直流电机转速测量与控制系统设计

24 v直流电机控制系统的设计一、引言直流电机广泛应用于各种工业和商业领域，并且在家庭电器中也有着重要的作用。

直流电机的控制系统是保证其正常运行和精确控制的关键。

本文将介绍一个基于24 V直流电机的控制系统设计，并详细介绍其硬件和软件设计。

二、硬件设计1.电机选择：首先需要选择适合的直流电机，考虑到24 V电源的供电情况，选择功率合适的直流电机，同时也要考虑转速和扭矩等工作要求。

2.驱动器选择：直流电机控制系统需要一个驱动器来驱动电机。

驱动器的选择要根据电机的电流要求来确定，同时要考虑其与控制器的接口兼容性。

3.控制器设计：控制器是直流电机控制系统的核心部分，用于控制电机的转速、方向和加速度等参数。

控制器可以使用单片机、FPGA或者PLC等进行设计，根据需求选择合适的控制器，并编写相应的程序。

4.电源模块设计：由于直流电机采用24 V电源供电，需要一个稳定的电源模块来为系统提供稳定可靠的电源。

可以选择开关电源或者线性电源，并根据需求设计合适的电源模块。

三、软件设计1.控制算法设计：针对所需的控制任务，设计合适的控制算法。

常见的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。

根据具体情况选择合适的控制算法，并编写相应的代码。

2.编程实现：根据控制算法的设计结果，使用相应的编程语言（如C、C++或者PLC编程语言）实现控制算法。

编程要考虑系统的实时性和稳定性，确保控制算法的准确性和可靠性。

3.用户界面设计：设计一个用户友好的界面，方便用户对控制系统进行操作和监控。

可以使用人机界面和触摸屏等设备，实现控制命令的输入和监测数据的显示。

四、系统测试与调试完成硬件和软件设计后，需要进行系统的测试和调试。

首先进行硬件连接和电源接入的测试，确保电路和连接没有问题。

然后进行软件编程的测试，包括控制算法的功能、编程的准确性和系统的可靠性等方面的测试。

最后进行整个系统的综合测试，包括与电机的实际联动测试、系统的稳定性测试和实际工作情况的测试等。

西安邮电学院单片机课程设计报告书题目：电机测速系统院系名称：自动化学院学生姓名：专业名称：自动化班级：自动XXXX班时间：20XX年X月X日至 X月XX日电机测速系统一、设计目的随着科技的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。

在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。

为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。

因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。

二、设计要求1.用按键控制电机起停；2.电机有两种速度，通过按键来改变速度；3.通过数码管显示每分钟或每秒的转速。

四、设计方案及分析（包含设计电路图）1． STC89C52单片机介绍STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

（1）单片机最小系统单片机最小系统电路如图所示，由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。

单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。

图单片机最小系统（2）晶振电路（3）复位电路复位是单片机的初始化操作。

其主要功能是把PC 初始化为0000H ，使单片机从0000H 单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。

2. ST151光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。

直流电机调速系统的设计直流电机调速系统是控制直流电机转速的一个重要工程应用领域。

在很多工业领域中，直流电机的转速控制是非常重要的，因为直流电机的转速对于机械设备的运行效率和稳定性有着重要影响。

本文将详细介绍直流电机调速系统的设计原理和步骤。

一、直流电机调速系统的基本原理直流电机调速系统的基本原理是通过改变电机的电压和电流来控制电机的转速。

一般来说，直流电机的转速与电机的电压和负载有关，转速随电压增加而增加，转速随负载增加而减小。

因此，当我们需要调节直流电机的转速时，可以通过改变电机的电压和负载来实现。

二、直流电机调速系统的设计步骤1.确定设计要求：在设计直流电机调速系统之前，首先需要确定系统的设计要求，包括所需的转速范围、响应速度、控制精度和负载要求等。

这些设计要求将指导系统的设计和选择适当的控制器。

2.选择控制器：根据设计要求，选择适当的控制器。

常见的直流电机调速控制器有PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。

根据实际情况，选择最合适的控制器来实现转速调节。

3.选择传感器：为了实时监测电机的转速和位置，需要选择合适的传感器来进行测量。

常见的传感器有光电编码器、霍尔效应传感器和转速传感器等。

根据实际需求，选择合适的传感器进行安装和测量。

4.搭建电路：根据控制器的要求，搭建合适的电路来实现控制和测量功能。

通常需要安装电压和电流传感器来实时监测电机的电压和电流，并将测量结果反馈给控制器。

5.调试和测试：在电路搭建完成后，需要进行调试和测试来验证系统的性能。

首先调整控制器的参数，使得系统能够按照设计要求进行转速调节。

然后进行负载试验，测试系统在不同负载下的转速调节性能。

对系统进行调试和测试，可以发现问题并及时解决，确保系统能够正常工作。

6.性能优化：根据测试结果，对系统进行性能优化。

根据实际需求，调整控制器的参数和传感器的位置，改善系统的转速调节性能和响应速度。

优化后的系统将更好地满足设计要求。

三、直流电机调速系统的工程应用总结：本文详细介绍了直流电机调速系统的设计原理和步骤。

直流电机转速测控实验一、实验目的1. 掌握电机转速的测量原理；学会根据被测环境、对象不同选择合适的传感器测量转速；2. 掌握电机转速控制的原理；学会用计算机和传感器组成转速测控系统。

二、实验原理图1所示为计算机直流电机转速测控系统原理图。

图1 计算机测控直流电机转速原理框图根据被测环境和对象选择不同转速传感器（光电、霍尔、磁电）实现直流电机转速的测量及控制。

三. 实验仪器和设备1. CSY－5000型传感器测控技术实训公共平台；2. 环形带综合测控实验台；3. 数据采集模板及测控软件(LabVIEW试用版)；4. 12V直流电机调节驱动挂箱；5. 光电式、霍尔式、磁电式转速传感器各一件；6. PC机及RS232通讯接口。

四．实验预习要求1.查阅资料，了解旋转轴转速测量的常用方法；2.掌握采用光电式、霍尔式、磁电式传感器测量转速的原理及特点；3.理解计算机测控直流电机转速的系统工作原理；4.熟悉CSY-5000型传感器测控技术实训平台的硬件配置。

五. 实验步骤及内容第一部分：转速测量1、在关闭公共平台主机箱电源开关的前提下，连接数据采集模板电源线、RS232通讯线；2、根据你选用的转速传感器，按转速传感器附录图1、图2、图3示意图安装接线；（注意光电、霍尔传感器为+5V供电，磁电传感器为+15V供电）3、主机箱上0～12V可调电源与电压表（电压表量程选择20V档）及环形带综合测控实验台电机（环形带综合测控实验台背面）接口并接（注意接口的相应极性）；4、检查接线无误后，首先将主机箱上0～12V可调旋钮逆时针方向缓慢调节到底（起始输出电压最小）；然后桌面“环形带综合测试软件”（或者启动计算机中的测试软件目录“SensorTest.vi”），双击打开，显示图2环形带综合测试程序软件界面；再打开主机箱电源开关给测量系统供电。

图2 环形带综合测试软件界面5、在计算机的环形带综合测试程序软件界面采单栏下方栏点击运行按钮，串口通讯正常后选择测试软件中“手动转速控制与测量”选项，软件界面显示为图3转速测量选择传感器类型界面；在界面下方选择“传感器类型”为现在做测量转速实验相对应的转速传感器。

直流电机转速控制系统设计一、控制系统框架1.检测部分：检测部分主要用于反馈直流电机转速信息。

常用的检测方法有编码器、霍尔元件和反电动势法等。

其中，编码器是一种精度高、稳定性好的转速检测传感器。

它通过感应转子上的编码盘，将转速转换为脉冲信号输出。

2.控制器：控制器是直流电机转速控制系统的核心部分。

它根据检测到的转速信息，与设定的目标转速进行比较，产生控制信号驱动执行器。

常用的控制器有比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器等。

其中，比例控制器通过调节输出信号的幅值来控制转速；比例积分控制器通过累积误差来产生输出信号；比例微分控制器则通过控制误差变化率来调节输出信号。

3.执行部分：执行部分主要用于控制电机的转速。

常用的执行器有功率晶体管、场效应管和三相半导体开关等。

其中，功率晶体管是最常用的直流电机转速控制器，它通过调节电路中的开关状态来改变电机的转速。

二、控制策略1.开环控制：开环控制是最简单的控制策略，它通过设定电机的输入电压或电流来控制转速。

缺点是无法对外部干扰和负载变化进行自动调节。

2.闭环控制：闭环控制通过反馈得到的转速信息来调整输入信号，实现对转速的控制。

闭环控制具有精度高、稳定性好的优点，适用于要求较高的转速控制场合。

三、系统参数调节1.参数估计：参数估计是指通过对电机特性进行建模，得到电机参数的估计值。

常用的方法有试验法和辨识法等。

2.参数调节：参数调节是通过对控制器的参数进行优化，以实现准确的转速控制。

常用的调节方法有PID调节和自适应调节等。

四、应用案例总结：本文详细介绍了直流电机转速控制系统的设计。

从控制系统框架、控制策略、系统参数调节和应用案例等方面进行了讲解。

通过合理的设计和调节，可以实现对直流电机转速的精确控制，满足不同场合的需求。

北京信息科技大学测控综合实践课程设计报告题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器学生姓名：摘要摘要基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。

通过实验得到结果并进行了数据分析。

本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。

关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器Abstract目录摘要 (I)第一章概述 (1)1.1 课设目标 (1)1.2 内容 (1)第二章系统设计原理 (2)2.1 STC89C52单片机介绍 (2)2.2 STC89C52定时计数器 (4)2.3 STC89C52中断控制 (6)2.4 光电传感器 (6)2.5 数码管介绍 (7)第三章硬件系统设计 (10)3.1测速信号采集及其处理 (10)3.2 单片机处理电路设计 (11)3.3 显示电路 (12)3.4 PWM驱动电路 (13)第四章软件设计 (14)4.1语言选用 (14)4.2程序设计流程图 (14)4.3原程序代码 (15)第五章数据分析 (19)总结 (20)附件 (21)参考文献 (23)第一章概述在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。

目前国内外测量电机转速的方法有很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。

计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。

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。

一、概述该课程设计是关于直流电动机转速的测量。

转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min表示。

本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min，测量的相对误差＜1%并用5位LED数码管显示出相应的电机转速。

本次课设需满足以下设计要求：1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数；2. 用5位LED数码管显示出相应的电机转速；3. 画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。

二、方案论证本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。

原理方框图如图1所示：图1电机转速测量系统原理框图在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。

当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。

脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。

再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路,产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来三、电路设计1.光电转换电路在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。

其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。

在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。

直流电机调速控制系统设计1.引言直流电机调速控制系统是一种广泛应用于工业生产与生活中的电气控制系统。

通过对直流电机进行调速控制，可以实现对机械设备的精确控制，提高生产效率和能源利用率。

本文将介绍直流电机调速控制系统的设计原理、控制策略以及相关技术。

2.设计原理直流电机调速控制系统的基本原理是通过调整电压或电流来改变电机的转速。

在直流电机中，电压和电流与转速之间存在一定的关系。

通过改变电压或电流的大小，可以实现对电机转速的调节。

为了实现精确的调速控制，通常采用反馈控制的方式，通过测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流，以达到期望的转速。

3.控制策略开环控制是指在没有反馈的情况下，直接控制输出电压或电流的大小，来实现对电机转速的调节。

开环控制的优点是简单、成本低，但缺点是无法考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，使得控制精度较低。

闭环控制是指在有反馈的情况下，测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流。

闭环控制的优点是能够考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，提高控制精度。

常用的闭环控制策略有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。

其中，PID控制是最为常用的一种控制策略，具有调节速度快、控制精度高的优点。

4.相关技术在直流电机调速控制系统的设计中，还需要用到一些相关的技术，如编码器、传感器和驱动器等。

编码器是一种测量旋转角度和速度的装置，可以用来测量电机的转速。

根据编码器的测量结果，可以对电机进行控制。

传感器可以用来检测电机的电流、电压和转速等参数，以获得电机的实时状态。

通过对这些参数的测量和分析，可以实现对电机转速的控制。

驱动器是将控制信号转换为电机运行的电路，可以根据输入的电压或电流信号控制电机的运行状态。

5.总结直流电机调速控制系统是一种重要的电气控制系统，可以实现对机械设备的精确控制。

在设计过程中，需要合理选择控制策略和相关技术，以实现期望的控制效果。

通过不断的研究和实践，可以进一步提高直流电机调速控制系统的性能和稳定性，满足不同领域的需求。

基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计一、绪论直流电机广泛应用于工业自动化控制系统中，对其转速进行精确控制是提高系统性能和稳定性的关键。

PID控制技术是一种经典且常用的控制方法，被广泛应用于直流电机转速控制系统中。

本文旨在设计一个基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统，实现对电机转速的精准控制。

二、直流电机转速控制系统结构直流电机转速闭环控制系统主要由以下几个部分组成：1. 直流电机：负责将电能转化为机械能，并提供给待控对象。

2. 传感器：用于测量电机转速，将测得的转速信号反馈给控制系统。

3. 控制器：根据测量的转速信号与设定值之间的差异，计算控制信号，并输出给执行器。

4. 执行器：根据控制信号控制电机的转速，通过调节电机输入电流实现转速控制。

三、PID控制器原理PID控制器是一种基本的比例-积分-微分控制器，通过调节这三种控制分量的权重，实现对系统的控制。

具体原理如下：1. 比例控制分量：根据测量值与设定值之间的差异，产生与差值成正比的控制信号，用于快速响应系统误差。

2. 积分控制分量：根据时间与误差的乘积进行积分，用于消除系统误差的稳态偏差。

3. 微分控制分量：根据误差的变化率进行微分，用于增强系统的稳定性，减小超调量。

四、基于PID控制的直流电机转速闭环控制系统设计步骤1. 系统建模：根据直流电机的特性以及系统的动力学方程，建立数学模型，描述电机的转速与输入电流之间的关系。

2. 参数调整：根据实际情况，通过试验或者经验，调整PID控制器的三个控制参数：比例系数(Kp)，积分时间(Ti)，微分时间(Td)，以获得系统的最佳控制效果。

3. 信号采集与处理：利用传感器获取电机转速的测量值，然后经过滤波和放大等处理，得到合适的输入信号。

4. PID控制计算：根据测量值与设定值之间的差异，计算PID控制器的输出信号。

5. 信号放大与转换：将PID控制器输出的控制信号进行放大，并转换为合适的电压或电流信号，用于控制电机的转速。