直流电机正反转控制电路设计

沈阳航空航天大学

综 合 课 程 设 计

直流电机驱动与控制电路设计

班 级 34020102 学 号 2013040201072 学 生 姓 名 马铭志 指 导 教 师 张述杰

课 程 设 计 任 务 书

课程设计的内容及要求：

一、设计说明

利用AT89C51单片机作为主控部分设计一款直流电机驱动与控制电路，直流电机转速可控。

1．以电位器调节电机转速。

2．电机驱动信号占空比调整电路占空比可以从20%——80%。 3．A/D转换使用模数转换芯片ADC0808实现； 4．此控制系统电机工作驱动电路需要自己设计； 二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用Proteus软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。 四、推荐参考资料

1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2014年

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩评定表

评语、

直流电机控制电路专辑

直流电机的类型

按：直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。但对它的使用和控制，很多读者还不熟悉，而且其技术资料亦难于查找。直流电机控制电路集锦，将使读者“得来全不费功夫”!

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。本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。

站长的几句说明：本文内容比较详实完整，但遗憾的是原稿的印刷质量和绘图的确很差，尽管采取了很多措施，有些图仍可能看不太清楚。 直流电机，大体上可分为四类：

第一类为有几相绕组的步进电机。这些步进电机，外加适当的序列脉冲，可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。

步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路，很容易实现控制。例如常用的SAAl027或SAAl024专用步进电机控制电路。

步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。例如：机器人手臂

3直流电机正反转及能耗制动

一、实验目的

1． 掌握PLC控制的基本原理。

2． 掌握直流电机正反转及能耗制动的基本原理及程序设计。 二、实验器材

1．ZYE3103B型可编程控制器实验台 1台

2．ZYPLC02直流电机正反转及能耗制动演示板 1块 3．PC机或FX-20P-E编程器 1台 4．编程电缆 1根 5．连接导线 若干 三、实验原理与实验步骤

1. 面板上K1、K2、KZ分别表示正转、反转、制动，是PLC给电机的三个控制信号。

KM1、KM2、KM3是模拟实际情况中的接触器，用来控制直流电机的正、反转及制动。 2. 控制要求：

(1) 按下正转按钮K1，KM1闭合，电机正转;按下制动按钮KZ，KMZ延时1秒动作，

电机能耗制动。

(2) 按下反转按钮K2，KM2闭合，电机反转；按下制动按钮KZ，KMZ延时1秒动

作，电机能耗制动。 3. 实验步骤：

(1) 打开PLC实验台电源，编程器与PLC连接。

直流电机调速电路的设计

一. 课程设计的目的：

通过本课程的学习，学生应具备以下能力：交、直流电路分析计算测量能力；电子线路的分析与应用能力；电子器件的应用能力；常用仪器仪表的使用能力等。同时培养学生严谨的科学作风，为后续专业课的学习和从事工程技术工作奠定坚实的理论和实践基础。 二．设计方案论证： 1． 思路：

电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一种恒转矩交流无级变速电动机。由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反馈的自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点。直流电动机的调速是由电磁调速异步电动机的 调速控制。电磁异步电动机主要是由主电路，控制电路和保护电路等几大部分组成，改变触发角，改变直流电压，达到调速的目的。 2． 设计方法：

电磁调速异步电动机结构与工作原理

电磁调速异步电动机是由普通鼠笼式异步电动机、电磁滑差离合器和电气控制装置三部分组成。异步电机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是提供滑差离合器励磁线圈励磁电流的装置。，图2－19是其结构示意图。它包括电枢、磁极和励磁线圈三部分。电枢为铸钢制成的圆筒形结构，它与鼠笼式异步电动机的转轴相连接，俗称主动部分；磁极做成爪形结构

1 绪 论

1.1 直流调速的优点

直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特性也随之变化，故系统运行的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。

双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统，在设计和调试的过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难，将SIMULINK用于电机系统的仿真研究近几年逐渐成为人们研究的热点。同时，MATLAB软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具SIMULINK，它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点，成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或分析，从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。

1.2

河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书

课程名称 ＿＿现代电子系统课程设计＿＿ 题 目 ＿＿＿直流电机控制设计＿＿＿

学 院 ＿＿＿＿＿＿＿＿ 班 级 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 学生姓名 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指导教师 ＿＿ ＿＿＿ 日 期 ＿＿ ＿＿＿＿＿＿

- 1 -

课程设计任务书 （指导教师填写）

课程设计名称 现代电子系统课程设计 学生姓名 专业班级 设计题目 直流电机控制设计 一、 课程设计目的

学习直流电机PWM的FPGA控制； 掌握PWM控制的工作原理；

掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法； 了解基于FPGA的电子系统的设计方法。 二、 设计内容、技术条件和要求

利用PWM控制技术实现直流电机的速度控制。 （1）基本要求：

a．速度调节：不少于4档，可实现加减档控制。 b．能控制电机的旋转方向。

c．通过红外光电电路测得电机的转速，设计频率计用4位10进制显示电机的转速。 （2）发挥部分

0.0

正反向双向调速直流电机驱动电路图

快速瓶劲识别-更好的负载测试方法

调速的直流电机驱动电路，主要考虑以下性能指标：

流和电压范围。它决定着电路能驱动多大功率的电机；

高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导问题，即两个功率器件同时导通使电源短路)入手；

输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染，大电流可能导致地线电位浮动；

。电机驱动电路应该尽可能做到：无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。

长期实验，得到一种可调速的双向直流电机驱动电路，电路如附图所示。

0.0

平转换部分 线由Port引入，Port1脚是电机方向信号输入端，Port2脚是PWM信号输入端，Port3脚是地线。注意Port3脚对地连接了一个2kΩ分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。电容C1防止电机突然启动造成电压的突降。

A实现

0.0

正反向双向调速直流电机驱动电路图

快速瓶劲识别-更好的负载测试方法

调速的直流电机驱动电路，主要考虑以下性能指标：

流和电压范围。它决定着电路能驱动多大功率的电机；

高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导问题，即两个功率器件同时导通使电源短路)入手；

输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染，大电流可能导致地线电位浮动；

。电机驱动电路应该尽可能做到：无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。

长期实验，得到一种可调速的双向直流电机驱动电路，电路如附图所示。

0.0

平转换部分 线由Port引入，Port1脚是电机方向信号输入端，Port2脚是PWM信号输入端，Port3脚是地线。注意Port3脚对地连接了一个2kΩ分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。电容C1防止电机突然启动造成电压的突降。

A实现

DC Machine

Implement separately excited DC machine (continuous and discrete blocks)

Library Machines Description

The DC Machine block and the Discrete DC Machine block (also in the Machines library) both implement a separately excited DC machine. The DC Machine block implements a continuous model, and the Discrete DC Machine block implements a discrete model. The following description applies to both blocks.

An access is provided to the field terminals (F+, F-) so that the machine model can be used as a shunt-connected or

课 程 设 计

（论文）

题目 基于单片机的机械手关节直流电机

控制电路

班 级 学 号 学 生 姓 名

沈阳航空航天大学

课 程 设 计 任 务 书

课 程 名 称 专业综合课程设计 院（系）专业 班级 课程设计题目 基于单片机的机械手关节直流电机控制电路 课程设计时间:

课程设计的内容及要求：

利用单片机、电路板开发基于单片机的机械手关节直流电机控制电路，实现机械手关节直流电机控制电路，使直流电机对一个机械手壁关节的启、停、正转、反转控制。 具体要求如下：

（1） 按以上要求制定设计方案，并绘制出系统工作框图及程序 流程图； （2） 按要求设计单片机的外围电路，给出电路原理图； （3） 编写主要程序；

（4） 用protus进行仿真，给出仿真电路图；

（5） 单片机仿真器、电路板、电源等硬件正确可靠地连接； （6） 按键控制直流电机进行正反转，使机械手关节活动；

指导教师 年 月 日 负责教师 年