直流电机调速控制系统的设计

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1、直流电机调速控制系统设计专业：测控技术与仪器姓名：学号：201006040103指导老师：日期：2013/12/25目　录1前言31.1直流电机调速系统的研究意义31.2直流电机调速的发展趋势32直流调速系统的硬件设计42.1设计方案综述42.1.1H桥驱动电路设计方案62.1.2调速设计方案72.2硬件设计82.2.1电源电路82.2.2H桥驱动电路92.2.3基于霍尔传感器的测速模块92.3.4LCD显示模块103直流调速系统的软件设计113.1PWM技术简介113.1.1PWM介绍113.1.2PWM控制的基本原理123.1.3PWM调速原理133.2调节器设计143.2.1电流调节

2、器设计143.2.2速度调节器的设计153.2软件设计173.2.1系统总控制流程图及说明173.2.2PWM波软件设计183.2.2测速软件设计195结论20参考文献201前言1.1直流电机调速系统的研究意义在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、两相低电压交流电机。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，最大转矩大，能在宽

3、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。与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将

4、成为历史的必然。1.2直流电机调速的发展趋势(1)国外发展概况随着各种微处理器的出现和发展，国外对直流电机数字控制调速系统的研究也在不断的发展和完善，尤其在80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现，为了提高调速系统的性能，研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法作了大量研究:有的提出了内模控制的算法;有的提出了用I-P控制器取代PI调节器的方法;有的提出了自适应PID算法和模糊PID算法，等等。(2)国内发展概况我国在电机调速系统的水平还远落后于于发达国家，在电机调速的很多装备方面都还不够成熟。全数字化调速系统在国内并没有得到广泛的应用。目前，国内各

5、大专院校、科研单位和厂家也都在开发数字直流调速装置。因此国内调速系统的研究也非常活跃，但很多电机调速的市场还是被国外公司所占据。在国家十五计划中，对电机调速系统方面的研究投入将高达500亿元，所以电机调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。基于目前国内外的研究状况，本设计主要研究的是用数字化调速系统代替传统的模拟调速系统。虽然本设计研究的调速系统无法与国外先进的调速系统相比拟，但相对国内的现状，本设计研究还是具有一定的实用价值的。设计要求：表1直流电机技术参数表额定功率PN额定转速弱磁转速nF电枢电流IN励磁功率PF电枢回路电阻R电枢回路电感LA磁场电感LF外接电感LH效率Eff.惯量矩GD

6、2160V400VkWr/minr/minAWΩ(20℃)mHHmH%kg.m22.21490300017.93151.1911.2221567.80.0441.要求电机转速控制为可调，在系统中设计转速实时显示。2.超调量≤10%。2直流调速系统的硬件设计2.1设计方案综述方案一：PWM波调速采用由达林顿管组成的H型PWM电路（图2.1）。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。这种电路由于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；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术[4]。我们采用了定

7、频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定，并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。图2.1PWM波调速电路其结构图如图2.2所示：单片机（速度的测量计算、输入设定及系统控制）单片机（PID运算控制器、PWM模拟发生器）电机速度采集电路电机驱动电路键盘显示器图2.2电机调速系统框图方案二：晶闸管调速采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用