【正文】 ....................... 1 位置伺服系統(tǒng)的構成 ............................................... 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的工作原理及數(shù)學模 型 .................... 7 2． 1 永磁交流同步伺服電動機的結構 .................................... 7 2． 2 永磁交流同步伺服電動機 的工作原理 ................................ 7 2． 3 永磁交流同步伺服電動機的數(shù)學模型 ................................ 8 第三章 伺服控制系統(tǒng)設計 ............................................. 10 系統(tǒng)方案設計 .................................................... 10 I SA 總線 ....................................................... 11 總線驅動、數(shù)據(jù)鎖存及譯碼電路 .................................... 12 中斷定時電路 .................................................... 14 3． 5 使能報警 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)模轉換電路 ................................................... 17 第四章 系統(tǒng) CMOS／實時時鐘硬件中斷定時 .............................. 20 4． 1 WINDOWS系統(tǒng)中時鐘的選擇 ......................................... 20 4． 2 通過對系統(tǒng) CMOS／實時時鐘 (RTC)編程實現(xiàn)高精度定時 ................ 21 4． 2． 1 系統(tǒng) CMOS／實時時鐘簡介 ...................................... 21 WINDOWS 98環(huán)境下實時鐘的使用 ................................... 23 對 RTC 編程的實現(xiàn) .............................................. 23 4． 3 中斷時間的測試 ................................................. 25 第五章 P ID 控制 .................................................... 27 5． 1 P I D 控制簡介 .................................................. 27 5． 2 P L D 控制器設計 ................................................ 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)大學人文信息學院 畢業(yè)論文設計 伺服運動控制器的研制 V 第六章 總結與展望 ................................................... 32 總結 ............................................................ 32 參考文獻 ............................................................. 34 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 1 伺服運動控制器的研究 第一章 緒 論 引言 隨著 科學技術的進步，傳統(tǒng)的運動控制系統(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。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 I 摘 要 隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)的運動控制系統(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)具有開放式結構的高性能運動控制器已成為當前運動控制領域的重要發(fā)展方向。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。由于采用了多片單片機并行的結構，使 得系統(tǒng)的通訊和同步難以實現(xiàn)，同時數(shù)據(jù)相關性復雜，導致控制系統(tǒng)的容錯性和可靠性變差。 現(xiàn)代通訊和網(wǎng)絡控制技術日新月異，并在人們的生活中占據(jù)越來越重要的位置。在 PC 機上經(jīng)簡單編程即可實現(xiàn)運動控制，不需要專門的數(shù)控軟件。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)有測量反饋環(huán)節(jié)，其中，半閉環(huán)系統(tǒng)只有安裝在絲杠或驅動電機轉軸上的測量元件，檢測與角位移有關的物理量，而閉環(huán)系統(tǒng)具有安裝在工作臺上的測量元件，可檢測與直線位移有關的物理量。這樣，進給坐標的實際位置就能跟隨指令變化，構成一個位置伺服系統(tǒng)。其中，永磁同步電動機交流伺服 系統(tǒng)在技術上已趨于完全成熟，具備了十分優(yōu)良的低速性能，并可實現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應了高性能伺服驅動的要求。電流調(diào)節(jié)器若為比例形式，三個交流電流環(huán)都用足夠大的比例調(diào)節(jié)器進行控制，其比例系數(shù)應該在保證系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的前提下盡量選大些，使被控異步電動機三相交流電流的幅值、相位和頻率緊隨 給定值快速變化，從而實現(xiàn)電壓型逆變器的快速電流控制。 （ 4）伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 從前面的討論可以看出，數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的應用越來越廣，用戶對伺服驅動技術的要求越來越高。 3. 采用新型電力電子半導體器件 目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來越多地采用開關頻率很高的新型功率半導體器件，主要有大功率晶體管（ GTR）、功率場效應管（ MOSFET）和絕緣門極晶體管（ IGBT）等。高度的集成化還顯著地縮小了整個控制系統(tǒng)的體積，使得伺服系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作都得到了簡化。 6. 模塊化和網(wǎng)絡化 在國外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術為基礎的工廠自動化（ Factory Automation 簡稱 FA）工程技術在最近十年來得到了長足的發(fā)展，并顯示出良好的發(fā)展勢頭。特別是由于近年來大功率電子器件，以及用高速微處理器與功率電子器件相結合發(fā)展出來的大功率交流逆變技術，使其靜態(tài)與動態(tài)性能不僅已經(jīng)達到了直流伺服電機的水平，在有些方面，比如輸出轉矩的平穩(wěn)性方面，甚至超過了直流伺服電機的水平。永磁同步型交流伺服電機內(nèi)部采用單一 的角度位置傳感器來連續(xù)檢測，并以檢測的結果為依據(jù)使三相電機電流實現(xiàn)正交控制。電角度空間位置，轉子在新位置上，使位置傳感器 U、 V、 W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進 60176。 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 10 第三章 伺服控制 系統(tǒng) 設計 系統(tǒng) 方案 設計 位置控制主要是對數(shù)控機床的進給運動的坐標軸位置進行控制。硬件主要由伺服控制卡組成，接收進給指令，進行 D／ A轉換，為速度單元提供命令電壓；同時位置反饋信號被處理，與指令值進行比較。 （ 2） ISA 總線是一種多主控（ Multi master）總線，除 CPU 外，其他主控設備可以是 DMAC、 DRAM 刷新控制器和一個代處理器的智能接口卡。它既可以利用前 62 引腳的插座插入與工 BM PC 總線兼容的 8 位接口電路卡，也可以利用整個插座插入 16 位接口電路卡?？?線驅動可以減少主機的負擔，不管驅動器后面接多少塊插件板或集成電路芯片，都能消除驅動器后的負載電路對主機芯片的影響。 一路為片選譯碼。 Windows 98 環(huán)境下獲得定時時鐘的方法有利用 Windows 系統(tǒng)時鐘 和利用多媒體定時等方法。如電動機的啟、停信號，開關量的開閉信號，零點檢測信號等就必須經(jīng)過信息形式的轉換。 圖 32 是脈沖接收電路、倍頻 鑒向電路和零點檢測電路的框圖，實現(xiàn)脈沖接收電路、倍頻鑒向電路和零點檢測電路如圖 3— 3所示。 A、 B、 Z三種脈沖通過邏輯與門 74LS21接入到觸發(fā)器 74LS74的時鐘端 CP來構成零點檢測電路。圖 35 是數(shù)模轉換電路框圖。寫信號 WR直接 連到系統(tǒng)的 IOW 線上， CS 接 Y4。在 IBM PC 硬件中，有一個 8253 定時芯片，提供 3個 可編程的定時／計數(shù)器 (T／ C0— T／ C2)。 由于多媒體的需要， windows 對 系統(tǒng)的定時進 行了重新編程，在它的 多媒體擴展庫 中提供了更高精度的定時服務。 通過這些功能調(diào)用可以實現(xiàn)最高 lms 精度的定時服務，但是它們和系統(tǒng)計時器一樣，工作在應用層上。采用 VtoolsD 開發(fā)工具通過 編寫虛擬設備驅動程序 (VxD)對系統(tǒng)CMOS／實時時鐘 (RTC)進行硬件定時器編程，來接管 IRQ8，實現(xiàn)高精度定時。 RTC 的中斷類型是 IRQ8：基本 I/O 端口是 0x70～ 0x71， 0x70 是地址索引口， 0x7l 是寄存器操作口。正是由于 VxD 與 VMM 之間的緊密協(xié)作，才使得 VxD具有應用程序所不具備的能力，諸如可以不受限制的訪問硬件設備、任意查看操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構 (如描述符表、頁表等 )、訪問任何內(nèi)存區(qū)域、捕獲軟件中斷、捕獲 I／ O 端口操作和內(nèi)存訪問等，甚至還可以截取硬件中斷。 virtual BOOL OnSysDynamicDeviceExit()。 if(!pMyIRQ I I!pMyIRQhook ()) return FALSE。 _outp(0x71， 0x40 I b)。在實例中通過使 用 Debug Monitor 工具來測試中斷。 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 27 第 五 章 P ID 控制 5． 1 P I D 控制簡介 PID 控制是比例積分微分的簡稱。系統(tǒng)是由模擬 PID 控制器和被控對象組成。 (2)PID 控制算法蘊含了動 態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在、和將來的主要信息。 (即每轉可以檢測到 1 000個脈沖 )。 (5)PID 控制可以根據(jù)不同的需要，針對自身的缺陷進行改進，并形成了一系列改進的算法。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之越強。特別是近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，發(fā)生了由模擬 PID 控制到數(shù)字 PID 控制的重大轉變。測試部分程序相當簡單，只要在進入中斷時加入一條輸出流，將Default Monitor 所顯示的相鄰時間相減就是中斷時間。 if(pMylRQ) delete pMylRQ。 _outp(0x71， a＆ 0x80 I 0x22)。 _inp(0x71)。由于使用 DDK開發(fā) VxD十分繁瑣和復雜，需對 Windows系統(tǒng)的硬件和結構有詳細的了解，因而在實際的應用中易采用 VtoolsD 開發(fā)工具來編寫 VxD 文件。 Windows 98 環(huán)境下實時鐘的使用 從上述分析中可以看出，只要設置狀態(tài)寄存器 B 的 PIE=1，就可以讓實時鐘通過IRQ8 向系統(tǒng)申 請外部中斷，中斷的頻率由狀態(tài)寄存器 A的 RS3～ RS0 的值決定，周期中斷及輸出方波頻率 (基頻為 )的選擇見表 51。 現(xiàn)代系統(tǒng)把 CMOS 組合成芯片組或超級 I／ 0芯片。 由于在 Win32 多任務搶