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毕业设计（论文）

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毕业设计（论文）报告

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计算机控制系统课程设计直流电机测速调速系统

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计算机控制系统课程设计直流电机测速调速系统

摘要：本文针对计算机控制系统课程设计中的直流电机测速调速系统进行了详细的研究。首先，对直流电机的工作原理、测速原理以及调速原理进行了介绍。然后，设计并实现了一个基于单片机的直流电机测速调速系统，包括硬件电路设计和软件程序设计。通过实验验证了该系统的稳定性和可靠性，并分析了系统性能。最后，对系统进行了优化，提高了系统的响应速度和调速精度。本文的研究成果为直流电机测速调速系统的设计和应用提供了有益的参考。

随着工业自动化程度的不断提高，对电机控制系统的要求也越来越高。直流电机因其结构简单、控制方便等优点，在工业生产中得到广泛应用。然而，传统的直流电机控制系统存在调速精度低、响应速度慢等问题。为了提高直流电机的控制性能，许多学者对直流电机测速调速系统进行了深入研究。本文旨在设计并实现一个基于单片机的直流电机测速调速系统，通过实验验证其性能，为实际应用提供参考。

一、1直流电机原理及测速原理

1.1直流电机的工作原理

(1)直流电机的工作原理基于电磁感应定律，它将电能转换为机械能。当直流电通过电机的线圈时，根据右手定则，线圈将产生磁场。这个磁场与电机内部的永久磁铁或电磁铁产生的磁场相互作用，产生一个力矩，从而驱动电机转动。直流电机的转子通常由一个或多个绕组构成，这些绕组被称为电枢。当电枢绕组中通过直流电流时，会产生一个旋转磁场，该磁场与转子中的永磁体或电磁体相互作用，产生扭矩。

(2)以典型的直流电机为例，假设电机的额定电压为12伏特，额定电流为2安培，电机的额定功率为24瓦特。在理想情况下，如果电机在额定电压和电流下运行，其转速将接近于3000转/分钟。然而，实际运行中，转速会受到负载、电机温度、电枢电阻等因素的影响。例如，当负载增加时，转速会下降，而电机的发热量也会增加。在负载为10牛顿·米时，电机的转速可能下降到大约2500转/分钟。

(3)直流电机的转速与通过电枢的电流和电压有关。根据电机转速公式：n=(k*V)/(I*R)，其中n为转速，k为电机常数，V为电压，I为电流，R为电枢电阻。从公式中可以看出，转速与电压成正比，与电流和电枢电阻成反比。在实际应用中，通过调节电机的输入电压，可以实现电机的无级调速。例如，在需要低速运行时，可以降低电压以减少电流，从而降低转速；在需要高速运行时，可以提高电压以增加电流，从而提高转速。这种调速方式广泛应用于各种工业自动化设备中。

1.2直流电机的调速原理

(1)直流电机的调速原理主要基于改变电机的输入电压或电流来实现。这种调速方法称为电压调速或电流调速。电压调速是通过改变电机的输入电压来调节转速，而电流调速则是通过改变通过电机的电流来实现。电压调速通常应用于要求转速范围较窄的场合，而电流调速则适用于需要较大调速范围的场合。

以电压调速为例，假设一个直流电机的额定电压为24伏特，当输入电压为24伏特时，电机以额定转速运行。如果需要降低转速，可以通过降低输入电压来实现。例如，当输入电压降低到12伏特时，电机的转速将降低到大约60%的额定转速。这种调速方式简单易行，但需要注意，随着电压的降低，电机的输出功率也会相应减少。

(2)电流调速是另一种常见的调速方式，它通过改变通过电机的电流来调节转速。电流调速的优点是可以实现宽范围的调速，且电机的输出功率几乎不受影响。电流调速通常通过改变电机的励磁电流或电枢电流来实现。

以电枢电流调速为例，假设一个直流电机的额定电流为2安培，当电枢电流为2安培时，电机以额定转速运行。如果需要降低转速，可以通过减小电枢电流来实现。例如，当电枢电流减小到1安培时，电机的转速将降低到大约50%的额定转速。然而，需要注意的是，随着电枢电流的减小，电机的输出功率也会相应减少。

(3)在实际应用中，直流电机的调速系统往往采用混合调速方式，即结合电压调速和电流调速的优点。例如，在要求调速范围较宽且输出功率稳定的场合，可以采用电压-电流混合调速方式。在这种方式中，首先通过电压调速实现基本转速调节，然后在需要较大负载时，通过增加电枢电流来提高输出功率，从而实现宽范围的调速。

以一个电动机车为例，当电动机车在平坦道路上行驶时，可以通过降低电压来降低电机转速，实现节能。而在上坡或加速时，可以通过增加电枢电流来提高电机转速和输出功率，保证电动机车能够顺利行驶。这种混合调速方式在实际应用中得到了广泛的应用，有效提高了直流电机的控制性能和能源利用效率。

1.3直流电机的测速原理

(1)直流电机的测速原