【文章內(nèi)容簡介】 級放大器的放大倍數(shù)20bit FIFO 保持寄存器 HSI形式 事件檢測器 HSI狀態(tài) HSI時間 T1 7bit 16 20 16 4 8 當(dāng)前 狀態(tài) 4 HIS 觸發(fā)形式 8個正跳變負跳變正跳變正或負跳變 HSI0 HSI1 HSI2 HSI3 時鐘 圖 HIS 的結(jié)構(gòu)圖 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設(shè)計 11 為 。當(dāng)參考電壓為 5V 時，輸入電壓為 5V 則 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為 1023，輸入電壓為0V 時， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為 0，輸入電壓為 時， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為 512。由此可知，電流反饋回路反饋系數(shù) α= 20A )((20A )1023??=，電流測量分辨率為 ，整個反饋通道濾波的時間常數(shù)為 。 ++C1 C25VR3R6R7R4R5R1R9R8R2GNDAM1 AM2 A/D 輸入口Um5V 轉(zhuǎn)度反饋通道 轉(zhuǎn) 速反饋通道由光電脈沖發(fā)成器、光電隔離器 PC900、可編程門陣列 GAL16V8和計數(shù)器、定時器等組成。光電脈沖發(fā)成器和電動機轉(zhuǎn)子同軸，它輸出的 A、 B兩相脈沖信號必須經(jīng)過 GAL16V8的分頻、鑒相，而且進入微處理機控制電路之前，必須經(jīng)過光電隔離器 PC900，防止電磁干擾影響微處理器機控制電路的正常工作 。在電機高速運轉(zhuǎn)時 ， A、 B兩相脈沖信號的頻率也很高，要求光電隔離的元件有比較快的響應(yīng)速度，所以 本次設(shè)計中 我們選用 PC900。 采用光電隔離器來隔離具有顯著的優(yōu)點 : 單方向傳遞信號 , 寄生反饋小 , 傳輸信號的頻帶寬 。 抗干擾能力 強 , 不容易受周圍電磁場的影響 。 光電脈沖發(fā)生器是增量式光電編碼器的一種 ,它由光源、光電轉(zhuǎn)盤、光敏元件和光電放大整形電路 組成如圖 所示。光電轉(zhuǎn)盤與被測軸連接 , 光源通過光電轉(zhuǎn)盤的透光孔射到光敏元件上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時光敏元件便發(fā)出與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號。電機軸上的光電編碼器產(chǎn)生兩路編碼脈： A 相和 B 相脈沖 。 我們選用的光電脈沖發(fā)生器圖 電流反饋信號放大濾波電路圖 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設(shè)計 12 每轉(zhuǎn)刻度為 2500，其輸出的 A、 B 兩相脈沖經(jīng)四倍頻后，可獲得每轉(zhuǎn) 10000 個脈沖的角位移分辨率。 位置反饋通道 位置反饋通道由光電脈沖發(fā)生器、光電隔 離器 PC900、可編程門陣列 GAL16V8（和速度反饋通道共用），以及計數(shù)器 T1和計數(shù)器 T2組成。位置的反饋數(shù)字量可用可逆計數(shù)方式獲得。如將 A、 B 的 4 倍頻信號輸入 8097 內(nèi)部的 T T2的脈沖輸入端，T1工作于受控方式，控制信號為電動機的轉(zhuǎn)向信號 Q ， T2對所有的 4A 脈沖信號計數(shù)，則電動機正轉(zhuǎn)時， Q 為低電平封鎖 T1，反轉(zhuǎn)時允許 T1 對 4A 脈沖信號計數(shù)，則電動機在一個位置環(huán)的采樣周期內(nèi)位置偏移量為 ΔP(k)=ΔT2(k)2ΔT1(k) 其中， ΔT2(k) 和 ΔT1(k)分別為 T T1在一個位置環(huán)采樣周期內(nèi)的計數(shù)值。系統(tǒng)的絕對位置反饋量為 P(k)=??k1i ΔP(i) 控制輸出通道 控制輸出通道由 8254 計數(shù)器的兩個計數(shù)通道 0 計數(shù)器和 1 計數(shù)器構(gòu)成，它作為脈寬調(diào)制信號發(fā)生器，在控制輸出通道中將數(shù)字量的控制信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制控制信號 。 8254 計數(shù)器中的 0 計數(shù)器做定時器用，它產(chǎn)生 2KHz 的脈沖信號，這個脈沖信號觸發(fā)控制 1 計數(shù)器。電流調(diào)節(jié)器的控制輸出值在每個采樣周期被送到 1 計數(shù) 器，作為計數(shù)初始設(shè)定值。 0 計數(shù)器 的輸出脈沖使 1 計數(shù)器計數(shù)開始，并且使 1 計數(shù)器輸出為低電平， 1 計數(shù)器對每一個頻率時鐘脈沖從設(shè)定的初始值開始做減 1 計數(shù)，減() () 圖 光電脈沖發(fā)生器部件分解示意圖 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設(shè)計 13 到 0 之后輸出為 高電平。如果 1 沒有得到新的計數(shù)初始值而 0 計數(shù)器的輸出脈沖有到達后， 1 按上次初始值設(shè)定。這樣 1 計數(shù)器的輸出就是和電流調(diào)節(jié)器控制輸出值有對應(yīng)占空比的脈寬調(diào)制信號。那么，提高計數(shù)時鐘信號的頻率可增加脈寬調(diào)制信號的分辨率，通過軟件編程的方式改變 1 的初始計數(shù)設(shè)定值，可以調(diào)整晶體管脈寬調(diào)制放大器的工作頻率。 伺服系統(tǒng)給定輸入通道 在本設(shè)計中 采用串行通信作為伺服系統(tǒng)的給定輸入通道。給定輸入通道由上位微型計算機、電平轉(zhuǎn)換電路、串行通信接口組成。一旦上位微型計算機和伺服系統(tǒng)實現(xiàn)了通信聯(lián)系，不僅可以通過上位微型計算機給伺服系統(tǒng)發(fā)送各種各樣的運行命令，還可以隨時修改伺服系統(tǒng)的參數(shù)，顯示其運行過程中的狀態(tài)變量，為系統(tǒng)調(diào)試提供了極大的方便 [12]。 RXDA/DP26光隔T2CLKHSI0上位微型計算TXDCLKOUTHSI1HSI2信號轉(zhuǎn)換、濾HSI3PC900離器率放大器分頻辨向GAL16V8PWM 功GAT2OUT0 CLK2GAT1 CLK18254CLK0波和放大電路機PG12AQ QBAZ4AZBAAA/2A/48097 小系統(tǒng)M 圖 8097 控制的三環(huán)直流伺服系統(tǒng) 由 8097 控制的三環(huán)直流伺服控制系統(tǒng)圖如圖 所示?；魻栐z測的到得電流經(jīng)放大濾波后輸入 8097 內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換處理將模擬反饋信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量，由光電脈沖器測得的速度量經(jīng)由 GAL16V8 分頻、鑒相之后輸入微型計算機的 HSI單元進行轉(zhuǎn)速測量，而經(jīng)由可逆計數(shù)方式得到的位置反饋數(shù)字量， 8097 內(nèi)部的 HSO單元將通過軟件 定時器以事件設(shè)置方式，確定電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的采樣周期并發(fā)出相應(yīng)的中斷信號，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器； SIO 作為伺服系統(tǒng)給定串行輸入通道的接口電路；計數(shù)器 T2和 8254 的 2 通道一起構(gòu)成位置反饋通道的位置檢測單元。 而 8254的 0 和 1 計數(shù)器通道作為 PWM 信號發(fā)生器，在控制輸出通道中將數(shù)字量的控制信德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設(shè)計 14 號轉(zhuǎn)換為 脈寬調(diào)制 控制信號。 電源電路 設(shè)計 本次系統(tǒng)設(shè)計的電源模塊采用 220V 交流電 ，先 經(jīng)變壓器降壓 ，然后經(jīng) 過 橋式整流 再次 經(jīng) 電容濾波 ， 最后 由 790 780 7812 三端集成穩(wěn)壓管分別得到 5V、 +5V、＋ 12V 電壓， 以此來為 整個系統(tǒng)供電。 其原理圖 如圖 所示 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 0 M a y 20 0 7 S he e t o f F i l e : D : \ 比 賽 \ 比 賽 . d d b D r a w n B y:C 2 10 . 1 UT1T R A N S 4 C 2 20 . 1 UC 2 30 . 1 U+ C 2 02 20 0 U+ C 1 92 20 0 UA C 2 20 V+ C 1 82 20 0 U2 31V VGNDIN OUTU 2 5 7 90 51 32V VGNDIN OUTU 2 3 7 81 21 32V VGNDIN OUTU 2 4 7 80 51234D1B R I D G E 1+ 12 V+ 5V 5 VGND 圖 電源電路圖 4 控制算法 PID 的設(shè)計 電流環(huán)控制器設(shè)計 將電流環(huán)按典型 I 型系統(tǒng)校正，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)為 PI 調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)為 )T1(1KLT isi ?? 電流環(huán)的簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 按典型 I 型系統(tǒng)的 校正要求 參數(shù) 應(yīng)選擇： Ti=TL=， T∑ i=Tfi+Ts=，阻尼比 ξ=， 電流環(huán)開環(huán)截止頻率為 1Σici667s2T1ω ??? 由電流環(huán)的開環(huán) 增益KI=ωci， 即 cii is ωRT αKK ? 所以電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)為 24. 4667αK RTωK s icii ?? ????。 （ ） （ ） 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設(shè)計 15 速度環(huán)控制器設(shè)計 當(dāng)速度環(huán)截止頻率Σici 2T1ω ?? 時，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)近似為 ? ?? ? s2T1 1/ αsu siΣigia ?? 將轉(zhuǎn)速環(huán)校正成 典 II 型系統(tǒng)，設(shè)其傳遞函數(shù)為 ST=Kn(1+sT1n) 則速度環(huán)的簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 速度環(huán)控制器的參數(shù)選擇：電流環(huán)等效慣性時間常 數(shù)為 2TΣi=，速度反饋回路的滯后時間 Tfn 約為 ，速度環(huán)的小時間常數(shù)為 TΣn=2TΣi+Tfn=。按跟隨性能和抗干擾性能要求，取中頻寬 h=5，則積分時間常數(shù)為 Tn=hTΣn=。 速度環(huán)開環(huán)增益為 12Σn2N 770 sT2h1hK ???? 速度調(diào)節(jié)器比例系數(shù)為 。 TCTKK menNn ?? a/(1+TFis) Ki(1+1/T∑ is) Ks/(1+Tss) (1/R)/(1+TLs) ia ua uc ugi/a + _ KI