【正文】 5． 2 P l D 控制器設計 本系統(tǒng)中采用的電機為三相永磁交流同步伺服電機，所選電機為 Panasonic MDMA082AIC。 到目前為止， PID 控制仍然是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。例如，非線性 PID 控制、自適應 PID 控制、智能 P工 D 控制等等“’。 圖 42 Debug Monitor 在對 RTC 定時精度的檢測中，設定的定時間隔為 7． 8125ms。如果中 斷時間誤差較大，在中斷中實施位置控制，就不能更好的控制伺服電機的運動。 b=_inp(0x71)。 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 25 SendPhysicalEO1()。 }。長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 24 VxD 和動態(tài)鏈接庫一 樣是 32 位可執(zhí)行程序，只是 VxD 工作在核心層 (Ring0)上。它的特點是：可通過軟件編程方波輸出信號，并且能分別屏蔽和測試 3 個中斷。這種方式既能保證精確定時，又可隨任務的不同而通 過編程的方式將它們的定時周期進行更改。多媒體定時器是一種有限的全局資源，不能任意的創(chuàng)建。這樣修改后的系統(tǒng)時鐘中的時間單元的計數頻率加快，使得編程中使用 TIME 命令得不到準確的時間，存文件所附的時間也不準確，特別是由于計數加快，對于長時間工作的數控系統(tǒng)勢必引起新日標置位，導致日期也發(fā)生錯誤。 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 19 圖 36 數模轉換電路 D B 1 14D B 1 05D B 96D B 87D B 78D B 69D B 510D B 411D B 312D B 213D B 114D B 015CS16WR17O U T 11AOND2R F B20DOND3V re f19vdd18D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819C L K11C L R1U?7 4L S 2 73123Y 3 A7 4L S 2 73+ 121 2+ 121 2R 2 7R 1 3R 1 2R 2 2R 2 3R 1 4R 2 8W1W2C1D7+ 12D1D3+ 12+5長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 20 第 四 章 系統(tǒng) CMOS／實時時鐘硬件中斷定時 4． 1 Windows 系統(tǒng)中時鐘的選擇 在數控加工中，需要進行多任務的實時處理，特別是在系統(tǒng)中必須選取一個時間精度高的定時器來進行位置控制。數模轉換電路如圖 36 所示。其中，通道 0 工作于方式 3，用于對時鐘源 (頻率為 2Mt{z)進行分頻，其輸出作為中斷定時器；通道 通道 2 工作于方式 3，用來接收倍頻鑒向電路輸出脈沖，進行加減計數，計算機在每個采樣周期內，首先讀取計數器的值作為坐標軸實際運動位置， 然后與坐標軸的期望位置命令相比較，算出當前坐標軸的偏差，接著對偏差進行 PID 運算，得到進給速度的數字量，通過 D／ A 轉換，經過電壓放大輸出雙極性控制信號，為伺服電機提供速度指令電壓，實現位置控制。鑒向線路實際上是由一個雙“四選一”線路所組成。 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 15 3． 6 倍頻辨向電路與脈沖接收電路 倍頻鑒向電路的功能有兩個：一是鑒別方向，即根據整形環(huán)節(jié)輸出的兩路方波信號 A 和 B 的相位關系確定出電機的旋轉方向；二是將 A 和 B 兩路信號進行脈沖倍頻，即將一個周期內的一個脈沖 (方波 )變?yōu)樗膫€脈沖，這四個脈沖兩兩相距 1／ 4周期。與常規(guī)工／ O 接口相比，應具有更高的可靠性，能夠阻斷或抑制工業(yè)現場的各種干擾經由 I／ 0通路進入計算機，保證計算機的穩(wěn)定工作。 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 14 中斷定時電路 在數控加工中，需要進行多任務的實時處理，包括輸入、輸出、插 補運算、位置控制和數據傳輸等，都必須在確定時刻開始，在有效的截止時間內完成。三長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 13 態(tài)雙向緩沖器 74LS245 的控制端由讀寫命令和一系列地址選擇產生的信號控制。 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 12 總線 驅動、數據鎖存及譯碼 電路 當應用系統(tǒng)規(guī)模過大，擴展所接的外接芯片過多，超過總線的驅動能力時，系統(tǒng)將不能可靠工作，此時應加用總線驅動器來減少讀數據的持續(xù)時間。 ISA 總線是針對 80286 CPU 在原 IBM PC 總線的基礎上修改擴展而成的 16 位系統(tǒng)總線。 總線的特點： （ 1） ISA 總線能支持 16位 I/O 端口地址， 24 位存儲地址， 8/16 位數據存取，15 級可屏蔽中斷， 7 級 DMA 通道及能產生 I/O 等待狀態(tài)。編碼器輸出的脈沖必須由伺服控制卡的計數器進行加減計數，計算機在每個采樣周期內，首先讀取計數器的值作為坐標軸實際運動增量，然后與坐標軸的位置增量命令相比較，算出當前坐標軸的偏差，接著，對偏差 進行數字 PID 控制運算，得到進給速度指令的數字量，通過 D／ A轉換，電壓放大，為伺服裝置提供速度指令電壓，去驅動坐標軸運動，實現偏差的位置控制。 =0)，永磁交流同步伺服電動機的數學模型可描述如下 : 1．機械運動方程 Fe=M +Bv+Ff 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 9 =Kfiq (24) Kf= φ f (25) 式中， M為電動機動子質量， B為粘滯摩擦系數， Ff為負載阻力， Fe為電磁推力，τ n為極距， φ f為永磁體有效磁鏈， μ 為動子線速度，且 v=2τ nf≈ vs (26) 式中， f為逆變器輸出的電源頻率， vs為電動機同步速度， kf為推力系數。的 U、 V、 W 方波，每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產生的磁場軸線在空間轉動 60176。由于定子鐵心直接暴露于外部空氣之中，其散熱條件較好，便于實現小型化。另一個就是代表著伺服系統(tǒng)發(fā)展水平的主導產品 — 伺服電機、伺服控制器，追求高性能、高速度、數字化、智能型、網絡化的驅動控制，以滿足用戶較高的應用要求。帶有自整定功能的伺服單元可以通過幾次試運行，自動將系統(tǒng)的參數整定出來，并自動實現其最優(yōu)化。 4. 高度集成化 新的伺服系統(tǒng)產品改變了將伺服系統(tǒng)劃分為速度伺服單元與位置伺服單元兩個模塊的做法，代之以單一的、高度集成化、多功能的控制單元。 2. 全數字化 采用新型高速微處理器和專用數字信號處理機（ DSP）的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實現完全數字化的伺服系統(tǒng)。 從伺服驅動產品當前的應用來看，直流伺服產品正逐漸減少，交流伺服產品則日漸增加，市場占有率逐步擴大。三相交流電流的跟隨控制能有效地提高逆變器的電流響應速度，并且能限制暫態(tài)電流，從而有利于 IPM 的安全工作。交流伺服驅動技術已經成為工業(yè)領域實現自動化的基礎技術之一，并將逐漸取代直流伺服系統(tǒng)。位置伺服系統(tǒng)是由位置控制模塊、速度控制單元、位置反饋及檢測等部分構成。 位置伺服系統(tǒng)的構成 按伺服系統(tǒng)調節(jié)理論，機床伺服系統(tǒng)通?？煞譃殚_環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)?？梢苑奖愕亟M合，建立適用于不同場合的控制系統(tǒng)。在開放式結構控制技術的指導下，計算機控制器完成了從造價昂貴的專業(yè)化大中型機到開放、積木式通 用個人計算機的變革，使計算機技術很快地進入到各行業(yè)的各個部門和家庭?？刂栖浖慕Y構依賴于處理器硬件，在不同的系統(tǒng)間移植比較困難，同時也給軟件的升級和更新帶來了不便。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。該系統(tǒng)硬件結構是基于普通 PC機或工控機的 ISA 總線而開發(fā)，其功能集 12 位 DAC 轉換、定時中斷、脈沖接收、倍頻辨向計數、零 點檢測及使能報警等于一體。提供給用戶的只是特定環(huán)境下特定功能的目標作業(yè)，控制系統(tǒng)的內 部包括控制算法和底層的接口等對用戶是一個“黑箱”。 針對傳統(tǒng)運動控制系統(tǒng)的這些缺陷，研究和開發(fā)具有開放式結構的高性能運動控制器己成為當前運動控制領域的一個重要發(fā)展方向，引起了人們的廣泛關注。與傳統(tǒng)的數控裝置相比，運動控制器具有以下特點 : 技術更新。運動控制器以其特有的靈活性和優(yōu)異的軌跡控制能力使許多工業(yè)生產設備煥發(fā)出勃勃生機。 數控系統(tǒng)和其他位置伺服系統(tǒng)一樣，是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，如圖卜 l 所示。 50 年代，無刷電機和直流電機實現了產品化，并在計算機外圍設備和機械設備上獲得了廣泛的應用。但由于該系統(tǒng)采用矢量變換控制，相對永磁同步電動機伺服系統(tǒng)來說控制比較復雜，而且電機低速運行時還存在著效率低，發(fā)熱嚴重等有待克服的技術問題， 目前并未得到普遍應用。直流伺服電機存在機械結構復雜、維護工作量大等缺點，在運行過程中轉子容易發(fā)熱，影響了與其連接的其他機械設備的精度，難以應用到高速及大容量的場合，機械換向器則成為直流伺服驅動技術發(fā)展的瓶頸。在工業(yè)發(fā)達國家， AC伺服電機的 市場占有率已經超過 80%。這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中。其次它們都具有故障自診斷與分析功能，無論什么時候，只要系統(tǒng)出現故障，就會將故障的類型以及可能引起故障的原因通過用戶界面清楚地顯示出來，這就簡化了維修與調試的復雜性 。也可以通過串行接口，與可編程控制器（ PLC）的數控模塊相連。轉子上的永磁材料通常 采用鐵氧體或稀土材料制成，磁場強度高，矯頑磁力很強，而價格又比較適當，可以有效的減少轉子的慣量，提高輸出轉矩和電機的功率比。 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 8 永磁交流同步伺服 內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器 根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。 2． 3 永磁交流同步伺服電動機的數學模型 條件 ： (1)忽略鐵心飽和； (2)不計渦流和磁滯損耗； (3)動子上沒有阻尼繞組，永磁體也沒有阻尼作用。位置伺服控制不同于普通電動機調速系統(tǒng)，它是以足夠的位置控制精度 (定位精度 )、位置跟蹤精度 (位置跟蹤誤差 )和足夠快的跟蹤速度作為主要的控制目標。 長春工業(yè)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 11 I SA 總線 ISA 總線是對 XT 總線的擴展，以適應 8/16 位總總線的要求。 該控制 系統(tǒng) 采用 ISA 總線 (PC／ AT 總線 )實現計算機與控制卡之間的信息傳遞。 ISA 總線的后 36 引腳擴展了 8 位數據線 、 7 位地址線以及存儲器和 I／ O 設備的讀寫控制線，并有中斷和 DMA 控制線、電源和地線等。雙向總線驅動器 74LS245 有 1