冲最宽时，相当于直流电，功率最大，转速最高。脉冲宽度减脉冲频率并没有变。脉宽调制并不是直接调整电机的速度，而是改变电机的功率或扭矩。扭矩大了，换向加快，转速就提高了。
调速原理如图1所示。通过控制脉冲占空比来改变电机的电枢电压。改变占空比的方法有3种：
（1）定宽调频法，这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样周期（即频率）也改变；
（2）调宽调频法，保持t2不变，而改变t1，这样也使周期（即频率）改变； （3）定频调宽法，这种方法是使周期（即频率）不变，而同时改变t1和t2。
由于前二种方法是改变周期（或频率），当控制频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，用的比较少，因此本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加。电机断电时，转速逐渐减小。只有按一定规律，改变通电时间，即可实现对转速的控制。
1.4 PWM调速方案的优越性
自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器—直流电机调速系统，PWM的H型属于调压调速，PWM的H桥能实现大功率调速；国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。本设计采用直流极式控制的桥式PWM变换器。与V-M系统相比在很多方面有较大的优越性：
1）主电路线路简单，需用的功率器件少。
2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电极损耗及发热都较小。 3）低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达1:20000左右。
4）若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。
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5）功率开关器件工作在开关状态，通道损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率高。
6）直流电机采用不控整流时，电网功率因素比相控整流器高。
由于由以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别在中、小容量的高动态性能中。已完全取代了V--M系统。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截至负反馈。
2 系统方案设计
2.1 直流电机的能量转换和特性曲线
直流电机将电能Pel，(电流I和电压u)转化为机械能Pmech(速度n。和转矩M)。其中损耗可分为摩擦损耗和热损耗(热损耗是由于线圈电阻R产生)。余下的转化为机械能几Pmech，如图2.1所示。因此电机的功率守恒可表述为:
Pel?Pmec?PJ h更详细的叙述为：
U?I?n?M?R?I
300002?
在这能量转化过程中，有两个特性参数是至关重要的，他们是速度常数kn。和转矩常数kM。速度常数是指速度n和线圈感应电压“树之间的关系，是指在忽略摩擦的情况下的每个单位电压下的速度变化。Uind与速度是成正比的，公式如下:
n?kn?Uind
转矩常数所联系的是机械转矩M和电流I之间的关系，是指转矩和有效电流之比。公式如下:
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M?kM?I
速度常数kn。和转矩常数kM有如下关系:
kn?kM?30000?
如果用转矩M和转矩常数kM来表示电流，可得如下关系： U?MkM?M???n?M?R???k? 30000?M??2考虑到kn。和kM之间的关系，我们可将上式进一步化为: n?knU?30000RkM?M
? 上式便是直流电机的转速、转矩、电阻、转矩常数和速度常数之间的关系。这里转矩单位是N.m;电流单位是A;速度单位是rpm;电压单位是V。直流电机可以运行在额定范围内的任何电压下，速度一转矩曲线表述的是在一恒定电压U下电机的机械表现，该曲线可由两点法给出:空载转速n。和堵转转矩MH(空载转速:电机在额定电压、空载的情况下的转速;堵转转矩:它是电机在堵转条件下的转矩值，也叫起动转矩)，如图所示。空载转速与堵转转矩将随着给定电压的改变而成线性关系。它相当于速度一转矩曲线在特性曲线上平移，如图2.2所示。空载转速与电压有如下关系:
n0?kn?U
速度一转矩曲线走势是由斜率来表述的，与电压无关要，它是一项体现电机性能的重参数，如下关系:
?n?M?n0MH
直流电机的速度与转矩间的关系可用下式表示:
n?n0??n?M?M
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2.2 系统总体方案
根据1.3节系统功能要求和技术指标，系统总体方案设计如下图所示。
图2.3直流电机多速控制器系统结构图
系统以PIC单片机为控制核心，通过键盘设置各段运行参数，也可通过电脑 设置下载到单片机。单片机输出二进制控制量，经D/A转换电路将对应模拟电压 送到直流伺服放大器的设定值输入端。放大器根据输入的模拟电压而输出对应的电压来控制直流电机的转速。直流电机同轴的光电编码器E输出A、B两路方波信号送到整形电路，通过整形电路送到单片机用于测量转速。不断比较设定值和实际值，根据比较获得的误差调节放大器的输出电压。显示部分显示各段设定的时间值、转速值和测量的转速值;单片机主要完成参数设置、转速测量、参数显示和控制输出等功能。
2.3 系统器件选型
2.3.1光电数字编码器选型
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光电数字编码器选用maxon集团的数字MR 旋转一周计数 1024 通道数 3 最高工作频率 320Hz VCC SV士5% 输出信号 TTL兼容 零位脉冲宽度(额定) 900e 工作温度范围 一25℃一85℃ 编码盘惯量 ?1.7gcm2 2.3.2放大器选用的芯片
IR2111驱动电路，该电路中，采用MOSFET 和IGBT 专用集成驱动芯片IR2111 对IRF530进行栅极驱动。IR2111内置自举工作单元，栅极驱动电压范围宽，单通道施密斯逻辑输入，输入与TTL和CMOS电平兼容，高端输出与输入相同，低端输出经死区时间调整后与输入反向，可同时驱动同一桥臂上的两只功MOSFET。
IR2111的悬浮自举技术是指，不管功率开关器件源极电压多少，通过自举电容和自举二极管的工作，总能保证待驱动功率器件的栅极与源极之间的电压为10-20V，即能驱动该功率器件正常工作。IR2111内置的自举工作工作单元本质上是电荷泵电路，电荷泵电路的简单自举原理介绍如下：
图4自举原理
如图４所示，电容Ｃ的a端通过二极管Ｄ接Vcc，电容C的b端接幅值Vin的方波。当b点点位为O时，D到通，Vcc开始对电容C充电，直到节点ａ的电位达到Vcc（假设二极
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