【毕业论文】基于单片机pwm直流电机调速系统设计word文档（定稿）

它具有效率高体积小重量轻成本低等优点，现广泛应用于地铁电力机车城市无轨电车以及电瓶搬运车等电力牵引设备变速拖动中。

图为直流斩波器原理电机械配合方法来实现速度调节。

电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此在生产机械中广泛采用电气方法调速。

由于直流电动机具有极好运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结高性能直流调速系统设计与应用构简单价格便宜制造方便维护容易，但是长期以来，直流调速系统直占据垄断地位。

所以，直流调速系统仍然是自动调速系统主要形式。

在我国许多工业部门，如轧钢矿山采掘海洋钻探金属加工纺织造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动场合，仍然广泛采用直流调速系统。

而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术角度来看，它又是交流调速系统基础。

因此，我们先着重讨论直流调速系统。

直流电机工作原理直流电动机，多年来直用作基本换能器。

绝大多数直流电动机都是由电磁力形成种方向不变转矩而实现连续旋转运动。

图为直流电机物理模型图，其中，固定部分定子由磁铁称为主磁极和电刷组成转动部分转子由环形铁心和绕在环形铁心上绕组组成，定子与转子之间有气隙。

在电枢铁心上放置了由和两根导体连成电枢线圈，线圈首端和末端分别连到两个圆弧形铜片上，此铜片称为换向片。

换向片之间互相绝缘，由换向片构成整体称为换向器。

换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。

在换向片上放置着对固定不动电刷和，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向器和电刷与外电路接通。

图直流电机物理模型图直流电动机工作原理如图所示。

给两个电刷加上直流电源，如图所示，有直流电流从电刷流入，经过线圈，从电刷流出，根据电磁力定律，载流导体和收到电磁力作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到力形成了个转矩，使得转子逆时针转动如果转子转到图所示位置，电刷和换向片接触，电刷和换向片接触，直流电流从电刷流入，在线圈中流动方向是，从电刷流出。

此时载流导体和受到电磁力作用方向同样可由左手定则判定，它们产生转矩仍然使得转子逆时针转动。

电枢经转动，由于换向器配合电刷对电流换向作用，直流电流交替地由线圈边和流入，使线圈边只要处于极下，其中通过电流方向总是由电刷流入方向，而在极下时，总是从电刷流出方向，这就保证了每个磁极下线圈边中电流始终是个方向，这样结构，就可使电动机连续旋转。

图直流电机原理图直流电机调速方法根据直流电机基本原理，由感应电势电磁转矩以及机械特性方程式可知，直流电动机调速方法有三种调节电枢供电电压。

改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。

对于要求在定范围内无级平滑调速系统来说，这种方法最好。

变化遇到时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。

改变电动机主磁通。

改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速简称弱磁调速，从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。

变化时间遇到时间常数同变化遇到相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。

改变电枢回路电阻。

在电动机电枢回路外串电阻进行调速方法，设备简单，操作方便。

但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软空载时几乎没什么调速作用还会在调速电阻上消耗大量电能。

改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长传动系统中采用。

弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围升速。

因此，自动控制直流调速系统往往以调压调速为主，必要时把调压调速和弱磁调速两种方法配合起来使用。

高性能直流调速系统设计与应用调节电枢供电电压或者改变励磁磁通，都需要有专门可控直流电源，常用可控直流电源有以下三种旋转变流机组。

用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调直流电压。

静止可控整流器简称系统。

用静止可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调直流电压。

直流斩波器脉宽调制变换器。

用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制方法产生可调直流平均电压。

旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速直流电动机供电，调节发电机励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机转速。

改变励磁电流方向则输出电压极性和电动机转向都随着改变，所以系统可逆运行是很容易实现。

该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当旋转电机，还要台励磁发电机，设备多体积大费用高效率低维护不方便等缺点。

且技术落后，因此搁置不用。

系统是当今直流调速系统主要形式。

它可以是单相三相或更多相数，半波全波半控全控等类型，可实现平滑调速。

系统缺点是晶闸管单向导电性，它不允许电流反向，给系统可逆运行造成困难。

它另个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。

最后，当系统处于低速运行时，系统功率因数很低，并产生较大谐波电流危害附近用电设备。

图晶闸管电动机调速系统原理框图系统直流斩波器又称直流调压器，是利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通断时间变化来改变负载上直流电压平均值，将固定电压直流电源变成平均值可调直流电源，亦称直流直流变换器。

它具有效率高体积小重量轻成本低等优点，现广泛应用于地铁电力机车城市无轨电车以及电瓶搬运车等电力牵引设备变速拖动中。

图为直流斩波器原理电正方向则跳转反方向改变为正方向高性能直流调速系统设计与应用正方向改变为反方向启停键未按则跳转消除抖动清标志位停止定时加速键未按则跳转加速键按下则跳到加速子程序减速键未按则跳转消除抖动存速度档位减速用档位判断档位则继续加速速度档位加速用降速度档位减速用增高电平时间减少低电平时间增加存速度档位加速用档位判断档位则继续加速档位为则返回速度档位减速用降速度档位加速用增高电平时间增加低电平时间减少开外中断返回高性能直流调速系统设计与应用控制程序禁止外中断存转动方式为正方向反转存脉冲状态判断当前脉冲是高还是低下时刻为高电平下时刻为低电平正转存脉冲状态判断当前脉冲是高还是低下时刻为高电平下时刻为低电平延时程序，高性能直流调速系统设计与应用附录硬件原理图启停加速减速方向附录仿真比较图速度档时高性能直流调速系统设计与应用速度档时初始状态速度档时机械配合方法来实现速度调节。

电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此在生产机械中广泛采用电气方法调速。

由于直流电动机具有极好运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结高性能直流调速系统设计与应用构简单价格便宜制造方便维护容易，但是长期以来，直流调速系统直占据垄断地位。

所以，直流调速系统仍然是自动调速系统主要形式。

在我国许多工业部门，如轧钢矿山采掘海洋钻探金属加工纺织造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动场合，仍然广泛采用直流调速系统。

而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术角度来看，它又是交流调速系统基础。

因此，我们先着重讨论直流调速系统。

直流电机工作原理直流电动机，多年来直用作基本换能器。

绝大多数直流电动机都是由电磁力形成种方向不变转矩而实现连续旋转运动。

图为现代工业电力拖动般都要求局部或全部自动化，因此必然要与各种控制元件组成自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统简称。

在这系统中可对生产机械进行自动控制。

随着近代电力电子技术和计算机技术发展以及现代控制理论应用，自动化电力拖动正朝着计算机控制生产过程自动化方向迈进。

以达到高速优质高效率地生产。

在大多数综合自动化系统中，自动化电力拖动系统仍然是不可缺少组成部分。

另外，低成本自动化技术与设备开发，越来越引起国内外注意。

特别对于小型企业，应用适用技术设备，不仅有益于获得经济效益，而且能提高生产率可靠性与柔性，还有易于应用优点。

自动化电力拖动系统更是低成本自动化系统重要组成部分。

在如今现实生活中，自动化控制系统已在各行各业得到广泛应用和发展，其中自动调速系统应用则起着尤为重要作用。

虽然直流电机不如交流电机那样结构简单价格便宜制造方便容易维护，但是它具有良好起制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中主要形式。

现在电动机控制从简单走向复杂，并逐渐成熟成为主流。

其应用领域极为广泛，例如军事和宇航方面雷达天线火炮瞄准惯性导航等控制工业方面数控机床工业机器人印刷机械等设备控制计算机外围设备和办公设备中打印机传真机复印机扫描仪等控制音像设备和家用电器中录音机数码相机洗衣机空调等控制。

随着电力电子技术发展，开关速度更快控制更容易全控型功率器件和成为主流，脉宽调制技术表现出较大优越性主电路线路简单，需要用功率元件少开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽系统快速响应性能好，动态抗扰能力强主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高近年来，微型计算机技术发展速度飞快，以计算机为主导信息技术作为崭新生产力，正向社会各个领域渗透，直流调速系统向数字化方向发展成为趋势。

国内外发展概况电力电子技术功率半导体器件发展对电机控制技术发展影响极大，它们是密切相关相互促进。

近年来，电力电子技术迅猛发展，带动和改变着电机控制面貌和应用。

驱动电动机控制方案有三种工作在通断两个状态开关控制高性能直流调速系统设计