基于PWM驱动的直流电机的测速与控制

一、摘要利用AT89C51设计一个直流电机的软件模拟PWM驱动及测速系统。

单片机读取键盘值来设定转速和正反转，并且通过红外对管来测量转速。

本系统具有精度高，成本低，使用方便等优点。

关键词：AT89C51；PWM；测速。

引言随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。

为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。

对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文给出一种用单片机软件实现PWM调速的方法及红外对管测转速。

二、直流电机调速知道通过调节直流电机的电压可以改变电机的转速，但是一般我们设计的电源大都是固定的电压，而且模拟可调电源不易于单片机控制，数字可调电源设计麻烦。

所以这里用脉宽调制（PWM）来实现调速。

方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，我们可以通过站空比实现改变有效电压。

一般用软件模拟PWM可以有延时和定时两种方法，延时方法占用大量的CPU，所以这里采用定时方法。

三、直流电机旋转方向一般利用H桥电路来实现调速。

H桥驱动电路：图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。

电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。

4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。

如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。

要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。

根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

图4.12 H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。

例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。

按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。

当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。

调速原理对于星形连接的三相无刷直流电机，在理想条件下，任何时刻只有两相定子绕组通电。

令加在两相通电绕组上的平均电压为Vd，则电压平衡方程式为[31]：（3.1）可以得到转速为：（3.2）式中：Em为电机各相反电动势；Im为各相相电流；n为无刷直流电机转速；R为回路等效电阻，包括电机两相电阻和管压降的等效电阻。

由式（3.2）可知，无刷直流电机的转速调节可以通过改变外施平均电压Vd来实现。

3-4-2电枢电压的调节方法改变电枢电压是直流调速的主要方法。

本系统采用PWM（脉宽调制）调速方式，通过调节逆变器功率器件的PWM触发信号的占空比来改变外施的平均电压Vd，从而实现无刷直流电机的调速。

PWM技术可分为单极性PWM控制和双极性PWM控制。

单极性PWM控制的控制信号如图3.4所示，在每个60°电角度的区域内，一个功率开关器件一直处于开通状态，另一个处于PWM状态；双极性PWM控制的控制信号如图3.5所示，在每个60°电角度区域内，两个工作的功率管器件或者都开通，或者都关断。

图3.4单极性PWM控制各触发信号图3.5双极性PWM控制各触发信号Fig.3.4Trigger signal of single polarity PWM Fig.3.5Trigger signal of double polarity PWM一般情况来说，采用单极性PWM控制的电流波动最大值只有采用双极性PWM控制的电流波动最大值的一半[32][33]，因此为了减小电流脉动和功率管的开关损耗，本电机控制系统采用单极性的PWM控制技术。

3-4-3 PWM波的产生在传统的单片机控制系统中，PWM波的产生需要专门的发生电路和时间延时（死区）电路，增加了CPU的开销，并降低了系统的稳定性。

而TMS320F2812的PWM电路设计可以减少产生PWM波形的CPU开销和减少用户的工作量，同时能尽量减小功率开关器件的损耗，降低电动机转矩脉动性。

毕业设计论文PWM 控制直流机电调速脉宽调制(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，在许多需要调速或者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，普通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 摆布;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。

(《嵌入式系统及接口技术》课程大作业)课程名称：嵌入式系统及接口技术班级专业：姓名学号：指导老师：电动摩托车控制器中的电机PWM调速摘要：随着“低碳”社会理念的深入，新型的电动摩托车发展迅速，逐渐成为人们主要的代步工具之一，由于直流无刷电机的种种优点，在电动摩托车中也得到了广泛应用，因此，本文控制部分主要介绍一种基于STM32F103芯片的新型直流无刷电机调速控制系统，这里主要通过PWM技术来进行电机的调速控制，且运行稳定，安全可靠，成本低，具有深远的意义。

1.总体设计概述1.1 直流无刷电机及工作原理直流无刷电机（简称BLDCM），由于利用电子换向取代了传统的机械电刷和换向器，使得其电磁性能可靠，结构简单，易于维护，既保持了直流电机的优点又避免了直流电机因电刷而引起的缺陷，因此，被广泛应用。

另外，由于直流无刷电机专用控制芯片价格昂贵，本文介绍了一种基于STM32的新型直流无刷电机控制系统，既可降低直流无刷电机的应用成本，又弥补了专用处理器功能单一的缺点，具有重要的现实意义和发展前景。

工作原理：直流无刷电机是同步电机的一种，其转子为永磁体，而定子则为三个按照星形连接方式连接起来的线圈，根据同步电机的原理，如果电子线圈产生一个旋转的磁场，则永磁体的转子也会随着这个磁场转动因此，驱动直流无刷电机的根本是产生旋转的磁场，而这个旋转的磁场可以通过调整A、B、C三相的电流来实现，其需要的电流如图1所示随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。

1.2 总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图1所示。

图1 总体方案系统框图该方案主要运行状况如下：通过摩托车车把的转动来改变其机械位置，然后这个变量通过ADC 转换后，传送其调速信号给STM32F103，另外，霍尔传感器将其对电机速度的检测信号也传送给STM32，在STM32中，首先根据ADC 的值改变PWM 波形，并且与霍尔传感器的检测信号进行叠加，最终输出叠加后的PWM 波形给功率驱动电路，从而驱动电机并对其进行速度的控制和调节。

直流电机pwm调速原理直流电机PWM调速原理是通过改变电源给电机的电压和电流，从而控制电机转速的一种方法。

PWM，即脉冲宽度调制，是一种用来调节电平电路中电平的技术，利用脉冲信号的占空比（高电平与周期时间之比）来控制电平的平均值。

在直流电机PWM调速中，首先需要了解电机的电刷子与换向器的工作原理。

电刷子负责切换电极的极性，而换向器则根据电刷子的位置将电流传送到正确的电极上。

当电流在电机的绕组中流动时，会形成磁场，这个磁场会与永磁体产生相互作用，从而产生电机的转动力。

为了控制电机的转速，可以通过改变供电电压的幅值和频率来实现。

在PWM调速中，电源输出的电压信号被分解为一系列的脉冲信号。

脉冲信号的占空比根据所需的电机转速来确定，占空比越大，电机转速越快。

在每个脉冲周期中，脉冲信号的高电平部分代表电源给电机供电的时间，而低电平部分则代表停止供电的时间。

通过改变脉冲信号的占空比，可以控制电机的平均电压和平均电流。

当占空比增大时，电机平均得到更多的能量供应，转速也会相应增加。

反之，当占空比减小时，电机平均得到更少的能量供应，转速会减慢。

这样，通过不断调整脉冲信号的占空比，就可以实现对直流电机的精准调速。

需要注意的是，在PWM调速中，电机的换向也需要考虑进去。

换向器需要根据电机的转向来控制电刷子的位置，使电流能够按正确的路径流动。

这样能够保证电机的正常运转，并提供足够的转矩和稳定性。

综上所述，直流电机PWM调速是通过改变电源给电机的电压和电流的脉冲信号的占空比来实现的。

通过调节脉冲信号的占空比，可以控制电机的平均电压和电流，从而实现对电机转速的精确控制。

同时，需考虑电机的换向，以保证电机能够正常运转。

基于PWM控制的直流电机调速摘要：直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。

它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。

直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。

运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

本文设计了直流电机控制系统的基本方案，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，主要研究直流电机的控制和测量方法。

本设计系统以单片机AT80C52为核心，实现直流电机调速的系统。

关键字：直流电机 PWM 控制 AT80C52DC motor is a rotary motor that can convert a direct current into a mechanical energy (a DC motor) or a mechanical energy into a direct current (DC generator). It is capable of achieving the conversion of DC electric energy and mechanical energy to each other. When the motor is running, it is a direct current motor, the electric energy can be converted into mechanical energy; the generator is a direct current generator, the mechanical energy can be converted to electric energy. The structure of the DC motor is composed of two parts, the stator and the rotor. Operation of the DC motor are still part of the said stator, stator's main function is produces a magnetic field, is composed of a frame, a main pole, Huan Xiangji, an end cover, a bearing and an electric brush device and composition. Said operation, the rotating part of the rotor, the main role is electromagnetic torque and induction electromotive force generated, the DC motor is the hub of energy conversion, so is often referred to as the armature and is composed of a shaft, the armature core, an armature wining and commutator and fan.In this paper, the design of the basic scheme of DC motor control system, expounds the basic structure of the system, working principle, operating characteristic and the design method, mainly research on DC motor control and measurement method. The design system based on SCM AT80C52 as the core, to achieve the DC motor speed control sytem.一、算法概述1.PID算法当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。

基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。

但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。

MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。

最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。

关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。

1 绪论1.1 课题的研究背景和意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。

长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。

由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高的效率，优异的动态特性;尽管近年来不断受到其他电动机(如交流变频电机、步进电机等)的挑战，但到目前为止，它仍然是大多数调速控制电动机的优先选择。

近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。

随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制 (PulseWidthModulation，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。

这种控制方式很容易在单片机控制中实现，从而为直流电动机控制数字化提供了契机。

五十多年来，直流电气传动经历了重大的变革。

首先，实现了整流器件的更新换代，从50年代的使用己久的直流发电机一电动机组(简称G-M系统)及水银整流装置，到60年代的晶闸管电动机调速系统(简称V-M系统)，使得变流技术产生了根本的变革。

再到脉宽调制 (PulsewidthModulation)变换器的产生，不仅在经济性和可靠性上有所提高，而且在技术性能上也显示了很大的优越性，使电气传动完成了一次大的飞跃。

另外，集成运算放大器和众多的电子模块的出现，不断促进了控制系统结构的变化。

随着计算机技术和通信技术的发展，数字信号处理器单片机应用于控制系统，控制电路己实现高集成化，小型化，高可靠性及低成本。

以上技术的应用，使系统的性能指标大幅度提高，应用范围不断扩大。

由于系统的调速精度高，调速范围广，所以，在对调速性能要求较高的场合，一般都采用直流电气传动。

技术迅速发展，走向成熟化、完善化、系统化、标准化，在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域中一直居于垄断地位[1]。

目前，国内各大专院校、科研单位和厂家也都在开发直流数字调速装置。

姚勇涛等人提出直流电动机及系统的参数辨识的方法。

该方法依据系统或环节的输入输出特性，应用最小二乘法，即可获得系统或环节的内部参数，所获的参数具有较高的精度，方法简便易行。

基于PWM的直流无刷电机控制系统一、本文概述随着科技的快速发展和电机控制技术的不断进步，直流无刷电机（BLDC，Brushless Direct Current Motor）在各个领域的应用越来越广泛。

它们具有高效、低噪音、长寿命等优点，尤其在航空、汽车、家用电器、电动工具以及机器人等领域得到了广泛应用。

而基于脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）的直流无刷电机控制系统，以其灵活的控制方式、精确的速度调节和优秀的动态响应特性，成为现代电机控制领域的重要研究方向。

本文将对基于PWM的直流无刷电机控制系统进行深入研究。

我们将简要介绍PWM技术的基本原理及其在电机控制中的应用。

接着，我们将重点探讨基于PWM的直流无刷电机控制系统的构成、工作原理以及主要控制策略。

文章还将分析该控制系统的性能特点，包括调速范围、动态响应、稳定性等。

我们将展望基于PWM的直流无刷电机控制系统的未来发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的了解基于PWM的直流无刷电机控制系统的机会，同时为相关领域的工程师和研究者提供有益的参考和启示。

二、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机（Brushless Direct Current Motor，简称BLDCM）是一种通过电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。

其基本原理主要基于电磁感应和电子换向技术。

电磁感应：直流无刷电机内部通常包含定子（stator）和转子（rotor）两部分。

定子通常由多个电磁铁组成，而转子则带有永磁体。

当定子上的电磁铁通电时，会产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，从而驱动转子旋转。

这就是电磁感应的基本原理。

电子换向：与传统的直流电机使用机械换向器不同，直流无刷电机使用电子换向器。

电子换向器通常由微处理器和功率电子开关（如MOSFET或IGBT）组成。

微处理器根据电机的运行状态和位置传感器（如霍尔传感器）的反馈信号，控制功率电子开关的通断，从而实现电磁铁的电流方向的改变。

基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计一、引言直流电机是工业中最常见的电动机之一，其工作原理简单，结构紧凑，控制方便，广泛应用于各行各业。

为了满足不同工况下的运行需求，需要设计一个自动调速系统来调整直流电机的转速。

本文将基于PWM控制方法设计一个直流电机自动调速系统。

二、系统设计1.系统结构直流电机自动调速系统的基本结构包括传感器、控制器、电源和执行器。

传感器用于检测电机的转速，控制器根据检测到的转速信号进行处理，并通过PWM控制方法调整电机的输入电压，从而实现自动调速。

2.传感器选择直流电机的转速检测一般使用霍尔效应传感器来实现。

霍尔传感器可以直接测量电机转子的位置，并根据位置变化来计算转速。

传感器输出的信号经过放大和处理后，可以作为控制器的输入信号。

3.控制器设计控制器是整个自动调速系统的核心部分。

控制器接收传感器的转速信号，并通过PID算法对电机的转速进行调节。

PID算法是一种经典的控制方法，可以根据当前的偏差、偏差变化率和偏差积分值来计算控制量。

在本系统中，控制器输出的控制量即为PWM信号。

4.PWM控制方法PWM（Pulse Width Modulation）控制方法是一种通过调整脉冲宽度来控制输出电压的方法。

在本系统中，PWM控制方法可以通过改变PWM信号的占空比来调整电机的输入电压。

当需要提高电机转速时，增加PWM信号的占空比；当需要降低电机转速时，减小PWM信号的占空比。

通过反馈控制，控制器可以根据实际转速信号不断调整PWM信号的占空比，从而实现电机的自动调速。

5.电源选择在直流电机自动调速系统中，电源需要提供稳定的直流电压以供电机正常工作。

一般可选择线性稳压器或开关稳压器来提供所需的直流电压。

在选择电源时，需要考虑电机的功率和电源的效率，以确保系统的稳定性和可靠性。

6.执行器选择执行器是将控制信号转换为实际操作的部分。

在直流电机自动调速系统中，执行器可选择光耦隔离器和驱动芯片来实现PWM信号控制。

PWM直流电机调速系统设计PWM（脉宽调制）直流电机调速系统设计是通过改变电机输入电压的有效值和频率，以控制电机转速的一种方法。

本文将介绍PWM直流电机调速系统的原理、设计过程和实施步骤。

一、PWM直流电机调速系统原理1.电机：PWM直流电机调速系统使用的电机一般是带有永磁励磁的直流电机，其转速与输入电压成正比。

2.传感器：传感器主要用于检测电机转速和转速反馈。

常用的传感器有霍尔传感器和编码器。

3.控制器：控制器通过接收传感器反馈信号，并与用户输入信号进行比较来调整电机输入电压。

控制器一般包括比较器、计数器、时钟和PWM 发生器。

4.功率电源：功率电源负责提供PWM信号的电源。

PWM直流电机调速系统的工作原理是：先将用户输入转速转化为电压信号，然后通过比较器将输入信号与传感器反馈信号进行比较，再将比较结果输入给计数器，由计数器根据输入信号的边沿通过时钟控制PWM发生器，最后通过功率电源提供PWM信号给电机。

二、PWM直流电机调速系统设计过程1.确定电机类型和参数：根据实际需要确定使用的直流电机类型和技术参数，包括额定电压、额定转速、功率等。

2.选择传感器：根据调速要求选择合适的传感器，常用的有霍尔传感器和编码器。

3.设计控制器：根据电机类型和传感器选择合适的控制器，设计比较器、计数器、时钟和PWM发生器电路，并进行连线连接。

4.设计功率电源：根据控制器和电机的电压和电流要求设计适当的功率电源电路。

5.总结设计参数：总结所选器件和电路的技术参数，确保设计完整。

三、PWM直流电机调速系统实施步骤1.进行电路连线：根据设计图将所选器件和电路进行连线连接，包括控制器、传感器、电机和功率电源。

2.进行参数调整：根据需要进行控制器参数的调整，如比较器的阈值、计数器的初始值等。

3.进行调速测试：连接电源后，通过用户输入信号和传感器反馈信号进行调速测试。

根据测试结果进行参数调整。

4.优化系统性能：根据测试结果优化系统性能，如改进控制器参数、调整电机参数等。

软件部分本项目是对直流电机PWM调速器设计的实验，主要实现用单片对电动机的控制。

为实现系统的微机控制，在设计中，采用了STC89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，并用电动机驱动芯片L293D驱动电机，配以数码管显示，光电码盘模块，实现对电动机的转速的显示和测量；输入采用独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序的控制下，不断产生PWM波形，H型驱动电路完成电机的正反转控制。

在设计中，采用PWM控制方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，并采用PI算法调节占空比进而实现对电动机的速度控制。

设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大的简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。

（一）直流电机额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。

额定电压Ue：长期运行的最高电压。

额定电流Ie：长期运行的最大电流。

额定转速n：单位时间里面电机转速的快慢。

励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。

１．调速范围调速范围是指最低可控转速到最高可控转速的范围，最低可控转速对最高可控转速的比值，叫电机的调速比。

２．调速的相对稳定性和静差度所谓相对稳定性，是指负载转矩在给定的范围里面变化所引起的速度的变化，它决定于机械特性的斜率。

静差度（又称静差率）是指当电动机在一条机械特性上运行时，由理想空载到满载时的转速降落与理想空载转速n0的比值。

用百分数表示，即，在一般的情况下，取额定转矩下的速度落差，有３．调速的平滑性调速的平滑性是在一定的调速范围内，相邻两极速度变化的程度，用平滑系数表示，即式中和相邻两极，即i级与i-1级的速度４．调速时的容许输出调速时的容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速的过程中轴能够输出的功率和转矩。

（二）STC89C51单片机STC89C51单片机是一款低功耗、低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEL公司的高密度，非易失性存储器（NURAM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储编程器来编程。

直流电机PWM调速控制系统设计一、引言直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产中的机械传动系统。

为了实现对直流电机的调速控制，可以采用PWM（脉宽调制）技术。

PWM调速控制系统通过控制脉冲宽度的变化来调整输出信号的平均电压，从而改变电机的转速。

本文将详细介绍直流电机PWM调速控制系统的设计原理、电路设计和控制算法等方面。

二、设计原理1、PWM调制原理PWM调制是一种通过改变脉冲宽度来控制平均电压的技术。

在PWM调速控制系统中，主要是通过改变脉冲的占空比来改变输出信号的平均电压，从而调整电机的转速。

2、直流电机调速原理直流电机的转速与电源电压成正比，转速调节的基本原理是改变电机的供电电压。

在PWM调速控制系统中，通过改变PWM信号的占空比，即每个周期高电平的时间占总周期时间的比例，来改变电机的供电电压，从而控制电机的转速。

三、电路设计1、输入电源电压变换电路为了适应不同的输入电源电压，需要设计输入电源电压变换电路。

该电路的功能是将输入电源电压通过变压器等元件进行变压或变换，使其适应电机的工作电压要求。

2、PWM信号发生电路PWM信号发生电路主要是负责产生PWM信号。

常用的PWM信号发生电路有555定时器电路和单片机控制电路等。

3、驱动电路驱动电路用于控制电机的供电电压。

常见的驱动电路有晶闸管调压电路、MOSFET驱动电路等。

通过改变驱动电路的控制信号，可以改变电机的转速。

四、控制算法在PWM调速控制系统中，需要设计相应的控制算法，来根据系统输入和输出变量进行调速控制。

常见的控制算法有PID控制算法等。

PID控制算法是一种经典的控制算法，通过对系统的误差、误差变化率和误差积分进行综合调节，来控制输出变量。

在PWM调速控制系统中，可以根据电机的转速反馈信号和设定转速信号，计算出误差，并根据PID 控制算法调节PWM信号的占空比，从而实现对电机转速的精确控制。

五、系统实现根据上述设计原理、电路设计和控制算法，可以实现直流电机PWM调速控制系统的设计。

32单片机pwm控制直流电机的实验报告实验名称：32单片机PWM控制直流电机实验实验目的：通过学习和实验，让学生了解32单片机PWM控制直流电机的原理和实现方式。

实验原理：PWM即脉冲宽度调制，是一种常用的调制方式。

其原理是基于脉冲的占空比，通过改变脉冲的宽度来控制输出信号的平均值。

在32单片机中，我们可以通过配置寄存器和引脚功能来实现PWM输出。

此次实验中，我们需要通过PWM控制直流电机的速度。

对于直流电机，我们可以通过改变电机的电压来改变其转速，因此我们可以通过控制PWM信号的占空比来实现对直流电机速度的控制。

实验过程：1、准备材料：32单片机、电位器、直流电机，电容等。

2、将电位器接入32单片机的ADC引脚，通过调节电位器来改变ADC引脚的电压。

3、编写程序，配置32单片机PWM模块，实现对直流电机的速度控制。

程序示例如下：#include <reg52.h>sbit IN1 = P3^0;sbit IN2 = P3^1;sbit EN = P3^2;unsigned int speed;void timer0_init(){TMOD = 0x02;TH0 = 0xff;TL0 = 0xff;ET0 = 1;EA = 1;TR0 = 1;}{timer0_init();while(1){speed = ADC_Get(1);TH0 = speed >> 8;TL0 = speed;P1 = speed;}}void pwm_init(){TMOD |= 0x10;TL1 = 0x00;TH1 = 0x00;ET1 = 1;TR1 = 1;EA = 1;}void pwm_output(unsigned int duty) {int value;value = duty*10;TL1 = value;TH1 = value >> 8;}void timer1_isr() interrupt 3{IN1 = 0;IN2 = 1;pwm_output(90);}void timer0_isr() interrupt 1{EN = 1;}4、进行编译和下载，将32单片机与电机、电源等接线好。

基于51单片机的PWM直流电机调速系统一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，直流电机调速系统在众多领域如工业自动化、智能家居、航空航天等得到了广泛应用。

在众多调速方案中，基于脉冲宽度调制（PWM）的调速方式以其高效、稳定、易于实现等优点脱颖而出。

本文旨在探讨基于51单片机的PWM直流电机调速系统的设计与实现，以期为相关领域的技术人员提供一种可靠且实用的电机调速方案。

本文将简要介绍PWM调速的基本原理及其在直流电机控制中的应用。

随后，将详细介绍基于51单片机的PWM直流电机调速系统的硬件设计，包括电机选型、驱动电路设计、单片机选型及外围电路设计等。

在软件设计部分，本文将阐述PWM信号的生成方法、电机转速的检测与控制算法的实现。

还将对系统的性能进行测试与分析，以验证其调速效果及稳定性。

本文将总结基于51单片机的PWM直流电机调速系统的优点与不足，并提出改进建议。

希望通过本文的阐述，能为相关领域的研究与应用提供有益参考。

二、51单片机基础知识51单片机，也被称为8051微控制器，是Intel公司在1980年代初推出的一种8位CISC（复杂指令集计算机）单片机。

尽管Intel公司已经停止生产这种芯片，但由于其架构的通用性和广泛的应用，许多其他公司如Atmel、STC等仍然在生产与8051兼容的单片机。

51单片机的核心部分包括一个8位的CPU，以及4KB的ROM、低128B 的RAM和高位的SFR（特殊功能寄存器）等。

它还包括两个16位的定时/计数器，四个8位的I/O端口，一个全双工的串行通信口，以及一个中断系统。

这些功能使得51单片机在多种嵌入式系统中得到了广泛的应用。

在PWM（脉冲宽度调制）直流电机调速系统中，51单片机的主要作用是生成PWM信号以控制电机的速度。

这通常是通过定时/计数器来实现的。

定时/计数器可以设置一定的时间间隔，然后在这个时间间隔内，CPU可以控制I/O端口产生高电平或低电平，从而形成PWM信号。

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。