直流电动机调速系统

编辑：雅涵 2026-09-17 06:04 浏览：37 次

目录一览：

1、直流电动机调速系统（直流电动机调速系统中） 2、直流电动机调速系统若想采用恒功率调速则可改变什么 3、直流电动机调速系统概述 4、直流电动机调速系统设计 5、直流电动机调速系统中

直流电动机调速系统（直流电动机调速系统中）

降低电枢电压调速，电枢回路必须有可调压的直流电源，电枢回路及励磁回路电阻尽可能小，电压降低转速下降，人为特性硬度不变、运行转速稳定，可无级调速。

一般直流电动机，为避免磁路过饱和只能弱磁不能强磁。电枢电压保持额定值，电枢回路串接电阻减至最小，增加励磁回路电阻 Rf ，励磁电流和磁通减小，电动机转速随即升高，机械特性变软。转速升高时，如负载转矩仍为额定值，则电动机功率将超过额定功率。

注意事项：

直流减速电机断电后，由于惯性作用，出力轴还会转动，这是DC电机的惯性。如果要立即停止转动，可通过电路控制在关掉电源后短路正负端子即可，使用这种刹车，是利用电机发电（反向电流）作用来实现,可能会电流增大而缩短电机的寿命。

直流电机在运行时，由于线圈和铁芯内部发生能量转换而发热，温度渐渐上升。负载在额定范围内，产生热量和散发热量平衡，不会烧坏线圈，但在过负载及堵转的状态下长时间运行时会引起发热，线圈铜线上的绝缘膜被溶解，使铜线匝间短路，造成电流大从而烧坏电机和附属电路板。

参考资料来源：百度百科-直流电动机调速

直流电动机调速系统若想采用恒功率调速则可改变什么

一、选择题：

1. 下列多级放大电路中，低频特性较好的是： A ）（ A．直接耦合 B. 1＋A B. 阻容耦合 C. 变压器耦合 D. A 和 B 2. 逻辑表达式 A＋AB 等于（A A. A C. 1＋B B. 中断

）

D.B D.三者全有

3. 微机中，存贮器与磁盘之间的数据传送采用（ C ）方式。 A．查询方式 A. 输出电压越高 5. 把（ C C. DMA 4. 在三相半波可控整流电路中，当负载为电感性时，负载电感量越大，则（D B.输出电压越低 C.导通角越小 D. 导通角越大

）

）的装置称为逆变器。 A. 交流电变换为直流电 B. 交流电压升高或降低 C. 直流电变换为交流电 D. 直流电压升高或降低 6. 在自动控制系统中，若想稳定某个物理量，就该引入该物理量的（ B ） A.正反馈 B.负反馈 C. 微分负反馈 D. 微分正反馈 7. 带有速度、电流双闭环调速系统，在启动时，调节作用主要靠（ A ）产生。 B. 速度调节器 C. 电流、速度调节器 D. 比例、积分调节器 A. 电流调节器 8. 带有速度、电流双闭环调速系统，在系统过载或堵转时，速度调节器处于（ A ）。 A. 饱和状态 B. 调节状态 C. 截止状态 D. 放大状态 9. 不属于分布式网络的是（ C ） A．网型网络 B. 总线型网 C. 环型网 D. 三者都不是 10.关于 PLC，下列观点哪个正确？（ D） A. PLC 与变频器都可进行故障自诊断。 B. PLC 的输入电路采用光电耦合方式。 C. PLC 的直流开关量输出模块又称为晶体管开关量输出模块，属无触点输出模块。 D. 以上全正确。 11. 以下（ B ）不是计算机网络的基本组成。 A．主机 B. 集中器 C. 通信子网 D. 通信协议 12. 组合逻辑门电路在任意时刻的输出状态只取决于该时刻的（ C ）。 B. 电流大小 C. 输入状态 D. 电路状态 A. 电压高低 13. 在三相半波可控整流电路中，每只晶闸管的最大导通角为（D）

A. 30° B. 60° C. 90° D. 120° 14. 在三相半波可控整流电路中，每只晶闸管承受的最高正反向电压为变压器二次相电压

。 C ）（ A. 倍 B. 倍 C. 倍 D. 2 倍 15. 电压负反馈主要补偿上电压的损耗。 B ）（ A. 电抗器电阻 B. 电源内阻 C. 电枢电阻 D. 以上皆不正确 16. 带有速度、电流双闭环调速系统，在负载变化时出现偏差，消除偏差主要靠。 B ）（。 A. 电流调节器 B. 速度调节器 C. 电流、速度两个调节器 D. 比例、积分调节器 17. 带有速度、电流双闭环调速系统，在系统过载或堵转时，速度调节器处于。（ A） A. 饱和状态 B. 调节状态 C. 截止状态 D. 放大状态 18. 软件是网络系统软件中的最重要、最核心的部分。 A ）（ B. 操作系统 C. 网络管理 D.网络通信 A．网络协议

的

19.

RS-232-C 标准中规定逻辑 1 信号电平为 B. +3～+15V C.－3～－15V

A．0～15V 20.

。（ C） D. －5～0V

属于轮廓控制型数控机床。（ C） A．数控冲床 B. 数控钻床 C. 数控车床 D. 都不是 21、 “CNC”的含义是（ B ）。 A．数字控制 B. 计算机数字控制 C.网络控制 22、PLC 的工作方式是：A A．串行工作方式 B.并行工作方式 C.其它工作方式 23、数控系统所规定的最小设定单位就是（C）。 A. 数控机床的运动精度 B. 机床的加工精度 C. 脉冲当量 D. 数控机床的传动精度 24、计算机由输入设备、输出设备、存储器、运算器、_C________组成。 A.硬盘 B.键盘 C.控制器 D.管理器 25、计算机中最基本的存取单位是_______B___。 A.字 B.字节 C.位 D.地址 26目前使用最广泛的网络拓朴结构是___C_____。 A.环形拓朴 B.星形拓朴 C.总线拓朴 D.局域网络，实际显示“1” ，故障线段应为( A )。 27、一个发光二极管显示器应显示“7” B、b C、d D、f A、a 28、将二进制数 00111011 转换为十六进制数是(D )。 A、2AH B、3AH C、2BH D、3BH 29、PLC 交流电梯的 PLC 输出接口驱动负载是直流感性负载时，则该在负载两端( C )。 A、串联一个二极管 B、串联阻容元件 D、并联阻容元件 C、并联一个二极管 30、PLC 可编程序控制器，整个工作过程分五个阶段，当 PLC 通电运行时，第四个阶段应为 ( B )。 B、执行用户程序 C、读入现场信号 D、自诊断 A、与编程器通讯 31、国内外 PLC 各生产厂家都把(A )作为第一用户编程语言。 B、指令表 C、逻辑功能图 D、C 语言 A、梯形图 32、输入采样阶段是 PLC 的中央处理器，对各输入端进行扫描，将输入端信号送入( C )。 A、累加器 B、指针寄存器 C、状态寄存器 D、存贮器 33、PLC 可编程序控制器，依据负载情况不同，输出接口有( A )类型种。 A、3 B、1 C、2 D、4 34、OUT 指令能够驱动：2 （1）输入继电器（2）暂存继电器（3）计数器 35、连续使用 OR-LD 指令的数量应：2 小于 5 个（2）小于 8 个（3）大于 8 个 36. 理想集成运放的共模抑制比应该为（ C）。 A．较小 B. 较大 C. 无穷大 D. 零 37. 根据表达式组成的逻辑电路不会出现竞争冒险（B ）

A. B. C. D. 38. 微机中，存贮器与磁盘之间的数据传送采用

（ C ）

方式。

．查询方式

B. 中

断

C. DMA B. C.

D.三者全有 A

39. 在三相全控桥式整流电路中，每隔 D.

就有晶闸管要换流。

的驱动功率小，驱动电路简单。 B. 可关断晶闸管 A. 普通晶闸管 C. 电力晶体管 D. 功率场控晶体管 41. 在自动控制系统中，若想稳定某个物理量，就该引入该物理量的（ B ） A.正反馈 B.负反馈 C. 微分负反馈 D. 微分正反馈 42. 带有速度、电流双闭环调速系统，在启动时，调节作用主要靠（ A）产生。 B. 速度调节器 C. 电流、速度调节器 D. 比例、积分调节器 A. 电流调节器 43. 带有速度、电流双闭环调速系统，在系统过载或堵转时，速度调节器处于（ A）。 A. 饱和状态 B. 调节状态 C. 截止状态 D. 放大状态 44. 不属于分布式网络的是（C ） A．网型网络 B. 总线型网 C. 环型网 D. 三者都不是（ D ） 45.关于 PLC，下列观点哪个正确？ A. PLC 与变频器都可进行故障自诊断。 B. PLC 的输入电路采用光电耦合方式。 C. PLC 的直流开关量输出模块又称为晶体管开关量输出模块，属无触点输出模块。 D. 以上全正确。二、判断题（ × ）1. 集成运放实质是直接耦合与阻容耦合密切结合的多级放大电路。（ √ ）2. 自动调速系统采用 PI 调节器，因它既有较高的静态精度，又有较快的动态响应。（ × ）3. 过零比较器的基础上再引入负反馈，可构成迟滞比较器。（ √ ）4 时序逻辑电路具有自启动能力的关键是能否从无效状态转入有效状态。（ √ ）5．削除直流环流的典型办法是：工作制。（ √ ）6．转速超调是速度调节器退出饱和的唯一方式。（ √ ）7. 及时抑制电压扰动是双环调速系统中电流调节器作用之一。（ √ ）8. 计算机网络体系结构是由网络协议决定的。（ √）9. 矢量变换控制是将静止坐标系所表示的电动机矢量变换到以气隙磁通或转子磁通定向的坐标系。（ √ ）10. 全面质量管理的核心是强调提高人的工作质量。（ √ ）11. 放大电路的频率响应，是电路电压放大倍数和频率的关系。（ √ ）12. 无静差调速系统是指动态有差而静态无差。（ √ ）13. 为了消除竞争冒险，应增加的冗余项是。（ √ ）14. 时序逻辑电路与组合逻辑电路最大不同在于前者与电路原来的状态有关。（ √）15. 单闭环直流调速系统，突加给定信号启动时，限制电流冲击的方法是电流截止负反馈。（ × ）16. 若理想空载转速相同，直流调速闭环系统的静差率只有开环系统静差率的（ √ ）17. 安装均衡电抗器是削除脉动环流的办法。（ √ ）18. 异步电机与同步电机变频的实质是改变旋转磁场的转速。（ √ ）19. 全控整流电路可以工作于整流状态和有源逆变状态。（ √ ）20. 全面质量管理，简称 TQC，由企业全体人员参加。（ × ）21. 理想的集成运算放大器的输入电阻，输入电阻。（ √ ）22. 自动调速系统采用 PI 调节器，因它既有较高的静态精度，又有较快的动态响应。（ × ）23. 功率场控晶体管 MOSFET 是一种复合型电力半导体器件。（ √ ）24 组合逻辑电路的分析和设计是互逆的两个过程。

40. 下列电力电子器件中，D

（ √ ）25．削除直流环流的典型办法是：工作制。（ √ ）26．转速超调是速度调节器退出饱和的唯一方式。（ √ ）27. 及时抑制电压扰动是双环调速系统中电流调节器作用之一。（ √ ）28. 计算机网络体系结构是由网络协议决定的。（ √）29. 矢量变换控制是将静止坐标系所表示的电动机矢量变换到以气隙磁通或转子磁通定向的坐标系。（ √ ）30. 全面质量管理的核心是强调提高人的工作质量。维修电工高级试题《高级维修理论复习题》一、选择题（第 1~60 题。选择正确的答案，将相应的字母添入题内的括号中。每题 1.0 分）： 1．在多级放大电路的级间耦合中，低频电压放大电路主要采用（A ）耦合方式。（A）阻容（B）直接（C）变压器（D）电感 2．如果一直线电流的方向由北向南，在它的上方放一个可以自由转动的小磁针，则小磁针的 N 极偏向（A ）。（A）西方（B）东方（C）南方（D）北方 3．根据电磁感应定律 e= -N×（ΔΦ/Δt）求出的感应电动势，是在Δt 这段时间内的（A ）（A）平均值（B）瞬时值（C）有效值（D）最大值 4．在线圈中的电流变化率一定的情况下，自感系数大，说明线圈的（D ）大。（A）磁通（B）磁通的变化（C）电阻（D）自感电动势 5．电感为 0.1H 的线圈，当其中电流在 0.5 秒内从 10A 变化到 6A 时，线圈上所产生电动势的绝对值为（C）（A）4V （B）0.4V （C）0.8V （D）8V 6．互感器线圈的极性一般根据（D）来判定。（A）右手定则（B）左手定则（C）楞次定律（D）同名端 7．JT-1 型晶体管图示仪输出集电极电压的峰值是（B ）伏。（A）100 （B）200 （C）500 （D）1000 8．示波器面板上的“辉度”是调节（A）的电位器旋钮。（A）控制栅极负电压（B）控制栅极正电压（ C）阴极负电压（D）阴极正电压 9．通常在使用 SBT-5 型同步示波器观察被测信号时，轴选择”应置于（D）档。 “X （A）1 （B）10 （C）100 （D）扫描 10．用 SR-8 型双踪示波器观察频率较低的信号时， “触发方式”开关放在“ （C） ”位置较为有利。 (A)高频（B）自动（C）常态（D）随意 11．一般要求模拟放大电路的输入电阻（A）（A）大些好，输出电阻小些好（B）小些好，输出电阻大些好（C）和输出电阻都大些好（D）和输出电阻都小些好 12．在正弦波震荡器中，反馈电压与原输入电压之间的相位差是（A）（A）0 度（B）90 度（C）180 度（D）270 度 13．如图所示运算放大器属于（C）（A）加法器（B）乘法器（C）微分器（D）积分器 14．多谐振荡器是一种产生（C）的电路。（A）正弦波（B）锯齿波（C）矩形脉冲（D）尖顶脉冲 15．寄存器主要由（D）组成

（A）触发器（B）门电路（C）多谐振荡器（D）触发器和门电路 16．在带平衡电抗器的双反星型可控整流电路中，负载电流是同时由（B）绕组承担的。（A）一个晶闸管和一个（B）两个晶闸管和两个（C）三个晶闸管和三个（D）四个晶闸管和四个 17．在晶闸管斩波器中，保持晶闸管触发频率不变，改变晶闸管导通的时间从而改变直流平均电压值的控制方式叫（A）（A）定频调宽法（B）定宽调频法（C）定频定宽法（D）调宽调频法 18．晶闸管逆变器输出交流电的频率由（D）来决定的. （A）一组晶闸管的导通时间（B）两组晶闸管的导通时间（C）一组晶闸管的触发脉冲频率（D）两组晶闸管的触发脉冲频率 19．电力场效应管 MOSFET 适于在（D ）条件下工作。（A）直流（B）低频（C）中频（D）高频 20．电子设备防外界磁场的影响一般采用（C）材料作成磁屏蔽罩（A）顺磁（B）反磁（C）铁磁（D）绝缘 21．小型变压器的绕制时，对铁心绝缘及绕组间的绝缘，按对地电压的（B ）倍来选用（A）1.5 （B）2 （C）3 （D） 4 22．交流电动机转子绕组修理后，在绑扎前，要绑扎位置上包（B）层白纱带，使绑扎的位置平服。（A）1 （B）2~3 （C）5 （D）5~6 23．三相异步电动机温升过高或冒烟，造成故障的可能原因是（A）（A）三相异步电动机断相运行（B）转子不平衡（C）定子、绕组相擦（D）绕组受潮 25．变压器的短路实验是在（A ）的条件下进行（A）低压侧短路（B）高压侧短路（C）低压侧开路（D）高压侧开路 26．直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢切割磁力线产生（A）（A）正弦交流电（B）非正弦交流电（C）直流电（D）脉动直流电 27. 直流电机的换向极绕组必须与电枢绕组（A ）（A）串联（B）并联（C）垂直（D）磁通方向相反 28．并励直流电动机的机械特性为硬特性，当电动机负载增大时，其转速（B）（A）下降很多（B）下降很少（C）不变（D）略有上升 29．已知某台电动机电磁功率为 9 千瓦，转速为 n=900 转|分，则其电磁转距为（D）牛.米（A）10 （B）30 （C）100 （D）300/π 30．三相异步电动机反接制动时，采用对称制电阻接法，可以在限制制动转距的同时也限制（A）（A）制动电流（B）启动电流（C）制动电压（D）启动电压 31．直流测速发电机按励磁方式有（A）种（A）2 （B）3 （C）4 （D）5 32．旋转变压器的定子铁心和转子铁心，采用（B）材料冲制、绝缘、叠装而成。（A）电工用纯铁（B）高导磁率的硅钢片或铁镍合金片（C）非磁性合金（D）软磁铁氧体 33．反映式步进电动机的转速 n 与脉冲频率（A）（A）f 成正比（B）f 成反比（C）f2 成正比（D）f2 成反比

34．直流力矩电动机的工作原理与（A）电动机相同（A）普通的直流伺服（B）异步（C）同步（D）步进 35．滑差电动机的转差离合器电枢是由（C）拖动的（A）测速发电机（B）工作机械（C）三相鼠笼式异步电动机（D）转差离合器的磁极 36．三相异步换向器电动机调速调到最低转速是，其转动移刷机构将使用同相电刷间的张角变为（A）电角度。（A）-180 度（B）180 度（C）0 度（D）90 度 37．变频调速所用的 VVVF 型变频器，具有（C）功能（A）调压（B）调频（C）调压与调频（D）调功率 38．三相并励换向器电动机调速适用于（C）负载（A）恒转距（B）逐渐增大转距（C）恒功率（D）逐渐减小转距 39．无换相器电动机的逆变电路直流侧（）（A）串有大电容（B）串有大电感（C）并有大电容（D）并有大电感 40．再实现恒转距调速时，在调频的同时（C ）（A）不必调整电压（B）不必调整电流（C）必须调整电压（D）必须调整电流 41．直流电动机用斩波器调速时，可实现（B ）（A）有级调速（B）无级调速（C）恒定转速 42．在转速负反馈系统中，若要使开环和闭环系统的理想空载转速相同，则闭环时给定电压要比开环时的给定电压相应的提高( B )倍 (A)2+K (B)1+K (C)1/(2+K) (D)1/(1+K) 43.电压负反馈自动调速系统,调速范围 D 一般为( A ) (A)D10 (C)10

53.缩短基本时间的措施有( A ) (A)提高工艺编制水平 (B)缩短辅助时间 (C)减少准备时间 (D)减少休息时间 54.缩短辅助时间的措施有( A ) (A)大量提倡技术改革和技术改造 (B) 减少作业时间 (C)减少准备时间 (D)减少休息时间 55.在载荷大,定心要求高的场合,宜选用( D )连接 (A)平键 (B)半圆键 (C)销 (D)花键 56.带传动的优点是( C ) (A)传动比准确 (B)结构紧凑 (C)传动平稳 (D)效率很高 57.一对直齿圆锥齿轮的正确啮合条件是(C ) (A)m1=m2 (B)a1=a2 (C)m1=m2 a1=a2 (D)m1=m2=m a1=a2=a 58.定轴轮系首,末两轮转速之比,等于组成该轮系的( B )之比 (A) 所有主动轮系数连乘积与所有从动轮齿数连乘积 (B) 所有从动轮系数连乘积与所有主动轮齿数连乘积 (C) 任意两个主动轮和从动轮 (D) 中间惰性齿数 59.7000 表示( B )轴承 (A)推离球 (B)圆锥滚子 (C)圆柱滚子 (D)调心滚子 60.液压传动中容易控制的是( A ) (A)压力方向和流量 (B)泄漏噪声 (C)冲击振动 (D)温度三. 简答题(81~82 题.每题 5 分,满分 10 分): 81.要在一个示波器的屏幕上同时显示两个信号的波形,可采用那些方法? 1.采用双线示波器（具有两个电子枪，两套偏转系统的示波管）。2.将两个被测信号用电子开关控制，不断交替送入普通示波管中轮流显示，由于示波管余辉和人眼视觉暂留的缘故，当转换速度很快时，看起来就好像同时显示两个波形——双踪示波器。 82.什么是伺服电动机?有几种类型?工作特点是什么? 伺服电动机（执行电动机），在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的信号转换成电动机轴上的角位移或角速度。分支流和交流两大类。其特点是：当信号电压为 0 时，无自转现象，转速随转矩的增加均匀下降，接到信号就迅速启动，失去信号立即停止，转速的大小与控制信号成正比。四. 计算题(第 83~84 题每题 5 分,满分 10 分): 83.有一个直流含源二端网络,用内阻为 50KΩ的电压表测得它两端的电压为 100V,用内阻为 150KΩ的电压表测得它两端的电压为 150V,求这个网络的等效电动势和内阻. Uab＝EoRo/(Ro+Rb) (Ro 表内阻）将两次测得的结果代入上式得 100＝EoX50/(Ro+50) 150=EoX150/(Ro+150) 解得 Eo＝200V Ro＝50k 84.有一三相半控桥式整流电路,接在次极电压 U2Φ为 100V 的三相变压器上求: 1) 控制角 a=0 度时,整流输出电平 ULAV=? 2) 控制角 a=90 度时,整流输出电压平均值 ULAV=? 解：1）ULAV=2.34U2Φ(1+COSa)/2＝2.34X100XCOS0°=234V 2)ULAV=2.34U2Φ(1+COSa)/2=117V

直流电动机调速系统概述

1、低转速、大扭矩输出的场合，交流调速的外特性曲线较软，在低频区（0-5Hz)不稳定，这时就表现出了直流调速的优越性，多用于大型数控机床或工作母机。

2、步进与伺服电机都属直流调速范畴，其应用之广泛不言而喻。

直流电动机调速系统设计

基于2407单片机的直流电机PWM调速系统学生：张洋专业：电气工程及其自动化班级： 09020702指导教师：周素盈二．系统总体方案论证

2.1系统方案比较与选择方案一：采用专用PWM集成芯片、IR2110 功率驱动芯片构成整个系统的核心，现在市场上已经有很多种型号，如Tl公司的TL494芯片，东芝公司的ZSK313I芯片等。这些芯片除了有PWM信号发生功能外，还有“死区”调节功能、过流过压保护功能等。这种专用PWM集成芯片可以减轻单片机的负担，工作更可靠，但其价格相对较高，难于控制工业成本不宜采用。方案二：采用24071单片机、功率集成电路芯片L298构成直流调速装置。L298是双H高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。其驱动电压为46V，直流电流总和为4A。该方案总体上是具有可行性，但是L298的驱动电压和电流较小，不利于工业生产应用，无法满足工业生产实践中大电压、大电流的直流电机调速。方案三：采用2407单片机、IR2110功率驱动芯片构成整个系统的核心实现对直流电机的调速。2407具有两个定时器T1和T2。通过控制定时器初值T1和T2，从而可以实现从任意端口输出不同占空比的脉冲波形。2407控制简单，价格廉价，且利用2407构成单片机最小应用系统，可缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。IR2110是专门的MOSFET管和IGBT的驱动芯片，带有自举电路和隔离作用，有利于和单片机联机工作，且IGBT的工作电流可达50A，电压可达1200V，适合工业生产应用。综合上述三种方案，本设计采用方案三作为整个系统的设计思路。

2.2系统方案描述本系统采用2407为控制核心，利用2407产生的PWM经过逻辑延迟电路后加载到以IR2110为驱动核心，IGBT构成的H桥主干电路上实现对直流电机的控制和调速。本系统的控制部分为5V的弱电而驱动电路和负载电路为110V以上的直流电压因此在强弱电之间、数据采集之间分别利用了带有驱动功能的光耦TLP250和线性光耦PC817实现强弱电隔离，信号串扰。具体电路框图如下图2-1图2-1系统整体框图

2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统原理

2.3.1原理框图该系统原理框图如图2-3所示，转速反馈控制环的调节是利用单片机软件实现的PI调节。图中虚线部分是采用单片机实现的控制功能。

2.3.2 单闭环直流调速系统的组成图2-3 数字式转速负反馈单闭环直流调速系统只通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的，称为开环调速系统。但开环直流调速系统具有局限性：

（1）、通过控制可调直流电源的输入信号，可以连续调节直流电动机的电枢电压，实现直流电动机的平滑无极调速，在启动或大范围阶跃升速时，电枢电流可能远远超过电机额定电流，可能会损坏电动机，也会使直流可调电源因过流而烧毁。因此必须设法限制电枢动态电流的幅值。

（2）、开环系统的额定速降一般都比较大，使得开环系统的调速范围D都很小，对于大部分需要调速的生产机械都无法满足要求。因此必须采用闭环反馈控制的方法减小额定动态速降，以增大调速范围。

（3）、开环系统对于负载扰动是有静差的。必须采用闭环反馈控制消除扰动静差，为克服其缺点，提高系统的控制质量，必须采用带有负反馈的闭环系统，方框图如图2-2所示。在闭环系统中，把系统输出量通过检测装置（传感器）引向系统的输入端，与系统的输入量进行比较，从而得到反馈量与输入量之间的偏差信号。利用此偏差信号通过控制器（调节器）产生控制作用，自动纠正偏差。带输出量负反馈的闭环控制系统能提高系统抗扰性，改善控制精度的性能，广泛用于各类自动调节系统中。图2-2 闭环系统方框图

对于调速系统来说，输出量是转速，通常引入转速负反馈构成闭环调速系统。在电动机轴上安装测速装置，引出与输出量——转速成正比的负反馈电压，与转速给定电压进行比较，得到偏差电压，经过放大器A，产生驱动或触发装置的控制电压，去控制电动机的转速，这就组成了反馈控制的闭环调速系统，如图2-4所示。图2-4 转速负反馈单闭环直流调速系统静态框图

2.3.3速度负反馈单闭环系统的静特性由图2-3，按照梅森公式可以直接写出转速给定电压Un*和负载扰动电流IL与转速n的关系式如下：式2-2

其中,闭环系统的开环放大系数为：式2-3

开环系统的负载速降为：式2-4

由式2-2闭环时的负载速降为：式2-5上式表明采用速度闭环控制后，其负载速降减小了（1+Kol）倍，使得闭环系统的机械特性比开环时硬得多；因而，闭环系统的静差率要小得多，可以大大增加闭环系统的调速范围。

2.4 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统在电动机的闭环调速中，速度调节器一般采用PI调节器，即比例积分调节器。常规的模拟PI控制系统原理框图见图2-5，该系统由模拟PI调节器和被控对象组成。r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)。………………………………………………(2-6)e(t)作为PI调节器的输入,u(t)作为PI调节器的输出和被控制对象的输入。所以模拟PI控制器的规律为:…………………………………(2-7)式中Kp--比例系数,TI--积分常数。比例调节的作用是对偏差瞬间做出快速反应。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数，比例系数越大，控制越强，但过大会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。积分调节的作用是消除静态误差。但它也会降低系统响应速度，增加系统的超调量。图2-5模拟PI控制系统原理图采用DSP对电动机进行控制时，使用的是数字PI调节器，而不是模拟PI调节器，也就是说用程序取代PI模拟电路，用软件取代硬件。将式3-6离散化处理就可以得到数字PI调节器的算法：……………………………（2-8）或 ……………………………（2-9）式中k--采样序号，k=0，1，2，…；uk--第k次采样时刻的输出值；ek--第k次采样时刻输入的偏差值； KI--积分系数，；u0--开始进行PI控制是的原始初值。用式（3-8）计算PI调节器的输出比较繁杂，可将其进一步变化，令第k次采样时刻的输出值增量为：………………………………（2-10）所以 ……………………………………（2-11）或 …………………………………………（2-12）式中--第k-1次采样时刻的输出值,--第k-1次采样时刻的偏差值,--,--。用式（2-11）或式（2-12）就可以通过有限次的乘法和加法快速地计算出PI调节器的输出。以下是用式（2-12）计算的程序代码：LT EK ；MPY K2 ；K2是Q12格式，LACC GIVE ；给定值SUB MEASURE ；减反馈值SACL EK ；保存偏差值LACC UK，12 ；LTA EK ；，Q12格式，MPY K1 ；k1是Q12格式，AP AC ；，Q12格式SACH UK，4 ；保存

以上程序代码只用10条指令。如果用40MIPS，只需250ns时间，足可以用于实时控制。

三．硬件电路的模块设计

3.1 H桥电机驱动电路图3-1所示的H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。如图3-1所示，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3-1H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。如图3-2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）。图3-2 H桥驱动电路图2-3所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。图3-3 H桥驱动电路

3.2放大电路的连接电路IR2111外围电路如图所示。单片机输出的PWM信号经光耦PC817后，输出至IR2111输入端，此处的光耦对PWM信号起到隔离、电平转换和功率放大的作用。图中，、为光耦上拉电阻，其值根据所用光耦的输入和输出地电流参数决定：为电容滤波电容，为自举二极管，、为栅极驱动电阻。3.3键盘输入电路本系统采用键盘，如图3.5所示。图3.5为按钮电路

3.3测速电路设计一个完善的闭环系统，其定位精度和测量精度主要由测量元件决定，高精度的测量转速对测量元件的质量要求相当高。光电编码器是现代系统中必不可少的一种数字式速度测量元件，被广泛应用于微处理器控制的闭环控制系统中。

3.3.1光栅盘光栅盘是在圆盘边刻有很多光栅。当光源照射到光栅部分时，没有被光栅挡住的光源就透射过去。本系统中采用了一个圆面上刻有60个均匀光栅格的光栅盘。当电机旋转一周时，会产生60个光脉冲信号。

3.3.2 光电传感器光电传感器原理是有一个发光二极管和一个由光信号控制放大的三极管组成。由发光二极管发出红外光线通过3mm宽的气隙透射到另一端的三极管上，使得该三极管导通。其特征如下：

气隙是3mm。

分辨率达到0.5mm。

大电流传输比。

暗电流为：0.25

在=10mA时，发光二极管产生的光线的波长为940nm。

安装时将光栅盘圆面钳到沟槽中，光电传感器的发光二极管发出的红外线通过3mm气隙照射到光栅盘，光通过光栅盘面上透光的光栅气隙可以使得光传感器的三极管导通，从C极会输出一个低电平，被光栅挡住的光不能透过去，使得光电传感器的C极会输出一个高电平。3.6光电传感器原理图光电传感器在硬件电路设计上很简单, 如图3.7。在光电传感器的1引脚上接一个限流电阻R，限制流过发光二极管的电流=10mA左右。计算公式如下：3.7光电传感器设计图

3.4 稳压电源电路电池放电时内阻稳定的增大，电压则稳定的减小，而且接上大功率的负载时电压会瞬时降低，不能用于提供固定的电压，对于各种IC芯片需要的稳定电压，需要专门的稳压器件，或者稳压电路，基本的稳压器有两种：线性（LDO）和开关（DCDC），其中前者只能降压使用，而前者还可以升压使用而且效率很高。控制芯片89C51的标准供电电压是5V，可以选择使用线性电压调整芯片稳压，如：

7805：最大输出电流1.5A，内部过热保护，内部短路电流限制，典型输入电压7～20V，输出电压4.9~5.1V，静态电流典型值4.2mA，压差（输出与输入的差）至少2V。

78L05（电流较小）：最大输出电流100mA，内部过热保护，典型输入电压7～20V，输出电压4.75~5.25V，静态电流典型值3mA。

LM317（电压可调）：输出电流可达1.5A，输出电压1.2V~37V，内部过热保护等。选用7805，一方面简单；另一方面比较常用且比较便宜。LM78系列是美国国家半导体公司的固定输出三端正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串联集成稳压器。内置过热保护电路，无需外部器件，输出晶体管安全范围保护，内置短路电流限制电路。对于滤波电容的选择，需要注意整流管的压降。稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成， a.整流和滤波电路：整流作用是将交流电压变换成脉动电压。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。b.稳压电路：由于得到的输出电压受负载、输入电压和温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压。3.8光电传感器设计图

三端集成稳压器LM7805正常工作时，输入、输出电压差2～3V。C1为输入稳定电容，其作用是减小纹波、消振、抑制高频和脉冲干扰，C1一般为0.1~0.47μf。C2为输出稳定电容，其作用是改善负载的瞬态响应，C2一般为1μF。使用三端稳压器时注意一定要加散热器，否则是不能工作到额定电流。二极管IN4007用来卸掉C2上的储存电能，防止反向击穿LM7805。查相关资料该芯片的最大承受电流为0.1A，因此输入端必须界限流电阻R1，R1=(12*0.9-5)/0.1=58Ω，取近似值，选用70Ω的电阻。

3.5．显示电路液晶显示模块（LCD）由于其具有功耗低、无电磁辐射、寿命长、价格低、接口方便等一系列显著优点，被广泛应用与各种仪表仪器、测量显示装置、计算机显示终端等方面。字符液晶显示模块是一类专用于显示字母、数字、符号的点阵式液晶显示模块。TS1620字符液晶显示模块以ST7066和ST7065为控制器，其接口信号功能和操作指令与HD44780控制器具有兼容性。字符液晶有81、162、202、402等20多种规格型号齐全的字符液晶显示模块，均具有相同的引线功能和编程指令，与单片机的接口具有通用性。下图为外观机构。TS1620的引脚与功能表下图所示。

引脚好引脚符号名称功

能

1 GND 电源地接5V电

源地端

2 VDD 电源正端接5V电

源正端

3 VEE 液晶驱动电压端电压可调，一端接地，

一端接可调电阻

4 RS 寄存器选择段 RS=1为数据寄存器，

RS=0为指令寄存器

5 RW 读/写选择端 RW=1为读数据，

RW=0为写数据

6 EN 读/写使能端写时，下降沿触发；

读时，高电平有效

7至14 DB0—DB7 8位数据线数据

总线

TS1620模块与单片机的接口简单，PIC18F单片机的连接图如总图所示。PIC18F458的RD0-RD7端口直接与TS1620-1的DB0-DB7相连接，TS1620-1的控制信号RS、RW、EN分别与PIC18F458的RE0-RD2相连接。

3.6时钟电路单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作，因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器的频率高低，振荡器的稳定性和起振的快速性，晶振的频率越高则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也越快。图3.9时钟电路

本设计采用频率为12MHZ，微调电容C1和C2为30pF的内部时钟方式，电容为瓷片电容。判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的方法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18，19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地电压约为2.24V，19脚对地电压约为2.09V。

4.3 复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要作用是把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失误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。图3.10 复位电路

单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V的电通过电阻给电解电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），正因为复位脚的电由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作，这是单片机的上电复位，也叫初始化复位。当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到0V了，于是又进行了一次复位工作，这是手动复位原理。该电路采用按键手动复位。按键手动复位为电平方式。对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和+5V连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题，其中电平复位是通过RET端经电阻与电源VCC接通而实现的，当时钟频率适用于12MHZ时，C取100uF，R取10K，为保证可靠复位，在初识化程序中应安排一定的延迟时间。

软件电路的模块设计直流电机转速控制器的软件设计和系统功能的开发和完善是一个循序渐进过程，本文所作的软件开发是基于直流电机多速控制器的基本功能要求设计的该系统软件有主程序、功能键处理程序、电机运行显示程序、键盘设置参数程序测速程序、延时子程序等。该系统的整个软件设计全部采用模块化程序设计思想，由系统初始化模块、案件识别模块、LCD模块、高优先级和低优先级中断服务程序四大模块组成。整个软件的主程序框图如图4-1。图4-1整个软件的主程序框图

通过控制总中断使能PDPINTA控制电机的开关，其中定时器T1,T2分别对脉冲的宽度、光电传感器输出的脉冲数对应的1秒时间定时。对脉冲宽度的调整是通过改变高电平的定时长度，由变量high控制。变量change、 sub_speed 、add_speed分别实现电机的转向、加速、减速。

4.1系统初始化模块/***************************主函数*********************************/void main(){P2 = 0x00;TMOD = 0x11;TH1 = 0xec; //定时器T1设置参数TL1 = 0x78;TH2 = 0x3c; //定时器T2设置参数TL2 = 0xb0;TR1 = 1;TR2 = 1;init(); //液晶显示初始化程序while(1){ Wc2407r(0x84);wc2407ddr(H);wc2407ddr(e);wc2407ddr(l);wc2407ddr(l);wc2407ddr(o);if(test == 0)num_medium++;datamade();motor_control();}}

4.2 电机运行控制模块电机运行控制模块包括电机的方向控制和电机的速度控制，他们由Open，close，addspeed，subspeed，swap变来控制2407单片机的EVA模块产生不同的PWM信号送到L298 电机驱动器。

/***********通过按键实现对电机开关、调速、转向的控制的程序*****************/void motor_control(){if(open == 1)PDPINTA = 1;if(close == 1)PDPINTA = 0;if(swap == 1){change = ~change;while(swap != 0){}}if(sub_speed == 1){ high++;if(high == 30)PDPINTA=0;while(sub_speed != 0){}}if(add_speed == 1){ high--;if(high == 5)high = 5;while(add_speed != 0){}}}

4.3 测速软件设计常用的光栅测速方法有三种:测频法(M法)、测周法(T法)和测频测周法(M/T

法) M法测速是测定在一定时间内，脉冲的个数，从而转换为速度。本系统采用M法则测速。设置2407单片机内的定时器/计数器TIME1于计数器模式;在20个时钟周期内定时期间TIME1对输入的脉冲进行计数，在中断过程中对计入的脉冲数进行处理，获得转速数据。/****T2中断服务程序********单位时间（S）方波的个数*************/void time2_int(void) interrupt 3 { count_speed++;if(count_speed == 20){ count_speed = 0;num_display = num_medium;num_medium = 0;}}/************************速度显示的数据处理*********************/void datamade(){ uint data MMWc2407r(0xc2);wc2407ddr(S);wc2407ddr(p);wc2407ddr(e);wc2407ddr(e);wc2407ddr(d);wc2407ddr(0x3a);MM = num_display/100;wc2407ddr(wword[MM]); }

4.4LCD显示模块LCD显示驱动单独做成一个源程序文件和头文件，可以方便以后其他模块或其他应用程序的调用。在LCD显示驱动模块中主要是LCD初始化函数LCD_Initize()、写LCD命令函数Write_LCD_Command()、写LCD数据函数Write_LCD_Data().

TS1620可以显示两行16列ASCII码，其对应的第一行的首行地址是80H；第二行的首地址是C0H,送字符串到LCD上显示，需要定位将字符串显示在第X行和第Y列上，显示的字符串不能超过该行的最大列。#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit open = P2^0;sbit close = P2^1;sbit swap = P2^2;sbit sub_speed = P2^3;sbit add_speed = P2^4;sbit PWM1 = P3^0;sbit PWM2 = P3^1;/************************液晶显示*************/sbit E=P3^7;sbit RW = P3^6;sbit RS = P3^5;sbit test = P3^4;int time = 0;int high = 20;int period = 30;int change = 0;int flag = 0;int num_medium = 0;int num_display = 0;int count_speed = 0;uchar wword[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39}; /*******************延时t毫秒****************/void delay(uchar t){uint i;while(t){/*对于11.0592MHz时钟，延时1ms*/for(i=0;i<125;i++);t--;}

}//写命令函数LCDvoid Write_LCD_Command(){RS=0;RW=0;P1=j;E=1;E=0;delay(3);}//写数据函数LCDvoid Write_LCD_Data(){RS=1;RW=0;P1=j;E=1;E=0;delay(2);}

//初始化函数LCDvoid LCD_Initize(){ wc2407r(0x01); //清屏wc2407r(0x38); //使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型wc2407r(0x0c); //显示器件，光标开，字符不闪烁wc2407r(0x06); //字符不动，光标自动右移一格

}

4.4 PWM 源程序/***********8T1中断服务程序************PWM波的生成**********/void time1_int(void) interrupt 1

{time++;TH1 = 0xec;TL1 = 0x78;if(change == 0){PWM2 = 1; if(time == high)PWM1=0;else if(time == period){ PWM1 = 1;time = 0;}}else{ PWM1 = 1; if(time == high)PWM2=0;else if(time == period){ PWM2 = 1;time = 0;}}}

4.5 PID调速程序流程如图五．系统抗干扰

电子电路的抗干扰技术在电路设计中占有重要的地位，对系统是否正常工作有着决定作用。本文电路既包括模拟电路也包括数字电路，而数字电路运行时输入和输出信号均只有两种状态，即高电平和低电平，且这两种电平的翻转速度很快，由于数字电路基本上以导通或截至方式运行，工作速率比较高，故会对电路产生高频浪涌电流，可能会导致电路工作不正常;而数字电路的输入输出波形边沿很陡，含有极丰富的频率分量，这对模拟电路来说，无疑是一个高频干扰源。为了消除以上可能出现的干扰，本系统在设计和调试过程中反复尝试比较，最终采取如下措施，消除了系统干扰。(l)合理布置电源滤波、退藕电容。(2)将数字电路与模拟电路分开。(3)合理设计地线。

(4)尽量加粗接地线和电源线。

六．设计总结

经过2个星期的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有要有扎实的理论基础，还要有坚持不懈的精神。本产品实现了对直流电机的调速和测速，个人感觉其中还有许多不够完善的地方，例如：对电机的控制采用的是独立按键，而非矩阵键盘；电机的驱动电路的设计也不是很成熟。

此次的设计并不奢望一定能成功，但一定要对已学的各种电子知识能有一定的运用能力，我做设计的目的是希望能检查下对所学知识的运用能力的好坏，并且开始慢慢走上创造的道路，这是非常可贵的一点。