1、 测控系统课程设计测控系统课程设计 课题课题 直流电机控制系统设计直流电机控制系统设计 班班 级：级： 测控测控 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师指导教师 ： 电子与电气工程学院电子与电气工程学院 20102010 年年 1212 月月 1 直流电机控制系统设计直流电机控制系统设计 1 1 系统论述系统论述 1.1 1.1 设计思路设计思路 本次直流电机控制系统的设计主要功能是实现电机的正转和反转。为实现 系统的微机控制，在设计中，采用了 AT89C51 单片机作为整个控制系统的控制电 路的核心部分，配以各种模块，实现对电动机控制。 1.21.2 总体设计框图总体设计框图 系统组成：直
2、流电机控制方案如图1.1所示： 方案说明：直流电机控制系统以 AT89C51 单片机为控制核心，单片机在程序 控制下，采用桥式驱动完成电机正，反转控制。 图图 1.1 1.1 直流电机控制方案直流电机控制方案 2 2 直流电机单元电路设计与分析直流电机单元电路设计与分析 2.12.1 桥式驱动直流电机方向模块桥式驱动直流电机方向模块 主要由一些达林顿晶体管、直流电机和二极管以及电阻等组成。现在介绍下 直流电机的运行原理 2.1.1 2.1.1 直流电机类型直流电机类型 直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用 途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直
3、流电动机（将 直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流 伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。 2 2.1.2 2.1.2 直流电机结构直流电机结构 直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁 极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内 嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图 2.1 所示。 图图 2.1 2.1 直流电动机结构直流电动机结构 2.1.3 2.1.3 直流电机工作原理直流电机工作原理 直流电机电路模型如图2.2所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁
4、磁 圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。当线圈中流过电流时，线圈受 到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向 时， 线圈的受方向也将改变， 因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。 图图 2.2 2.2 直流电动机电路模型直流电动机电路模型 2.1.4 2.1.4 直流电机主要技术参数直流电机主要技术参数 直流电机的主要额定值有： 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。 +A B - a b c d N S 图1.1 直流电机工作图1.1 直流电机工作 3 额定转速
5、n：单位时间内的电机转动快慢。以 r/min 为单位。 励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。 2.1.5 2.1.5 直流电机直流电机 PWMPWM 调速原理调速原理 （1）直流电机转速 直流电机的数学模型可用图2.3表示，由图可见电机的电枢电动势Ea的正 方向与电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；电磁转矩 T 的正方向与转速n 的方向相同， 是拖动转矩； 轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n相反， 是制动转矩。 图图 2.3 2.3 直流电机的数学模型直流电机的数学模型 根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式1.1： U=Ea-Ia（Ra+Rc）式1.1 式1.1中，
6、Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和； Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。 由此可得到直流电机的转速公式为： n =Ua-IR/Ce 式1.2 式1.2中，Ce为电动势常数，是磁通量。 由1.1式和1.2式得 n =Ea/Ce 式1.3 由式1.3中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩 恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定，电枢电压越高，电机转速就 越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，电机就 反转。 （2）PWM 电机调速原理 ra E a n T 0 T 2 I U T 1 R c 说 明 : U 电 压 E a 电 枢 电 动 势 n
