直流电动机测速装置(O题)
2017年全国大学生电子设计竞赛试题
参赛注意事项
（1）8月9日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。
（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。
（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违
纪参赛队取消评审资格。
（6）8月12日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。
直流电动机测速装置（O题）
【高职高专组】
一、任务
在不检测电动机转轴旋转运动的前提下，按照下列要求设计并制作相应的直流电动机测速装置。
二、要求
1．基本要求
以电动机电枢供电回路串接采样电阻的方式实现对小型直流有刷电动机的转速测量。
（1）测量范围：600～5000rpm
（2）显示格式：四位十进制
（3）测量误差：不大于0.5％
（4）测量周期：2秒
（5）采样电阻对转速的影响：不大于0.5％
2．发挥部分
以自制传感器检测电动机壳外电磁信号的方式实现对小型直流有刷电动机的转速测量。
（1）测量范围：600～5000rpm
（2）显示格式：四位十进制
（3）测量误差：不大于0.2％
（4）测量周期：1秒
（5）其他
三、说明
1．建议被测电动机采用工作电压为3.0～9.0V、空载转速高于5000rpm的直流有刷电动机。
2．测评时采用调压方式改变被测电动机的空载转速。
3．考核制作装置的测速性能时，采用精度为0.05％±1个字的市售光学非接触式测速计作参照仪，以检测电动机转轴旋转速度的方式进行比对。
4．基本要求中，采样电阻两端应设有明显可见的短接开关。
5．基本要求中，允许测量电路与被测电动机分别供电。
6．发挥部分中，自制的电磁信号传感器形状大小不限，但测转速时不得与被测电动机有任何电气连接。
四、评分标准
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。
(完整版)初中物理电动机练习题
电动机 基础运用 1．实验表明：通电导线在磁场中要受到的作用，它的方向跟的方向和的方向都有关系． 2．直流电动机在工作时，线圈转到位置的瞬间，线圈中的电流断开，但由于线圈的，线圈还可以继续转动，转过此位置后，线圈中电流方向靠的作用而发生改变． 3．直流电动机是利用制成的．电动机基本由两部分组成：能够转动的和固定不动的．电动机是把能转化成能的机器．4．电动机安装完成后，闭合电路电动机不运转，但轻轻的转一下就转动起来了，出现这种现象的原因是． 5．直流电动机模型的换向器由两个铜制的组成，并随一起转动，每当线圈刚转过，就能自动改变线圈中的．从而达到使线圈连续转动的目的． 6．通电导体在磁场中受力而运动时（） A．消耗了电能，产生了机械能 B．消耗了机械能，产生了电能 B．消耗了机械能，产生了内能 D．消耗了化学能，产生了电能 7．跟热机相比，下列各项不属于电动机的优点是（） A．开动与停止均比较方便 B．结构简单，制造便宜，占地较小 C．效率较低 D．对环境没有污染 8.某个直流电动机的模型通电后不能转动，其发生的故障不原因可能是：（） A.磁铁磁性太弱 B.电流方向接反了 C.换向器和电刷接触不良 D.轴与轴架的摩擦太大 9.要改变直流电动机的转动方向，应采取的方法是：（） A.增强磁极的磁性； B.加大通电电流； C.改变线圈中的电流方向； D.将磁铁的磁极对调. 10.关于直流电动机模型安装实验中，下列现象可能发生的是：（） A.将电源两极对调，线圈转动方向不变 B.将磁铁两极对调，线圈转动方向不变 C.将电源和磁铁两极都同时对调，线圈转动方向不变 D.将电源和磁铁两极都同时对调，线圈会反方向转动 11．下列哪些措施中，不能增大直流电动机线圈的转速（） A．换用磁性更强的磁极(其他量不变) B．换用电压更高的电源（安全范围内） C．将N、S极对调 D．增大线圈的匝数 12．直流电动机换向器的作用是（） A．改变线圈的转动方向 B．改变线圈中的电流方向 C．改变磁感线的方向 D．以上作用同时存在 13．安装一台直流电动机模型，接入电路后能正常转动.下列哪一种做法不能改变电动机原来转动方向（） A．调换直流电动机的磁铁极性 B．改变线圈中直流电的方向
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
直流电动机练习题
《直流电动机》习题 一、填空题 1、实验表明，通电导线在磁场中要受到_________作用，力的方向跟_________的方向、_________的方向都有关系，当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线_________的方向也变得相反。 2、通过观察电动机，可以看到它由两部分组成：能够_________的线圈和_________的磁体。在电动机里，_________的部分叫转子，_________的部分叫定子。电动机工作时，_________在_________中飞快地转动。 3、线圈平面与磁场方向_________的位置是线圈的平衡位置。经实验，通电线圈在磁场中_________转动时，线圈越过平衡位置以后，它受到的力要_________它的转动。在实际的直流电动机中通过_________来改变电流方向，使电动机的线圈在后半周也获得_________，更平稳、更有力的转动下去。 4、电动机通电时转子转动，电能转化成_________能。交流电动机也是靠着通电导体在磁场中_________来运转的。电动机具有________、_________、________、_______、________的优点，广泛的应用在日常生活和各种产业中。 二、选择题 1、（多选）小利同学探究通电导线在磁场中的受力情况时，连接的电路及导线放置的位置如图4-1所示，当他闭合开关后发现导线ab 向纸外的方向运动。现在他想使导线ab向纸里的方向运动，在下面
采取的措施中，正确的是 图4-1 A、将电源正负极反向连接 B、将导线ab垂直纸面放置 C、将N、S极位置互换 D、将ab反向连接 2、某实验小组，探究通电导线在磁场中的受力方向跟电流方向、磁感线的方向的关系时，连接的电路和导线放置的位置如图4-2所示（为了使导线中的电流变大，效果明显，他们使用了线圈abcd来代替导线ab），当他们闭合开关时观察到的现象是 图4-2 A、线圈向左运动 B、线圈向右运动 C、线圈向里运动 D、线圈向外运动
直流电动机调速设计
目录 1．直流电动机简介 (1) 2．直流电动机的相关内容 (1) 3．直流电动机调速简介 (4) 4．他厉直流电动机的调速方法 (6) 5．设计内容 (10) 6．结论 (12) 7．参考文献 (13) 8．致谢 (14) 9．设计感想 (15)
直流电动机调速设计 一. 直流电动机 直流电动机是人类最早发明和应用的电机。与交流电机相比，直流电机因结构复杂，维护困难，价格较贵等缺点制约了它的发展，但是由于直流电动机具有优良的起动，调速和制动性能，因此在工业领域中占有一席之地。它是实现了电能转换成机械能的电机。 二.有关内容： 〈一〉直流电动机的分类 1、他励直流电动机 2、并励直流电动机 3、串励直流电动机 4、复励直流电动机 〈二〉直流电动机用途 直流电动机具有优良的调速性能，调速范围宽，精度高，平滑性好，且调节方便，还具有较高的过载能力和优良的起动、制动性能，因此直流电动机特别适合于要求宽度调速范围的电气传动和有特殊性能要求的自动控制系统，例如：轧钢机、电力机、城市电车等。 直流电机与交流电机相比，其主要的缺点是换向问题。它限制了直流电机的最大容量，增加了运行维护工作量，也导致其制造成本较高。但目前仍有不少场合使用直流电动机。
〈三〉直流电动机的结构 图1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 直流电动机主要由磁极，电枢，换向器三部分组成。 （1）磁极是电动机中产生磁场的装置，它分为极心和极掌两部分。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空隙中磁感应强度得分布最为合适，并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的，固定在机座上；机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。 （2）电枢。电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心成圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组。（3）换向器。换向器是直流电动机的一种特殊装置，主要有许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组可以同外电路连接。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。
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：
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
直流电机练习题
直流电机练习题 填空题： 1.改变一直流并励电动机的转向，可采用的方法是电枢电压和励磁电压。 2.当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 3.直流电机电枢导体中的电势和电流是( 交变 )性质的。 4.直流电机电枢绕组的感应电势与电机的转速成( 正比 )。 5.他励直流发电机，当转速升高20%时，电势( 升高20% )。 6.直流电机的电磁转矩与电枢电流成( 正比 )。 7.直流电动机一般采用( 串电阻)和(降压)的方法起动，起动时应保证电动机的磁通达到额 定值。 8.在电枢回路中串电阻调速，理想空载转速不变，特性的斜率增大。 9.直流电动机降压调速，理想空载转速( 变小 )，特性的( 斜率 )不变。 10.直流电动机弱磁调速，理想空载转速( 变大 )，特性的( 硬度 )变软。 11.当直流电机带恒转矩负载时，若为他励电动机，当电枢电压下降时，其转速(下降 )，电枢 电流( 不变 )。 12.运行中的并励直流电动机，其( 励磁 )不能突然短路或断开。 13.可用下列关系来判断直流电机的运行状态：当 n
直流电动机调速系统设计方案
课程设计任务书 学生姓名：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+电流内环控制。 (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》.北京：中国电力出版社， 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，具体进度安排见下表 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 0 2转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 0 2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成 0 2.2 稳态结构框图和静特性 (1) 3双闭环直流调速系统的数学模型与动态过程分析 (2) 3.1双闭环直流调速系统的动态数学模型 (2) 3.2双闭环直流调速系统的动态过程分析 (3) 4转速电流双闭环直流调速系统调节器的工程设计 (5) 4.1转速和电流两个调节器的作用 (5) 4.2调节器的工程设计方法 (5) 4.2.1设计的基本思路 (6) 4.3 触发电路及晶闸管整流保护电路设计 (6) 4.3.1触发电路 (6) 4.3.2整流保护电路 (7) 4.3.2.1 过电压保护和du/dt限制 (7) 4.3.2.2 过电流保护和di/dt限制 (8) 4.4 器件选择与计算 (8) 5心得体会 (13) 参考文献 (14) 附录：电路原理图 (15)
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
电机习题练习
直流电机原理及拖动 1.直流电动机的电磁转矩的大小与_________成正比。 A．电机转速B．主磁通和电枢电流 C．主磁通和转速D．电压和转速 2.图示的直流电动机机械特性曲线，是_________励磁方式的电动机。 A．串励 B．他励 C．并励 D．复励 3.直流电机换向极作用主要是_________。 A．增加电机气隙磁通B．改善换向，减少换向时火花 C．没有换向极，就成为交流电机D．稳定电枢电流 4.并励电动机出现轻载“飞车”的主要原因是_________。 A．电源电压过高B．电枢绕组流过的电流过大 C．电刷和换向器接触不良D．励磁绕组断线 5.直流电机换向极绕组与_________。 A．电枢绕组并联B．电枢绕组串联 C．并励绕组串联D．并励绕组并联 6.同交流异步电机比较，直流电机的最大优点是________。 A．造价低B．结构简单 C．维修工作量少D．调速性能好 7.直流电动机电枢导体中的电流是_______。 A．直流电B．交流电C．脉动电流D．以上均不对 8.下列调速法不适用于直流电机的是__。 A．在电枢回路的串联可调电阻B．改变励磁回路中的励磁电阻 C．改变电枢的电压D．改变定子磁极对数 9.下列励磁方式的直流电机不能空载运行的是___。P187 A．串励B．并励C．他励D．复励 10.一般说来，串励、并励、复励三种励磁方式的直流电动机中，机械特性最硬 和最软的分别是___。 A．串励／复励B．复励／并励C．并励/串励Ｄ．复励/串励 11.改变直流电动机的转向方法有________。 A．对调接电源的两根线 B．改变电源电压的极性
C．改变主磁通的方向并同时改变电枢中电流方向 D．改变主磁通的方向或改变电枢中电流方向 12.直流电动机起动时必须在电枢回路中串联起动电阻，原因是刚起动时 ________。 A．主磁通较弱B．反电动势为零 C．瞬间高压D．提高电磁转矩 13.直流电动机的调速方法种类与交流电动机________，而制动方法种类 ________。 A．相同／相同B．相同／不同 C．不同／相同D．不同／不同 14.直流发电机和直流电动机的铭牌上的额定容量是指电机在额定状态下的 ________。 A．电功率B．机械功率C．输入功率D．输出功率 15.直流电动机和交流绕线式电动机在结构上都具有________。 A．电刷、换向器B．电刷、滑环 C．电刷D．滑环 16.对于直流电机，下列部件不在定子上的是________。 A．主磁极B．换向极C．电枢绕组D．电刷 17.对于直流电机，下列部件不在转子上的是________。 A．换向器B．换向极 C．电枢铁心D．电枢绕组 18.一台他励直流电动机，起动前出现励磁回路断线。假设该电机未设失磁保护， 现空载起动，则会________。 A．堵转一致于烧毁电机绕组B．发生飞车事故 C．无起动转距，转子静止D．转子的转速大大降低 19.直流电机电枢绕组中的电动势与其转速大小成________，与主磁通大小成 ________。 A．正比／正比 B．反比／反比 C．视电机种类(是发电机还是电动机)而定 D．视电机容量而定 20.关于直流电动机的转动原理，下列说法正确的是________。 A．转子在定子的旋转磁场带动下，转动起来 B．通电导体在磁场中受到力的作用 C．导体切割磁力线产生感生电流，而该电流在磁场中受到力的作用 D．穿过闭合导体的磁感应强度变化引起电磁转矩
直流电动机速度控制设计概述
第一章：概述 直流电动机是人类发明最早和应用的一种电机。与交流电机相比，直流电机因结构复、维护苦难，价格昂贵等缺点制约了它的发展，应用不及交流电机广泛。但由于直流电动机具有优良的启动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。 转速调节的主要技术指标是：调速范围D和负载变化时对转速的影响即静差率，以及调速时的允许负载性质等（静差率就是表示在负载变化时拖动装置转速降落的程度。静差率越小，表示转速稳定性越好，对生产机械，如机床加工的零件，其加工的精度及表面光洁度就越高）。而直流电动机的突出优点是恰好是能在很大的范围内具有平滑，平稳的调速性能，过载能力较强，热动和制动转矩较大。 因此，从可靠性来看，直流电动机仍有一定的优势。 调节直流电动机转速的方法有三种： （１）电枢回路串电阻； （２）改变励磁电流； （３）改变电枢回路的电源电压； 而本文从另一个角度来阐述直流电机的速度控制，即利用自动控制中的反馈来调节电机的平稳运行以达到各项性能指标。
第二章：系统数学模型 本系统的简化方框图为： 其对应的原理图为： 控制系统的被控对象为电动机（带负载），系统的输出量是转速w ，参数亮是Ui 。控制系统由给定电位器、运算放大器1（含比较作用）、运算放大器2（含RC 校正网络）、功率放大器、测速发电机、减速器等部分组成。 工作原理为：当负载角速度ω和电动机角速度m ω一致的时候，反馈电压为0，电机处于平衡状态即电动机运行稳定。当负载的角速度收到干扰的作用时，ω和m ω失谐，控制系 统通过反馈电压的作用来改变m ω直到达到新的一致使系统恢复稳定，电机稳定运行。
2.1直流电动机的数学模型： 直流电动机的数学模型。直流电动机可以在较宽的速度范围和负载范围内得到连续和准确地控制，因此在控制工程中应用非常广泛。直流电动机产生的力矩与磁通和电枢电流成正比，通过改变电枢电流或改变激磁电流都可以对电流电机的力矩和转速进行控制。图2.2是一个电枢控制式直流电动机的原理图。在这种控制方式中，激磁电流恒定，控制电压加在电枢上，这是一种普遍采用的控制方式。 设为输入的控制电压 电枢电流 为电机产生的主动力矩 为电机轴的角速度 为电机的电感 为电枢导数的电阻 为电枢转动中产生的反电势 为电机和负载的转动惯量 根据电路的克希霍夫定理 (2-1) 电机的主动转矩 (2-2) 其中为电机的力矩常数。 反电势 (2-3) 式中为电机反电势比例系数 力矩平衡方程
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，
电动机综合习题
电动机综合题WBB 【重点整理】 例1 通电导体在磁场里受力的作用，下列说法正确的是（ ） A 、通电导体在磁场里一定受到力的作用 B 、通电导体在磁场里受力的方向只与磁场方向有关 C 、通电导体在磁场里受力的方向只与电流方向有关 D 、同时改变电流方向和磁场方向，导体受力方向不变 例2 如图，导体AB 受力方向水平向左，为使AB 受力方向水平向右，以下方法正确的是（多选）（ ） A 、改变导体A B 中的电流方向 B 、将磁铁的两极对调 C 、增大通入AB 中的电流 D 、在改变导体AB 中电流方向的同时，将磁铁的两极对调 例3 如图所示的直流电动机，线圈abcd 沿顺时针转动。下列说法中正确的是（多选）（ ） A 、线圈cd 边受的力始终向上 B 、对调N 、S 磁极，线圈将逆时针转动 C 、对调电源正负极，线圈将逆时针转动 D 、每当线圈转过平衡位置，换向器就改变线圈中的电流方向 例4 为了使直流电动机的线圈持续转动，当线圈转过什么位置时，换向器改变其中的电流方向（ ） A 、线圈平面与磁感线方向平行时 B 、线圈平面与磁感线方向垂直时 C 、线圈平面与磁感线方向成任意角度时 D 、以上都不对 例5 通电导线放置在磁场中，如图所示，没有受到磁场力作用的是（ ） 例6 如图所示，甲图中电流方向和cd ab ,边受力方向已知，则下列说法正确的是（ ） A 、乙图中线圈电流方向ab a b c d ,→→→受力方向向下，cd 受力方向向上 B 、乙图中线圈电流方向ab d c b a ,→→→受力方向向上，cd 受力方向向下 C 、丙图中线圈电流方向ab a b c d ,→→→受力方向向下，cd 受力方向向上