文档介绍：课程设计的主要目标任务
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,并使系统能达到更高的性能［2].采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率。
传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响,并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响,故系统的运行可靠性及准确性得不到保证,甚至出现事故。
目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化,伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
二、课程设计系统方案选取ﻩ
直流电动机运行原理
脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需 ３ 要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为
图1:直流电机原理图
式中 Ua——电枢供电电压（Ｖ)； Iａ -—电枢电流（Ａ）； Ф——励磁磁通（Wb）； Ｒａ——电枢回路总电阻（Ω)； ＣE—-电势系数, ，p为电磁对数,a为电枢并联支路数，N为导体数。 由式（1）可以看出，式中Ua、Ra、Ф三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法：（1）改变电枢回路总电阻Ra；;(2)改变电枢供电电压Uａ;（3）改变励磁磁通Ф.
如图1所示:
改变直流电机电枢绕组两端电源电压U大小就可以调节直流电机转速的大小；
改变直流电机电枢绕组两端电源电压U方向就可以改变直流电机转速方向.
方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 
方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制，，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 
方案三:采用由三极管组成的Ｈ型PWM电路。用单片机控制三极管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快,稳定性也极佳,是一种广泛采用的PWM调速技术。
 
兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,因此本设计采用方案三。
PWＭ调速原理
图1为ＰWM降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图1a中，假定晶体
管V1先导通T1，秒(忽略V１的管压降，这期间电源电压Uｄ全部加到电枢上）,然后关断Ｔ2秒(这期间电枢端电压为零）.如此反复,则电枢端电压波形如图1ｂ中所示。电动机电枢端电压Ua为其平均值。
图１ ＰWM降压斩波器原理电路及输出电压波形
原理图 b)输出电压波形
(３）
式(3)中
（4)
为一个周期T中,晶体管V1导通时间的比率，称为负载率或占空比。使用下面三种方法中的任何一种,都可以改变的值,从而达到调压的目的:
（1)定宽调频法:T1保持一定，使T２在０～∞范围内变化;
(2）调宽调频法:T2保持一定，使Ｔ1在0～∞范围内变化
(3)定频调宽法:T1＋Ｔ2=Ｔ保持一定，使T，在0~T范围内变化。
不管哪种方法，的变化范围均为0≤≤l，因而电枢电压平均值Ua的调节范围为0~Ud，均为正值，即电动机只能在某一方向调速，称为不可逆调速