直流电机控制系统

成都信息工程学院

目录

第1节引言 (3)

1.1 直流电机控制系统概述 (3)

1.1.1 原理 (3)

1.1.2 用途 (3)

1.1.3 优缺点 (4)

1.1.4 系统简介 (4)

1.2 本设计任务和主要内容 (4)

1.3 系统主要功能 (4)

第2节直流电机控制系统硬件设计 (5)

2.1 设计模块的方案比较与分析 (5)

2.2.1 电机调速控制模块 (5)

2.2.2 主机系统模块比较 (5)

2.2.4 PWM调速工作方式 (5)

2.2.5 PWM调脉宽方式 (6)

2.2.6 PWM软件实现方式 (6)

2.2 控制系统总体硬件设计与分析 (6)

2.3 控制电路硬件模块设计与分析 (6)

2.3.1 电机调速控制模块 (6)

2.3.2 单片机主机系统电路 (9)

2.3.3 LED显示电路设计与分析 (11)

2.3.4键盘输入电路设计与分析 (13)

第3节系统软件设计 (14)

3.1 定时器中断子程序设计 (14)

3.1.1 定时/计数器工作方式及控制寄存器的设置 (15)

3.1.2 定时/计数器常数的计算 (16)

3.2 电动机转动速度档的显示 (16)

3.3 流水灯显示 (16)

第4节结束语 (18)

参考文献 (19)

基于AT89S51的直流电机控制系统

第1节引言

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，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，在传动领域占有一定的地位。直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速产生于20 世纪70 年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等的驱动，后来由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展, PWM 技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。

单片机主机控制部分以AT89S51单片机为核心，主要由电动机、H型桥式驱动电路、单片机控制电路，键盘电路以及LED显示电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机产生PWM信号控制电动机的工作方式，控制电动机的PWM脉冲信号的周期以及电动机的转动方向和转动速度档显示于LED显示器与LED发光二极管上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，并且稳定性强，这使得该系统具备了广阔的开发前景。

1.1 直流电机控制系统概述

1.1.1 原理

从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。由此可见，任何电机都体现着电和磁的相互作用，是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。直流电机作为旋转电机，制造是有两条基本原则：1）导线切割磁通产生感应电动势。2）载流导体在磁场中受到电磁力的作用。

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，由于直流电机具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，仍然被广泛的使用。虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同，但是它们的结构基本上一样，都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。

1.1.2 用途

1）可作电源用，如直流发电机

2）可作动力用，如自流电动机

3）作信号传递用，a）作为测量元件，如直流测速发电机；b）作为执行元件，如直流伺服电动机。

4）做励磁机用，一般情况下，小于100MW的单机同步发电机要用直流发电机作为励磁机。

1.1.3 优缺点

1）直流发电机的电势波形比较好，对于电磁干扰的影响比较小。

2）直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。

3）直流电动机过载能力很强，热动和制动转矩较大。

4）由于存在换向器，其制造较为复杂，消耗有色金属较多，因此价格较高，且运行中的维护检修也比较麻烦。

1.1.4 系统简介

随着社会的发展，科技的进步，直流电机的控制系统也不断的推陈出新，从早期的机械控制发展到脉冲宽度调制，并伴随着单片机的产生与发展，演变成单片机智能化的控制，本系统通过单片机主机系统控制产生PWM脉冲信号，通过对驱动电路和显示电路的控制调制，实现了以单片机为核心的直流电机控制系统的设计。

1.2 本设计任务和主要内容

本设计主要以AT89S51单片机为核心，建立直流电机控制系统，通过脉宽调制来控制直流电动机的工作，并将各情况显示于LED显示模块上。本文对该系统的组成，功能，优缺点进行了详细的介绍，如各设计模块的方案比较，各个硬件电路的设计，以及单片机主机系统的软件设计等。

主要内容如下：

1）根据直流电动机的特点，进行了直流电机控制系统的整体设计与研究；

2）对整体控制系统进行了优化与设计，重点设计了单片机控制系统与驱动电路；

3）单片机产生PWM脉冲信号，并对各个电路模块进行支配与控制；

4）LED显示电路显示出电动机的转动速度快慢（分七档），转动方向以及PWM脉冲信号的周期；

1.3系统主要功能

一、控制直流电机的转动方向，并采用发光二极管对其进行显示；

二、通过单片机系统控制直流电机的转动速度，并通过LED显示PWM脉冲信号的周期，间接

显示直流电机的转动速度。

第2节直流电机控制系统硬件设计

2.1 设计模块的方案比较与分析

2.2.1 电机调速控制模块

方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的，但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机的电阻很小，但电流很大，分压导致效率降低，因而实现很困难。

方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。其优点在于电路较为简单，但是继电器的响应时间慢，机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。

方案三：采用由达林顿管(Darlington Transistor，又称复合管)组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。由于电路工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度快，稳定性也较好，是一种广泛采用的PWM调速技术。

鉴于方案三的调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此电机调速控制模块采用方案三。

2.2.2 主机系统模块比较

方案一：采用以AT89C51为核心的电路，AT89C51单片机内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。

方案二：采用以AT89S51为核心的电路，AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51符合本设计要求，最主要的是价格比AT89C51更实惠，故采用AT89S51是一个较好的选择。

2.2.4 PWM调速工作方式

方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。

方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端输出低电平，另一端输出PWM 信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。

由于单极性工作制电压波形中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。

2.2.5 PWM调脉宽方式

调脉宽的方式有三种：

1）定频调宽；

2）定宽调频；

3）调宽调频；

由于采用定频调宽方式能够使电动机在运转时更稳定，并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。

2.2.6 PWM软件实现方式

方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，该方式产生的脉冲宽度及其精确，误差只有几个微秒。

方案二：采用软件延时方式，该方式虽然在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，会产生一定的误差，但是该方式不占用定时器资源，且对于直流电机而言，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围内，没必要采用更精确的方案一。

2.2 控制系统总体硬件设计与分析

在设计中，以AT89S51单片机为核心，以4

4 矩阵键盘做为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，采用了PWM技术对直流电机进行控制，通过对占空比的计算和对电路的的调节控制达到精确调速的目的。

图2.1 控制系统总体硬件设计图

键盘向单片机输入相应的控制指令，由单片机通过P3.6口输出与转速相应的PWM脉冲，同时通过P3.7口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制，电动机的运转状态通过LED显示。电动机所处的速度级用速度档的级数显示，正转时发光的二极管向右移动，后转时发光的二极管向左移动，移动速度分7档，快慢与电动机所处速度级的快慢一一对应。LED显示本次单片机产生的PWM信号的频率，频率测量精确到0.1Hz。

2.3 控制电路硬件模块设计与分析

2.3.1 电机调速控制模块

由于电枢两端电压的变化可影响直流电机的转速，所以直流电机的调速控制比较容易实现。对于小型直流电机的调速控制方法是：先将电机启动一段时间，然后切断电源，由于电机转子具有惯性，所以将继续转动一段时间。在电机尚未停止转动之前，再次接通电源，于是电机再次加速。改变电机通断时间的比例，即可达到调速的目的。这种调速方法称为脉冲宽度调制调速，简称“脉宽调速”。如图2.2[1]：

图2.2 调速方波与平均电压关系图

设高电平脉冲宽度为t1，脉冲周期为T，则电机的平均速度可表示为：

D

=max

Vd?

V

其中：T

=，称为占空比。

t

D/1

可以看出占空比越大，转速越高，反之，转速就越低。严格的讲，平均速度与占空比不是成严格的线性关系，但可近似的看成线性关系。

本模块设计电路实现利用脉宽调速，采用基于PWM原理的H型桥式驱动电路，如图2.3所示：

图2.3基于PWM原理的H型桥式驱动电路一

PWM控制电路由四个大功率晶体管组成H型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用。四个电感在电路中是起防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。

在实验中的控制系统电源电压一般都为5V，因此若达林顿管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为5V，再加上三极管本身压降，加到电动机两端的电压就只有4V左右，严重减弱电动机的驱动力。

为解决上述问题，采用4N25光耦集成块，将控制部分与电动的驱动部分隔离开来。两输入端分别通过一个三极管增大光耦的驱动电流；电动机驱动部分通过外接12V电源驱动，这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度，也使得驱动电流得到了较大的增强，故采用修改后的H型桥式驱动电路，如图2.5所示。

在电动机驱动信号方面，采用占空比可调的PWM信号控制。脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高，则连续性好，但带负载能力差；脉冲频率低，则反之。

经实验发现，脉冲频率在40Hz以上，电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；脉冲频率在10Hz以下，电动机转动有明显跳动现象。实验证明，脉冲频率在

15Hz-30Hz时效果最佳，但具体使用的频率可根据电动机的性能在此范围内调节[2]。

通过N1输入信号，N2输入低电平与N1输入低电平，N2输入信号分别实现电动机的正转与反转功能。通过对信号占空比的调整来对电动机转速进行调节。速度分7档控制，由等级数来决定一个周期的高电平的总个数，一个脉冲（包括高电平和低电平）为30ms来计算，一个方波周期7个脉冲（如图2.4所示），周期即为210ms。占空比为高电平脉冲个数比上一个周期总的脉冲个数7。当高电平脉冲个数为1时，占空比为1/7，速度最低；当高电平脉冲个数为7时，占空比为1，相当于电机全速运行，速度最高。

图2.4 电机调速方波

图2.5 基于PWM原理的H型桥式驱动电路二

2.3.2单片机主机系统电路

主机系统是由以AT89S51（引脚图如图2.6所示,系统电路如图2.7所示）为核心组成的电路，产生PWM信号输入驱动电路，实现对电动机的控制。

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位

中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51符合本设计要求，并且价格比AT89C51更实惠，故采用AT89S51方便地构成一个最小系统，这是相对于AT89C51而言更好的选择。

图2.6 AT89S51引脚图

AT89S51特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

主要功能特性：

·兼容MCS-51指令系统· 4k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM

· 32个双向I/O口

· 4.5-5.5V工作电压

· 2个16位可编程定时/计数器·时钟频率0-33MHz

·全双工UART串行中断口线· 128x8bit内部RAM

· 2个外部中断源·低功耗空闲和省电模式·中断唤醒省电模式

· 3级加密位

·看门狗（WDT）电路

·软件设置空闲和省电功能·灵活的ISP字节和分页编程·双数据寄存器指针

主机系统电路中，振荡器采用频率为11.0592MHz的晶振（Y1），30pf的瓷片电容（C1、C2）。选用晶振频率为11.0592MHz可以使得获得较准的波特率，使定时器计时更加精确，控制电动机的过程也能够更加完美。

图2.7 单片机主机系统电路

VCC：电源电压。

GND：接地。

RST：复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡放大器的输出。

2.3.3 LED显示电路设计与分析

LED显示电路的设计是为显示单片机产生的PWM信号的频率以及电动机转速（7档）而设置的，故使用4只七段LED数码管，其中3只LED显示的时间精确到1ms。LED时间显示电路如图2.9所示，图中利用3只74LS164为LED数码管串入并出移位积存器，本电路采用的数码管显示方法为静态显示，静态显示的主要优点是显示稳定，无闪烁，用元器件多，占I/O线多，无须扫描。系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，节省CPU时间，提高CPU的工作效率，编程简单，比较适合本电路显示内容不复杂的情况。

电动机转速显示通过一只LED数码管显示，这由单片机的P1口（P1.0~P1.3）输出通过一片CD4511驱动得到，电路原理图如图2.8所示。

电动机转动方向显示由8只LED发光二极管输出显示，这由单片机的P2口（P2.0~P2.7）直接输出得到，具有流水灯效果。

图2.8 速度档显示模块

图2.9 LED显示电路原理图

由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。数码管显示器根据公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管（将所有发光二极管的阴极连在一起）和共阳

极数码管（将所有发光二极管的阳极连在一起），如图2.10所示。

单片机系统扩展LED数码管时多用共阳LED。共阳数码管每个段笔画是用低电平(“0”)点亮的,要求驱动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平(“0”)点亮的，要求驱动功率较大。通常每段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。

图2.10 LED数码管结构原理图

2.3.4 键盘输入电路设计与分析

键盘输入电路以4

4 矩阵键盘做为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，电路原理图如图2.11所示。使用矩阵键盘不仅可是节省单片机的I/O口，而且使得控制更好区分。

图2.11 键盘输入电路

第3节系统软件设计

系统软件设计部分工作采用模块化的设计方法，与各子程序做为实现系统各部分功能和过程的入口，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和LED显示等部分的设计。

本单片机系统为了控制电动机的转速需要产生PWM方波信号，同时需要设置定时器中断控制电动机的转动速度级和控制流水灯子程序以及频率测量子程序，系统主程序流程图如图3.1所示。

图3.1 系统主程序流程图

主程序举例： ORG 0000H

SJMP MAIN

ORG 0030H

MAIN:

SETB EA

SETB ET0

AJMP $

3.1 定时器中断子程序设计

定时器中断子程序如图3.2所示，功能为产生PWM方波信号，以及电动机转动速度档的显示。在调速程序设计中，一个周期有7次定时器中断，所以有必要设置软件计数器对中断次数和高电平脉冲个数进行计数，以便判断一个周期到否。

图3.2 定时器中断子程序流程图

在定时器中断服务程序中，先判断一个方波周期到否,如果到了就将P0口控制位线恢复

为高电平；如果一个方波周期还没到，就判断高电平脉冲个数到否，到了就应该将输出电平

置低，否则继续保持P0口控制位线为高，中断返回，等待下一次定时中断。这样P0口控制

位线就输出了所需占空比的调速方波。

3.1.1 定时/计数器工作方式及控制寄存器的设置

1）选用T0作为产生脉冲用的定时器并且使它工作在模式1下。在模式1中，寄存器TH0和TL0以全8位参与操作，构成一个16位定时/计数器，当TH0溢出时向中断标志位TF0进位，并申请中断。在这种模式下T0 定时时间最长，有利于在更大的范围内对电机进行调速。

2）工作模式寄存器TMOD。格式如表3.1所示：

表3.1 定时器工作模式寄存器TMOD

TMOD的高4位用于T1，低4位用于T0，4种符号含义如下：

GATE：门控位。

C/T ：定时/计数器方式选择位。C/T =0 为定时器方式，C/T =1时为计数器方式。

M1M0：工作模式选择位,具体如下：

M1M0=00：模式0（13 位定时/计数器）

M1M0=01：模式1（16 位定时/计数器）

M1M0=10：模式2（8 位自动重装常数的定时/计数器）

M1M0=11：模式3（2 个8 位定时/计数器，仅对T0）[3]

因在程序中T0是作为定时器，T0的C/T 控制位就应设置为0；T0 工作在模式1，TMOD 中控制T0的M1M0应设置为01，其它位全部设置为0，即应给工作模式寄存器TMOD 赋值01H 。 即：

MOV TMOD,#01H 3.1.2 定时/计数器常数的计算

定时/计数器中的计数器是在计数初值基础上以加法计数的，并能在计数器从全“1”变为全“0”时自动产生溢出中断请求。因此，可以把计数器计数初值设定为TC ，定时器定时时间T 的计算公式为：

]4[)(计数T TC M T -=

式中M 为计数器模值，该值和计数器工作模式有关。在模式1时M 为216。在定时器模式下，T 计数是单片机振荡周期的12倍。上式也可写成：

计数T T M TC /-=

在程序设计中工作模式为模式1，则计数器模值M=216=65536；本系统设计单片机仿真器的晶振 频率为11.0592MHz ，则：

6610

085069.1)100592.11/(12-?=?=计数T

若定时时间长度为30ms,则： H TC 94003788810085069.1/10

306553663==??-=--

给定时器赋值时：

MOV TL0, #00H

MOV TH0, #94H 3.2 电动机转动速度档的显示

在运行子程序中，通过图2.8的电动机速度档显示模块电路，使得单片机获知产生的PWM 信号的占空比，使得定时器中断子程序运行更方便。

程序如下：

ORL P1,#0F0H ；读引脚（P1.4~P1.7）先对其写1

MOV A,P1 ；读引脚

ANL A,#0F0H ；取高四位

SWAP A ；A中内容半字节交换

CPL A ；取反，取真正的键值

DA A ；BCD码调整

MOV P1 A ；输出

3.3 流水灯显示

流水灯的设置是为了显示电动机转动的方向，正向或反向。若为正向，则P3.6输出PWM脉冲信号，反之则PWM脉冲信号由P3.7输出。程序设计流程图如图3.3所示。

图3.3 流水灯显示流程图

第4节结束语

通过本次课程设计，对于自身的提高是不可忽视的。在此期间，不仅学会了如何去写设计论文，知道了设计论文的格式，以及想要写好一篇设计论文所需要具备的知识，并且通过查阅各种资料，学习到了更多书上无法学到的专业知识，了解了更多关于单片机的信息，例如AT89C51已经停产，并被AT89S51所替代，也了解到AT89C51和AT89S51的异同点，功能等等。

本设计系统主要是根据直流电机的调速控制方法，即脉宽调制方法，与单片机能够产生PWM 脉冲信号这一共通点设计的，它的优点在于摒弃了传统直流电机非智能化的控制方式，通过简单的单片机系统实现了直流电机多种工作方式的控制，单片机更是一种功能强大，而价格又实惠的先进产品，单片机的广泛使用更是体现了社会在进步，人类在进步。

当然本系统还有许多不足之处：

1）单片机的功能不仅仅局限于PWM脉冲信号的产生，以及LED的显示，它还能够拓展到更多方面的应用，如：语音识别系统，车辆导航系统，城市交通灯系统等等，当然对本系统也可以有其他的拓展，例如，不仅仅显示脉冲的周期，通过设计拓展，可以实现电机转动频率的直接测量；或者通过使用传感器直接测量显示电动机运作时的温度等等。

2）矩阵键盘的使用，通过更精细的设计，实现更少更完美的键盘输入；或者一样的键盘输入，但实现更多的功能。

3）程序设计部分：通过理论的深刻思考与分析设计，系统软件部分设计在理论上已经基本符合设计任务，并能够基本实现系统功能，程序设计完全只是具备了理论依据，并没有真正的制作系统电路，也没有真正的编写系统程序，故实际电路产生的误差，延时等问题均没有考虑，这是本系统在软件设计部分非常重要的不足之处，若能够通过实践，相信设计系统能够更加的完善与精炼。

尽管本设计有很多不足之处，但仍有许多优点，如，本设计采用的单片机较符合市场供求，采用H型桥式驱动电路也使得直流电机的控制非常的灵活，采用的显示电路部分也能实现直流电机控制的脉冲信号的测试。因此，不仅要深刻体会本次设计的意义，更要吸取教训，不断的完善自我，提升自己，再接再厉。

参考文献

[1] 李维军,韩小刚.基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统,机电一体化，2004.5.

[2] https://www.wendangku.net/doc/2016950672.html,/ 51单片机教程网.2007.

[3] 张鑫，华臻，陈书谦.单片机原理及应用，北京：电子工业出版社，2005.8.

[4] 杨光友,朱宏辉.单片微型计算机原理及接口技术,北京：中国水利水电出版社，2002.

PWM控制直流电机的系统的设计

电力电子与电机拖动综合课程设计 题目： PWM控制直流电机的系统 专业： 05自动化 学号： 200510320219 姓名：张建华 完成日期： 指导教师：李晓高

电力电子与电机拖动综合课程设计任务书 班级：自动化05 姓名：张建华指导老师：2008年6月10日 年月日

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1 引言 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，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。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。 本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。 2 系统概述 2.1 系统构成 本系统主要有信号发生电路、PWM速度控制电路、电机驱动电路等几部分组成。整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图1所示。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器

一种无刷直流电动机控制系统设计

一种无刷直流电动机控制系统设计

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一种无刷直流电动机控制系统设计 摘要：介绍了MOTORALA公司专门用于无刷直流电机控制的芯片MC33035和 MC33039的特点及其工作原理，系统设计分为控制电路与功率驱动电路两大部分，控制电路以MC33035/33039为核心，接收反馈的位置信号，与速度给定量合成，判断通电绕组并给出开关信号。在驱动电路设计中，采用三相Y联结全控电路，使用六支高速MOSFET 开关管组成。通过实验，电机运行稳定。 关键词：无刷直流电机;MC33035/33039;控制电路;驱动电路 Design of control system for Brushless DC Motors SUN GuanQun;SHI Ming;TONG LinYi;XU YiPing Abstract:It introduces the MOTORALA company used for the characteristics o f the chip MC33035 and MC33039 which control the brushless direct curren t motor exclusively and its work principle. The system design divides into tw o major parts: the control circuit and the power driver circuit, the control circ uit take MC33035/33039 as the core, receive feedback position signal, with th e speed to the quota synthesis, the judgment circular telegram winding and p roduces the switching signal. In the actuation circuit design, uses the three-p hase Y joint all to control the electric circuit, uses six high speed MOSFET swit ching valve to compose. Through the experiment, the electric motor moveme nt stable is reliable. Keywords:Brushless DC motor;MC33035/33039;control circuit;drive circuit 1.引言 永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机。该电机由定子、 转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成,由于没有励磁装置,效率高、结构简单、工作特 性优良,而且具有体积更小、可靠性更高、控制更容易、应用范围更广泛、制造维护更方便 等优点,使无刷电机的研究具有重大意义。 本系统设计是利用调压调速，根据调整供电PWM电源的占空比进而调整电压的方式实 现。本设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33035，它能够对霍尔传感器检测出的位置 信号进行译码,它本身更具备过流、过热、欠压、正反转选择等辅助功能, 组成的系统所需 外围电路简单，设计者不必因为采用分立元件组成庞大的模拟电路,使得系统的设计、调试 相当复杂,而且要占用很大面积的电路板。 MC33035和MC33039这两种集成芯片也可以方便地完成无刷直流电动机的正反转、 运转起动以及动态制动、过流保护、三相驱动信号的产生、电动机转速的简易闭环控制等。

直流电机控制系统

直流电机控制系统

摘要：本文利用MCS-51系列单片机产生PWM信号，采用了自己设计的电机驱动电路，实现对直流电机的转速和控制方向的控制，并着重对电机驱动电路的设计进行叙述。主要模块包括单片机控制模块、电机驱动模块、电机接口模块、电源模块、键盘控制模块。 关键词：PWM信号，直流电机，电机驱动，单片机

引言 随着科学技术的迅猛发展,电气设备发展日新月异.尤其以计算机,信息技术为代表的高新技术的发展,使制造技术的内涵和外延发生了革命性的变化,传统的电气设备设计,制造技术不断吸收信息控制,材料,能量及管理等领域的现代成果,综合应用于产品设计,制造,检测,生产管理和售后服务.在生产技术和生产模式等方面,许多新的思想和概念不断涌现,而且,不同科学之间相互渗透,交叉融合,迅速改变着传统电气设备制造业的面貌,从而使得产品频繁的更新换代,这就使得电机成为社会生产和生活中必不可少的工具.随着科学技术的不断发展,人类社会的不断进步,人们对生活产品的需求要不断趋向多样化,这就要求生产设备必须具有良好的动态性能,在不同的时候进行不同的操作,完成不同的任务.为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计.特别是大型的钢铁行业和材料生产行业,为达到很高的控制精度,速度的稳定性,调速范围等国产直流电机简介为了满足各行业按不同运行条件对电动机提出的要求,将直流电机制造成不同型号的系列.所谓系列就是指结构形状基本相似,而容量按一定比例递增的一系列电机.它们的电压,转速,机座型号和铁心长度都是一定的等级.现将我国目前生产的几个主要系列直流电机简要的介绍如下。Z2系列为普通用途的中,小型电机.它的容量从400W到200KW,电动机的额定电压有200V和110V两种,额定转速有3000,1500,1000,750及600r/min五个等级.Z2系列普通用

无刷直流电机的驱动及控制

无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”

图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电

直流电机控制系统设计

直流电机控制系统设计

XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师

沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的内容及要求： 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日

学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)

基于无刷直流电机控制系统设计与实现

基于无刷直流电机控制系统设计与实现 发表时间：2017-10-20T11:19:09.350Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：樊圣至[导读] 为了摆脱此系统对进口技术的依赖性，应深入研究其控制系统，提升设计水平，从而实现煤矿开采的自动化。交通运输部东海第一救助飞行队摘要：无刷直流电机具备体积小、效率高以及控制精度高等优势，且在多个领域得到了广泛使用。但在部分控制系统中，外加干扰以及参数摄动等因素干扰了系统的动静态性，基于此，本文在分析无刷直流电机结构与运行原理的基础上，指出了其软硬件方面的优化控制措施，以期为此后无刷直流电机控制系统的设计工作提供更多的参考依据。 关键词：无刷直流电机；控制系统；设计与实现 1 无刷直流电机结构 电机本体、位置测算结构、电子换相逻辑等均属于无刷直流电机的组成结构，且其与永磁同步电机较为相似。相较直流电机，无刷直流电机旋转的转子为磁极，而直流电机为绕组。且定子主要由电枢绕组、定子铁芯以及其他固定部件组成，电枢绕组一般采用三相Y型绕法，而转子磁极则采用稀土永磁钢片组成，安装在转子表面。 2 无刷直流电机软硬件设计2.1系统硬件部分 2.1.1系统硬件结构 系统硬件主要包括整流电路、开关电源电路、控制芯片、信号隔离电路、调试电路、逆变功率电路以及电流电压检测与保护电路等，其具体结构如下图1所示。 图1 无刷直流电机控制系统硬件结构组成图其中键盘控制系统信息，比如完成启动、停机、速度给定以及系统参数的在线修改等工作。系统交流电源通过整流桥获得直流电源，并供给全桥逆变以及开关电源电路。而开关电源电路则为系统提供24V以及5V的直流电源，电压检测电路通过模数转换获得电压时值，通过母线电压的监控实行过压保护动作，而主控芯片则通过判断输入信息进行控制命令。 2.1.2电源部分分路 整个系统能量的主要来源便是电源，且其呈现出交流、直流以及交流的变化过程，整个电路被分为强电与弱电两个组成部分，且单相220伏的交流电在整合后会形成310伏的直流电，为逆变电路以及开关电路提供能量。首先是整流电路，包括单相全桥不可控整流电路以及电容充电电流限制电路两个组成部分，当电机功率为1.5kW时，控制器的输出能力设定为2.2kW，且上电瞬间直流电源对电容充电，断开继电器，且电流在经过电阻的过程中得到缓冲。其次是电源电路，主要由变压器、IC1以及MC7085等部分组成，其中IC1为电源的专门控制面板。且开关电源处于电压工作模式，IC1通过电压反馈调整PWM的输出功率，从而维持电源电压的稳定运行。最后是芯片电源电路，主要采用主控芯片为3.3伏的工作电平。 2.1.3主控芯片以及周边电路研究中采用适合电机控制领域的32位Cortex -M3核的单片机，可以达到较高的运算效率，且其时钟频率为72赫兹，具备丰富的外设资源。在设计管脚分配以及附属电路时应在参考专业手册的基础上进行，第一，对于引脚60的外接电路，芯片应处于下载设置状态，且系统完成后还应焊接0欧姆的电阻，以保持引脚的低电平状态。第二，对于晶振电路应采用8M外部晶体的振荡器，且电源与大地之间连接电容，以排除电源的耦合干扰。第三，PWM信号输出控制电路，应采用安全性较强的芯片，且在芯片输出后以及光电隔离之前设置74ACT244以有效控制信号的总输出。第四，键盘系统属于独立通信模块，设计时应按照协议要求编写通讯软件即可使用。 2.1.4功率器元件以及驱动电路GTO、MOSFET、GTR、IGBT以及IPM等均属于常用的功率开关元件，且设计期间，应根据元件管件的耐压程度、最大开关频率等因素进行选择。本次研究中，电机控制要求较高的开关频率；较小的导通阻抗以及较小的驱动功率，因此可以选择MOSFET、IPM以及IGBT。比较发现，IGBT具备大电流以及低导通阻抗的特点，可以保持开关频率；而IPM则在内部集成了过高电压、过大电流以及高温的检测系统，且可以在引脚处输出故障信号，降低了系统的损害率。但考虑到此次研究的试验性质，因此应选择IGBT的分立元件组建全桥逆变电路，并确定1200伏的耐压与25安的额定电流，上升时间为50毫秒。 2.1.5模拟量采集与故障电路

无刷直流电机控制系统的设计

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停

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，

关于直流电机及控制系统的基本知识

关于直流电机及控制系统的基本知识 6、直流电机的四象限运行： 直流电机与交流电机一样，也有两种运行方式：电动运行和制动运行。如果再以正、反转来分的话，则分为正转运行、正转制动运行和反转运行、反转制动运行四种运行方式。如果以坐标形式来表示的话，则称为电机的四象限运行坐标，见下图4-5各种运行方式的机械特性曲线。 当电机正向运行时，其机械特性是一条横跨1、2、4象限的直线。其中1象限为电动运行状态，电磁转矩方向与旋转方向相同，第2、4象限为制动运行状态，在此状态内是产生一个与转向方向相反的阻力矩，以使拖动系统迅速停车或限制转速的升高。制动状态下转矩的方向与转速的方向相反，此时电机从轴上吸收机械能并转化为电能消耗于电枢回路电路或回馈于电源。第3象限为反向电动运行。

当电磁转矩T M与转速n同方向，T M是拖动负载运动的，所以电机运行曲线处于1、3象限，1象限为电机正向运行，3象限为电机反向运行；当T M与转速n的方向相反时，表示电机机处于制动运行方式，其机械特性曲线在坐标的2、4象限内，2象限内为电机正向制动，包含能耗制动过程（O A线段）、电源反接制动过程（-T M B线段）和正向回馈制动过程（-n0C）线段；处于第四象限时为电机反向制动，也包含能耗制动过程（O D线段）、倒拉反接制动过程（T M E线段）和反向回馈过程（-n0F线段）。 7、直流电机的启动、停止和制动控制： 直流电机从接入电源开始，电枢由静止开始转动到额定转速的过程，称为启动过程。要求启动时间短、启动转矩大、启动电流小。启动的要求是矛盾的，比如，用逐渐提升供电电压实施软起动，来降低起动电流，但启动时间又会加长；加大启动转矩，又势必增大的启动电流等。因而要根据实际应用和配置情况，对启动问题综合考虑。 1）启动方式： a、直接启动。只适用于小型直流电机。启动方法是先给电机加励磁，并调节励磁电流达到最大，当励磁磁场建立后，再使电枢绕组直接加上额定电压，电机开始启动。在启动过程中，电枢中最大冲击电流，称为启动电流。直流启动，因启动电流大，电气和机械冲击大等缺点，应用较少； b、早期采用变阻器启动，电动机在启动时在电枢回路中串入变阻器，用接触器触点切换电阻只数，限制启动电流。将启动电流限制在2位额定电流以内。后期采用晶闸管电子电力技术，用改变电枢电压的方式实现了软起动。 2）停止方式： a、自由停车。直流电机的电源关断后，电机按运转惯性自由停车； b、施加制动（刹车）措施，如机械抱闸刹车、能耗制动、反接制动等使其快速停车。 3）直流电机的制动方式和方法： 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。 制动的目的：使电动机减速或停车、限制电动机转速的升高（如电车下坡）。 机械抱闸制动也是一种制动（刹车）方式，但不属电机运行特性的范畴。属于电机运行特性的制动方式和方法有以下四种，有时也统称为电磁制动方式。 a、能耗制动。指运行中的直流电机突然断开电枢电源，然后在电枢回路串 入制动电阻，使电枢绕组的惯性能量消耗在电阻上，使电机快速制动。由于电压和输入功率都为0，所以制动平衡，线路简单；

直流无刷电机的控制系统设计方案

直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言 1.1 题目综述 直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。 1.2 国内外研究状况 目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。近些年来，计算机和控制技术快速发展。单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。 经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。 1.3 课题设计的主要内容 本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。本课题涉及的技术概括如下：

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

微机原理课程设计—直流电机闭环调速控制系统

实验课题：直流电机调速控制 实验内容： 本实验完成的是一个实现对直流电机转速调节的应用。 编写实验程序，用ADC0809完成模拟信号到数字信号的转换。输入模拟信号有A/D转换单元可调电位器提供的0~5V，将其转换后的数字信号读入累加器，做为控制电机的给定转速。用8255的B口作为直流电机的控制信号输出口，通过对电机转速反馈量的运算，调节控制信号，达到控制电机匀速转动的的作用。并将累加器中给定的转速和当前测量转速显示在屏幕上。再通过LED灯显示出转速的大小变化。 实验目的： （1）学习掌握模/数信号转换的基本原理。 （2）掌握的ADC0809、8255芯片的使用方法。 （3）学习PC系统中扩展简单I/O接口的方法。 （4）了解实现直流电机转速调节的基本方法。 实验要求： 利用微机接口实验系统的硬件资源，运用汇编语言设计实现直流电机的调速控制功能。 基本功能要求：1、利用A/D转换方式实现模拟量给定信号的采样；2、实现PWM方式直流电机速度调节；3、LED灯显示当前直流电机速度状态。 实验设备： （1）硬件要求： PC微机一台、TD-PIT实验系统一套 （2）软件要求：唐都编程软件，tdpit编程软件，“轻松编程”软件 实验原理： 各芯片的功能简介： （1）8255的基本输出接口电路： 并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息，CPU 和接口之间的数据传递总是并行的，即可以同时进行传递8位，16位，32位等。8255可编程外围接口芯片是具有A、B、C三个并行接口，+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0—基本输入/出方式、方式1—选通输入/出方式、方式2—双向选通工作方式。

基于MC33035芯片的无刷直流电机驱动系统设计

基于MC33035的无刷直流电机驱动控制系统设计 摘要 随着社会的发展和人民的生活水平提高，人们对交通工具的需求也在不断发展和提高。电动自行车作为一种“绿色产品”已经在全国各省市悄然兴起，进入千家万户，成为人们，特别是中老年人和女士们理想的交通工具，受到广大使用者的喜爱。 MC33035的典型控制功能包括PWM开环速度控制、使能控制(起动或停止) 、正反转控制和能耗制动控制。此芯片具有过流保护、欠压保护、欠流保护、又因此芯片低成本、高智能化、从而简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。 设计的直流无刷电机控制器是采用 MC33035 芯片控制的，以本次设计结果表明，MC33035的典型控制功能带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。电动自行车作为一种新型交通工具已经在社会上引起很大的影响并受到广大使用者的喜爱。 关键词：电动自行车，无刷直流电机，MC33035，位置传感器

THE BRUSHLESS DC MOTOR DRIVE SYSTEM DESIGN BASED ON MC33035 CHIP ABSTRACT With the rapid development of technology, new energy technologies in recent years have been widely used. For example, the small size, light weight, high efficiency, low noise, large capacity and high reliability features such as permanent magnet brushless DC motor-driven bike. MC33035 Typical control functions include open loop PWM speed control so that it can control (start or stop), reversing control and braking control. This chip is overcurrent protection, undervoltage protection, under current protection, and therefore chip cost, high intelligence, which simplifies the system structure, lower system costs, increase system performance to meet the needs of more applications. The design of the brushless DC motor controller is controlled by MC33035 chip to this design results show that, MC33035 typical time delay control with an optional latch-by-week shutdown mode current limiting characteristics, and internal thermal shutdown characteristics. Electric bicycles as a mode of transportation has caused a great impact on society and loved by the majority of users. KEY WORDS: electric-bicycle, brushless DC motor, MC33035, position sensors

直流电机控制系统设计范本

直流电机控制系统 设计

XX大学 课程设计 （论文）题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师

沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 7 月 9 日至 7 月 20 日 课程设计的内容及要求： 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。

指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。

无刷直流电机控制系统的Proteus仿真

无刷直流电机控制系统的Proteus仿真-机械制造论文 无刷直流电机控制系统的Proteus仿真 王家豪潘玉民 （华北科技学院电子信息工程学院，河北三河101601） 【摘要】基于Proteus软件仿真平台，提出了一种对无刷直流电机(BLDCM)控制系统实现了转速闭环控制的方案。该系统以AT89S52单片机为核心，采用IR2101芯片驱动及AD1674实现速度，并利用数码动态显示转速，通过增量式PID调节对无刷直流电机实现转速闭环稳定控制。仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。 关键词无刷直流电机(BLDCM)；Proteus；增量式PID；闭环控制 ０引言 无刷直流电机（BLDCM）既有直流有刷电机的特性，又有交流电机无刷的优点，在快速性、可控性、可靠性、输出转矩、结构、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势，近年来得到迅速推广[1]。BLDCM是一种用电子换向取代机械换向的新一代电动机，与传统的直流电动机相比，它具有过载能力强，低电压特性好，启动电流小等优点。近年来在工业运用方面大有取代传统直流电动机的趋势，所以研究无刷直流电机的驱动控制技术具有重要的实际应用价值。 本设计采用增量式PID控制策略控制无刷电动机，并在Proteus平台上进行转速闭环系统仿真。搭建了无刷直流电动机转速控制系统的仿真模型，基于80C51控制核心，采用keil C51软件编写C程序。 1系统硬件组成 控制系统的硬件组成如图1所示。采用Atmel公司的AT89S52单片机为系统

控制核心、IR2101驱动的MOSFET三相桥式逆变器、无刷直流电机、A/D转换转速检测、闭环PID控制、按键检测、档位和转速显示等部分组成。 2控制系统核心及外围电路 系统核心AT89S52单片机最小系统及按键电路如图2所示。 AT89S52芯片是8位单片机，具有廉价、实用及运算快等优点，它有两个定时器，两个外部中断接口，24个I/O口，一个串行口。 单片机首先进行初始化，将显示部分（转速显示、档位显示）送显“0”然后通过中断对按键进行检测当检测到启动键按下时，系统启动，控制核心输出初始控制码，与此同时通过AD转换器读取当前的实时转速，一方面用于显示，另一方面将当前转速与设定转速送入PID控制环节然后输出下一时刻的控制码。 在本次设计中使用80C51的外部中断接口0（INT0）作按键检测（见图3），通过四个与门，当有任何一个按键按下去时tap端都会出现低电平引发中断。

直流电动机调速控制系统论文

安徽三联学院 年度论文 直流电动机调速系统的研究 Dc motor speed control system research 专业：电气工程及其自动化 姓名：薄朋_____________ 学号: 1002164___________ 指导老师：张金翰________ 2013年1月10日 信息与通信技术系

【摘要】直流电动机诞生与19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。直流调速系统具有优良的启动、制动性能，宜于在宽广范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。电动机拖动生产机械运行时，系统的速度需要根据工作状态和工艺要求的不同进行调节，使生产机械以最合理的速度工作，从而提高产品和生产效率，这就要求人为采取一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要。 关键字：直流电动机调速 【abstract 】Dc motor was born in the 19th century, more than 100 years of history, and has become the main drive power machinery. Dc speed control system has good start, braking performance, like in the wide range smoothing speed and are in need of high performance controlled electric drive field has been widely used in the field. Motor drive production machine operation, the speed of the system need according to the working status and technological requirements of different carries on the adjustment, production machinery with the most reasonable speed work, so as to improve the products and production efficiency, this requires people to take certain method to change the production machinery working speed, in order to meet production need. Key words: Dc motor speed regulation