现有设备和实验条件
个人计算机、51 单片机开发板、示波器、直流稳压电源、数字万用表，开放实验室
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3．实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料 实施方案
本课题有三个主要问题需要解决，分别是系统整体设计、系统转速稳态误差、系统 程序和系统实物设计制作。 其中， 系统整体设计可以通过查阅相关资料和借鉴工业成品 来解决； 系统转速稳态误差主要通过所学知识和查阅相关资料吸取总结已有经验，减少 转速控制系统误差； 软件程序的设计和实物的制作与调试可以根据所学知识进行，对于 该过程中所遇到的问题可以通过查阅相关资料，和同学讨论，询问指导老师，到实验室 进行试验等手段解决。 具体如下： （1）系统设计 基于 PWM 和 PID 的直流电动机转速控制系统的原理框图如图 1 所示。 系统以单片 机为基础，根据 PWM 调速的基本原理，通过改变直流电动机电枢电压的占空比来改变 平均电压的大小，从而控制电动机的转速，实现对直流的平滑调速。系统可以通过单片 机键盘或者电位器来控制给定速度的大小。
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主要参考文献
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研究重点及难点
重点： （1） 直流电动机转速控制系统的硬件设计，使基本硬件电路能满足初始速度为零， 额定负载时，单位阶跃响应超调量<5%，转速稳态误差<±5%； （2）选择合适的测速元件，更能精准的测出直流电动机的转速； （3）正确设计转速的程序,其偏差按某种控制算法进行计算，所得数字量输出信号 经 D／A 转换接口直接驱动执行装置，对控制对象进行调节，使其保持在设定值上。 难点： （1）利用数字 PID 技术实现对直流电动机的闭环控制； （2）如何合理单片机程序，使之能精确测量出直流电动机的转速； （3）如何减少额定负载时的转速稳态误差。
开题报告
1．本课题的研究内容、重点及难点 研究内容
直流电动机因其良好的起动性能和调速性能而得到广泛的应用。 直流电动机在社会 的应用很广泛，常应用于对起动和调速有较高要求的场合，例如在工矿、交通、医疗、 工业自动化等等行业。 利用单片机控制直流电动机转速往往可以提高系统的可靠性，抗 干扰能力，维修方便，能耗低，性价比高等特点。 直流电动机转速控制系统主要应用常应用于对起动和调速有较高要求的场合， 其良 好的起动性能、 调速性能和制动性能而在高铁、 工业、 航空航天等领域得到了广泛应用。 因此研究直流电动机转速控制的原理有着很大的现实意义。 本课题的研究内容是基于单 片机控制直流电动机转速控制系统要求采用闭环反馈控制。直流电动机初始速度为零， 并且通过液晶屏显示速度。本课题的研究内容主要有以下几个方面： （1） 研究直流电动机的工作原理； （2） 研究直流电动机的测速原理； （3） 研究直流电动机的闭环反馈控制； （4） 研究如何利用单片机系统设定转速、转速数据采集，反馈处理数据； （5） 研究直流电动机的闭环反馈控制减少转速稳态误差； （6） 研究直流电动机转速控制系统的硬件。
2．准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验直流电动机转速控制系统研究概况[1-3] 在现代的工业生产中，直流电动机是很重要的驱动设备。在航空航天、工业自动化 等行业对对起动和调速有较高要求的场合，直流电动机是很常用的控制对象。随着科技 的发展， 促进和改变了直流电动机调速控制逐渐的从模拟向数字化发展，特别是在单片 机应用中， 促进了直流电动机调速控制技术走向了一个全新的阶段，更加的智能化和提 高可靠性已成为了必定发展的趋势。 与交流电动机调速相对比， 直流电动机调速控制的原理比较简单。仅仅只要改变直 流电动机的电压就可以实现电动机的正反转。通常改变电压的方法有很多种，最常见的 是采用脉冲宽度调制（PWM） ，调节电动机的电枢电压的占空比就能控制直流电动机的 平均电压，从而调节其转速。 （2）国内的发展趋势[4-9] 在我国，电动机的生产和起步都比较晚，但是发展非常的迅速。 在 1966 年中电动机已经开始生产和应用，如江苏、南京等地都有产生，并且在各 行各业中都有使用， 所有半导体器件的驱动电路基本都是国产化，伴随着改革开放的步 伐，80 年代直流电动机在我国发展很迅速。 在小功率电动机中， 经过了 40 多年的发展，特别在改革开放的 20 多年来的快速发 展，取得了很大的进步。在我国，小功率电动机的发展可以分为两个阶段，第一阶段， 顺应我国家电也发展的需要，应用于风扇、空调、洗衣机、排烟机、保健等产品的小功 率电机，国内的企业通过技术引进、设备引进吸收、已经缩小了同发达国家的距离，有 部分的产品已经达到了世界先进的水平，企业有了很多的自主研发的能力、自主知识产 权，同时也形成了一些国内外知名的品牌。电机产品自身大量出口国外等国际市场，成 为我国电机出口业务的主要部分。第二阶段，随着我国汽车工业的发展，车用小功率的 需求也迅速的增长，带动了永刷直流和无刷直流电机主题的车用功率型电机的兴起。 我国未来的电机发展趋势， 由于能源和环境的问题的日益重要，对于工业领域的主 要动力设备-中小型异步电动机，国外出现了更高效率的所谓“超高效率电机” 。在我国 也有必要考虑超高效率电机的发展和应用。超高效率电机具有节能潜力和经济效益，对 于使用在经济上也是颇为有力的，具有降低损耗、提高效率等途径。