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靠别人不如靠自己，努力吧
编辑词条电力系统及其自动化1 电力系统及其自动化是一级学科电气工程的五个二级学科之一,本科和博士生的专业为电气工程及其自动化,硕士研究生就读电气工程所属的5个二级学科之一.电气工程 代号0808电力系统及其自动化 代号00802080801电机与电器080803高电压与绝缘技术080804电力电子与电力传动080805电工理论与新技术学制：2年--3年。授予学位：工学硕士。2 电力系统及其自动化所设置的方向东北电力大学01 电力系统运行与控制 02 电力系统继电保护与安全自动控制 03 电力系统调度自动化 04 电力系统规划与可靠性 05 FACTS 及直流输电 06 电力系统分析与仿真 07 电力市场 08 电能质量分析与监测 09 综合自动化与继电保护 华北电力大学01电力系统分析、运行与控制02电力系统安全防御与恢复控制03电力经济分析04电力系统规划与可靠性05智能技术及其在电力系统中的应用06电力系统继电保护07电力系统自动化技术08电力系统故障分析与诊断3 电力系统及其自动化研究方向（1）智能保护与变电站综合自动化对电力系统电保护的新原理进行了研究，将国内外最新的人工智能、模糊理论、综合自动控制理论、自适应理论、网络通信、微机新技术等应用于新型继电保护装置中，使得新型继电保护装置具有智能控制的特点，大大提高电力系统的安全水平。对变电站自动化系统进行了多年研究，研制的分层分布式变电站综合自动化装置能够适用于35kv～500kv各种电压等级变电站。微机保护领域的研究处于国际领先水平，变电站综合自动化领域的研究已达到国际先进水平。（2）电力市场理论与技术基于我国目前的经济发展状况、电力市场发展的需要和电力工业技术经济的具体情况，认真研究了电力市场的运营模式，深入探讨并明确了运营流程中各步骤的具体规则；提出了适合我国现阶段电力市场运营模式的期货交易（年、月、日发电计划）、转运服务等模块的具体数学模型和算法，紧紧围绕当前我国模拟电力市场运营中亟待解决的理论问题。（3）电力系统实时仿真系统对电力负荷动态特性监测、电力系统实时仿真建模等方面进行了研究，引进了加拿大teqsim公司生产的电力系统数字模拟实时仿真系统，建成了全国高校第一家具备混合实时仿真环境的实验室。该仿真系统不仅可进行多种电力系统的稳态及暂态实验，提供大量实验数据，并可和多种控制装置构成闭环系统，协助科研人员进行新装置的测试，从而为研究智能保护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。（4）电力系统运行人员培训仿真系统电力系统运行人员培训仿真系统是针对我国电力企业职工岗位培训的迫切要求，将计算机、网络和多媒体技术的最新成果和传统的电力系统分析理论相结合，利用专家系统、智能cai（计算机辅助教学）理论，进行电力系统知识教学、培训的一种强有力手段。本系统设计新颖，并合理配置软件资源分布，教、学员台在软件系统结构上耦合性很少，且系统硬件扩充简单方便，因此学员台理论上可无限扩充。（5）配电网自动化在中低压网络数字电子载波ndlc、配网的模型及高级应用软件pas、地理信息与配网scada一体化方面取得了重大技术突破。其中，ndlc采用了dsp数字信号处理技术，提高了载波接收灵敏度，解决了载波正在配电网上应用的衰耗、干扰、路由等技术难题；高级应用软件pas将输电网ems的理论算法与配网实际结合起来，采用了最新国际标准iec61850、61970cim公共信息模型；采用配网递归虚拟流算法进行潮流计算；应用人工智能灰色神经元算法进行负荷预测。（6）电力系统分析与控制对在线测量技术、实时相角测量、电力系统稳定控制理论与技术、小电流接地选线方法、电力系统振荡机理及抑制方法、发电机跟踪同期技术、非线性励磁和调速控制、潮流计算的收敛性、电网调度自动化仿真、电力负荷预测方法、基于柔性数据收集与监控的电网故障诊断和恢复控制策略、电网故障诊断理论与技术等方面进行了研究。在非线性理论、软计算理论和小波理论在电力系统应用方面，以及在电力市场条件下电力系统分析与控制的新理论、新模型、新算法和新的实现手段进行了研究。（7）人工智能在电力系统中的应用结合电力工业发展的需要，开展了将专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论应用到电力系统及其元件的运行分析、警报处理、故障诊断、规划设计等方面的实用研究。在上述实用软件研究的基础上开展了电力系统智能控制理论与应用的研究，以提高电力系统运行与控制的智能化水平。。（8）现代电力电子技术在电力系统中的应用开展了电力电子装置控制理论和控制算法、各种电力电子装置在电力系统中的行为和作用、灵活交流输电系统、直流输电的微机控制技术、动态无功补偿技术、有源电力滤波技术、大容量交流电机变频调速技术和新型储能技术等方面的研究（9）电气设备状态监测与故障诊断技术通过将传感器技术、光纤技术、计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术等结合起来，针对电气设备绝缘监测方法和故障诊断的机理进行了详细的基础研究，开发了发电机、变压器、开关设备、电容型设备和直流系统等主要电气设备的监控系统，全面提高电气设备和电力系统的安全运行水平。4 设置电力系统及其自动化研究生专业的高校及排名1 清华大学 A+ 2 西安交通大学 A 3 重庆大学4 华中科技大学 A 5 西南交通大学6 天津大学 A
电力系统及其自动化研究方向（1）智能保护与变电站综合自动化对电力系统电保护的新原理进行了研究，将国内外最新的人工智能、模糊理论、综合自动控制理论、自适应理论、网络通信、微机新技术等应用于新型继电保护装置中，使得新型继电保护装置具有智能控制的特点，大大提高电力系统的安全水平。对变电站自动化系统进行了多年研究，研制的分层分布式变电站综合自动化装置能够适用于35kv～500kv各种电压等级变电站。微机保护领域的研究处于国际领先水平，变电站综合自动化领域的研究已达到国际先进水平。（2）电力市场理论与技术基于我国目前的经济发展状况、电力市场发展的需要和电力工业技术经济的具体情况，认真研究了电力市场的运营模式，深入探讨并明确了运营流程中各步骤的具体规则；提出了适合我国现阶段电力市场运营模式的期货交易（年、月、日发电计划）、转运服务等模块的具体数学模型和算法，紧紧围绕当前我国模拟电力市场运营中亟待解决的理论问题。（3）电力系统实时仿真系统对电力负荷动态特性监测、电力系统实时仿真建模等方面进行了研究，引进了加拿大teqsim公司生产的电力系统数字模拟实时仿真系统，建成了全国高校第一家具备混合实时仿真环境的实验室。该仿真系统不仅可进行多种电力系统的稳态及暂态实验，提供大量实验数据，并可和多种控制装置构成闭环系统，协助科研人员进行新装置的测试，从而为研究智能保护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。（4）电力系统运行人员培训仿真系统电力系统运行人员培训仿真系统是针对我国电力企业职工岗位培训的迫切要求，将计算机、网络和多媒体技术的最新成果和传统的电力系统分析理论相结合，利用专家系统、智能cai（计算机辅助教学）理论，进行电力系统知识教学、培训的一种强有力手段。本系统设计新颖，并合理配置软件资源分布，教、学员台在软件系统结构上耦合性很少，且系统硬件扩充简单方便，因此学员台理论上可无限扩充。（5）配电网自动化在中低压网络数字电子载波ndlc、配网的模型及高级应用软件pas、地理信息与配网scada一体化方面取得了重大技术突破。其中，ndlc采用了dsp数字信号处理技术，提高了载波接收灵敏度，解决了载波正在配电网上应用的衰耗、干扰、路由等技术难题；高级应用软件pas将输电网ems的理论算法与配网实际结合起来，采用了最新国际标准iec61850、61970cim公共信息模型；采用配网递归虚拟流算法进行潮流计算；应用人工智能灰色神经元算法进行负荷预测。（6）电力系统分析与控制对在线测量技术、实时相角测量、电力系统稳定控制理论与技术、小电流接地选线方法、电力系统振荡机理及抑制方法、发电机跟踪同期技术、非线性励磁和调速控制、潮流计算的收敛性、电网调度自动化仿真、电力负荷预测方法、基于柔性数据收集与监控的电网故障诊断和恢复控制策略、电网故障诊断理论与技术等方面进行了研究。在非线性理论、软计算理论和小波理论在电力系统应用方面，以及在电力市场条件下电力系统分析与控制的新理论、新模型、新算法和新的实现手段进行了研究。（7）人工智能在电力系统中的应用结合电力工业发展的需要，开展了将专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论应用到电力系统及其元件的运行分析、警报处理、故障诊断、规划设计等方面的实用研究。在上述实用软件研究的基础上开展了电力系统智能控制理论与应用的研究，以提高电力系统运行与控制的智能化水平。。（8）现代电力电子技术在电力系统中的应用开展了电力电子装置控制理论和控制算法、各种电力电子装置在电力系统中的行为和作用、灵活交流输电系统、直流输电的微机控制技术、动态无功补偿技术、有源电力滤波技术、大容量交流电机变频调速技术和新型储能技术等方面的研究（9）电气设备状态监测与故障诊断技术通过将传感器技术、光纤技术、计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术等结合起来，针对电气设备绝缘监测方法和故障诊断的机理进行了详细的基础研究，开发了发电机、变压器、开关设备、电容型设备和直流系统等主要电气设备的监控系统，全面提高电气设备和电力系统的安全运行水平。
时至今日，直流电机技术已经是一门相当成熟的技术了，它融汇实用高效和控制方便于一体，应用十分广泛。 之所以称之为“成熟”，是因为电机的历史可以上溯到公元1821年著名的英国科学家和发明家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发明的世界上第一台电机。 到了1832年，另一位英国发明家，即电磁铁的发明者——威廉·斯特格恩（William Sturgeon），制作出世界第一台四芯电机并用它带动了一副烤肉又，这也许还是人类的第一台电动厨具。更值得被后人纪念的是他发明了电机用的电刷，这至今仍然是直流电机不可或缺的组成部分。 大致同时，位于大洋彼岸的美国，托马斯·达文波特（Thomas Davenport）用自制的电机带动了一辆模型电动火车和各式各样的模型车辆，并在1837年申请了专利权。电机的发展曾一度因为电能不足而停滞不前，在那时，惟一的电力能源就是酸性电池。直到商业发电站的设立以及供电网络的形成，电机才得以飞速的发展。就是今天，使用非网络供电（比如电池）的电机，仍然存在着上面的问题。 直流电机包括以下几个主要组成部分： （1）转子： 其结构是将单匝或多匝的线圈固定在中心轴上，经过换向器的电流在线圈中不停交替方向，在洛伦兹力的作用下，线圈受到旋转力的作用构成转矩通过轴输出。 （2）换向器：换向器的结构是两个互相分开的固定在电机轴上的金属板，用来给线圈交替供电。它们随着电机轴转动，和两个换向电刷交替地接触，交换极性。 （3）定子：定子是围绕电机轴（转子）安置的永久磁铁，它产生磁场。某些电机，尤其是大功率电机，使用电磁铁充当定子。在强力永久磁铁被广泛应用之前，电磁铁一直应用得很普遍。 当然，除此之外还有其他形式的电机。使用交流电源的电机结构中就没有换向器和电刷，因为它们根本不需要利用分离式结构来改变线圈中电流的极性。 在无刷电机中，有一个传感器来测定转子的位置，一旦转子处于适当位置，传感器就立即输出信号触发外部电路将其供给线圈的电流反向。这种电机有很多优点，主要包括使用寿命长、运行噪音小和效率更高等。在移动机器人应用交流电源存在一定的困难，另外也不一定能找到合适的无刷直流电机，再加上无刷电机相对要品贵许多。
论文题目：直流电动机调速器硬件设计专业：自动化本科生：刘小煜 （签名）＿＿＿＿指导教师：胡晓东 （签名）＿＿＿＿直流电动机调速器硬件设计摘 要直流电动机广泛应用于各种场合,为使机械设备以合理速度进行工作则需要对直流电机进行调速。该实验中搭建了基于C8051F020单片机的转速单闭环调速系统，利用PWM信号改变电动机电枢电压，并由软件完成转速单闭环PI控制，旨在实现直流电动机的平滑调速，并对PI控制原理及其参数的确定进行更深的理解。实验结果显示，控制8位PWM信号输出可平滑改变电动机电枢电压，实现电动机升速、降速及反转等功能。实验中使用霍尔元件进行电动机转速的检测、反馈。期望转速则可通过功能按键给定。当选择比例参数为0.08、积分参数为0.01时，电机转速可以在3秒左右达到稳定。由实验结果知，该单闭环调速系统可对直流电机进行调速，达到预期效果。关键字：直流电机， C8051F020，PWM，调速，数字式Subject: Hardware Design of Speed Regulator for DC motorMajor: AutomationName: Xiao yu Liu (Signature)＿＿＿＿Instructor:Xiao dong Hu (Signature) ＿＿＿＿Hardware Design of Speed Regulator for DC motorAbstractThe dc motor is a widely used machine in various occasions.The speed regulaiting systerm is used to satisfy the requirement that the speed of dc motor be controlled over a range in some applications. In this experiment,the digital Close-loop control systerm is based on C8051F020 SCM.It used PI regulator and PWM to regulate the speed of dc motor. The method of speed regulating of dc motor is discussed in this paper and, make a deep understanding about PI regulator.According to experiment ,the armature voltage can be controlled linearnized with regulating the 8 bit PWM.So the dc motor can accelerate or decelerate or reverse.In experiment, hall component is used as a detector and feed back the speed .The expecting speed can be given by key-press.With using the PI regulator,the dc motor will have a stable speed in ten seconds when choose P value as 0.8 and I value as 0.01. At last,the experiment shows that the speed regulating systerm can work as expected.Key words: dc motor,C8051F020,PWM,speed regulating,digital目录第一章 绪论 11.1直流调速系统发展概况 11.2 国内外发展概况 21.2.1 国内发展概况 21.2.2 国外发展概况 31.2.3 总结 41.3 本课题研究目的及意义 41.4 论文主要研究内容 4第二章 直流电动机调速器工作原理 62.1 直流电机调速方法及原理 62.2直流电机PWM(脉宽调制)调速工作原理 72.3 转速负反馈单闭环直流调速系统原理 112.3.1 单闭环直流调速系统的组成 112.3.2速度负反馈单闭环系统的静特性 122.3.3转速负反馈单闭环系统的基本特征 132.3.4转速负反馈单闭环系统的局限性 142.4 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统 152.5 数字式转速负反馈单闭环系统原理 172.5.1原理框图 172.5.2 数字式PI调节器设计原理 18第三章 直流电动机调速器硬件设计 203.1 系统硬件设计总体方案及框图 203.1.1系统硬件设计总体方案 203.1.2 总体框图 203.2 系统硬件设计 203.2.1 C8051F020单片机 203.2.1.1 单片机简介 203.2.1.2 使用可编程定时器/计数器阵列获得8位PWM信号 233.2.1.3 单片机端口配置 233.2.2主电路 253.2.3 LED显示电路 263.2.4 按键控制电路 273.2.5 转速检测、反馈电路 283.2.6 12V电源电路 303.3硬件设计总结 31第四章 实验运行结果及讨论 324.1 实验条件及运行结果 324.1.1 开环系统运行结果 324.1.2 单闭环系统运行结果 324.2 结果分析及讨论 324.3 实验中遇到的问题及讨论 33结论 34致谢 35参考文献 36论文小结 38附录1 直流电动机调速器硬件设计电路图 39附录2 直流电动机控制系统程序清单 42附录3 硬件实物图 57第一章 绪论1.1直流调速系统发展概况在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形式。直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器（DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。目前，电机调速控制模块主要有以下三种：（1）、采用电阻网络或数字电位器调整直流电机的分压，从而达到调速的目的；（2）、采用继电器对直流电机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整；（3）、采用由IGBT管组成的H型PWM电路。用单片机控制IGBT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。1.2 国内外发展概况1.2.1 国内发展概况我国从六十年代初试制成功第一只硅晶闸管以来，晶闸管直流调速系统开始得到迅速的发展和广泛的应用。用于中、小功率的 0.4～200KW晶闸管直流调速装置已作为标准化、系列化通用产品批量生产。目前，全国各大专院校、科研单位和厂家都在进行数字式直流调速系统的开发，提出了许多关于直流调速系统的控制算法：（1）、直流电动机及直流调速系统的参数辩识的方法。该方法据系统或环节的输入输出特性，应用最小二乘法，即可获得系统环节的内部参数。所获得的参数具有较高的精度，方法简便易行。（2）、直流电动机调速系统的内模控制方法。该方法依据内模控制原理，针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种内模控制器，取代常规的PI调节器，成功解决了转速超调问题，能使系统获得优良的动态和静态性能，而且设计方法简单，控制器容易实现。（3）、单神经元自适应智能控制的方法。该方法针对直流传动系统的特点，提出了单神经元自适应智能控制策略。这种单神经元自适应智能控制系统不仅具有良好的静、动态性能，而且还具有令人满意的鲁棒性与自适应性。（4）、模糊控制方法。该方法对模糊控制理论在小惯性系统上对其应用进行了尝试。经1.5kw电机实验证明，模糊控制理论可以用于直流并励电动机的限流起动和恒速运行控制，并能获得理想的控制曲线。上诉的控制方法仅是直流电机调速系统应用和研究的一个侧面，国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。1.2.2 国外发展概况随着各种微处理器的出现和发展，国外对直流电机的数字控制调速系统的研究也在不断发展和完善，尤其80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现，为了提高调速系统的性能，研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法作了大量研究，提出了内模控制算法、I-P控制器取代PI调节器的方法、自适应和模糊PID算法等等。目前，国外主要的电气公司，如瑞典ABB公司，德国西门子公司、AEG公司，日本三菱公司、东芝公司、美国GE公司等，均已开发出数字式直流调装置，有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。如西门子公司生产的SIMOREG-K 6RA24 系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。设计电流范围为15A至1200A，并可通过并联SITOR可控硅单元进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它任何附加设备便可以完成参数设定。所有控制调节监控及附加功能都由微处理器来实现，可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。1.2.3 总结随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。1.3 本课题研究目的及意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。随着单片机的发展，数字化直流PWM调速系统在工业上得到了广泛的应用，控制方法也日益成熟。它对单片机的要求是：具有足够快的速度；有PWM口，用于自动产生PWM波；有捕捉功能，用于测频；有A/D转换器、用来对电动机的输出转速、输出电压和电流的模拟量进行模/数转换；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的无力尺寸；有看门狗、电源管理功能等。因此该实验中选用Cygnal公司的单片机C8051F020。通过设计基于C8051F020单片机的直流PWM调速系统并调试得出结论，在掌握C8051F020的同时进一步加深对直流电动机调速方法、PI控制器的理解，对运动控制的相关知识进行巩固。1.4 论文主要研究内容本课题的研究对象为直流电动机，对其转速进行控制。基本思想是利用C8051F020自带的PWM口，通过调整PWM的占空比，控制电机的电枢电压，进而控制转速。系统硬件设计为：以C8051F020为核心，由转速环、显示、按键控制等电路组成。具体内容如下：（1）、介绍直流电动机工作原理及PWM调速方法。（2）、完成以C8051F020为控制核心的直流电机数字控制系统硬件设计。（3）、以该系统的特点为基础进行分析，使用PWM控制电机调速，并由实验得到合适的PI控制及相关参数。（4）、对该数字式直流电动机调速系统的性能做出总结。第二章 直流电动机调速器工作原理2.1 直流电机调速方法及原理直流电动机的转速和各参量的关系可用下式表示：由上式可以看出，要想改变直流电机的转速，即调速，可有三种不同的方式：调节电枢供电电压U，改变电枢回路电阻R，调节励磁磁通Φ。3种调速方式的比较表2-1所示.表2-1 3种电动机调速方式对比调速方式和方法 控制装置 调速范围 转速变化率 平滑性 动态性能 恒转矩或恒功 率 效率改变电枢电阻 串电枢电阻 变阻器或接触器、电阻器 2:1 低速时大 用变阻器较好用接触器、电阻器较差 无自动调节能力 恒转矩 低改变电枢电压 电动机-发电机组 发电机组或电机扩大机（磁放大器） 10:1～20:1 小 好 较好 恒转矩 60%～70%静止变流器 晶闸管变流器 50:1～100:1 小 好 好 恒转矩 80%～90%直流脉冲调宽 晶体管或晶闸管直流开关电路 50:1～100:1 小 好 好 恒转矩 80%～90%改变磁通 串联电阻或可变直流电源 直流电源变阻器 3:1～5:1 较大 差 差 恒功率 80%～90%电机扩大机或磁放大器 好 较好晶闸管变流器 好由表2-1知，对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最佳，而变电枢电压调速方法亦是应用最广的调速方法。2.2直流电机PWM(脉宽调制)调速工作原理在直流调速系统中，开关放大器提供驱动电机所需要的电压和电流，通过改变加在电动机上的电压的平均值来控制电机的运转。在开关放大器中，常采用晶体管作为开关器件，晶体管如同开关一样，总是处在接通和断开的状态。在晶体管处在接通时，其上的压降可以略去；当晶体管处在断开时，其上的压降很大，但是电流为零，所以不论晶体管导通还是关断，输出晶体管中的功耗都是很小的。一种比较简单的开关放大器是按照一个固定的频率去接通和断开放大器，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”的相位宽窄，这样的放大器被称为脉冲调制放大器。PWM脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得获得所需要波形（含形状和幅值）的技术。根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有八类方法：相电压控制PWM、线电压控制PWM、电流控制PWM、非线性控制PWM，谐振软开关PWM、矢量控制PWM、直接转矩控制PWM、空间电压矢量控制PWM。利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制原理图及输入输出电压波形如图2-1、图2-2所示。当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端由电压。秒后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。秒后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应着输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图2-2所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值为：式2-1式中 ——占空比，占空比表示了在一个周期里，开关管导通的时间与周期的比值。的变化范围为0≤≤1。由式2-1可知，当电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值取决于占空比的大小，改变值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。在PWM调速时，占空比是一个重要参数。以下是三种可改变占空比的方法：（1）、定宽调频法:保持不变，改变，从而改变周期（或频率）。（2）、调宽调频法：保持不变，改变，从而改变周期（或频率）。（3）、定频调宽法：保持周期（或频率）不变，同时改变、。前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此应用较少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用第3种方法。图2-1 PWM调速控制原理图2-2 输入输出电压波形产生PWM控制信号的方法有4种，分别为：（1）、分立电子元件组成的PWM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PWM信号电路。它是最早期的方式，现在已经被淘汰了。（2）、软件模拟法利用单片机的一个I/O引脚，通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM信号输出。这种方法要占用CPU大量时间，需要很高的单片机性能，易于实现，目前也逐渐被淘汰。（3）、专用PWM集成电路从PWM控制技术出现之日起，就有芯片制造商生产专用的PWM集成电路芯片，现在市场上已有许多种。这些芯片除了由PWM信号发生功能外，还有“死区”调节功能、保护功能等。在单片机控制直流电动机系统中，使用专用PWM集成电路可以减轻单片机负担，工作也更可靠。（4）、单片机PWM口新一代的单片机增加了许多功能，其中包括PWM功能。单片机通过初始化设置，使其能自动地发出PWM脉冲波，只能在改变占空比时CPU才进行干预。其中常用后两中方法获得PWM信号。实验中使用方法（4）获得PWM信号。2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统原理2.3.1 单闭环直流调速系统的组成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，但是，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2-3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。因此，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。
前言11.总体设计方案2（一）方案一：PWM波调速2（二）方案二：晶闸管调速22.单元模块设计3（一）H桥驱动电路设计方案3（二）调速设计方案5（三）系统硬件电路设计61.电源电路62．H桥驱动电路63．基于霍尔传感器的测速模块74．LCD显示模块8（四）调速设计模块91．PWM波软件软件设计92．测速软件设计123.系统功能调试13（一）调试软件介绍13（二）直流电机的调速功能仿真141．调速前的波形图142．调速后的波形图14（三）电机速度的测量并显示功能仿真15（四）系统的电路原理图15（五）系统的PCB图164.设计总结175.参考文献17附录17
双相电动机原理通电线圈在磁场中受力转动就是说通电线圈会产生磁性，与原有磁场相斥，从而有力使其转动。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。它是将电能转变为机械能的一种机器。 电动机使用了电流的磁效应原理，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。直流电动机原理 直流线圈在磁场中受力只能转半圈，要转一圈须要换向器，使其转过平衡位置自动改变电流方向。 三相交流异步电动机转子转动的原理当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力f，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。
摘 要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。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[1]。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现数字化[2]。
靠别人不如靠自己，努力吧
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基于神经网络逆系统的磁悬浮开关磁阻电动机的解耦控制 隐极同步电动机转矩可控性与解偶性分析 基于BUCK变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法 基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统设计 感应电机的无速度传感器逆解耦控制 交_交变频多相同步电动机调速系统谐波转矩分析 一种新型两相感应电动机变频调速SPWM控制技术 一种利于开关磁阻电机降噪的新散热筋结构 基于瞬时无功功率理论对异步电机控制方法的改进 交流永磁同步电机伺服系统的变结构控制 直接平均转矩控制的磁链控制改进 TRT同步发电机无刷励磁系统的设计研究 笼型转子无刷双馈电机的电磁分析和等效电路 永磁式双凸极电机角度提前控制方式 带整流负载同步发电机的Saber建模及仿真 无轴承异步电机的单DSP控制 基于模糊与自校正技术的超声电机伺服控制 基于RBF神经网络的开关磁阻电机单神经元PID控制 精密工作台直线电机推力波动补偿研究 双绕组交直流发电机参数的局部辨识 混合动力汽车中开关磁阻电动_发电机纯硬件控制器的研究 基于换相过程分析的无刷直流电动机机械特性的研究 基于模糊模型无位置传感器开关磁阻电机的位置检测 气隙对双凸极电励磁发电机特性的影响分析 基于Park矢量模信号小波分解的感应电机轴承故障诊断方法 基于等效电感方法的电磁式双凸极电机系统简化控制模型 异步电机矢量控制中扩展卡尔曼滤波器的优化研究 两相异步电机的动态特性仿真 三相绕组Y接法单相电容电动机瞬态过程仿真研究 一种基于占空比控制技术的异步电机直接转矩控制方案 基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究 无刷双馈电机基于同步角的矢量解耦控制 基于电压解耦原理的感应电机无速度传感器矢量控制 基于离散趋近律控制的直流电机速度控制系统 神经网络和模糊算法相结合的永磁同步电机的鲁棒控制 无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真 基于正交神经网络的无刷直流电机控制器设计 模糊自适应PI控制永磁同步电机交流伺服系统 三相异步电机的DSP矢量控制系统 新型横向磁通永磁电机研究 运用比较法浅析异步电动机运行状态 基于CMEXS_函数永磁同步电机控制系统仿真建模研究 复合笼条转子感应电动机不同转子材料特性对起动性能的影响 无刷直流电机PWM调制方式的优化研究 无位置传感器的方波驱动无刷直流电机控制系统 基于PIC单片机的二维步进电机控制系统 交流变频调速电机设计与应用 一种基于单片机的步进电机控制驱动器 直线电机系统的开发研究与应用 DSP在短行程直线电机精密位置控制中的应用研究 单片机在交流电动机软启动中的应用 数控直线电机进给定位误差补偿技术研究 异步电动机变频调速再启动方法的研究 多相异步电机谐波电流与谐波磁势的对应关系 新型无刷直流直线电机系统的总体设计 交流复励电动机的工作特性 无速度传感器异步电机按定子磁链定向的矢量控制系统 直流伺服电动机模糊控制器的设计与仿真 一种感应电机直接转矩控制磁链观测的改进方法 RTDS中同步电机模型特性研究 基于多模型自适应控制器的感应电机变频调速系统 基于矢量控制IM实时控制的dSPACE实现 基于专用集成芯片的无刷直流电机控制器 开关磁阻电机模糊PID控制系统研究 浅析直流变频电机用电磁线的开发 双处理器实现无位置传感器开关磁阻电机控制 无速度传感器永磁同步电机直接转矩控制系统 基于编码器插值技术的光衰减器电机定位系统 无刷直流电机无位置传感器的检测方法 低压异步电机重绕修理中的绝缘结构问题 基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机及控制系统的建模与仿真 交流单相感应电动机非对称空间矢量变频调速的研究 应用PTC和ZnO实现同步发电机快速灭磁 阻尼绕组对直接转矩控制同步电机动态行为的影响 复合型超声马达纵向振动建模 基于限流变压器的高压异步电机软起动控制器 一种新型四相SR电机功率变换器的分析与设计 PLC在三相异步电动机控制中的应用 基于DSP的混合式步进电机直接转矩控制研究 无刷直流电机神经网络内模自适应控制器设计 磁场定向不准对感应电动机系统性能影响的分析 无刷直流电机广角波控制方法的研究 单个逆变器驱动两台并联感应电机的无速度传感器矢量控制方法 感应电动机交_交变频调速系统的双内模控制研究 基于神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制 开关型磁阻电动机固有频率解析计算 三自由度球形电机位置测量研究 双凸极永磁电机的控制模式 PLC对步进电动机改变转速控制的实验 MRAS异步电机无速度传感器矢量控制低速性能的改善 基于MRAS的异步电机转子时间常数实时辨识 基于DSP的无刷直流电机锁相稳速系统 基于DSP控制的小功率异步电机变频调速系统 基于耦合场的大型同步发电机定子温度场的数值计算 基于光电传感器编码的永磁球形步进电机运动控制 新型内嵌式SMA电机的非线性模型 液体媒质超声波电机运行特性的实验研究与分析 集中绕组永磁无刷直流电机电枢反应及绕组电感的解析计算 永磁同步电动机直接转矩控制的弱磁运行分析 永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究 基于恒定开关频率空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制
我觉得最好的办法就是去找本（电气工程）这样的期刊~看下里面别人的论文题目都是什么~然后根据他们的论题找下灵感~肯定是可以的~加油
西门子发电机提高了电流强度。它的研制成功，促进了电动机的研究和改进。从19世纪70年代开始，电力在德国得到了实际应用，使人们的生产和生活发生了巨大的变化。因此，自激式直流发电机的发明，是西门子在电气技术发展方面所作出的一个重大的贡献。
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势 因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。所以电刷 A 始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势。
发电机通常由定子、转子、端盖.电刷.机座及轴承等部件构成。定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯、转子磁极(有磁扼.磁极绕组)、滑环、(又称铜环.集电环)、风扇及转轴等部件组成。通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
从物理结构来说，发电机的定子和转子除了是一个原动力的拖动外，是完全独立、互不干扰的两部分;发电机的定子是有功源，产生感应电动势、电流，在原动力的拖动下，向外输出交流电的有功，由原动力(油量、气量、风量、水量等)决定有功功率的大小。发电机的转子是无功源、绕组从外部引入直流电建立磁场，在原动力的拖动下，向外输送交流电的无功，由外部输入(多数用发电机自发的交流电整流而得)的直流电决定无功功率的大小。
从电磁原理来说，转子和定子又是精密联系的，发电机的有功和无功都是由定子输出的，转子的力矩决定有功功率的大小，转子线圈的直流电流决定无功功率的大小。
发电机利用外力推动发电机转动，带动导体切割一个固定磁场。固定磁场叫定子，旋转导体叫转子。产生电压的同时，导体受到阻力(反作用力)，即推力的功转化成电能输出。如果输入电能，转子会受推力转动，这个逆过程就是电动机。
变化的磁场产生电场，实际上有两种：1、导体闭合，导体不动，穿过导体环的磁通变化。2、磁场不变，导体相对磁场运动。发电机就是利用第二种，外力推动发电机转动，带动导体切割一个固定磁场。
直流发电机的工作原理 ：
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。
由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势)。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。