展和广泛的运用。现在，全国各大高校、科研单位和电子生产厂家都在进行数字直流调速系统的开发，同时有了很多关于直流调速系统控制的算法。
（1）直流电动机及直流调速系统的参数辨识的方法。该方法是应用最小二乘法，在系统或某环节的输入输出特性中，可获得系统环节内部参数。
（2）直流电动机调速系统的内模控制方法。该方法是针对双闭环控制所产生的一种，能够取代PI调节器解决超调问题的一种内模控制算法。这种方法比较简单且使系统具有很好的动态和静态性能。
（3）单神经元自适应智能控制方法。这是一种单神经元自适应智能控制的方法。这种方法也具有良好的静，动态性能，还具有很好的自适应性。
（4）模糊控制方法。这种方法在小惯性系统中应有比较广，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。
上述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。国内研究直流电机调速已经从最初的简单控制电机的运动上升到开辟新的算法和高速可靠的去控制电机，使直流电机更快更有效地发展。
1.3国外发展状况
直流电机的产生已有一百四十多年的历史。在设计和制造的技术上有了很大进步，新材料、新技术的应用以及整流电源的普及，促进了一般工业所用直流电机的不断扩大，品种的日益繁多。从小至数瓦，大到万余千瓦，广泛地用于冶金、矿山、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中，特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史，也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期， 直流电动机的电源主要是采用M-G电动发电机组，六十年代初，电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替，到六十年代后期，由于可控硅整流装置的出现，并得到迅速发展，可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代，特别是在最近的十几年期间，进一步促使了直流电动机的单机功率、转速等的不断提高，使直流电机目前朝着高转速、大功率的方向发展。另外，由于绝缘技术和分析技术的进步，直流电动机已迅速向小型，高速，大功率，低惯量等方面发展。
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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和开发也在不断的发展和改善，尤其是80年代在这方面的研究最繁荣的鼎盛时期。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的研究，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，其实在这些方面国外和国内都做了很高程度的研究。
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速装置，有各种各样的系列化、标准化、模板化的应用产品供选用。使得直流电机的发展愈来愈迅速，用途更广，给社会乃至全人类创造更多的财富。
1.4本课题研究的目的及意义
直流电动机具有良好的起动、制动性能，且能实现平稳大范围的调速，在许多需要调速或快速正反转的电力拖动系统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。起初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十分复杂，功能很单一，并且系统非常不灵活，调速困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和使用范围的推广。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，但是因其受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行稳定性、准确性都得不到保证甚至还会出现事故。
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和更广阔的发展空间，并使系统能够达到更高的性能。一种节约了人力资源和降低系统成本的控制系统随着采用单片机构成了新的较简单的控制系统，有效的提高了系统的工作效率。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必然趋势。
在工业自动化领域，直流电机又有着十分广泛的应用。直流电机以其优良的性能在驱动、控制、牵引等许多场合起到了十分重要的作用。铁路机车直流牵引电机、地铁机
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车直流牵引电机、机车直流辅助电机、矿用机车直流牵引电机、船用直流电机、轧钢电机和其它直流电机，由于它们作为国民生活的基础，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，直流电动机又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。
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第二章 设计方案的选择
2.1电动机的供电方案的选择
变压调速是直流调速系统中的最主要的方法，而调节直流电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转交流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。 （1）旋转交流机组就是G-M系统，用交流电动机和直流发电机组组成机组，来获得可调的直流电压。适用于调速要求不高，能够可逆运行的系统，但其体积大、费用高。效率低、维护不方便，因此适用面较窄。
（2）静止可控整流器，如晶闸管可控整流器，可以通过调节触发装置来触发脉冲的相位，从而改变平均电压，实现平滑调速，控制作用快同时性能也较好。
（3）直流斩波器和脉宽调制交换器采用的是PWM技术，用不可控整流电源供电或直流电源供电，利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。与上述两种方法相比此方法有很多的优越性。主电路简单，需要的功率器件较少；谐波少，电机损耗及发热都较小；稳速精度高，调速范围宽；系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。
通过对比以上三种方案的优缺点并且以及我们常用的经验熟悉度，本次设计在根据脉宽调速要求，采用直流PWM调速系统。
2.2电机调速控制模块
（1）可以通过采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过不断地切换开关来调整电机的速度。此方案的优点是电路比较简单，缺点是继电器的响应时间较慢、机械结构易被损坏,且成本较高。
（2）采用H桥组成的PWM电路。用单片机来控制H桥使电机工作在占空比可调的开关状态，从而能够精确调整电机的转速，效率很高，可以保证电机实现转速和方向的控制。这个方案调速性优良、调速范围很广并且可以实现平滑调速。 因此经过对比，我们选用第二种方案来驱动电机产生速度和方向的转换。
2.3 PWM调宽方式
PWM的调脉宽的方式有：定频调宽、定宽调频和调宽调频。在这里我们选用了定频调宽的方式，这种方式使电机的运转比较稳定；并且在用单片机产生PWM时用软件
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方法产生相对比较简单且易实现。PWM的软件实现方式：
（1）采用软件延时，但这种方式下的精度不高，且占用处理器资源。
（2）直接由软件产生一组二进制数控制PWM波形发生器产生PWM波，但这种方法还需要设计一个波形发生器，需要器件较多，成本较高，比较麻烦。
（3）采用定时器作为脉宽控制的定时方法，且单片机内部自带定时器相对简单，并且产生的脉宽精度极其精确，所以我选用定时器产生PWM。因此，这种方法相对比较简单，且实用，软件设计过程中也易产生及控制PWM波。
2.4 PWM 调速工作方式
（1）双极性工作制。双极性工作制是指在一个脉冲周期内，单片机两端控制两个口输出一个控制信号，两信号高低电平相反，用两信号的高低电平时差来决定PWM波从而驱动电动机的转向和转速的变化。
（2）单极性工作制。单极性工作制是指单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，经过两口输出的切换和对PWM占空比调节，改变端口的高低电平来控制正反转，PWM的占空比的调节来改变电机的转速。
由于单极性工作制电压中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们选用了单极性工作制。
2.5 显示模块的选择
（1）采用 LED 数码管动态扫描,LED 数码管价格适中，亮度高，对于显示数字合适，但是连接复杂，耗电流大，驱动电路复杂。
（2）采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示简单文字比较适合，如显示数字则浪费资源，且价格也相对较高。
（3）采用 LCD 液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，并且连接很方便 ，所以在此设计中采用了 LCD 液晶显示屏。
2.6 键盘方案的选择
（1）采用矩阵式键盘，这种方法可以由较少的I/O口实现数目较多的键盘。但是适合需要较多的键盘。但硬件比较复杂，且程序结构比较繁琐。
（2）使用独立键盘，即每一位I/O口可对应连接成一个键，这种方法比较简单，又
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