【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 跟蹤控制：在機(jī)械的同有振動(dòng)頻率較低時(shí)，通過(guò)將機(jī)械系模型化補(bǔ)償其滯 P，從而抑制其振動(dòng)。利用該功能，可縮短低剛性機(jī)械的整定時(shí)間。 ⑵ 機(jī)械共振抑制滬波器： _當(dāng)機(jī)械產(chǎn)生高頻共振間時(shí)，設(shè)走與機(jī)械系共振頻率 ? ? 致 的振動(dòng)瀘波器，從而抑制共振。 ⑶ 速度觀測(cè)控制：由于采用了速度觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了低速下的平滑運(yùn)轉(zhuǎn)和定位整定時(shí) 間的縮短，如圖 3所示。7 ⑷ 前饋補(bǔ)償：因加入了前饋補(bǔ)償，從而縮短了定位時(shí)間，如圖 4所示。 (5)偏置：當(dāng)欲縮短定位時(shí)間時(shí)，可根據(jù)負(fù)載條件使用，如圖 4所示。 (6) 零鉗位功能：使用速度控制時(shí)，有時(shí)即使速度指令為 “ 0 ” ，由于漂移亦會(huì)產(chǎn) 生移動(dòng)。零箝位動(dòng)作就是與速度指令低于設(shè)定值時(shí)，經(jīng)位置環(huán)將伺服鎖定而使其停轉(zhuǎn)的 功能。 (7) 制振控制：與機(jī)械的驅(qū)動(dòng)系發(fā)生振動(dòng)時(shí)，利用觀測(cè)控制合其減低，實(shí)現(xiàn)高伺服 增益的驅(qū)動(dòng)。通過(guò)該功能，改善伺服特性。 ⑶ 轉(zhuǎn)矩指令滬波器：由于軸共振引起伺服系起振時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)矩指令瀘波器抑制軸 共振。 ⑶ 模式開關(guān)：為改善電機(jī)加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的過(guò)渡特性，速度環(huán)的 PI (比例積分）控 制和 P (比例 ） 控制 ||丨切換。從而抑制過(guò)調(diào)和欠調(diào)，如圖 5所示。 Z — II伺服控制器的設(shè)定 (1) Z — II伺服控制器的用戶常數(shù) Z — II伺服單元具有很多功能，為了對(duì)這些功能進(jìn)行選擇以及進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，設(shè)定 有稱為 “ 用戶常數(shù) ” 的參數(shù)。 閣 3速度觀測(cè)控制 圖 4前饋補(bǔ)償和偏置 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 8 ⑵ 微動(dòng) （ JOG)速度 當(dāng)使用面板操作器或者數(shù)字操作器進(jìn)行屯機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定以及變更時(shí)，請(qǐng)使用該用戶 常數(shù)。 表 H川戶常數(shù)分為 3類 用戶常數(shù)的種類 功 能 PnOOO? Pn601 設(shè)定伺服單元的各種功能選擇及伺服增益 FnOOO? Fn012 執(zhí)行微動(dòng)模式運(yùn)行以及原 UnOOO? UnOOO 對(duì)丁 ? 電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及扭轉(zhuǎn)指令值等，可以用面板顯示器進(jìn)行監(jiān)視 表四參數(shù)設(shè) W. Pn304 微動(dòng) (X)G)速度 單位 設(shè)定范圍 出廠時(shí)的 出廠時(shí) 速度，扭矩 min一 1 0? 10000 設(shè)定 500 的設(shè)定 控制位置控 500 制 ⑶ 輸入屯路的信號(hào)分配 HJ以改變順序用輸入信號(hào)電路的分配。出廠時(shí)，對(duì)來(lái)自連接器 CN1的輸入信號(hào)的 分配設(shè)定如下。 表五端子設(shè)定 連接器 CN1的 端子編號(hào) 輸入端子名稱 出廠時(shí)的設(shè)定 縮寫 名稱 40 SI0 /SON 伺服 ON 41 SI1 /PCON (比例動(dòng)作指令） 42 SI2 POT 禁止正傳驅(qū)動(dòng) 43 SI3 NOT 禁止反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 44 SI4 /ALMRST 警報(bào)清除 45 SI5 /PCL (正轉(zhuǎn)側(cè)電流限制） 46 SI6 /NCL (反轉(zhuǎn)側(cè)電流限制） 根據(jù)下述的用戶常數(shù)，對(duì)輸入倍號(hào)的分配可以進(jìn)行自由設(shè)定 表六輸入信號(hào)出 r設(shè)定 9 (4)控制方式（模式 ） 選擇 SGDM型伺服單元，以速度控制，位置控制，扭矩控制為首，具有下述 12種控制方 式的用戶常數(shù)如下所示。 (5) Z — II伺服控制器的直流屯源輸入 ① 設(shè)定 。 + 1 端子 +280V 輸入信號(hào)分配模式出廠時(shí)的設(shè)定 0 速度，扭矩控制位置控制 的 設(shè)定 內(nèi) 容 0 順序用輸入信號(hào)的分配為出廠時(shí)的設(shè)定與本公司 SGDB— DAD□ 型伺服單元的設(shè)定相同。 1 可以對(duì)順序用輸入信號(hào)進(jìn)行 S由設(shè)定 表七控制方式 控制方式 0 速度控制（模擬指令） 1 位置控制（脈沖列指令 ） 2 扭矩控制（模擬指令） 3 內(nèi)部設(shè)定速度選擇（接點(diǎn)指令） 4 內(nèi)部設(shè)定速度選擇（接點(diǎn)指令）一速度控制（模擬指令） 5 內(nèi)部設(shè)定速度選擇（接點(diǎn)指令）一位置控制（脈沖列指令 ） 6 內(nèi)部設(shè)定速度選擇（接點(diǎn)指令）一扭矩控制（模擬指令） 7 位置控制（脈沖列指令 ） 一速度控制（模擬指令） 8 位置（脈沖列指令 ） 一扭矩控制（模擬指令） 9 扭矩控制（模擬指令）一速度控制（模擬指令） A 速度控制（模擬指令）一零箝位 B 位置控制（脈沖列指令 ） 一位置控制（禁止 ） 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 10 + 140V (100V 輸入 SGDM— ： ]BD(A)型的情況 ) 一端子 ： 0V B. 對(duì)于控制電源，請(qǐng)如下所示，輸入至 L1C , L2C(沒(méi)冇極性 ） 。 ? DC280V ? DC140(100V 輸入 SGDM— CIBD (A)型的情況 ) C. 請(qǐng)將用戶常數(shù) 1。 D. 控制電源上的重新。 ② Z _ II伺服控制器的偏移量的調(diào)整 當(dāng)為速度，扭矩控制時(shí)（模擬指令 ）， 雖然已將指令電壓指令為 0V,但是有時(shí)電機(jī) 仍然以微小的速度旋轉(zhuǎn)不停止。這是由 T來(lái)自上級(jí)裝置或者外部的指令電壓，帶有微小 量 （ mv單位）的偏移而引起的。在調(diào)整該偏移量，將其修正為 0V后，電機(jī)便會(huì)停止。 ③ Z — II伺服控制器的動(dòng)態(tài)制動(dòng)器 在運(yùn)行中，如果想使用動(dòng)態(tài)制動(dòng)器，使伺服電機(jī)停止時(shí)，請(qǐng)將下述的用戶常數(shù)設(shè)定為所 希望的方式。如果不使用動(dòng)態(tài)制動(dòng)器，則變?yōu)橛蓹C(jī)械摩擦而興城的自然停止。 2伺服系統(tǒng)的控制 2. 1. 1伺服電機(jī)的工作原理 伺服 IU動(dòng)機(jī)實(shí)際上就是兩相異步電動(dòng)機(jī)，所以有時(shí)也叫兩相伺服電動(dòng)機(jī)。如圖 6所 示，電機(jī)定子上有兩相繞組，一相叫勵(lì)磁繞組接到交流勵(lì)磁電源 ^上，另一相為 控制繞組接入控制電壓 K， 兩繞組在空間上互差 90176。電角度，勵(lì)磁電壓和控 制電壓 R頻率相卜 (]。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的丁作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)有相似之處。汽交流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì) 磁繞組接到勵(lì)磁電流 ~上，若控制繞組加上的控制屯壓 amp。為 0「時(shí) （ 即無(wú)控制電壓 ） ， 所產(chǎn)生的是脈振磁通勢(shì)，所建立的是脈振磁場(chǎng)，電機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)控制繞組加上的控 制電壓 K產(chǎn)生的控制屯流與勵(lì)磁電流的相位不同時(shí)，建立起橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) (若 t與 7/相位差為 9〇 176。時(shí)，則為 |到形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ）， 于 ? 是產(chǎn)生起動(dòng)力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 圖 6伺服電動(dòng)機(jī)丁作股理圖 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 12 動(dòng)起來(lái)。如果屯機(jī)參數(shù)與 一 ? 般的單相異步電動(dòng)機(jī)一樣，那么當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn) 速雖會(huì)下降些，但仍會(huì)繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。 2. 伺服電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它可以通過(guò)輸入脈沖佶號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng) 角度可以由輸入脈沖數(shù)來(lái)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率來(lái)決定。伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)是由單片機(jī) AT89S52產(chǎn)生的。其基本原理作用如下： ⑴ 控制換相順序 通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相伺服電機(jī)的三拍丁 .作方式，其各相通 電順序?yàn)?A— B — C 一 D，通電 控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A， B， C， D相的通斷。 (2) 控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就 會(huì)反轉(zhuǎn)。 (3) 控制伺服電機(jī)的速度 如果給伺服電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩 個(gè)脈沖的間隔越短，伺服電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。所以調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì) 伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。 其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成 90度 電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動(dòng)機(jī)一種兩 相的交流電動(dòng)機(jī)。 . 1伺服系統(tǒng)的概念 “ 伺服 ” 一詞源 T希臘語(yǔ) “ 奴隸 ” 的意思。人們想把 “ 伺服機(jī)構(gòu) ” 當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的 馴服 T具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在訊號(hào)來(lái)到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；訊號(hào)來(lái)到之 后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于它的 “ 伺服 ” 性能，因此 而得名一伺服系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)是機(jī)電產(chǎn)品中的重耍環(huán)節(jié)，其控制性能反映了機(jī)屯設(shè)備的控制質(zhì)量。伺服 系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣，電氣伺服又經(jīng)歷了由模擬到模擬 ? 數(shù)字混合再到全數(shù) 字化伺服的演進(jìn)過(guò)程。伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)對(duì)象，又分為直流（直流 ） 伺服系統(tǒng) 和交流（ AC )伺服系統(tǒng)。到 90年代初期，隨著微處理技術(shù)、高性能功率半導(dǎo)體功率 器件等產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展及性價(jià)比的日益提高，交流伺服技術(shù)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。 交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型來(lái)分，主要有兩大類：永磁同步 （ SM型） 電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步 （ IM型）電動(dòng)機(jī) 交流伺服系統(tǒng)。感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī) 交流伺服系統(tǒng)由于電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)岡、制造容易、價(jià)格低廉，具有良好的發(fā)展前景，是未 來(lái)伺服技術(shù)的發(fā)展方向之一。 2. 2. 2伺服系統(tǒng)定義 伺服系統(tǒng)一是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入冃標(biāo) （ 或給定 值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū) 動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制得非常靈活方便。 2. 2. 4伺服系統(tǒng)的纟 _R成 伺服系統(tǒng)如圖 7所示，是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由位置監(jiān)測(cè)部分、誤差放 大部分、執(zhí)行部分及被控對(duì)象組成。 2. 2. 5伺服系統(tǒng)的性能要求 伺服系統(tǒng)必須具備可控性好，穩(wěn)定性高和速應(yīng)性強(qiáng)等基本性能。說(shuō)明一下，可控性 好是指訊號(hào)消失以后，能立即自行停轉(zhuǎn) 。穩(wěn)走性高楚指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)距的增加而均勻下降 。速 應(yīng)性強(qiáng)是指反應(yīng)快、靈敏、響態(tài)品質(zhì)好。 通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的種類來(lái)分類，有電氣式、油丨 U式或電氣一油式三種。(輸入 ） 放大 執(zhí)行 被控對(duì)象（輸出 ) 圖 7伺服系統(tǒng)的組成 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 14 伺服系統(tǒng)若按功能來(lái)分，則有計(jì)量伺服和功率伺服系統(tǒng) 。模擬伺服和功率伺服系統(tǒng) 。 位置伺服和加速度伺服系統(tǒng)等。 電氣式伺服系統(tǒng)根據(jù)電氣信號(hào)可分為直流伺服系統(tǒng)和 AC交流伺服系統(tǒng)二大類。 AC交流伺服系統(tǒng)又有異步電機(jī)伺服系統(tǒng)和同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種。 伺服電機(jī)要求從最低速到最高速都能平穩(wěn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩紋波要小，尤其在低速時(shí)仍有 平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象；電機(jī)應(yīng)具有較大的長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載能力：電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓；電機(jī)能承受頻繁啟動(dòng)、制 動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 2. 2. 8伺服控制方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 伺服控制方式的優(yōu)點(diǎn)： ⑴ 可靠性高，不易發(fā)生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)接 線接錯(cuò)或使用中元件損壞等問(wèn)題時(shí)，有可能使控制屯壓升至正的最人值。這種情況是很 危險(xiǎn)的。如果用脈沖作為控制信號(hào)就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。 ⑵ 信號(hào)抗干擾性能好。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。 當(dāng)然 R前由丁 ? 伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器的限制，用脈沖方式控制伺服電機(jī)也有一些 性能方面的弱點(diǎn)。一是伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式，二是運(yùn)動(dòng)控 制器和驅(qū)動(dòng)器如何用足夠高的脈沖信號(hào)傳遞佶息。 這兩個(gè)根本的弱點(diǎn)使脈沖控制伺服電機(jī)有很大限制。 (1) 控制的靈活性大大下降。這是因?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器工作在位置方式下，位置環(huán)在伺 服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的 PID參數(shù)修改起來(lái)很不方便。當(dāng)用戶要求比較高的控制性 能時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)很 W難。從控制的角度來(lái)看，這只是一種很低級(jí)的控制策略。如果控制 程序不利用編碼器反饋信號(hào)，事實(shí)上成了一種開環(huán)控制。如果利用反饋控制，整個(gè)系統(tǒng) 存在兩個(gè)位置環(huán)，控制器很難設(shè)計(jì)。在實(shí)際屮，常常不用反饋控制，但不定時(shí)的讀取反 饋進(jìn)行參考。這樣的一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，如果運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)通道上產(chǎn) 生干擾，系統(tǒng)是不能克服的。 (2) 控制的快速性速度不高。 3基于單片機(jī)的伺服機(jī)控制器 AM26LS31和 AT89S52的介紹 3. AM26LS31的工作原理 15 AM26LS31是一個(gè)四條的正負(fù)輸出線驅(qū)動(dòng)器，這個(gè)設(shè)計(jì)符合 ANSITIA/EIA422 B的 和 ITU(從前的 CCITT)推薦 V. 11的要求。 3個(gè)狀態(tài)輸出端的驅(qū)動(dòng)器有高現(xiàn)在的能力 平衡了線，例如擰 雙或平行 電線輸電線路，而且他們提供斷電情況的高阻抗。對(duì)所 有的四個(gè)驅(qū)動(dòng)器提供高電平的選擇或者低電平 (G,G)輸入端，這個(gè)使能功能楚通常的。 低電壓的 Schottky電路在不降低速度的情況減少電力損耗。 AM26LS31C是在 0C到 70C之間操作是正常的。 3. 1. 2 AT89S52 的介紹 AUnel公司的 AT89S52單片機(jī)。 AT89S52是 ? 種低損耗高性能，互補(bǔ)型金屬氧化半 導(dǎo)體/I位微處理器，含有閃現(xiàn)存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入嚓除 1000次，數(shù)據(jù)保持時(shí)間為 10 年，因此，有著十分廣泛 （ T2) P ，特別是在便攜 式，省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用它的主要特點(diǎn)為。： ⑴ 內(nèi)含閃光存儲(chǔ)器由 T內(nèi)部含有閃光存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中可以十分 容易