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直流电动机设计方案

第1章前沿

1.1课题研究的背景及意义

直流电动机以其良好的起动、制动性能，较宽范围内平滑调速的优点，在许多调速要求较高、要求

快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术

得到了很快的发展，在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在

理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用，比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机；而且从控制

规律的角度来看，交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的，从某种意义

上说有相似的地方。因此，掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。

从生产机械的要求的角度看，电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、

张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制

系统最基本的系统。

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从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看，直流电机目前依旧应用于工业生产中，并广泛

应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长，影响着人们

的生产生活水平，因此，对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。

1.2课题发展历程及趋势

在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具，其应用已经渗透到人们的工作、学习、

生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成，由于模拟器件存在的固有缺点，比如存

在温漂，零漂电压等，使系统控制精度和可靠性降低。后来，随着可编程控制器比如AT89C51PLC等

和IGBTGTR^电力电子开关器件，传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段，

这使得直流电机调速系

统的发展突飞猛进，从而出现了各种控制算法，比如比较经典的PID调节算法和后来的

模糊控制算法等，这些领域的发展使得直流电机调速的精度和可靠性能大大提高，它取代了常规的模拟

检测、显示等单元，基本上实现了智能化，使被控对象的动态过程按照规定的方式运行，已经能够满足

绝大部分的工作要求，这使得以微控制器为核心的控制系统成为工业生产中控制系统的主流。90年代由

于计算机技术的飞速发展，利用PC机的软硬件资源开发出来的控制系统具有更高的精度和可靠性，处理

速度更高，需要的外围单元更少，这使得直流电机调速系统向着更加智能化、网络化发展。

目前，国内外主要电气公司，如瑞典AB欧司，日本三菱，德国西门子，AEG^司，美国GE公司

均已开发出数字式直流调速装置，开发出各种各样的系列化，模块化，标准化的应用产品供选用，使得

直流电机调速系统的设计更加方便，更加简单，精度更高，可靠性更好。

在今后的时间里，直流电机调速系统会朝着更高的精度，更好的可靠性，更加智能化，网络化发

展。

本次课题正是结合实际生产要求，以直流电机电机为被控对象，以自动控制理论为基础，结合大学

所学知识，通过软件程序的编写来实现直流电机的调速系统。

1.3本章小结

本意主要介绍了从多个方面研究直流电机调速系统的目的和意义，并且介绍了直流电机调速系统国

内外的发展状况，以及直流电机调速系统今后的发展方向及前景。从而确定了本次课题研究的意义和目

的。

第2章设计方案的选择

本次设计以STC89C5匆核心，自动控制原理为基础，PWMB速为方法，实现直流电机的闭环调速，

用键盘设定一个一定范围内的速度，直流电机会按照给定速度运行，并最终达到稳定运行，并能够对电机的

电枢电流进行检测显示并能够对电机进行电流保护。2.1直流调速系统调速方式的选择

直流电机的稳定转速为:

UIR(2-1)

K

e

由上式可知，直流电机调节转速的方案有：

方案一：调节电枢两端电压