导教师: 专业: 班级: 完成时间: 摘要

将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域,利用半导体开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制,构成了一门完整的学科,被国际电工委员会命名为电力电子学或称为电力电子技术,他是一门综合了电子技术,控制技术和电力技术的新兴交叉学科。直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为发电机使用,也可作为电动机使用,用作直流发电机可以得到直流电源,而作为直流电动机,由于其具有良好的调速性能,在许多调速性能要求较高的场合,仍得到广泛使用。直流电动机是人类最早发明和应用的有一种电机。直流电动机是将直流电转换为的旋转机械。他与交流电动机相比,虽然直流电动机因为结构复杂,维护困难,价格比较贵等缺点制约了它的发展,应用不如交流电动机广泛。但由于直流电动机有优良的启动,调速和制动性能,因此在工业领域中仍占有一席之地。 关键词电力电子技术;直流电动机;机械能 ABSTRACT

Will the electronic technology and control technology into the traditional power technology, using semiconductor switching parts of all kinds of power transformation of electric power circuit implementation transformation and control, constitute a complete discipline, be door to the international electrotechnical commission named power electronics or called power electronic technology, he is a comprehensive electronic technology, control technology and the emerging interdisciplinary power technology. Dc motor is one of the main types of the motor. A dc motor as a generator can use, also can use as a motor, used as dc generators can get dc power, and as a dc motor, since it has good performance of speed adjustment, in many speed performa, is still widely used. Dc motor is the earliest human invention and application of a kind of motor. Current motor is converted to dc of rotating machine. He compared with ac motor, although dc motor for the complex structure, maintenance difficulties, price is more expensive shortcomings constrains its development, the application as ac motor widely. But because of dc motor with fine start, speed and braking performance, so in industry still has a place. Key words power electronic technology; dc motor; mechanical energy 目录

4kw以下直流电动机的不可逆调速系统课程设计要点

设计任务书 一.题目: 4kw 以下直流电动机不可逆调速系统设计 二.基本参数: 三.设计性能要求: 调速范围D=10静差率s < 10%制动迅速平稳 四.设计任务: 五.参考资料: 1. 设计合适的控制方案。 2. 画出电路原理图,最好用计算机画图(号图纸) 3. 计算各主要元件的参数,并正确选择元器件。 4. 写出设计说明书,要求字迹工整,原理叙述正确。 5. 列出元件明细表附在说明书的后面。 直流电动机:额定功率 Pn=1.1kW 额定电压 Un=110V 额定电流 In=13A 转速 Nn=1500r/min 电枢电阻 Ra=1Q 极数 2p=2 励磁电压 Uex=110V 电流 Iex=0.8A

电动机作为一种有利工具,在日常生活中得到了广泛的应用。而直流电动机具有很好的启动,制动性能,所以在一些可控电力拖动场所大部分都米用直流电动机。 而在直流电动机中,带电压截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛, 其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。 他通常采用三相全桥整流电路对电机进行供电,从而控制电动机的转速, 传统的控制系统采用模拟元件,比如:晶闸管、各种线性运算电路的等。 虽在一定程度上满足了生产要求,但是元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响,并且线路复杂,通用性差,控制效果受到器件性能、温度等因素的影响,从而致使系统的运行特征也随着变化,所以系统的可靠性及准确性得不到保证,甚至出现事故。直流调速系统是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电路、双闭环调速系统电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路。通常指人为的或自动的改变电动机的转速,以满足工作机械的要求。机械特性上通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机的机械特性和工作特性的机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化 由于本人和能力有限,错误或不当之处再所难免,期望批评和指正

基于STM32的直流电机调速控制器的设计说明

基于STM32的直流电机调速控制器的设计 摘要:介绍了一款主要由STM32微处理器,IR2110驱动芯片,光电编码器等构成的直流电机PWM调速控制器。详细介绍了直流电机调速原理、光电编码器的工作原理。 并根据整体方案设计,设计了逻辑信号处理电路、IR2110 驱动电路以及主程序,PWM输出子程序等硬软件设计。本设计主要可以应用在小型电动船或车上,具有较高的使用 价值。 关键词:直流电机;光电编码器;PWM;IR2110驱动 A PWM speed controller of DC motor based on STM32 LI Zhi-hong QIAN Chen-liang the School of Automation,Wuhan University of Technology Wuhan HuBei China 430070 Abstract:A PWM speed controller of DC motor based on STM32 is introduced in this paper. The main components of the controller are STM32,IR2110 driver IC,photoelectric encoder and so on. This paper elaborated on the governor principle of DC motor and working principle of photoelectric encoder. According to

the entire project plan,the hardware and software design,including signal processing logic circuit, IR2110 driver circuit,main program and PWM subroutine were designed. This controller mainly applied on small electric boat or car,which owns higher use value. Keywords:DC motor;photoelectric encoder;PWM;IR2110 driver 1 前言 随着电力电子技术的发展,直流电机靠其优良的控制 性能和线性特性等诸多特点在工业控制、航海、汽车工程 和精密家电等诸多领域内被广泛应用。[1]经过多年的研发,如今的直流电机调速技术也已经达到了一个新的高度在精 准性、可控性和抗干扰性能的优良性上得到了很大的提高。 [2] 如今,数字式直流调速系统已经逐渐变成了主流,本 文以STM32作为主控芯片,IR2110为驱动芯片设计了一款直流电机控制器,可以通过调节光电编码器的旋转方向和 角度来控制直流电机的转速和转向。该控制器可以应用于 小型电动船或车上,具有较高使用价值。 2具体原理和方法 2.1直流电机调速原理

温度控制直流电动机转速的课程设计

目录 1 1引言 (1) 2设计任务及要求 (2) 2.1设计目的 (2) 2.2设计要求 (2) 3 本课程设计的意义 (2) 4使用软件介绍 (3) 4.1Proteus仿软真件的介绍 (3) 4.2 Keil软件 (3) 5电路使用元件的介绍 (4) 5.1关于AT89C51单片机的简介 (4) 5.2关于DS18B20温度传感器的简介 (4) 5.3关于L298电机驱动芯片的简介 (4) 5.4关于LM016液晶模块的简介 (5) 6部分硬件的工作原理 (5) 6.1直流电动机的工作原理 (5) 6.2转速的测量原理 (6) 6.3直流电动机的转速控制系统的工作原理 (6) 7直流电动机的转速控制系统软件设计 (7) 7.1编程思路 (7) 7.2系统流程图 (7) 8仿真程序(C语言) (10) 9结束语 (16) 1 1引言 在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。据资料统计,现在有的90%以上的动力源自于电动机,电动机和人们的生活

息息相关,密不可分。随着现代化步伐的迈进,人们对自动化的需求越来越高,使电动机控制向更复杂的控制发展。 近年来由于微型机的快速发展,国外交直流系统数字化已经达到实用阶段由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高,制作成本低,且不受器件温度漂移的影响,且单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点,现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱之一。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算,可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方而的性能都远远优于模拟控制系统且使用越来越广泛。 现在市场上通用的电机控制器大多采用单片机和DSP。但是以前单片机的处理能力有限,对采用复杂的反馈控制的系统,由于需要处理的数据量大,实时性和精度要求高,往往不能满足设计要求。近年来出现了各种单片机,其性能得到了很大提高,价格却比DSP低很多。其相关的软件和开发工具越来越多,功能也越来越强,但价格却在不断降低。现在,越来越多的厂家开始采用单片机来提高产品性价比。 2设计任务及要求 2.1设计目的 设计一个基于温度的电动机转速控制电路,在相应的软件控制下可以完成要求的功能,即外部温度大于45C时,直流电动机在L298驱动下加速正转,温度大于75C全速正转,当外部温度小于10C时电动机加速反转,温度小于0C时电动机全速反转。温度回到10C-45C时电动机停止转动。在液晶显示屏1602LCD上显示当前的温度值。 2.2设计要求 一、设计一个基于温度的电动机转速控制电路,在相应的软件控制下可以完成要求的功能,即外部温度大于45C时,直流电动机在L298驱动下加速正转,温度大于75C全速正转,当外部温度小于10C时电动机加速反转,温度小于0C 时电动机全速反转。温度回到10C-45C时电动机停止转动。在液晶显示屏1602LCD 上显示当前的温度值。 二、画出基于温度的电动机转速控制电路的电路图; 三、所设计的电路需要在仿真软件Protues v7.5上能够运行,课程设计报告的最后必须附有在仿真软件Protues v7.5下设计的电路图和控制程序清单。 3 本课程设计的意义 直流电动机作为一种高效率速度控制电动机引人注目、但市场的知名度还小

直流电机转速控制(DOC)

直流电机转速控制 课程设计 姓名: 学号: 班级:

目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6) 3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11

1.直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示: 图1

2.直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电源正端为VCC,电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片,它采用I2C接口,能直接驱动8位共阴式数码管,同时可扫描管理多达64只按键,实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外,它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、

直流电动机调速课程设计教学提纲

直流电动机调速课程 设计

电机与拖动课程设计报告 (2014—2015学年第二学期) 题目直流电动机调速系统设计 系别信息与控制系 专业电气工程及其自动化 班级 1103 学号 311101423 姓名周军 指导教师顾波 完成时间 评定成绩

目录 第一章直流电动机....................................................... - 0 - 第二章直流电动机的结构与工作原理....................................... - 1 - 2.1 直流电动机的结构................................................ - 1 - 2.2 直流电动机的工作原理............................................ - 2 - 第三章他励直流电动机的调速............................................. - 3 - 3.1电机调速指标.................................................... - 4 - 3.2 电枢串电阻调速.................................................. - 6 - 3.3改变电枢电源电压调速............................................ - 7 - 3.4弱磁调速........................................................ - 8 - 第四章课程设计内容.................................................... - 10 - 4.1 采用电枢串电阻调速............................................. - 10 - 4.2 采用电枢电压调速............................................... - 11 - 4.3 采用改变励磁电流调速........................................... - 11 - 结论................................................................... - 12 - 设计体会............................................................... - 13 - 参考文献............................................................... - 15 -

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