【正文】 xD 的運行性能，在程序中獲取時間值是必要的。如圖 42 Debug Monitor 所顯示的內(nèi)容。與此同時還涌現(xiàn)出了許多新型 P 工 D 控制算法和控制方式。 3． 微分環(huán)節(jié) 能反映偏差信號的變化趨勢 (變化速率 )，并能在偏差信號值變得 太大之前，在系統(tǒng)中引入一個早期的修正信號，從而加快 系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。 正是由于 PID 控制具有上述許多優(yōu)點，使得它仍然是在電氣傳動和過程控制中應最廣 泛的基本控制方式，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)。其主要性能指標為： 1．額定轉(zhuǎn)矩 Mn=3． 57Nm 2．最大轉(zhuǎn)速 nN3000r/min 3．額定功率 P=0． 75KW 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 29 4．光電編碼器分辨率為 pf=2500 脈沖 /rad，四倍頻。這是因為PID 控制具有如下優(yōu)點： (1)PID 控制原理簡單，使用方便，并且已經(jīng)形成了一套完整的參數(shù)設計和參數(shù)整定方法，很容易為工程技術人員所掌握。 常規(guī) PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 5l 所示。除了中斷服務響應時間，應用程序與 VxD 通信耗費時間，以及應用程序讀寫操作耗費時間，通過 debt． 1g Monitor 測得定時精度平均為 6 μ s，可以滿足高精度的電機控制，證明借助于 VxD在 windows 環(huán)境下實現(xiàn)實時控制是可行的。因此測試中斷時間就顯得尤為重要。 _outp(0x70， 0xb)。 ／／通知 VPICD 中斷結(jié)束 ) BOOL ClockDevice：： OnSysDynamicDeviceInit() { pMyIRQ=new MyHwInt ()。 class ClockDevice ： public VDevice { public： virtual BOOL OnSysDynamicDeviceInit ()。 VxD可以隨 VMM 一起靜態(tài)加載或卸載。周期性中斷發(fā)生頻率的可編程范圍是 s～ 500ms。本課題在方案設計期間，綜合考慮了以上的 3 種定式方法，利用計算機系統(tǒng)中的實時鐘 CMOS，最終采用了外界硬件定時的方式。因而在用完定時器后要及時的 終結(jié)這個定時器，可以采用系統(tǒng)提供的函數(shù)： MMRESULT timeKillEvent(UNIT uTimerID)：式中的 uTimerID 為由 timeSetEvent返回的定時器編號。所有這些對于欲記錄時間的實時系統(tǒng)是很不利的。 windows 98 環(huán)境下獲得定時時鐘的方法有如下幾種： Windows 系統(tǒng)時鐘 Windows 提供的定時器是建立在 DOS 的 INT 1CH 中斷基礎之上的。 MX7545A 輸入數(shù)據(jù)線的低 8 位 DB7DB0，連到數(shù)據(jù)總線的 D7D0，高 4 位 DB11DB8，接到鎖存器 74LS273 的 4Q1Q。 3． 7 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 數(shù)模轉(zhuǎn)換的主要任務是把比較器的數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴ｋp“四選一”線路用專用的集成電路 74LSl53 構(gòu)成， 其真值表見表 32。因一個周期內(nèi)的一個脈沖表示工作臺移動了一個柵距，這一個周期內(nèi)的四個脈沖中的每一個則表示了工 作臺移動了 1／ 4 柵距，這樣就提高了光柵測量裝置的分辨率。而且必須能在計算機與輸入輸出裝置之間進行必要的信息形式轉(zhuǎn)換。因此，要完成實時控制任務，首先就是要能獲得準確的時間。 系統(tǒng)地址總線采用一個三態(tài)單向緩沖器 74LS244 來驅(qū)動 A0～ A IOR、 IOW、RESET。而且，總線驅(qū)動器除了起到驅(qū)動作用外，還能對其后的負載的變化起隔離作用。 ISA 總線設計成前 62引腳和后 36引腳的兩個插座。 ISA 總線的數(shù)據(jù)傳送率為8MB/s。 位置控制功能由軟件和硬件兩部分共同實現(xiàn)，軟件負責偏差和進給速度指令數(shù)值的計算。 2． dq 軸電壓電流方程 ud=rdid vφ q+ = vφ q+ uq=rqiq+ v(φ f+φ d)+ =rqiq + vφ f+ 式中， =Ldid (29) =Lqi q (210) 式中， ud、 uq分別為動手 d 軸、 q 軸電壓； id、 iq分別為動 子 d、 q 軸電樞電流；φ d、 φ q分別為由動子 d、 q 軸電樞電流產(chǎn)生的 d、 q軸磁鏈： rd、 rq分別為動子 d、 q軸電阻； Ld、 Lq分別為動子 d、 q軸電感。電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當于 60176。此外，由于在電機軸上沒有直流伺服電機的整流子和電刷，電機的軸向尺寸可以小一些。 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 7 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 2． 1 永磁交流同步伺服電動機的結(jié)構(gòu) 在 數(shù)控機床中，交流伺服電機正在逐漸代替直流伺服電機，這是由于交流伺服電機本身結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，體積較小，重量較輕，沒有整流子機械換向，所以遠比直流伺服電機便于維護。對于使用伺服單元的用戶來 說，這是新型伺服系統(tǒng)最具吸引力的特點之一。同一個控制單元，只要通過軟件設置系統(tǒng)參數(shù)，就可以改變其性能，既 可以使用電機本身配置的傳感器構(gòu)成半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。全數(shù)字化的實現(xiàn)，將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服系統(tǒng)中 應用現(xiàn)代控制理論的先進算法（如 :最優(yōu)控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡等）成為可能。在實際應用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服產(chǎn)品已經(jīng)成為主流產(chǎn)品。速度環(huán)和位置環(huán)可使用單片機控制，以使控制策略獲得更高的控制性能。 交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動電動機的類型來分，主要有兩大類 :永磁同步（ SM 型）電動機交流伺服系統(tǒng)和感應式異步（ IM 型）電動機交流伺服系統(tǒng)。其工作過程是，由 CNC 來的位置輸入指令與位置反饋裝置檢測出的進給坐標的實際位移量進行比較，把比較得來的偏差信號，經(jīng)過位置控制裝置的運算 ，將結(jié)果輸出到 D／ A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)伺服放大器放大后變成電壓信號，成為速度環(huán)給定信號，控制電機向消除偏差的方向旋轉(zhuǎn)，直到偏差為零時，電機停止運動，到達指定位置。開環(huán)系統(tǒng)沒有測量反饋環(huán)節(jié)。 操作簡單。這為發(fā)展開放式結(jié)構(gòu)的運動控制系統(tǒng)積累了經(jīng)驗，創(chuàng)造了良好的條件。 容錯性和可靠性差。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 本論文以永磁交流同步伺服電動機為核心，對運動控制器的硬件結(jié)構(gòu)進行了全面的改進，實現(xiàn)了運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。歸納起來，主要表現(xiàn)在以下幾個方面 : 封閉式結(jié)構(gòu)。不利于構(gòu)造大系統(tǒng)，無法實現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)調(diào)以及遠程和漫游控制。 運動控制器利用高性能微處理器及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷崿F(xiàn)伺服電機的多軸協(xié)調(diào)控制，將實現(xiàn)運動控制的底層軟件和硬件集成在了一起，具有伺服電機控制所需的各種速度、位置控制功能。目前，運動控制器的應用日益廣泛，可以說只要有伺服電機應用的場合就離不開運動控制器。由于絲杠和工作臺間傳動誤差的存在，半閉環(huán)系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但比閉環(huán)系統(tǒng)簡單，易調(diào)整。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動的電機類型分為直流（ DC）伺服系統(tǒng)和交流（ AC）伺服系統(tǒng)。感應式異步電動機交流伺服系統(tǒng)由于感應式異步電動機結(jié)構(gòu)堅固，制造容易，價格低廉，因而具有很好的長春工業(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 4 發(fā)展前景，代表了將來伺服技術的方向。 （ 3）交直流伺服系統(tǒng)的比較 直流伺服驅(qū)動技術受電機本身缺陷的影響，其發(fā)展受到了限制。從目前 國際市場的情況看，幾乎所有的新產(chǎn)品都是 AC 伺服系統(tǒng)。尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)開始使用一種把控制電路功能和大功率電子開關器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模 塊（ Intelligent Power Modules，簡稱 IPM）。最新數(shù)字化的伺服控制單元通常都設計為智能型產(chǎn)品，它們的智能化特點表現(xiàn)在以下幾個方面 : 首先他們都具有參數(shù)記憶功能，系統(tǒng)的所有運行參數(shù)都可以通過人機對話的方長春工業(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 6 式由軟件來設置，保存在伺服單元 內(nèi)部，通過通信接口，這些參數(shù)甚至可以在運行途中由上位計算機加以修改，應用起來十分方便 。這些接口的設置，顯著地增強了伺服單元與其它控制設備間的互聯(lián)能力，從而與 CNC 系統(tǒng)間的連接也由此變得十分簡單，只需要一根電纜或光纜，就可以將數(shù)臺，甚至數(shù)十臺伺服單元與上位 計算機連接成為整個數(shù)控系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子為勵 磁，定子為電樞。 2． 2 永磁交流同步伺服電動機的工作原理 永磁交流同步伺服電動機的工作原理可以通過圖 22來說明。正因為無刷直流電動機 的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱作自控式同步電動機。軸控制是數(shù)控機床上要求最高的位置控制，不僅對單個軸 的運動和位置精度的控制有嚴格要求，而且在多軸聯(lián)動時，還要求各移動軸有很好的動態(tài)配合。從該圖可以看出，系統(tǒng)的硬件設計主要有以下部分組成：ISA 總線、總線驅(qū)動、數(shù)據(jù)鎖存及譯碼電路、中斷定時電路、使能報警 I/O 電路、倍頻 辨向電路、脈沖接收電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及零點檢測電路。 目前， ISA 總線的接口邏輯已有 原多個獨立功能芯片發(fā)展到大規(guī)模單片控制集成電路為主芯片，這種多功能芯片稱為芯片組，如 486SLC 系統(tǒng)主板上使用的 208 腳的PCchip2，該芯片組包括 DMA 控制器、存儲器管理器、計數(shù) /定時器、中斷控制器、總線控制器及支持 CPU 所需的各種控制邏輯及所有的總線緩沖、奇偶校驗電路等。另外， ISA 總線修改了部分總線信號的名稱，但它們與原 IBM PC 總線信號保持完全的兼容。系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線通過三態(tài)雙向緩沖器 74LS245 形成和驅(qū)動。 A0～ A2經(jīng) 74LS244 驅(qū)動后分別連接 138 譯碼器的 3 個編碼輸入端 A、 B、 c，控制輸入端 G1接 +5V，瓦接讀寫命令，瓦接 A2，當 3 個控制端同時有效時，譯碼器才進行正常譯碼。所以在實際應用中，常常采用外界專門的硬件時鐘電路來獲取可靠的時間觸發(fā)信號，將外界的定時觸發(fā)作為一個硬件中斷，采用中斷的方式來進行實時系統(tǒng)中各種任務的處理。 使能報警 I/O 部件主要由一片 74LS244，一片 74LS273 加上光電隔離 TLP524構(gòu)成，主 CPU 可通過寫命令接通和關斷使能，并可查詢使能狀態(tài)。 75175 接收電機傳來的 A、 A、 B、 B、 Z、 Z 脈沖，同時輸出 A、 B、 Z 三種脈沖到倍頻電路。從圖中可以看出：當電機正向旋轉(zhuǎn)時，在 1Y 段輸 出了一系列代表移動距離的數(shù)字脈沖，而 2Y 端為低電平；反過來，當電機反向旋轉(zhuǎn)時，在 1Y 端為低電平，而 2Y端輸出了一系列代表移動距離的數(shù)字脈沖。 本模塊選用 MAXIM 公司生產(chǎn)的 MX7545A。 當譯碼輸出 Y3=0，或者而礦有效 (即 lOW=0)，則向鎖存器寫入高 4 位數(shù)據(jù)；當Y4=0，此時若 IOW=0，則 12 位數(shù)據(jù)一起寫入 MX7545A，開始 D／ A 轉(zhuǎn)換。實時控制系統(tǒng)的中斷周期一般都在 l0ms 以下，但可以對 8253 直接編程產(chǎn)生 lOms 以下的中斷周期。應用程序可以得到周期性服務。實際上，多媒體回調(diào)函數(shù)的定時精度只能達到 lOms級。因此內(nèi)部的時鐘電路可永久地 (只需按時更換電池 )保持時鐘的蹤跡，即不僅支持每天時間的更新，而 且支持日期 (世紀、年、月、日 )的更新，故而稱其為實時鐘。 RS3～ RSO：選擇 22 級分頻器的輸出信號頻率，系統(tǒng)初始化為 0110，即 1024Hz。大多數(shù) VxD 管理硬件設備，也有一些 VxD 管理或代替與之 有關的軟件，如 ROM BIOS 例程。 }。 a=_inp(0x71)。 return TRUE： } BOOL ClockDevice：： OnSysDynamicDeviceExit() { _outp(0x70， 0xb)。 Monitor 輸出的是和命令相關的事件。除了在最簡單情況下應用的開關控制外，它是當時唯一的控制方式。 簡單說來， PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： 即時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。 (3)PID 控制適應性強，可以廣泛用于電氣傳動、伺服控制、化工、熱工、冶金、煉油、造紙、建材以及加工制造等各個生