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单片机控制交流伺服电机.pdf

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机电一体化 技 !!! 术 基于单片机的交流伺服电机控制系统 蔡志祥!刘冬生!曾晓雁 !华中科技大学"湖北 武汉 V$%%&V# P>*5)278IGP),C7 2757,G7/5,744)0=>P6/A4) -.63G723F5), E-*9=> G>$%&!)*" ’(%& /=4%&!9H;$( 5$% "DF+E.7/AB/6C),*65>78P-6)/-)+/0:)-./747A>!NF.+/V$%%&V!G.6/+# I:XKG’! 摘要$介 绍 了 一 种 由 单 片 机 控 制 伺 !! 服电机的系统方案"包括系统硬件设计和软件设计% 该系统在激光熔覆 自 动 送 粉 器 上 得 到 了 成 功 应 用" 能实现对送粉过程的平稳控制% 关键词$单片机%伺服电机%位置控制方式 中图分类号$:U$X$#V"%:9"&$ 文献标识码$T 文章编号$!%%! ""’&""%%’#%’ %%"X %$ -./01$20$:.)3+3),3,7C60)*+*-.)2)57-7/L 5,74IG*),C7 2757,F*6/A*6/A4) -.63-723F5), I:XKG’!!6/-4F06/A.+,0O+,)0)*6A/+/0*785O+,) 0)*6A/#:.)*>*5)26*+3346)06/5.)4+*),-4+006/A +F578))06/A 37O),* 2+-.6/) *F--)**8F44>!O.6-. -+/-7/5,748))06/A3,7-)**O)44# 3456(17/$*6/A4) -.63-723F5),%*),C7 27L 57,%37*6567/-7/5,7446/A270) 引言 %! 在自 动 控 制 系 统 中!交 流 伺 服 电 机 的 作 用 是 把 控制电压信号或相 位 信 号 变 换 成 机 械 位 移!也 就 是 把接收到的电信号 变 为 电 机 的 一 定 转 速 或 角 位 移! 因此可以用单片机实现对电机的数字控制& 系统硬件设计 !! 控制系统组成如图 所示& ! 图 !! 控制系统 通过键盘输入速度值!经单片机处理后!转化成 收稿日期$"%%’ %$ !& )X") 相应的脉冲信号传 给 电 机 的 驱 动 器!通 过 驱 动 器 驱 动伺服电机按要求动作!同时!单片机接受固定在伺 服电机转轴上的光电编码器随着电机转动而产生的 反馈脉冲信号!以实 现 对 伺 服 电 机 带 动 螺 杆 运 行 速 度的检测控制& 的 VMT Q9(SU 字 节 控制系 统 采 用 系 列 单 片 机 I:XKG’! UGP’! !" UDE!运 算 速 度 快! 作为处理器 系 统!时 钟 可 达 (IU!而 且 内 控制功能完善!其 内 部 具 有 !"X 不需要外扩展存储器!可使 部还有 系统整体结构更 为 简 单’实 用& 电 机 选 用 的 是 松 下 型 交 流 伺 服 电 机!额 定 输 出 功 率 !%%%%& 系列全数字式交流 UP;I%X$I!I!适 用 于 小 惯 量 的 电 机& 脚#信 号 作 为 外 部 控 脚#作为伺 服 UPUI%X"I!H &’% N!内置增 量 式 旋 转 编 码 器!分 辨 率 为 驱动器选用的是松下 伺服驱动器连接器 制信号输入’输出!连接器 电机编码器的连接线& G[P1H""% G[1(_"’% 伺服驱动器 U1[IPI V $ 伺服 电 机 的 控 制 方 式 有 位 置 控 制’速 度 控 制 和 转矩控制 种&在 位 置 控 制 方 式 下!伺 服 驱 动 器 接 收单片机发出的位置指令信号"脉冲(方向#!送入脉 冲系列形态!经电子齿轮分倍频后!在偏差可逆计数 器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号&反馈脉 冲是由光 电 编 码 器 检 测 到 电 机 实 际 所 产 生 的 脉 冲 数!经 倍频后 产 生 的& 位 置 偏 差 信 号 经 位 置 环 的 复合前馈控制器 调 节 后!形 成 速 度 指 令 信 号& 速 度 指令信号与速度反 馈 信 号 比 较 后 的 偏 差 信 号!经 速 度环比例积分控制器调节后!产生电流指令信号!在 电流环中经矢量 变 换!由 输 出 转 矩 电 流!控 制交流伺服电机的运行&位置控制精度由光电编码 器每转产生的脉冲数控制&它分增量式光电编码器 和绝对式光电编 码 器& 增 量 式 编 码 器 构 造 简 单!易 于掌 握!平 均 寿 命 长!分 辨 率 高!实 际 应 用 较 多& 绝 对式光电编码器按二进制编码输出!信号线多!由于 *机械与电子+"%%’"’# P9NU
精度取决于位数!所 以 高 分 辨 率 不 易 得 到" 但 是 这 种编码器即使不动 时 也 能 输 出 绝 对 角 度 信 息!主 要 用于全闭环高级数控机床中" 9B%9,VJe"9,VI&*9,VTc!%%%% %!& 式中 !! !; 电机转 ! 圈所需的内部指令脉冲数 电机转 ! 圈所需指令脉冲数 "’%%!故 9,VJ 可 设 定 为(!%%%%)! 设为(!%%)!即采用速度 控 制 方 式%用 输 入 电 压!电 机 转 速 ! ] 电压控制电机转速&时!每 输 入 为 !%%,*26/" 9,VI ; 选用的是 设为(!)!9,VT 9,’% 设为(’%%%)" 图 !! "!I:XKG’! 单片机与 模块的接口电路
数#再通过除法子程序 和 减 法 子 程 序#得 到 式 ’K(中 的时间常数 I" 结束语 $! 基于 XKG’! 单片机的 交 流 伺 服 电 机 控 制 系 统# 具有电路简 洁!性 能 良 好!成 本 低 和 可 靠 性 高 等 特 点#在激光熔覆自动 送 粉 器 中 应 用 取 得 了 良 好 的 效 果#可以实现平稳送粉#送粉量波动性小!重复性好# V#!&b#最 小 波 动 值 可 以 达 到 其最大波动值不超过 %g%Kb"在 以 下 的 低 送 粉 量 情 况 下#重 复性仍然很好" %#’A$26/ 参考文献) %!&!9+/+*7/6- 交 流 伺 服 电 机 驱 动 器 U1[IP I 系 列 使 用 :% 9$#! 程序!键盘中断服务程序!定 时 器 中 断 服 务 程 序 及液晶显示子程序"在交流伺服电机控制系统中单 片机的主要作 用 是 产 生 脉 冲 序 列#它 是 通 过 XKG’! 的 口发送的" 系 统 软 件 编 制 采 用 定 时 器 定 时 中断产生周期性脉冲序列#不使用软件延时#不占用 在非中断时间内可以处理其它事件#唯 G9B"G9B 有到了中断时间#驱 动 伺 服 电 机 转 动 一 步" 因 此 定 时$计 数 器 装 入 的 时 间 常 数 的 确 定 是 程 序 的 关 键" 下面重点讨论时间常数的计算%$&" ! 由于定时$计数器以加 "#则应装入定时$计数 器 的 初 值 为 方式计数#假定计数值 为 I#"%:"#% 取决于定时$计数器的工作方式"每个机器周期’设 为 个 振 荡 周 期#控 制 系 统 的 晶 振 频 率 ’设为 &E(包 括 !" UDE"则 !" !(选为 !" ! &E# !" # !"e!%J#!"* 定时时间为) &#"*&E 应装入定时$计数器的初值为) I#"%:"#"%: & &E 系统 所 设 定 的 电 机 每 转 圈 需 要 冲#设输入转速 为 进入中断输出的脉冲数为) ! @’,$26/(#则 UGB A#"’%%@ 由于软件中采用 率是输出脉冲频率的 " G9< ’’( 指令#故进入定时中断频 倍#每秒钟进入中断数为) "eA "e"%%%@ "%%@ J% # $ # K# 定时时间为) J% &3# ! K # $ "%%@ $ &3 &E "%%@ !e!%:J# # 1"# 由于 系 统 的 定 时$计 数 器 的 工 作 方 式 是 $e!%J "%%@ 取 @’,$26/(时#应 装 入 的 时 !#% !J#故输入的电机 转 速 是 间常数为) &3 &E #"!J: ’K( I#"%:"#"%: 系统的控制软件用的汇编语言#为方便计算#程 在接收 $e!%J "%%@ UGB 序中涉及到的数据均用 到式’K(中的速度输入值 为 !J @ " 进制的子程序#将 式 ’K(中 的 *%$* 进制#所以 之后#通过 ’"( %"&! ’$( %$&! ! 强 说明书%?&#"%%$# 李维諟#郭 液晶显示应用技 术%U&# # 业出版社#"%%%# 张鄂亮#等 华中科技大学出版社#"%%!# 微 型 计 算 机 原 理 与 应 用 #" # 北 京)电 子 工 版 %U&# 武 汉) ’V( 个 脉 "’%% 每 分 钟 需 要 作者简介)蔡志祥 !’!KX%Y(#男#江苏盐城 人#华 中 科 技 大 学 激光技术国家重点实验室硕士研 究 生#主 要 从 事 激 光 加 工 自 动 送 粉 系统的科研工作 " ’J( ’&( ’X( ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, !上接第 页" !! 结束语 $! 随着结构优化理论和计算机软硬件的不断发展 和完善#各种优化方 法 正 越 来 越 多 的 应 用 于 工 程 实 践之中"对有限元技术在机械结构优化中的应用探 讨#为雷达结构优化设计提供了一种思路" 技 术 的 两 阶 段 结 构 优 化 设 计 方 北 京)清 华 大 学 出 版 参考文献) %!&! %"&! %$&! %V&! # 基 于 GIQ 机械最优化设计%U&# # 交通科技#"%%V#’$()V’YV&# 汪冬生#等 法%W&# 刘惟信#等 社#!KXJ# 马 迅#等 机械科学与技术#"!’V()’’XY’J!# ! # %W&# 夏元杰 ’!()"KY$"# 基 于 有 限 元 法 的 结 构 优 化 与 灵 敏 度 分 析 天 线 结 构 的 优 化 设 计 %W&# # 机 械 与 电 子#"%%V# 进制转换 !% 作者简介)张红旗 转 换 为 进 制 " @ 研究所工程师#硕士#研究方向为智能 !’!K&’Y(#男#安徽合肥 人#华 东 电 子 工 程 GI;#虚拟设计和优化技术" +机械与电子,"%%’’’(
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