【正文】 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 I 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的運(yùn)動控制系統(tǒng)由于本身的特性限制難以滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，研究和開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的高性能運(yùn)動控制器已成為當(dāng)前運(yùn)動控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。 本論文以永磁交流同步伺服電動機(jī)為核心，對運(yùn)動控制器的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動控制單元和外圍處理單元， 研制了一種用常規(guī)芯片系列組成的運(yùn)動控制器，提出了采用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和數(shù)據(jù)選擇器的四倍頻辨向電路。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)是基于普通 PC機(jī)或工控機(jī)的 ISA 總線而開發(fā)，其功能集 12 位 DAC 轉(zhuǎn)換、定時(shí)中斷、脈沖接收、倍頻辨向計(jì)數(shù)、零 點(diǎn)檢測及使能報(bào)警等于一體。該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)通過對系統(tǒng) CMOS／實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)編程實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)硬件中斷， 對系統(tǒng) CMOS/實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)編程實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)，在中斷程序中加入 PID 控制算法，可以滿足高精度的伺服電機(jī)位置控制的要求。 關(guān)鍵字 ：伺服系統(tǒng) 實(shí)時(shí)鐘 PID 控制 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 II ABSTRACT With the progress of the technology, it is diffcult for the traditional Motion ControlSystem to satisfy the demands of the modern industry. Currently, it has been an important trendin the motion control field to develop the highcapability Motion Controller with the controller posed of general chip series is developed and Quadruple differential Circuit utilizing dual monostable multivibrators with Sehmitt trigger inputs and dual 4_line to 1_line data selectors or multiplexers is put framework of the system is basedon ISA buses of general PC or IPC,including 12_bit multiplying D/A conversion,time interruptpulse receiving,zero check and onoff and warning framework is put forward based on the technical programming the CMOS/Real Timer Clock,adopting VtoolsD to programme VxD and realtime position control of servo electromotor is the key problem of developing NC in the Windows is ,PID controller is designed,PID control arithmetic is programmed,parameters of control system are adjusted online， experiment is researched and the result is result showed that programming CMOS／ RTC,realizing high precision time through program VxD along with PID arithmetic in the interrupt can meet the requjre of high preci sion position control of servo electromotor. The paper firstly introduces the origin, research significance, related technical status and main contents of the task, and describes the system as a whole in detail, then discusses the hardware design, software design, and the algorithms design respectively. Finally, The paper brings forward the main contents of advanced research. Keyword: 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 III 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 IV 目 錄 摘 要 ................................................................ I 目 錄 ............................................................. III 第一章 緒 論 ....................................................... 1 引言 ............................................................. 1 位置伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 ............................................... 2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷程 ............................................... 3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ............................................... 4 第二章 永磁交流同步伺服電動機(jī)的工作原理及數(shù)學(xué)模 型 .................... 7 2． 1 永磁交流同步伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu) .................................... 7 2． 2 永磁交流同步伺服電動機(jī) 的工作原理 ................................ 7 2． 3 永磁交流同步伺服電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ................................ 8 第三章 伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................. 10 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .................................................... 10 I SA 總線 ....................................................... 11 總線驅(qū)動、數(shù)據(jù)鎖存及譯碼電路 .................................... 12 中斷定時(shí)電路 .................................................... 14 3． 5 使能報(bào)警 I／ 0電路 .............................................. 14 3． 6 倍頻辨向電路與脈沖接收電路 ..................................... 15 3． 7 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 ................................................... 17 第四章 系統(tǒng) CMOS／實(shí)時(shí)時(shí)鐘硬件中斷定時(shí) .............................. 20 4． 1 WINDOWS系統(tǒng)中時(shí)鐘的選擇 ......................................... 20 4． 2 通過對系統(tǒng) CMOS／實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)編程實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí) ................ 21 4． 2． 1 系統(tǒng) CMOS／實(shí)時(shí)時(shí)鐘簡介 ...................................... 21 WINDOWS 98環(huán)境下實(shí)時(shí)鐘的使用 ................................... 23 對 RTC 編程的實(shí)現(xiàn) .............................................. 23 4． 3 中斷時(shí)間的測試 ................................................. 25 第五章 P ID 控制 .................................................... 27 5． 1 P I D 控制簡介 .................................................. 27 5． 2 P L D 控制器設(shè)計(jì) ................................................ 28 P I D控制器的軟件編制 ........................................... 30 控制系統(tǒng)參數(shù)的整定 .............................................. 30 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 V 第六章 總結(jié)與展望 ................................................... 32 總結(jié) ............................................................ 32 參考文獻(xiàn) ............................................................. 34 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 1 伺服運(yùn)動控制器的研究 第一章 緒 論 引言 隨著 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的運(yùn)動控制系統(tǒng)由于其自身的特性限制已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)和社會發(fā)展的要求。歸納起來，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 : 封閉式結(jié)構(gòu)。提供給用戶的只是特定環(huán)境下特定功能的目標(biāo)作業(yè)，控制系統(tǒng)的內(nèi) 部包括控制算法和底層的接口等對用戶是一個(gè)“黑箱”。這種結(jié)構(gòu)不便于對系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，也不便于對系統(tǒng)資源進(jìn)行共享和再利用。 控制軟件的兼容性差?？刂栖浖慕Y(jié)構(gòu)依賴于處理器硬件，在不同的系統(tǒng)間移植比較困難，同時(shí)也給軟件的升級和更新帶來了不便。 容錯(cuò)性和可靠性差。由于采用了多片單片機(jī)并行的結(jié)構(gòu)，使 得系統(tǒng)的通訊和同步難以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)數(shù)據(jù)相關(guān)性復(fù)雜，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的容錯(cuò)性和可靠性變差。 缺少網(wǎng)絡(luò)功能。不利于構(gòu)造大系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)調(diào)以及遠(yuǎn)程和漫游控制。 針對傳統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)的這些缺陷，研究和開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的高性能運(yùn)動控制器己成為當(dāng)前運(yùn)動控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，引起了人們的廣泛關(guān)注。 1986年以來，世界工業(yè)界一直