直流电动机测速装置 徐观生
直流电动机测速装置徐观生
摘要：本设计为2017年全国大学生电子设计竞赛题目《直流电动机测速装置》
本设计以 STM32F103ZET6 作为系统的主控芯片，采用串阻测速和漏磁测速方式，
实现了对直流电动机转速的测量。该装置通过 INA199 芯片、LM358 运放及
74LS14 触发器构成采集电路，将系统中电流信号通过多级放大。经过带通滤波器，利用施密特触发器转化成和脉冲整形电路得到方波，通过钳位电路将最大电压不
超过 3.3V 输入给单片机，单片机采用测周法（T）法对方波进行周期采样，计算
出电动机的转速。基于此，装置大部分功能完全符合题目要求，同时具备友好的
人机交互界面。
关键词：直流电动机；测速；单片机；运算放大器
1.系统方案
1.1系统总方案
本系统由电动机、测速装置、单片机、按键模块、显示模块以及语音播报模
块构成。其中显示模块由串口液晶屏构成，语音播报模块通过软件程序设计实现，与此同时，本系统采用独立按键来方便界面操作。本系统结构图如图 1 所示：
2.理论分析与计算
2.1测速方法分析
（1）串阻工作原理：直流电机工作时，电机转子经历接近磁极和远离磁极过程，电枢铁
芯通过的磁通量为正弦变化，电枢稳态电流存在一个与之对应的正弦分量，通过对该正弦分
量的测量处理，就可测出电机转速。
正弦分量频率与电机转速的关系为
如图 2 所示，在电动机串上一个 250mR 的检流电阻，利用差分放大器IC INA199A1 将电
流采集进来并放大 50 倍。将该波形通过带通电路并有 LM358 构成的放大电路放大 100 倍，
放大后的波形经过高通后，再利用施密特触发器整形给单片机，将采集的频率通过计算显示
电机的转速。
（2）壳外电磁检测的分析及电路
图 3 壳外电磁检测电路
如图 3 所示，通过线圈将电机外的电枢漏磁转为电信号并差分放大芯片INA199A1 采集线
圈上的信号闭放大 50 倍在通过带通电路将直流部分隔开，但由于波形不明显，所以利用
LM358 构成一个放大电路将波形放大至 100 倍再次通过带通滤波器，并利用施密特触发器将
波形转为数字脉冲，将该脉冲输给单片机，将采集的频率通过计算显示电机的转速。
图 7 系统流程图
3.2程序设计
如图7 所示本系统采用初始化成功后，通过独立键盘进行对题目的选择与测量；如需要，可通过按键选择语音播报当前的转速和显示并存储近 20 次的采集数据。
4.测试方案与测试结果
测试环境
（1）场地条件：室温（25℃）、室内测试场地
（2）测试仪器：如表 1 所示。
汽车发电机,起动机拆装实验心得体会
汽车发电机,起动机拆装实验心得体会 《汽车构造拆装实习》实习报告 （xx-xx学年第二学期） 姓名： 学号： 成绩： 目录 实习概 述 (2) 内容一：五十铃柴油发动机的拆装 ........................... 3 内容二：丰田汽油发动机的拆装 ............................. 5
内容三：手动变速器的拆装 ................................. 7 内容四：自动变速器的拆装 ................................. 9 内容五：驱动桥的拆装 .................................... 11 内容六：制动系和悬架的拆装 .............................. 13 心得体会 ................................................ 15 实习概述 一、实习目的 1. 巩固和加强汽车构造和原理的理论知识，为后续课程学习奠定必要的基础。
2. 使学生掌握汽车总成、各零部件及其相互间的连接关系、拆装方法和步骤及注意事项； 3. 学习正确使用拆装设备、工具、量具的方法； 4. 了解安全操作常识，熟悉零部件拆装后的正确放置、分类及清洗方法，培养良好的工作和生产习惯。 5. 锻炼和培养学生的动手能力。 二、实习要求 1. 严格遵守安全操作规程，杜绝安全事故的发生。 2. 独立完成各机构、总成、机件的拆装，掌握它们相互间的装配关系，掌握正确的拆装方法。 3. 熟悉各部件名称、作用和结构特点。了解机件的性能、制造加工方法。 4. 学会判断、分析、处理常见故障及正确使用各种拆装设备、工具、量具。
直流电动机测速装置 徐观生
直流电动机测速装置徐观生 摘要：本设计为2017年全国大学生电子设计竞赛题目《直流电动机测速装置》 本设计以 STM32F103ZET6 作为系统的主控芯片，采用串阻测速和漏磁测速方式， 实现了对直流电动机转速的测量。该装置通过 INA199 芯片、LM358 运放及 74LS14 触发器构成采集电路，将系统中电流信号通过多级放大。经过带通滤波器，利用施密特触发器转化成和脉冲整形电路得到方波，通过钳位电路将最大电压不 超过 3.3V 输入给单片机，单片机采用测周法（T）法对方波进行周期采样，计算 出电动机的转速。基于此，装置大部分功能完全符合题目要求，同时具备友好的 人机交互界面。 关键词：直流电动机；测速；单片机；运算放大器 1.系统方案 1.1系统总方案 本系统由电动机、测速装置、单片机、按键模块、显示模块以及语音播报模 块构成。其中显示模块由串口液晶屏构成，语音播报模块通过软件程序设计实现，与此同时，本系统采用独立按键来方便界面操作。本系统结构图如图 1 所示： 2.理论分析与计算 2.1测速方法分析 （1）串阻工作原理：直流电机工作时，电机转子经历接近磁极和远离磁极过程，电枢铁 芯通过的磁通量为正弦变化，电枢稳态电流存在一个与之对应的正弦分量，通过对该正弦分 量的测量处理，就可测出电机转速。 正弦分量频率与电机转速的关系为 如图 2 所示，在电动机串上一个 250mR 的检流电阻，利用差分放大器IC INA199A1 将电 流采集进来并放大 50 倍。将该波形通过带通电路并有 LM358 构成的放大电路放大 100 倍， 放大后的波形经过高通后，再利用施密特触发器整形给单片机，将采集的频率通过计算显示 电机的转速。 （2）壳外电磁检测的分析及电路 图 3 壳外电磁检测电路 如图 3 所示，通过线圈将电机外的电枢漏磁转为电信号并差分放大芯片INA199A1 采集线 圈上的信号闭放大 50 倍在通过带通电路将直流部分隔开，但由于波形不明显，所以利用 LM358 构成一个放大电路将波形放大至 100 倍再次通过带通滤波器，并利用施密特触发器将 波形转为数字脉冲，将该脉冲输给单片机，将采集的频率通过计算显示电机的转速。 图 7 系统流程图 3.2程序设计 如图7 所示本系统采用初始化成功后，通过独立键盘进行对题目的选择与测量；如需要，可通过按键选择语音播报当前的转速和显示并存储近 20 次的采集数据。 4.测试方案与测试结果 测试环境 （1）场地条件：室温（25℃）、室内测试场地 （2）测试仪器：如表 1 所示。
汽车启动马达的原理 [图片]
汽车启动马达的原理 [图片] 第一章起动机 发动机需要外力起动,常见的起动方式分 1.人力起动,简单不方便,用于农用车 2.辅助汽油机起动,常用于大型的柴油机 3.电力起动机起动,起动迅速,可重复使用,广泛使用 起动机的作用:将蓄电池的电能转化为机械能,驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动. 第一节起动机的结构及类型 一起动机的构造 电力起动机通常由三部分组成 直流串励式电动机: 产生转矩,将蓄电池输入的电能转换为机械机 传动机构(啮合机构):在发动机起动时,使起动机的驱动齿轮啮合入飞轮齿圈,将起动机转矩传给发动机曲轴 。在发动机起动后,使起动机自动脱开齿圈。 电磁开关：起动机的控制装置，控制电路的通断。 (一) 直流串电动机 由电枢、换向器、磁极、电刷、轴承和外壳组成。 1）电枢：电枢轴
电枢铁心：由硅钢片叠压而成，用花键固定在电枢轴上 电枢绕组：采用较粗的矩形裸铜线。为了防止相互短 路，铜线之间用绝缘纸或绝缘漆隔开 换向器：将电流引入电枢绕组，并使不同磁极下的导线中的电流方向保持不变。 换向器：铜片（导体）云母片（绝缘体） 云母片低于铜片：避免铜片磨损后云母片外凸而造成电刷与换向器接触不良。 云母片高于铜片：防止电刷粉末落入铜片之间的槽中而造成短路。 2）磁极：建立磁场：一般采用4个（2对）磁极，大功率起动机采用6个磁极，必须两两相对。 3）电刷组件：材料：铜粉：80％? 增强导电性 石墨：20％? 增加润滑性 作用：将电源电压加在与换向器连接的电枢绕组上。 电刷：绝缘电刷，搭铁电刷两种。 4）轴承：轴承要承受冲击性载荷。应采用青铜石墨轴承或铁基含油轴承。 二、直流串励式电动机的工作原理 直流电动机是将电能转化成机械能的设备。以安培定律为基础，即通电导体在磁场中的电场力作用。
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。
直流电动机控制系统
煤炭工程学院课程设计 题目：直流电动机转速控制系统 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 日期：
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。 电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而测量电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要，而且随着科技的发展,PWM调速成为电机调速的新方式。 随着数字技术的迅速发展，微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用，由于数字系统有着模拟系统所没有的优势，如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护。 本设计是以单片机AT89S52和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89S52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及PWM的占空比在LCD上的实时显示。 关键词：直流电机；AT89S52；PWM调速；L298
起动机用直流电动机教案
起动机用直流电动机教案本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
课题：第二节起动机用直流电动机 教学目的及要求： a)理解起动机用直流电动机的工作原理 b)掌握起动机用直流电动机的组成 c)了解起动机用直流电动机的特性 教学重难点： a)理解起动机用直流电动机的工作原理 b)掌握起动机用直流电动机的组成 教学方法：讲授法、任务驱动法 教具：起动机、多媒体 教学内容及实施过程 一、导入新课 各种普通起动机的结构大同小异，外形如图3-1所示。 图3-1 普通起动机实物图 它主要由直流电动机、传动机构和控制装置三部分组成。起动发动
机时，通过操纵控制装置即开关，将直流电动机产生转矩，经传动机构传递给曲轴，带动发动机。今天我们主要学习起动机的直流电动机。 二、讲解本次授课的具体内容 第二节起动机用直流电动机 直流电动机 1.直流电动机的结构 直流电动机主要由壳体、磁极、电枢、换向器和电刷组件等部分组成,如图3-1。它能将电能转换为机械能，产生转矩带动发动机曲轴，起动发动机。一般均采用直流串励式电动机。串励是指电枢绕组与磁场绕组串联。 （1）磁极 磁极的作用是产生电枢转动时所需要的磁场，它由固定在机壳上的磁极铁心和磁场绕组组成。如图3-2。 为了增大起动机的电磁转矩，磁极一般有四个或六个。 四个激磁绕组的连接方式有两种：一种是四个绕组串联后再与电枢绕组串联，如图 3－3 a)所示， 另一种是两个绕组先串联后并联，然后再与电枢绕组串联，如图3－3 b)所示。 目前普遍采用后一种连接方式，无论采用哪一种连接方式，其激磁绕组通电产生的磁极必须N、S极相间排列。
直流电动机转速控制
直流电动机转速控制 王文玺 （北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京） 摘要：通过对直流电动机控制系统的建模，再利用Matlab对建模后的系统进行分析，来加深对自动控制系统的理解。找到系统的输入、输出，理清经历各环节前后的信号变化，找出系统传递函数。 关键词：直流电动机、Matlab、建模、传递函数 1、直流电动机动态数学模型建立 1.1直流电机数字PID闭环速度控制，系统实现无静差控制。 这是一个完整的带PID算法的直流电动机控制系统。目标值为给定的期望值，期望值与被测输出结果形成的反馈做比较，得到误差信号。误差信号经过PID控制环节得到控制信号。继而经历驱动环节得到操作量，驱动量作用与对象即电动机然后得到输出信号即转速。转速通过传感器得到反馈信号。 1.2PID控制环节 1.3被控对象（直流电动机）的统一数学模型 信号类型一次为，输入信号为电压，然后电流、电流、转矩、转速，反馈信号为电压。
各环节的比例函数为： 1.3.1额定励磁条件下，直流电机的电压平衡关系： （Ud为外加电压，E 为感应电势，R a为电枢电阻 ，La为电枢电感，i a为电枢电流。） 拉氏变换后： （ra—L ／R ，为电枢时间常数） 1.3.2直流电机的转矩平衡关系及拉氏变换： （Te 为电磁转矩，Tl 为负载转矩，B为 阻尼系数，J 为转动惯量，w为电机机 械转速，rm=J／B，为机械时间常数） 1.3.3电动机传递函数 可见直流电动机本身就是一个闭环系统，假设电机工作在空载状态，且机械时间常数远大于电枢时间常数，则电机传递函数可近似为： 1.4具体实例 电枢控制直流电动机拖动惯性负载的原理图，涉及的参数有：电压U为输入，转速为输出，R、L为电枢回路电阻、电感，K 是电动机转矩系数，K 是反电动势系数，K 是电动机和负载折合到电动机轴上的黏性摩擦系数，．厂是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。已知：R一2．0 Q，L：==0．5 H ，K = Kb一0．015，Kf一0．2 Nms，J— o．02kg．m 。 ( 取电压U为输入，转速叫为输出，由已知条件和原理图，根据直流电机的运动方程可以求出电动机系统的数学模型为：
汽车上的发电机和起动机
汽车上的发电机和起动机 一个是发电机，负责汽车供电；另一个是起动机，负责汽车起步。两者的电机一样有磁场、电枢和整流元件，但前者是将机械能转换为电能，后者是将电能转换为机械能，因此两者的构造是有很大差异。 以前的汽车发电机是直流发电机，用换向器整流，从20世纪70年代起已经逐步淘汰，现在的汽车发电机大都是交流发电机，用半导体整流。它具有体积小，功率大，寿命长，故障少和低速充电性能好的优点。 交流发电机分为定子绕组和转子绕组两部分，三相定子绕组按照彼此相差120度电角度分布在壳体上，转子绕组由两块极爪组成。当转子绕组接通直流电时即被励磁，两块极爪形成N极和S极。磁力线由N极出发，透过空气间隙进入定子铁心再回到相邻的S极。转子一旦旋转，转子绕组就会切割磁力线，在定子绕组中产生互差20度电度角的正弦电动势，即三相交流电，再经由6只硅二极管组成的整流元件变为直流电输出。 由于发电机输出电压会随发动机转速增高而升高，故要用电压调节器进行调节，使之符合使用需要。现代轿车的发电机都是比较紧凑的，将集成电路调节器放进发电机内装成一体，并且采用多管形式。例如夏利轿车的发电机就有8只半导体管，其中6只整流用，另2只用于三相中性点的电压整流输出，藉以提高发电机的功率。 现代轿车已普遍采用空调装置、电喷发动机、电控门窗、电动可调座椅等等。汽车越高级，用电量就越大。现在的中高级轿车发电机功率一般都达1千瓦。随着自动化舒适化的提高，用电量还要加大，但轿车的安装空间有限，不可能靠加大体积增加功率。因此，工程师就在冷却和安装位置上做文章。例如将发电机安装在发动机的上端，尽量远离发热区；发电机的前后端都装上风扇叶，以增强冷却效果。最近宝马公司更是尝试用水冷却方式来提高发电机的冷却效果。
直流测速发电机测速误差分析及减小误差的方法
直流测速发电机测速误差分析及减小误差的方法 摘要：直流测速发电机的输出特性Ua=f(n)不是严格地呈线性特性，实际特性与要求的线性特性之间存在误差。阐述了引起误差的各种原因，并提出了减少误差的方法。 关键词：直流测速发电机误差分析减少误差论文毕业论文 直流测速发电机作为自动控制系统中的校正元件，就其物理本质来说，是一种测量转速的微型直流发电机；从能量转换的角度看，它把机械能转换为电能，输出直流电；从信号转换的角度看，它把转速信号转换成与转速成正比的直流电压信号输出，因而可以用来测量转速。 1 自动控制系统对直流测速发电机的要求 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应满足以下几项要求： （1）输出电压与转速的关系曲线（输出特性）RL =∞ 应为线性Ua=K*n，如图1所示。RL1 （2）输出特性的斜率要大； （3）温度变化对输出特性的影响要小； （4）输出电压的纹波要小； （5）正、反转两个方向的输出特性要一致。 可以看出，第（2）项要求是为了提高测速发图1: 不同负载电阻时的电机的灵敏度。因为输出特性斜率大，即△U/△n大，理想输出输出特性这样，测速机的输出对转速的变化很灵敏。负载时输出电压与转速的关系式为：Ua=CeΦ*n/(1+Ra/Rl) 如果式中Ф、Ra和Rl都能保持常数，则Ua与n之间仍呈线性关系，只不过随着负载电阻的减小，输出特性的斜率变小而已，如图1所示。第（1）、（3）、（4）、（5）项的要求是为了提高测速机的精度。因为只有输出电压与转速成线性关系，并且正、反转时特性一致，温度变化对特性的影响越小，输出电压越稳定，输出电压才越能精确地反映转速，才能有利于提高整个系统的精度。 2 直流测速发电机的误差及其减小的方法 实际上，测速发电机的输出特性不是严格地呈线性特性，实际特性与要求的线性
直流电动机调速系统设计综述
概述 (2) 1 设计任务与分析 (3) 1.1 任务要求 (3) 1.2 任务分析 (3) 2方案选择及论证 (4) 2.1 三相可控整流电路的选择 (4) 2.2 触发电路的选择 (4) 2.3 电力电子器件的缓冲电路 (5) 2.4 电力电子器件的保护电路 (5) 3主电路设计 (7) 3.1 整流变压器计算 (7) 3.1.1 U2的计算 (7) 3.1.2一次侧和二次侧相电流I1和I2的计算 (8) 3.1.3变压器的容量计算 (8) 3.2 晶闸管元件的参数计算 (9) 3.2.1晶闸管的额定电压 (9) 3.2.2晶闸管的额定电流 (9) 3.3 电力电子电路保护环节 (10) 3.3.1交流侧过电压保护 (10) 3.3.2直流侧过电压保护 (11) 3.3.3晶闸管两端的过电压保护 (11) 3.3.4过电流保护 (11) 4触发电路设计 (11) 4.1 触发电路主电路设计 (11) 4.2 触发电路的直流电源 (13) 5电气原理图 (14) 小结与体会 (15) 参考文献 (16) 附录 (16)
直流电动机具有良好的起动和制动性能，广泛应用于机械、纺织、冶金、化工、轻工等工业系统。随着电力电子技术的发展，晶闸管在直流电动机的调速系统中得到广泛应用。晶闸管直流电动机调速系统，可实现电动机的无级调速，具有调节范围宽，控制精度高，使用寿命长、成本低等优点。正确掌握晶闸管直流电动机调速系统的设计方法，对系统的可靠运行及应用有重大意义。 本设计以晶闸管直流电动机调速装置为主，介绍了系统的各个部件的组成及主要器件的参数计算。调速装置以可控整流电路作为直流电源，把交流电变换成大小可调的单一方向直流电。通过改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚来改变直流电压的平均值。 关键词：可控整流晶闸管触发电路保护电路
直流电动机转速控制系统设计
摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。特别是在直流电动机广泛应用的电气传动领域，起到至关重要的作用。直流电动机因为具有良好的调速性能和比较大的起动转矩，一直被应用在电气领域，尤其是在需要调速性能很高的场所。在制造业、工农业自动化、铁路与运输等行业都被广泛的应用，随着市场的竞争力，对直流电动机的需求也越来越高，同时对直流电动机的调速性能也有了更高的要求。因此，研究直流电动机转速控制系统的调速性能有着很重要的意义。 在本次的设计中采用PWM控制直流电动机转速。PWM脉冲受到PID算法的控制，被用来控制直流电动机的转速。同时利用安装在直流电动机转轴上的光电式传感器，将直流电动机的转速转换成脉冲信号，反馈到单片机，形成闭环反馈控制系统，改变不同占空比的PWM脉冲就可以实现直流电动机转速控制。 本论文对每一个方案的选择都进行详细的论述，在软件和硬件部分都进行了模块化。硬件部分首先给出一个以AT89S52单片机为核心的整体结构图，并对驱动电路、显示电路等模块进行详细的阐述。在软件部分给出整体程序流程图，对PWM 程序、PID算法程序、显示程序等模块详细的阐述。本次系统设计的具有抗干扰能力强、性价比高、维修简单方便等优点。 关键词：PWM；单片机；直流电动机；转速控制
Abstract Nowadays, automatic control system has been widely used and greatly developed in all walks of life. As the dominant part of electric drive, direct current (DC) control plays an important role in modern production, especially in the DC motor is widely used in the field of electric transmission. DC motor because of its good speed control performance and relatively large starting torque, has been applied in the electrical field, especially in the high speed performance requirements of the occasion. Is widely used in the manufacturing industry, industry and trade of agricultural automation, rail and transit industry, with the competitiveness of the market, the demand of DC motor is also more and more high, also of the DC motor speed performance also has the higher requirements. Therefore, it is very important to study the speed control performance of the DC motor speed control system. In this design, using PWM control DC motor speed. PWM pulse is controlled by the PID algorithm, PWM is used to control the speed of DC motor. At the same time, the hall sensor mounted on the rotational shaft of the DC motor, the DC motor speed is converted into a pulse signal, feedback to the microcontroller, form a closed loop feedback control system, changing the duty ratio of the PWM pulse can realize DC motor speed control. In this paper, the choice of each program are discussed in detail, in both the software and hardware parts are modular. In the part of hardware, we first give a whole structure diagram with AT89S52 single chip microcomputer as the core, and elaborate the driving circuit, display circuit and other modules in detail. In the software part gives the overall program flow chart, the PWM program, PID algorithm program, display program, and other modules are described in detail. The system design has the advantages of strong anti-interference ability, high cost performance, easy maintenance and so on. Key Words: PWM; microcomputer; DC motor; speed control
基于单片机控制的直流电机调速测速系统
TECHNOLOGY WIND 直流电机测速及调速系统是一种由单片机89C52构成的电机运行监测系统，使电机加速或减速，同时可以即时显示电动机的转速（如图1），具有较好的应用性。此系统结构简单，运行可靠，显示准确。整个调速装置采用PID 算法，测速装置有传感器器霍尔元件实现 。 图１硬件组成框图 直流电机的运用很广泛，直流电机测速及调速系统可以配接多种不同传感器，主要运用霍尔开关件UGN3000系列，转速最大测量范围是9999r/min ，测量范围宽。适用于大中小容量各种电机，测量速度快，显示准确适用范围广。比如，在纺织业纱线生产中，测量要求直流电机将劳动纱线供在纱线夹上，控制直流电机正、反转加速或减速，可以实现加工的目的。 1硬件电路设计1.1硬件电路设计要求 单片机输出PWM 使电机运转，用PID 算法来调节电机转速。通过UGN3020测量电机转速并在两位数码显示管显示，完成直流电动机速度测试，调速等整机的安装与调试。 1.2硬件设备介绍 1）单片机89C52：次设计采用单片机产生PWM 波，使电机运转，再通过软件PI 算法的调节，实现对直流电机的调速。 2）传感器霍尔开关件：GN3000系列（本系统采用UGN3020型）用来测量电动机的转速，并将信号送到单片机，最终显示在数码管上。 3）显示电路：可以直观的反映电动机当前的转速，动态显示出电机转速的变化。 4）正反转装置：通过两个继电器改变通过电机的PWM 的方向实现电机的正反转。 5）拨码开关装置：设定电机的目标转速。 6）正反转开关装置：让单片机接收电机的目标状态，通过软件实现。 2数字PID 控制算法 在计算机控制系统中，数字PID 控制算法通常又分为位置式PID 控制算法和增量式PID 控制算法。本次设计项目中采用的是PID 控制的增量式PID 算法。 2.1增量式PID 控制算法 当执行机构需要的是控制量的增量时，可以导出提供增量的PID 规律算式。根据递推原理可得 u （k-1）=Kpe （k-1）+K1∑e （j ）+KD[e （k-1）-e （k-2）]（式2-1） 最终可以得到△u （k ）=Kp △e （k ）+K1e （k ）+Kd[△e （k ）-△e （k-1）]，这式称为增量式PID 控制算法。图2为增量式PID 控制系统示意图 。 图２增量式ＰＩＤ控制系统框图 采用增量式算法时，计算机输出的控制增量△u （k ）对应的是本次执行机构位置（例如阀门）的增量。对应阀门实际位置的控制量，即控制量增量的积累u （k ）=∑△u （j ）需要采用一定的方法来解决，而且目前最多利用算式是u （ k ）=u （k-1）+△u （k ）通过执行软件来实现。2.2数字PID 程序的设计要点 在电机调速、定位等微机控制中，由于实时性和动态性能的要求很高，在数字PID 控制程序设计时，应作以下考虑： 1）采用汇编语言编程。 2）编程时尽量采用定点数运算，以减少程序量。 3）算法中各数字量存放单元的字节数选择，应根据各个量的变化范围和控制精度要求，在编程前作出准确的估计。 2.3增量式算法的优缺点 增量式算法虽然只是在算法上做了一点改进，却带来不少优点：1）由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。 2）手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故依旧保持原值。 3）算式中不需要累加。控制量△u （k ）的确定仅与最近K 次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。增量式控制也有其不足之处。 4）积分断截效应大，有静态误差。5）溢出的影响大。 因此在选择时不可一概而论，一般认为在以晶闸管作为执行器或在控制精度要求高的系统中可采用位置式控制算法，而在以步进电机或电动阀门作为执行器的系统中则可采用增量式控制算法。 3测速系统的设计与实现 由于直流电机的转速快,利用89C52内部的T2定时器来产生定时中断为转速及PID 的采样周期。T1工作在16位计数方式，T2工作在16为定时方式，计数脉冲为传感器的输出脉冲，TR1控制计数器T1的启动与关断。设T2定时时间为100ms ，即在T2的定时时间内T1收到的脉冲数为N ，则电机的转速为：η=10N （r/s ）。T1每次开始计数先清零，当计完一个周期，则停止计数,然后将采集的数据送给CPU 处理，算出直流电机的转速。由于T1采集的数据为16进制数，所以得先将其转化为BCD 码，送给显示LED 数码管。所以设计转速的步骤如下：1 ）T0采集周期Tp ：流程图如图3所示；2）计算转速：η=10N （r/s ）；3）把所测的转速换成压缩BCD 码；4）把压缩的BCD 码转换成非压缩BCD 码，然后送显示。 基于单片机控制的直流电机调速测速系统 尹冬梅 （苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215008） [摘要]本文阐述了基于单片机控制的直流电机对象是调速系统的PID 控制。系统包括：测速装置、调速装置、显示装置三部分，其中最重 要的是调速装置。在设计中运用的主要算法是增量式PID 算法。转速的测量由霍尔元件作电机测速的传感器实现，显示部分由动态数码显示转速。力求使本次设计项目直观性和完善性并存。[关键词]MCS-52单片机；PID 算法；测速 科技前沿 29
起动用直流电动机的特性
起动用直流电动机的特性 一、起动用直流电动机的型式 按磁场绕组和电枢绕组联接方式不同，起动用直流电动机可分为：并励、串励、复励三种形式(如图3—13所示)。汽车起动机一般采用串励式，大功率起动机多采用复励式。 1．串励电动机 串励电动机的电流流向是：蓄电池正极→磁场绕组→电刷→换向器→电枢绕组→负电刷→搭铁(蓄电池负极)(图3—13a)。此种方式允许流过磁场绕组的全部电流也流过电枢绕组。 串励电动机开始起动时能发出最大转距。输出转矩随着电动机转速升高而下降。转矩下降是由于反电动势造成的结果。 2．并励电动机 并励电动机的磁场绕组与电枢绕组并联接线(图3—13b)。并励电动机的输出转矩不随转速升高而下降，因为电枢产生的反电动势不会削弱磁场绕组的场强。由于并励电动机不能产生高转矩，故不用它作为起动机。但刮水器电动机、电动升降门窗电动机、电动调整座椅电动机
等，用的都是并励电动机。 3。复励电动机 复励电动扰的一些磁场绕组与电枢绕组串联联接，而另一些磁场绕组与蓄电池和电枢绕组并联联接(图3—13c)。此种配置，使复励电动机能发挥好的起动转矩和恒定的运行转速。分路的磁场绕组用来限制起动机的转速。 二、串励式直流电动机的特性 串励式直流电动机的转矩M、转速n和功率P随电流变化的规律，称为直流串励式电动机的特性。图3-14为直流串励直流电动机的特性曲线，其中曲线M、n和P分别代表转矩特性、转速特性和功率特性。
1．转矩特性 在起动机起动发动机的瞬间，因发动机的阻力矩很大，起动机处于完全制动状态。此时电枢转速为零，反电动势为零，电枢电流达到最大值，转矩也相应地达到最大值。转矩与电枢电流的平方成正比，所以制动电流所产生的转矩很大，足以克服发动机的阻力矩，使发动机起动变得很容易。这就是汽车起动机采用串励式电动机的主要原因之一。
直流电动机的电气调速方法
直流电动机的电气调速方法 直流电动机的电气调速方法下的调速性能及其应用。关键卸电机调违方法性能化较基本调速方法电机的电磁转炬和转速是表征电机运斤状态的主要物理量直流他励电机的电磁转矩和转速。 在恒负载转矩始下，若改变电枢回路所串联电阻化，改变电枢两端电压，或改变磁通，都可改变直流电机的机械特性，达到调速的目的。 因此，人为的改变电机的运行参数而实现的调速方法有：电枢回路串联电阻调速；改变电枢电压调速；减弱通调速这种人为的改变电机的运斤参数而得到的机械特性称人工机械特化电枢回路串联电阻调速持电源电压和磁通H为额定值不变，控制触点。 接通或断开可得到定负载转矩下电机的不同转速，电枢回路串接不同电阻下的空载转速。保持不变，而负载时的转速降将随电枢串联电阻的增加而大，电机的转速随电枢回路串联电阻的加而减小。 由于电枢电阻为恒值旧而电机的转速只能在额定转速下调整，电机的机械特性变软，在负载转炬变化时，转速降落较大，保持磁通为额定值，电枢回路不串入电阻，通过改变调压装置改变电枢电压，使其在额定电压凹下变化，其调速特性改变电枢电压的人工机械特性为条平行于自然机械特性的直线。随着电枢电压下降电机的空载转速降低，负载时的转速降保持不变，电机转速随电枢电压降低而下降。由
于电枢电压只能在额定电压化判下变化，因此改变电枢电压调速只能在额定转速下调整，电机的机械特性硬，在负载转矩变化时，转速降落较小。 以上两种调速方法在拖动恒转矩负载，稳定在不同转速下运行时，在采用电枢回路串入电阻调速或改变电枢电调速时，力辉电动机的负载能力具有恒转矩特化改变域通调速于额定磁通下，磁路系统已接近饱和，因此改变磁通只能在额定磁通巧下减小。在某负载转矩化下，保持电枢电压为额定电压化，电枢回路不串入电阻，调整励磁电阻况使励磁电流减小，从而减小磁通。随着磁通的减小，电机的空载转速将加内，电机的转速将随着磁通的减弱而增加内内减弱磁通调速只能得到高于额定转速的转速，且电机的机械特性变软，在负载转矩变化时，转速降落较大采用弱磁调速方法时，若拖动恒转炬负载，电动机运行于不同转速下的电枢电流。 调速的相对稳定性调速的相对稳定性亦称静差率，是衡量调速精度的指示它是指负载转矩变化时，转速变化的程度，其定义为：电动机由理想空载到额定负载时转速降落n.与理想空载转速《之比的百分数，常用来表示式中心电动机的额定转速。越小调速的相对稳定性越好，越大调速的相对稳定性就越差。电动机受负载变化所引起的转速降。系统的相对稳定性就越好，调速的精度就越高；电动机的理想空载转速。越低，义就越大，系统的相对稳定性就越差，调速的精度就越低。
直流电动机控制系统设计
X X X X X学院 题目：直流电动机控制系统 学 院 XXXXXX学院 专 业 自动化 班 级 XX班 姓 名 XXX 学 号 XXXXX 指导老师 XXX 2012年 12 月 25 日 1、 设计题目：直流电动机控制系统 1、前言 近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它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;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。 采用传统的调速系统主要有以下缺陷：模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。另外，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；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。PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。 2、系统设计原理 脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需 要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为 （1） 式中 Ua——电枢供电电压（V）； Ia ——电枢电流（A）； Ф——励磁磁通（Wb）； Ra——电枢回路总电阻（Ω）； CE——电势系数， ，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。 由式（1）可以看出，式中Ua、Ra、Ф三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法：(1)改变电枢回路总电阻Ra；；(2)改变电枢供电电压Ua；(3)改变励磁磁通Ф。 3、方案选择及论证 3.1、方案选择 3.1.1、改变电枢回路电阻调速 可以通过改变电枢回路电阻来调速，此时转速特性公式为 n=U-【I(R+Rw)】/KeФ （2）式中Rw为电枢回路中的外接电阻（Ω）。 当负载一定时，随着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻R= (Ra+Rw)增大，电动机转速就降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。 这种调速方法为有级调速，转速变化率大，轻载下很难得到低速，
汽车启动马达的原理 [图片]
汽车启动马达的原理 [图片] 令狐采学 第一章起动机 发动机需要外力起动,常见的起动方式分 1.人力起动,简单不方便,用于农用车 2.辅助汽油机起动,常用于大型的柴油机 3.电力起动机起动,起动迅速,可重复使用,广泛使用 起动机的作用:将蓄电池的电能转化为机械能,驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动. 第一节起动机的结构及类型 一起动机的构造 电力起动机通常由三部分组成 直流串励式电动机: 产生转矩,将蓄电池输入的电能转换为机械机 传动机构(啮合机构):在发动机起动时,使起动机的驱动齿轮啮合入飞轮齿圈,将起动机转矩传给发动机曲轴 。在发动机起动后,使起动机自动脱开齿圈。 电磁开关：起动机的控制装置，控制电路的通断。 (一) 直流串电动机 由电枢、换向器、磁极、电刷、轴承和外壳组成。 1）电枢：电枢轴 电枢铁心：由硅钢片叠压而成，用花键固定在电枢轴上 电枢绕组：采用较粗的矩形裸铜线。为了防止相互短路，铜线之间用绝缘纸或 绝缘漆隔开 换向器：将电流引入电枢绕组，并使不同磁极下的导线中的电流方向保持不变。 换向器：铜片（导体）云母片（绝缘体） 云母片低于铜片：避免铜片磨损后云母片外凸而造成电刷与换向器接触不良。 云母片高于铜片：防止电刷粉末落入铜片之间的槽中而造成短路。 2）磁极：建立磁场：一般采用4个（2对）磁极，大功率起动机采用6个磁极，必须两两相对。 3）电刷组件：材料：铜粉：80％? 增强导电性 石墨：20％? 增加润滑性 作用：将电源电压加在与换向器连接的电枢绕组上。 电刷：绝缘电刷，搭铁电刷两种。 4）轴承：轴承要承受冲击性载荷。应采用青铜石墨轴承或铁基含油轴承。 二、直流串励式电动机的工作原理 直流电动机是将电能转化成机械能的设备。以安培定律为基础，即通电导体在磁场中的电场力作用。 第二节起动机的工作原理 汽车起动机的控制装置包括电磁开关、起动继电器和点火起动开关灯部件，其中电磁开关于起动机制作在一起。
直流小电动机调速系统
题目直流小电机测速系统 一．题目要求 设计题目：直流小电动机调速系统 描述：采用单片机、uln2003为主要器件，设计直流电机调速系统，实现电机速度开环可调。 具体要求：1、电机速度分30r/m、60r/m、100r/m共3档； 2、通过按选择速度； 3、检测并显示各档速度。 实验器件： 实验板、STC89C52、直流电机、晶振（12MHz）、电容（30pFⅹ2、10uFⅹ2）、）uln2003、小按键、按键（4个）、、数码管、以及 电阻等 二．组分工
摘要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。 本文设计了直流电机测速系统的基本方案，阐述了该系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。本系统采用PWM 测量电动机的转速，用MCS-51单片机对直流电机的转速进行控制。本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。 ·关键词：直流电机单片机 PWM 转速控制 硬件部分 1.时钟电路 系统采用12M晶振与两个30pF电容组成震荡电路，接STC89C52的XTAL1与XTAL2引脚
2.按键电路 三个按键分别控制电机的不同转速，采用开环控制方法 3.电机控制与驱动部分 电机的运行通过PWM波控制。PWM波通过STC89C52的P2.4口输出。
显示部分 采用4位共阳极数码管实现转速显示。数码管的位选端1~4分别接STC89C52的P2.0~P2.3管脚。 完整仿真电路图
直流电动机双闭环控制系统设计与分析[设计+开题+综述]
开题报告 电气工程与自动化 直流电动机双闭环控制系统设计与分析 一、选题的背景与意义 随着现代工业的快速发展，在调速领域中，双闭环的控制理念已经得到了越来越广泛的认同。由于其动态响应快,静态性能良好,抗干扰能力强,因而在工程设计中被广泛地采用[1]。现在直流调速理论发展得比较成熟,但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度[2]。 PID（即：比例-积分-微分）控制器是最早发展起来的控制理论之一，由于它具有算法结构简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，在工业控制中90％是采用PID控制系统 [3]。然而，在越来越复杂的工业过程中，常常难以确定其精确数学模型，无法从理论上准确设计PID 控制器的相应参数。此外，在实际的生产现场过程中，由于受到现场环境及运行工况的变化等因素的困扰，常规的PID设计方法往往整定欠佳，性能不良，对运行工况的适应性较差，很难满足对生产过程的控制性能和产品质量的要求。 群体智能算法(Swarm Intelligence Algorithm) [4]是近十几年发展起来的智能仿生算法，其基本思想是模拟自然界生物的群体行为来构造随机优化算法。其中由美国学者Kennedy 和Eberha提出的粒子群优化算法(particle swarill optimization，PSO) 计算快速收敛，不易陷入局部最优，而且所需参数少且易于实现。因此，粒子群及改进的粒子群优化算法在PID参数整定中的应用近几年也得到了极大关注和重视。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 1、基本内容 本课题主要研究直流电动机双闭环控制系统设计与分析，并通过粒子群优化算法（PSO）用于双闭环PID调节控制的方法对系统进行设计和仿真。 双闭环PID控制系统设置了转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 两者实行串级连接, 且都带有输出限幅电路。由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速环作为外环, 以抑制电网电压扰动对于转速的影响, 把由电流环作为内环, 以实现在最大 电流约束下的转速过渡过程最快最优控制。直流电动机双闭环控制系统原理见图1所示。 III