基于單片機(jī)的伺服電機(jī)控制本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目 基于單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 38 / 43文檔可自由編輯打印摘 要隨著電力電子技術(shù)、智能控制技術(shù)的發(fā)展成熟，伺服機(jī)控制器已成為自動(dòng)化裝置的一個(gè)重要部分。例如，印刷機(jī)應(yīng)用了伺服機(jī)控制器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和傳送長(zhǎng)度。本論文闡述了基于單片機(jī)的伺服機(jī)控制器的控制原理，位置控制和電子齒輪的特點(diǎn)和應(yīng)用，采用單片微機(jī) AT89S52 作為中央控制器， AM26LS31 為驅(qū)動(dòng)器。AT89S52 主要與控制器連接了位置控制，方向控制,正反轉(zhuǎn)限制等。AT89S52 從 P1 口輸出脈沖序列，利用控制器電子齒輪簡(jiǎn)便設(shè)置，控制伺服電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制輸出脈沖的頻率就可以控制伺服電機(jī)的速度

2、，以達(dá)到控制伺服電機(jī)的目的。此外還介紹了的控制器的結(jié)構(gòu)連接圖，特性，功能和用戶(hù)常數(shù)設(shè)定， SGM H 型伺服機(jī)的發(fā)展,優(yōu)點(diǎn)和工作原理。還有介紹伺服系統(tǒng)的基本內(nèi)容。關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)；位置控制；電子齒輪；單片機(jī)AT89S52ABSTRACTAs development of electric and electronic technology , intellectual control technology being ripe, the servo machine controller has already become an important part of the automatic

3、device . For example, the printing machine has used the servo machine controller to control the rotational speed of the electrical machinery and length of conveyance. This thesis has explained the principle of control based on servo machine controller of the one-chip computer, position control and e

4、lectronic characteristic and application of gear wheel, adopt single blocks of computer AT89S52 as the central controller, AM26LS31 is a driver . AT89S52 has connected position control with controller mainly, directional control, rotate positive and negativly and limit etc. AT89S52 outputs the pulse

5、 array from P1 mouth, utilizes controllers electronic gear wheel to be set up simply and conveniently, controlling always rotating the angle of the servo electrical machinery, controlling the frequency of outputting the pulse can control the tempo of the servo electrical machinery , in order to achi

6、eve the goal of controlling the servo electrical machinery. In addition has recommended the structure of the controller of connect and pursue , the characteristic, the function and users constant are established , SGM .The development of the type servo machine , the advantage and operation principle

7、. Still introduce the basic content of the servo system.KEY WORDS: Servo system ；Position control； Electronic gear wheel ；One-chip computer AT89S52目錄摘 要IABSTRACTII引 言11 伺服電機(jī)和控制器21.1 伺服機(jī)的介紹21.1.1 交流伺服機(jī)的發(fā)展21.1.2 交流伺服機(jī)的優(yōu)點(diǎn)21.2 控制器的介紹21.2.1 控制器的特點(diǎn)21.2.2 伺服控制器的介紹31.2.3 伺服控制器的功能說(shuō)明61.2.4 伺服控制器的設(shè)定82 伺服系統(tǒng)的控制1

8、12.1 伺服電機(jī)的基本原理112.1.1 伺服電機(jī)的工作原理112.1.2 伺服電機(jī)的特點(diǎn)122.2 伺服系統(tǒng)的介紹122.2.1 伺服系統(tǒng)的概念122.2.2 伺服系統(tǒng)定義132.2.3 伺服的主要任務(wù)132.2.4 伺服系統(tǒng)的組成132.2.5 伺服系統(tǒng)的性能要求132.2.6 伺服系統(tǒng)的種類(lèi)132.2.7 伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求142.2.8 伺服控制方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)143 基于單片機(jī)的伺服機(jī)控制器153.1 元器件 AM26LS31 和 AT89S52 的介紹153.1.1 AM26LS31 的工作原理153.1.2 AT89S52 的介紹153.1.3 AT89S52 單片機(jī)的引

9、腳介紹163.1.4 中斷系統(tǒng)183.2 位置控制193.2.1 位置指令193.2.2 基于單片機(jī)的數(shù)字位置控制193.2.3 位置控制的控制原理193.2.4 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生203.2.5 伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方式203.3 控制單元203.4 超程設(shè)定213.4.1 超程設(shè)定的概念213.4.2 超程功能的使用213.5 PWM 控制技術(shù)223.5.1 PWM 控制技術(shù)的定義223.5.2 PWM 技術(shù)的應(yīng)用223.6 電子齒輪233.6.1 電子齒輪的概念233.6.2 電子齒輪的設(shè)定方法233.6.3 電子齒輪比（ B/A）。243.6.4 設(shè)定為用戶(hù)常數(shù)。243.7 伺服系統(tǒng)的基本原

10、理243.7.1 伺服系統(tǒng)的位置控制253.7.2 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制264 軟件程序設(shè)計(jì)274.1程序流程圖274.2 基于單片機(jī)的伺服機(jī)控制器控制分析285 展望29結(jié)束30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄33引 言中國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，從無(wú)到有，從引進(jìn)消化到擁有自己獨(dú)立的自主版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們?cè)跀?shù)控領(lǐng)域的進(jìn)步主要還是按國(guó)外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。這種局面在發(fā)展初期的起步階段，是無(wú)可非議的。但到了世界數(shù)控強(qiáng)手如林的今天和知識(shí)經(jīng)濟(jì)即將登上舞臺(tái)的新世紀(jì)，這一常規(guī)途徑就很難行通了。例如，在國(guó)外模擬伺服快過(guò)時(shí)時(shí)，我們開(kāi)始搞模擬伺服

11、，還沒(méi)等我們占穩(wěn)市場(chǎng)，技術(shù)上就已經(jīng)落后了；在國(guó)外將脈沖驅(qū)動(dòng)的數(shù)字式伺服打入我國(guó)市場(chǎng)時(shí)，我們就跟著搞這類(lèi)所謂的數(shù)字伺服，但至今沒(méi)形成大的市場(chǎng)規(guī)模；近來(lái)國(guó)外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過(guò)光纜等）與數(shù)控裝置連接時(shí)，我們又跟著發(fā)展此類(lèi)系統(tǒng)，前途仍不樂(lè)觀(guān)。這種老是跟在別人后面走，按國(guó)外已有控制和驅(qū)動(dòng)模式來(lái)開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上難免要滯后，再加上國(guó)外公司在我國(guó)境內(nèi)設(shè)立研究所和生產(chǎn)廠(chǎng)，實(shí)行就地開(kāi)發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷(xiāo)售，使我們的產(chǎn)品在性能價(jià)格比上已越來(lái)越無(wú)多大優(yōu)勢(shì)，因此要進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，難度自然就很大了。 為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域

12、的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國(guó)特色的實(shí)用的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，逐步建立自己獨(dú)立的、先進(jìn)的技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中國(guó)國(guó)情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類(lèi)齊全的數(shù)控機(jī)床整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會(huì)被國(guó)外牽著鼻子，永遠(yuǎn)受別人的制約，才有可能用先進(jìn)、實(shí)用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)，使中國(guó)的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在21世紀(jì)走在世界的前列。伺服驅(qū)動(dòng)裝置是典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要組成部分，也是工廠(chǎng)自動(dòng)化不可或缺的基礎(chǔ)技術(shù)。跟隨系統(tǒng)之所以被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗谝欢ǔ潭壬夏馨凑杖藗兊脑竿ネ瓿伤蟮目刂埔?guī)律。它能完成人們無(wú)法直接參與的控制任務(wù)，并能達(dá)到人們直接控制無(wú)法達(dá)到的快

13、速性和高精度。目前，伺服跟隨技術(shù)正朝著交流化、數(shù)字化方向發(fā)展，其具代表性的標(biāo)志是: 高分辨率的速度與位置傳感器和交流永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)組成一體化結(jié)構(gòu);主電路采用高頻大功率開(kāi)關(guān)組件組成 SPWM 逆變器；控制回路采用高速的數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) ，可以高速,高精度地完成各種復(fù)雜的控制算法:現(xiàn)代控制理論的某些成果應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)具有高精度，高柔性，高響應(yīng)能力,高可靠性，為傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)性能所不能比擬。在此基礎(chǔ)上，提出了電子傳動(dòng)的思想。電力電子技術(shù)、智能控制技術(shù)尤其是微處理器技術(shù)的進(jìn)步，引發(fā)了傳動(dòng)領(lǐng)域的一場(chǎng)技術(shù)變革，這就是電子傳動(dòng)跟隨控制技術(shù)的誕生，以電子軸和電子齒輪為標(biāo)志，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)步

14、入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。而作為電子傳動(dòng)的主要執(zhí)行元件的伺服電機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、使用方便，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。1 伺服電機(jī)和控制器1.1 伺服機(jī)的介紹1.1.1 交流伺服機(jī)的發(fā)展20世紀(jì) 80 年代以來(lái)，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠(chǎng)商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后，世界各國(guó)已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月

15、異。1.1.2 交流伺服機(jī)的優(yōu)點(diǎn)永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： 無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 定子繞組散熱比較方便。 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。 同功率下有較小的體積和重量。伺服電機(jī)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)： 實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問(wèn)題； 高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到 2000 3000 轉(zhuǎn)； 抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用； 低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合； 電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)

16、間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)； 發(fā)熱和噪音明顯降低。1.2 控制器的介紹1.2.1 控制器的特點(diǎn)伺服控制技術(shù)是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國(guó)外交流伺服技術(shù)封鎖的主要部分。隨著國(guó)內(nèi)交流伺服用電機(jī)等硬件技術(shù)逐步成熟，以軟形式存在于控制芯片中的伺服控制技術(shù)成為制約我國(guó)高性能交流伺服技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸。研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能交流伺服控制技術(shù)，尤其是最具應(yīng)用前景的永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制技術(shù)，是非常必要的。控制器的特點(diǎn)： 迅速準(zhǔn)確的傳遞。在閃避對(duì)手的瞬間，發(fā)出強(qiáng)有力的一轉(zhuǎn)。對(duì)于令人神往的世界級(jí)選手，就要求其判斷力、準(zhǔn)確性、速度等方面，擁有更高的技術(shù)水準(zhǔn)。 對(duì)于機(jī)械性能、生產(chǎn)效率起著決定作

17、用的伺服系統(tǒng)的性能而言，同樣要求其在高速響應(yīng)性，高速，高精度控制方面，具有更高的水準(zhǔn)。1.2.2 伺服控制器的介紹系列產(chǎn)品，為了適應(yīng)上述要求，進(jìn)一步強(qiáng)化了高性能及其豐富的功能。并且，充實(shí)了產(chǎn)品的系列，提高了使用的簡(jiǎn)便性，通過(guò)其全球適用的規(guī)格，在廣范的應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮其實(shí)力。系列伺服控制器的單相結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示，系列控制器的連接圖如圖 2 所示，伺服機(jī)特性如表一所示，伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的特性如表二所示。圖1 結(jié)構(gòu)圖圖 2 連接圖表一 伺服機(jī)的特性表二 伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的特性1.2.3 伺服控制器的功能說(shuō)明 模型跟蹤控制：在機(jī)械的固有振動(dòng)頻率較低時(shí)，通過(guò)將機(jī)械系模型化補(bǔ)償其滯后，從而抑制其振動(dòng)。利用該功能，可

18、縮短低剛性機(jī)械的整定時(shí)間。 機(jī)械共振抑制滬波器：當(dāng)機(jī)械產(chǎn)生高頻共振間時(shí)，設(shè)定與機(jī)械系共振頻率一致的振動(dòng)瀘波器，從而抑制共振。 速度觀(guān)測(cè)控制：由于采用了速度觀(guān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了低速下的平滑運(yùn)轉(zhuǎn)和定位整定時(shí)間的縮短，如圖 3 所示。圖3 速度觀(guān)測(cè)控制 前饋補(bǔ)償：因加入了前饋補(bǔ)償，從而縮短了定位時(shí)間，如圖 4 所示。 偏置：當(dāng)欲縮短定位時(shí)間時(shí)，可根據(jù)負(fù)載條件使用，如圖 4 所示。圖4 前饋補(bǔ)償和偏置 零鉗位功能：使用速度控制時(shí)，有時(shí)即使速度指令為“ 0 ”，由于漂移亦會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。零箝位動(dòng)作就是與速度指令低于設(shè)定值時(shí)，經(jīng)位置環(huán)將伺服鎖定而使其停轉(zhuǎn)的功能。 制振控制：與機(jī)械的驅(qū)動(dòng)系發(fā)生振動(dòng)時(shí)，利用觀(guān)測(cè)控制合其減

19、低，實(shí)現(xiàn)高伺服增益的驅(qū)動(dòng)。通過(guò)該功能，改善伺服特性。 轉(zhuǎn)矩指令滬波器：由于軸共振引起伺服系起振時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)矩指令瀘波器抑制軸共振。 模式開(kāi)關(guān)：為改善電機(jī)加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的過(guò)渡特性，速度環(huán)的PI（比例積分）控制和 P（比例）控制可切換。從而抑制過(guò)調(diào)和欠調(diào)，如圖 5 所示。圖5 模式開(kāi)關(guān)1.2.4 伺服控制器的設(shè)定 伺服控制器的用戶(hù)常數(shù)伺服單元具有很多功能，為了對(duì)這些功能進(jìn)行選擇以及進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，設(shè)定有稱(chēng)為“用戶(hù)常數(shù)”的參數(shù)。表三 用戶(hù)常數(shù)分為3類(lèi)用戶(hù)常數(shù)的種類(lèi)功 能Pn000Pn601設(shè)定伺服單元的各種功能選擇及伺服增益Fn000Fn012執(zhí)行微動(dòng)模式運(yùn)行以及原Un000Un000對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及扭

20、轉(zhuǎn)指令值等，可以用面板顯示器進(jìn)行監(jiān)視 微動(dòng)（JOG）速度當(dāng)使用面板操作器或者數(shù)字操作器進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定以及變更時(shí)，請(qǐng)使用該用戶(hù)常數(shù)。 表四 參數(shù)設(shè)置Pn304微動(dòng)(JOG)速度單位min1設(shè)定范圍010000出廠(chǎng)時(shí)的設(shè)定500出廠(chǎng)時(shí)的設(shè)定500速度，扭矩控制位置控制 輸入電路的信號(hào)分配可以改變順序用輸入信號(hào)電路的分配。出廠(chǎng)時(shí)，對(duì)來(lái)自連接器CN1的輸入信號(hào)的分配設(shè)定如下。表五 端子設(shè)定連接器CN1的端子編號(hào)輸入端子名稱(chēng)出廠(chǎng)時(shí)的設(shè)定縮寫(xiě)名稱(chēng)40SI0/S-ON伺服ON41SI1/P-CON（比例動(dòng)作指令）42SI2P-OT禁止正傳驅(qū)動(dòng)43SI3N-OT禁止反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)44SI4/ALM-RST警報(bào)清

21、除45SI5/P-CL（正轉(zhuǎn)側(cè)電流限制）46SI6/N-CL（反轉(zhuǎn)側(cè)電流限制）根據(jù)下述的用戶(hù)常數(shù)，對(duì)輸入信號(hào)的分配可以進(jìn)行自由設(shè)定 表六 輸入信號(hào)出廠(chǎng)設(shè)定Pn50A.0輸入信號(hào)分配模式出廠(chǎng)時(shí)的設(shè)定0速度，扭矩控制位置控制Pn50A.0的設(shè)定內(nèi) 容0順序用輸入信號(hào)的分配為出廠(chǎng)時(shí)的設(shè)定與本公司SGDBAD型伺服單元的設(shè)定相同。1可以對(duì)順序用輸入信號(hào)進(jìn)行自由設(shè)定 控制方式（模式）選擇SGDM型伺服單元，以速度控制,位置控制，扭矩控制為首，具有下述12種控制方式的用戶(hù)常數(shù)如下所示。表七 控制方式Pn000.1的設(shè)定控制方式0速度控制（模擬指令）1位置控制（脈沖列指令）2扭矩控制（模擬指令）3內(nèi)部設(shè)定速

22、度選擇（接點(diǎn)指令）4內(nèi)部設(shè)定速度選擇（接點(diǎn)指令）速度控制（模擬指令）5內(nèi)部設(shè)定速度選擇（接點(diǎn)指令）位置控制（脈沖列指令）6內(nèi)部設(shè)定速度選擇（接點(diǎn)指令）扭矩控制（模擬指令）7位置控制（脈沖列指令）速度控制（模擬指令）8位置（脈沖列指令）扭矩控制（模擬指令）9扭矩控制（模擬指令）速度控制（模擬指令）A速度控制（模擬指令）零箝位B位置控制（脈沖列指令）位置控制（禁止） 伺服控制器的直流電源輸入設(shè)定A. 請(qǐng)按照下述的方法連接主電源。1端子280V140V（100V輸入SGDMBD(A) 型的情況）端子：0VB. 對(duì)于控制電源，請(qǐng)如下所示，輸入至 L1C ， L2C(沒(méi)有極性) 。DC280VDC140

23、(100V輸入SGDMBD（A）型的情況)C. 請(qǐng)將用戶(hù)常數(shù) Pn001.2 設(shè)定為 1 。D. 控制電源上的重新。伺服控制器的偏移量的調(diào)整當(dāng)為速度，扭矩控制時(shí)（模擬指令），雖然已將指令電壓指令為 0V，但是有時(shí)電機(jī)仍然以微小的速度旋轉(zhuǎn)不停止。這是由于來(lái)自上級(jí)裝置或者外部的指令電壓，帶有微小量（ mv 單位）的偏移而引起的。在調(diào)整該偏移量，將其修正為 0V后，電機(jī)便會(huì)停止。伺服控制器的動(dòng)態(tài)制動(dòng)器在運(yùn)行中，如果想使用動(dòng)態(tài)制動(dòng)器，使伺服電機(jī)停止時(shí)，請(qǐng)將下述的用戶(hù)常數(shù)設(shè)定為所希望的方式。如果不使用動(dòng)態(tài)制動(dòng)器，則變?yōu)橛蓹C(jī)械摩擦而興城的自然停止。2 伺服系統(tǒng)的控制2.1 伺服電機(jī)的基本原理2.1.1 伺

24、服電機(jī)的工作原理伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)際上就是兩相異步電動(dòng)機(jī)，所以有時(shí)也叫兩相伺服電動(dòng)機(jī)。如圖6所示，電機(jī)定子上有兩相繞組，一相叫勵(lì)磁繞組 ，接到交流勵(lì)磁電源 上，另一相為控制繞組 ，接入控制電壓 ，兩繞組在空間上互差90電角度，勵(lì)磁電壓 和控制電壓頻率相同。圖6 伺服電動(dòng)機(jī)工作原理圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)有相似之處。當(dāng)交流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接到勵(lì)磁電流 上，若控制繞組加上的控制電壓 為 時(shí)（即無(wú)控制電壓），所產(chǎn)生的是脈振磁通勢(shì)，所建立的是脈振磁場(chǎng)，電機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)控制繞組加上的控制電壓 ，且產(chǎn)生的控制電流與勵(lì)磁電流的相位不同時(shí)，建立起橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（若 與 相位差為90時(shí)，則為圓

25、形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)），于是產(chǎn)生起動(dòng)力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。如果電機(jī)參數(shù)與一般的單相異步電動(dòng)機(jī)一樣，那么當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速雖會(huì)下降些，但仍會(huì)繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。2.1.2 伺服電機(jī)的特點(diǎn)伺服電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它可以通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以由輸入脈沖數(shù)來(lái)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率來(lái)決定。伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)是由單片機(jī) AT89S52 產(chǎn)生的。其基本原理作用如下： 控制換相順序通電換相這一過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如：三相伺服電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳 B C D ，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A， B ， C ， D 相的通斷

26、。(2)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。(3)控制伺服電機(jī)的速度如果給伺服電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，伺服電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。所以調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動(dòng)機(jī)一種兩相的交流電動(dòng)機(jī)。2.2 伺服系統(tǒng)的介紹2.2.1 伺服系統(tǒng)的概念 “伺服”詞源于希臘語(yǔ)“

27、奴隸”的意思。人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在訊號(hào)來(lái)到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng);訊號(hào)來(lái)到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名伺服系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)是機(jī)電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，其控制性能反映了機(jī)電設(shè)備的控制質(zhì)量。伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣，電氣伺服又經(jīng)歷了由模擬到模擬數(shù)字混合再到全數(shù)字化伺服的演進(jìn)過(guò)程。伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)對(duì)象，又分為直流（直流）伺服系統(tǒng)和交流（ AC ）伺服系統(tǒng)。到 90 年代初期，隨著微處理技術(shù)、高性能功率半導(dǎo)體功率器件等產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展及性?xún)r(jià)比的日益提高，交流伺服技術(shù)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。交

28、流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型來(lái)分，主要有兩大類(lèi)：永磁同步（ SM 型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（ IM 型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)由于電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、制造容易、價(jià)格低廉，具有良好的發(fā)展前景，是未來(lái)伺服技術(shù)的發(fā)展方向之一。2.2.2 伺服系統(tǒng)定義伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo) (或給定值) 的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.2.3 伺服的主要任務(wù) 伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制得非常靈活方便。2.2.4 伺服系統(tǒng)的組成 伺服系統(tǒng)如圖 7 所示，是具有反饋的

29、閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由位置監(jiān)測(cè)部分、誤差放大部分、執(zhí)行部分及被控對(duì)象組成。圖7 伺服系統(tǒng)的組成2.2.5 伺服系統(tǒng)的性能要求 伺服系統(tǒng)必須具備可控性好，穩(wěn)定性高和速應(yīng)性強(qiáng)等基本性能。說(shuō)明一下，可控性好是指訊號(hào)消失以后，能立即自行停轉(zhuǎn);穩(wěn)定性高是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)距的增加而均勻下降;速應(yīng)性強(qiáng)是指反應(yīng)快、靈敏、響態(tài)品質(zhì)好。 2.2.6 伺服系統(tǒng)的種類(lèi) 通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的種類(lèi)來(lái)分類(lèi)，有電氣式、油壓式或電氣油壓式三種。 伺服系統(tǒng)若按功能來(lái)分，則有計(jì)量伺服和功率伺服系統(tǒng);模擬伺服和功率伺服系統(tǒng);位置伺服和加速度伺服系統(tǒng)等。 電氣式伺服系統(tǒng)根據(jù)電氣信號(hào)可分為直流伺服系統(tǒng)和 AC 交流伺服系統(tǒng)二大類(lèi)。AC 交流伺

30、服系統(tǒng)又有異步電機(jī)伺服系統(tǒng)和同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種。2.2.7 伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求伺服電機(jī)要求從最低速到最高速都能平穩(wěn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩紋波要小，尤其在低速時(shí)仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象;電機(jī)應(yīng)具有較大的長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載能力;電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓;電機(jī)能承受頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。2.2.8 伺服控制方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)伺服控制方式的優(yōu)點(diǎn)： 可靠性高，不易發(fā)生飛車(chē)事故。用模擬電壓方式控制伺服電機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)接線(xiàn)接錯(cuò)或使用中元件損壞等問(wèn)題時(shí)，有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險(xiǎn)的。如果用脈沖作為控制信號(hào)就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。 信號(hào)抗干擾性能好。數(shù)字電路

31、抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。當(dāng)然目前由于伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器的限制，用脈沖方式控制伺服電機(jī)也有一些性能方面的弱點(diǎn)。一是伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式，二是運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器如何用足夠高的脈沖信號(hào)傳遞信息。這兩個(gè)根本的弱點(diǎn)使脈沖控制伺服電機(jī)有很大限制。(1)控制的靈活性大大下降。這是因?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器工作在位置方式下，位置環(huán)在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的 PID 參數(shù)修改起來(lái)很不方便。當(dāng)用戶(hù)要求比較高的控制性能時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)很困難。從控制的角度來(lái)看，這只是一種很低級(jí)的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號(hào)，事實(shí)上成了一種開(kāi)環(huán)控制。如果利用反饋控制，整個(gè)系統(tǒng)存在兩個(gè)位置環(huán)，控制器很

32、難設(shè)計(jì)。在實(shí)際中，常常不用反饋控制，但不定時(shí)的讀取反饋進(jìn)行參考。這樣的一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，如果運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)通道上產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)是不能克服的。(2)控制的快速性速度不高。3 基于單片機(jī)的伺服機(jī)控制器3.1 元器件 AM26LS31 和 AT89S52 的介紹3.1.1 AM26LS31 的工作原理AM26LS31是一個(gè)四條的正負(fù)輸出線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，這個(gè)設(shè)計(jì)符合ANSI TIA/EIA-422 -B 的和 ITU(從前的CCITT) 推薦 V.11 的要求。 3 個(gè)狀態(tài)輸出端的驅(qū)動(dòng)器有高現(xiàn)在的能力平衡了線(xiàn)，例如擰- 雙或平行- 電線(xiàn)輸電線(xiàn)路,而且他們提供斷電情況的高阻抗。對(duì)所有的四個(gè)驅(qū)動(dòng)器

33、提供高電平的選擇或者低電平(G,G)輸入端，這個(gè)使能功能是通常的。低電壓的 Schottky 電路在不降低速度的情況減少電力損耗。AM26LS31C是在 0C 到 70C之間操作是正常的。表七 輸入輸出真值表AGGYZHHXHLLHXLHHXLHLLXLLHXLHZZH = 高電平, L = 低電平, X = 無(wú)關(guān),Z = 高阻抗(關(guān)斷)。3.1.2 AT89S52 的介紹Atmel 公司的 AT89S52 單片機(jī)。AT89S52 是一種低損耗高性能,互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體 /l 位微處理器，含有閃現(xiàn)存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫(xiě)入嚓除 1000 次，數(shù)據(jù)保持時(shí)間為 10 年，因此，有著十分廣泛 (T2) P

34、 i.0 C 它最大的特點(diǎn)就是片內(nèi)的用途，特別是在便攜式，省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用它的主要特點(diǎn)為。: 內(nèi)含閃光存儲(chǔ)器由于內(nèi)部含有閃光存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改。這就大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存; 與 MCS-51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，可完全代替 MCS 一 51 系列單片; 采用靜態(tài)時(shí)鐘方式可以節(jié)省電能; 錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生。一般的 OTP 產(chǎn)品，一旦錯(cuò)誤編程就變成廢品。而此單片機(jī)內(nèi)部采用閃光存儲(chǔ)器，在錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止

35、，故不存在廢品;它的主要性能: 8KBFlash存儲(chǔ)器有可下載功能。下載功能是由 IBM 微機(jī)通過(guò) AT89S52 的串口外圍接口 SPI 執(zhí)行的。除此之外，還含一個(gè) 2KB的EEPROM，從而提高了存儲(chǔ)容量; 256 字節(jié)內(nèi)部隨機(jī)存取儲(chǔ)存器; 32 條可編程輸入輸出線(xiàn); 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗定時(shí)器; 9 個(gè)中斷源; 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器保密; 可編程串行接口和 SPI 接口; 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器; 雙數(shù)據(jù)指針;含從電源下降的中斷恢復(fù)。其引腳結(jié)構(gòu)圖分別如圖 8 所示。圖 8 AT89S52 引腳結(jié)構(gòu)3.1.3 AT89S52 單片機(jī)的引腳介紹在本設(shè)計(jì)中，主要用到的引腳有并行輸入輸出口

36、的 P1 口，外部中斷 INT1 和 INT0 ，計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 ，振蕩器 XTAL1 和 XTAL2,復(fù)位重新設(shè)定, ， ， ， PSEN,等。 P1 口是位準(zhǔn)雙向并行輸入輸出端口， P1 0 和 P1 1 具有第二變異功能； INT1 是接受外部的中斷源； TCON 寄存器用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟停和中斷請(qǐng)求,其中低 4 位與外部中斷有關(guān)。TCON寄存器的格式如下：位： 7 6 5 4 3 2 1 0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0各位含義如下： TF1 ：定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)回 0 并產(chǎn)生溢出信號(hào)由內(nèi)部硬件置位 TF1 （

37、 TF1=1 ），向主機(jī)請(qǐng)求中斷；當(dāng)主機(jī)響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)，由硬件自動(dòng)清 0 （ TF1=0 ）。TR1 ：定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 啟/?？刂莆弧Ｓ绍浖梦?復(fù)位控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 的啟動(dòng)/停止運(yùn)行。 TF0 ：定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 啟/溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)回 0 并產(chǎn)生溢出信號(hào)經(jīng)內(nèi)部硬件置位 TF0 （ TF0=1 ），向主機(jī)請(qǐng)求中斷；當(dāng)主機(jī)響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)，由內(nèi)部硬件自動(dòng)清 0 （ TF0=0 ）。 TR0 ：定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 啟/?？刂莆弧Ｓ绍浖梦?復(fù)位控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 的啟動(dòng)/停止運(yùn)行。 IE1 ：外部中斷 1 （ ）跳變中斷請(qǐng)求標(biāo)志

38、位。當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到外部中斷 1 （ ）端口發(fā)生由 1 0 跳變，且 IT1=1 時(shí)，由內(nèi)部硬件置位 IE1 ，向主機(jī)請(qǐng)求中斷；當(dāng)主機(jī)響應(yīng)該中斷，程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)由內(nèi)部硬件自動(dòng)清 0IE1位。 IT1 ：用軟件置位/復(fù)位本位來(lái)選擇外部中斷（）的跳變/電平觸發(fā)中斷請(qǐng)求。當(dāng) IT1=1 時(shí)，則外部中斷 1 （ ）端口由跳變觸發(fā)的前一個(gè)機(jī)器周期為高電平，緊接后一個(gè)機(jī)器周期為低電平，即負(fù)跳變觸發(fā)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；如果 IT1=0 ，則非 INT1 端口的低電平觸發(fā)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 IE0 ：外部中斷 0 （ ）跳變中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到外部中斷 0 （ ）端口發(fā)生由 1 0 跳變，且 IT0=1

39、 時(shí)，由內(nèi)部硬件置位 IE0 ，向主機(jī)請(qǐng)求中斷；當(dāng)主機(jī)響應(yīng)該中斷，程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)由內(nèi)部硬件自動(dòng)清 0IE0位。 IT0 ：用軟件置位/復(fù)位本位來(lái)選擇外部中斷（ ）的跳變/電平觸發(fā)中斷請(qǐng)求?？刂圃硗?IT1 。 XTAL1 是接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片微機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2 是接外部晶振的另一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器的輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。 RESET重新設(shè)定是主機(jī)各部件恢復(fù)為初始狀態(tài)。 其中 為訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部或外部程序信息化起

40、選擇信號(hào)。當(dāng) 保持高電平時(shí)，為訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)程序指針個(gè)人計(jì)算機(jī)值超過(guò)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向未能程序存儲(chǔ)器繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng) 保持低電平時(shí)，則只能訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。 / 是讀/寫(xiě)信號(hào)。 PSEN 是訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，高電平有效。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次 PSEN 信號(hào)。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，不產(chǎn)生 PSEN 信號(hào)；在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號(hào)。AT89S52 尋址方式包括有寄存器尋址，直接尋址，寄存器間接尋址，立即尋址，基址寄存器加變址尋址，寄存器間接尋址，相對(duì)尋址,位尋址等。AT89S52 指令系統(tǒng)包括有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送類(lèi)

41、指令，算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令，邏輯運(yùn)算類(lèi)指令，控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令,布爾（位）處理類(lèi)指令。3.1.4 中斷系統(tǒng)AT89S52 的中斷系統(tǒng)，是 8 位單片微機(jī)中功能較強(qiáng)的一種，它提供 6 個(gè)中斷源，具有 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可由軟件設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套，用戶(hù)可通過(guò)軟件來(lái)屏蔽或接受所有的中斷請(qǐng)求。AT89S52 提供的 6 個(gè)中斷源中， 2 個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)由外部產(chǎn)生并輸入，稱(chēng)外部中斷，其余的中斷請(qǐng)求信號(hào)均由內(nèi)部產(chǎn)生，故稱(chēng)為內(nèi)部中斷。各中斷請(qǐng)求信號(hào)分別由定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 和串行通訊控制寄存器 SCON 的相應(yīng)位所鎖存。外部中斷源： ：外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端口（ P3 2 引腳），低電平后負(fù)跳變

42、有效。當(dāng) 中斷請(qǐng)求有效，則置位 TCON 1 的 IE0 中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。主機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 的狀態(tài)采樣 IE0 標(biāo)志位，當(dāng)條件滿(mǎn)足，則主機(jī)響應(yīng)中斷。由硬件自動(dòng)復(fù)位 IE0 。由軟件設(shè)置 TCON 0 的 IT0 位進(jìn)行選擇手低電平還是負(fù)跳變觸發(fā)中斷請(qǐng)求。 ：外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端口（ P3 3 引腳），低電平后負(fù)跳變有效。當(dāng) 中斷請(qǐng)求有效，則置位 TCON 3 的 IE1 中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。主機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 的狀態(tài)采樣 IE1 標(biāo)志位，當(dāng)條件滿(mǎn)足，則主機(jī)響應(yīng)中斷。由硬件自動(dòng)復(fù)位 IE1 。由軟件設(shè)置 TCON 2 的 IT1 位進(jìn)行選擇手低電平還是負(fù)跳變觸發(fā)中斷請(qǐng)求

43、。3.2 位置控制3.2.1 位置指令位置指令包括,指令脈沖輸入、指令符號(hào)輸入、清除輸入、有各種各樣的使用方法，請(qǐng)為系統(tǒng)設(shè)定最適合的指令輸入。通過(guò)脈沖輸入,發(fā)出移動(dòng)指令?？梢詫?duì)應(yīng)以下三種輸出形態(tài)。總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器輸出+12 V 集電極開(kāi)路輸出+5 V 集電極開(kāi)路輸出3.2.2 基于單片機(jī)的數(shù)字位置控制這種工作方式直接利用單片機(jī)的數(shù)字處理能力構(gòu)成一個(gè)嵌入式的數(shù)字控制器，可以使伺服系統(tǒng)脫離個(gè)人計(jì)算機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)閉環(huán)數(shù)字控制。由于采用的單片機(jī)具有在系統(tǒng)編程能力，允許在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中下載不同的控制算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。伺服電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于

44、脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線(xiàn)性關(guān)系的存在，加上伺服電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用伺服電機(jī)來(lái)控制變得非常簡(jiǎn)單。3.2.3 位置控制的控制原理 在位置控制方式下，伺服驅(qū)動(dòng)器接收數(shù)控主機(jī)發(fā)出的位置指令信號(hào)脈沖方向，送入脈沖列形態(tài)，經(jīng)電子齒輪分倍頻后，在偏差可逆計(jì)數(shù)器中與反饋脈沖信號(hào)比較后形成偏差信號(hào)。反饋脈沖是由光電編碼器檢測(cè)到電機(jī)實(shí)際所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，經(jīng)四倍頻后產(chǎn)生的。位置偏差信號(hào)經(jīng)位置環(huán)的復(fù)合前饋控制器調(diào)節(jié)后，形成速度指令信號(hào)。速度指令信號(hào)與速度反饋信號(hào)，與位置檢測(cè)裝置相同，比較后的偏差信號(hào)

45、經(jīng)速度環(huán)比例積分控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號(hào)，在電流環(huán)中經(jīng)矢量變換后，由輸出轉(zhuǎn)矩電流，控制交流伺服電機(jī)的運(yùn)行。位置控制精度由光電編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)控制。它分增量式光電編碼器和絕對(duì)式光電編碼器。增量式編碼器構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于掌握，平均壽命長(zhǎng)，分辨率高，實(shí)際應(yīng)用較多。本系統(tǒng)采用的是增量式光電編碼器。絕對(duì)式光電編碼器按二進(jìn)制編碼輸出，信號(hào)線(xiàn)多，由于精度取決于位數(shù)，所以高分辨率不易得到。但是這種編碼器即使不動(dòng)時(shí)也能輸出絕對(duì)角度信息，主要用于全閉環(huán)高級(jí)數(shù)控機(jī)床中。當(dāng)您的控制器（上位機(jī)）發(fā)出的是雙脈沖（即正負(fù)脈沖）或脈沖信號(hào)的幅值不匹配時(shí)，需要用信號(hào)模塊轉(zhuǎn)換為 5V單脈沖（脈沖加方向）。3.2.4 脈沖信

46、號(hào)的產(chǎn)生脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或處理器產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為 0.3-0.4 左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。 輸入為雙脈沖信號(hào)模塊的撥碼開(kāi)關(guān)應(yīng)撥到“雙脈沖”位置。當(dāng)發(fā)正脈沖時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)發(fā)負(fù)脈沖時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。正負(fù)脈沖不可同時(shí)給，具體時(shí)序可參照信號(hào)模塊說(shuō)明書(shū)。 輸入為單脈沖信號(hào)模塊的撥碼開(kāi)關(guān)應(yīng)撥到“單脈沖”位置。當(dāng)有脈沖輸出時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變方向信號(hào)的高低電平可改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。具體時(shí)序可參照信號(hào)模塊說(shuō)明書(shū)。3.2.5 伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方式交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制有兩種方式：脈沖控制，靠脈沖頻率的改變來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速模擬量控制， 10V對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速。PLC 中有 D/輸出，可以直接輸出

47、10V信號(hào)。 3.3 控制單元控制單元是整個(gè)交流伺服系統(tǒng)的核心,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制器。數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 被廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)，各大公司推出的面向電機(jī)控制的專(zhuān)用數(shù)傳信號(hào)處理器芯片，除具有快速的數(shù)據(jù)處理能力外，還集成了豐富的用于電機(jī)控制的專(zhuān)用集成電路，如 A/D 轉(zhuǎn)換器， PWM 發(fā)生器，定時(shí)計(jì)數(shù)器電路，異步通訊電路,罐子總線(xiàn)收發(fā)器以及高速的可編程靜態(tài)隨機(jī)存取儲(chǔ)存器和大容量的程序存儲(chǔ)器等。表八 伺服驅(qū)動(dòng)器位置控制方式的指令脈沖形式如表八所示，伺服驅(qū)動(dòng)器所能接收的信號(hào)也是脈沖信號(hào)，課題通過(guò)輸出正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)和反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)來(lái)控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過(guò)改變脈沖寬度 (

48、頻率) 來(lái)控制伺服電機(jī)的速度。控制脈沖信號(hào)的輸出通過(guò)的 PBO 和 PCO 來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中 PBO 用于輸出正傳脈沖信號(hào)， PCO 用于輸出反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。由于伺服驅(qū)動(dòng)器所能接收的信號(hào)類(lèi)型為線(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸入型，而 PBO 和 PCO 的輸出信號(hào)為 TTL 電平，為此需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。線(xiàn) E 動(dòng)輸出是按照 RS-422 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳送電路，可使用雙絞線(xiàn)電纜進(jìn)行長(zhǎng)距離傳送。3.4 超程設(shè)定 3.4.1 超程設(shè)定的概念 超程設(shè)定是當(dāng)機(jī)械的可動(dòng)部分超越了可以移動(dòng)的范圍時(shí)，使其強(qiáng)制停止的功能。 3.4.2 超程功能的使用為了使用超程功能，請(qǐng)將下述超程限位開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)與相對(duì)的伺服單元 CN1 連接器的針編號(hào)正確連接

49、，如表九所示。表九 超程功能的設(shè)定輸入P-OT CN1-42禁止正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)（正轉(zhuǎn)側(cè)超程）速度，扭矩控制位置控制輸入N-OT CN1-43禁止反向驅(qū)動(dòng)（反轉(zhuǎn)側(cè)超程）速度，扭矩控制位置控制 在直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)等的情況，為了防止機(jī)械的損壞，請(qǐng)務(wù)必按下圖所示連接限位開(kāi)關(guān)輸入信號(hào) ON/OFF 時(shí)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)如表十所示。表十 ON/OFF時(shí)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)P-OTON時(shí)CN1-42為L(zhǎng)電平允許正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。通常運(yùn)行狀態(tài)OFF時(shí)CN142為H電平禁止正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。（反轉(zhuǎn)方向可以旋轉(zhuǎn)）N-OTON時(shí)CN143為L(zhǎng)電平允許反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。通常運(yùn)行狀態(tài)。OFF時(shí)CN143為H電平禁止反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。（正轉(zhuǎn)方向可以旋轉(zhuǎn)。）3.

50、5 PWM 控制技術(shù)3.5.1 PWM 控制技術(shù)的定義PWM （Pulse Wide Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得索需要波形（含形狀和幅值）。把正弦半波分成 N 等份，就可以把正弦半波看成是由 N 個(gè)彼此相連的脈沖序列索組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 /N ，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是 PWM 波形?？梢钥闯?，

51、各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法和正弦半波是等效的。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形，也稱(chēng) SPWM （正弦曲線(xiàn) PWM ）波形。3.5.2 PWM 技術(shù)的應(yīng)用PWM 或 SPWM(正弦脈沖寬度調(diào)制) 波形生成電路及功率逆變器，輸出三相變壓變頻的交流電給永磁同步電動(dòng)機(jī) SM 的定子繞組，并使輸入電樞繞組中的交流電流保持良好的正弦性。(SM 轉(zhuǎn)子裝有特殊形狀的永磁體，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，因此提高 SM 的效率)。3.6 電子齒輪3.6.1 電子齒輪的概念所謂的“電子齒輪”功

52、能，是指可以將與輸入指令脈沖相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)移動(dòng)量，設(shè)定為任意值的功能。發(fā)出指令脈沖的“上級(jí)裝置”，在進(jìn)行控制時(shí)，可以不用顧及機(jī)械的減速比和編碼器脈沖數(shù)。電子傳動(dòng)伺服跟隨系統(tǒng)作為一種以一定準(zhǔn)確度使其輸出量復(fù)現(xiàn)輸入變化規(guī)律的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在給定技術(shù)條件下，設(shè)計(jì)一個(gè)性能符合要求的伺服跟隨系統(tǒng)，是一件非常重要的工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)的穩(wěn)定準(zhǔn)確度和動(dòng)態(tài)質(zhì)量要求，又要考慮系統(tǒng)工作的環(huán)境、能源、安裝等。電子傳動(dòng)跟隨控制系統(tǒng)種類(lèi)繁多，依驅(qū)動(dòng)方式不同，可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)跟隨控制系統(tǒng)、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)跟隨控制系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)跟隨控制系統(tǒng)等。3.6.2 電子齒輪的設(shè)定方法按照以下 1. 6.的

53、順序，計(jì)算“電子齒輪比”，并在用戶(hù)常數(shù)“Pn202”中設(shè)定該值。 確認(rèn)機(jī)械規(guī)格與電子齒輪相關(guān)的要素如下所示。減速比滾珠絲杠節(jié)距滑輪直徑等 確認(rèn) SGM H 伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)，如表十一所示。表十一 SGMH伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)電機(jī)型號(hào)編碼器規(guī)格編碼器的種類(lèi)編碼器脈沖數(shù)A增益型編碼器13比特2048B16比特16384C17比特327681絕對(duì)值編碼器16比特16384217比特32768 決定指令單位。指令單位是指移動(dòng)負(fù)載的位置數(shù)據(jù)的最小單位。（上級(jí)裝置指令的最小單位）用指令單位，求出負(fù)載軸旋轉(zhuǎn) 1 圈的負(fù)載移動(dòng)量。 負(fù)載軸旋轉(zhuǎn) 1 圈的移動(dòng)量（指令單位）= （公式 1 ）滾珠絲杠螺距 5mm ，指令單位 0.001mm 時(shí) （指令單位） 3.6.3 電子齒輪比（ B/A）。將電機(jī)軸和負(fù)載軸的減速比設(shè)為（ n/m ）（電機(jī)旋轉(zhuǎn) m 圈時(shí)，負(fù)載軸旋轉(zhuǎn) n 圈的情況下）電子齒輪比（B/A）= （公式 2 ）3.6.4 設(shè)定為用戶(hù)常數(shù)。在將電子齒輪比（ B/A）的值約分后，把 A,B 都選定為小于 65535 的整數(shù)值，并設(shè)定為用戶(hù)常數(shù)，如表十二所示。表十二 電子齒輪比的用戶(hù)常數(shù) Pn202電子齒輪比（分子） BPn203電子齒輪比（分母） A至此，電子齒輪比的設(shè)定結(jié)束。表十