直流电机正反转及pwm调速控制

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

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

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

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

电动摩托车控制器中的电机PWM调速

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

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。

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

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

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

实验五 直流电机闭环调速控制

2011级测控一班 王婷婷 2011134128

一、实验目的

1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备

计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件） 三、实验原理

直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。

功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。

PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1.PWM的工作原理

图5-1 PWM的控制电路

图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用 PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端