【導(dǎo)讀】例如，印刷機(jī)應(yīng)用了伺服機(jī)控制器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和傳送長(zhǎng)度。本論文闡述了基于單片機(jī)的。制器，AM26LS31為驅(qū)動(dòng)器。AT89S52主要與E-II控制器連接了位置控制，方向控制，正反轉(zhuǎn)限制。AT89S52從P1口輸出脈沖序列，利用I丨控制器電子齒輪簡(jiǎn)便設(shè)置，控制伺服電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角。還有介紹伺服系統(tǒng)的基本內(nèi)容。

　　

【正文】 + IT轉(zhuǎn)脈沖 系列 2 27 n n ~i 電平 十 _JU1_ 28. 29 _r 正轉(zhuǎn)脈沖 2 27 — TLTL. L. 系列 a差 9〇 0相 2 29 TLTL SOLTIS 位的兩相 脈沖 26. 27 J^uns ^TLTL. 表九超程功能的設(shè)定 輸入 POTCNl42 禁止正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)（正轉(zhuǎn)側(cè)超程 ） 速度，扭矩控制位置控制 輸入 NOTCN143 禁止反向驅(qū)動(dòng)（反轉(zhuǎn)側(cè)超程 ） 速度，扭矩控制位置控制 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 22 在直線驅(qū)動(dòng)等的情況，為了防止機(jī)械的損壞，請(qǐng)務(wù)必按下圖所示連接限位開(kāi)關(guān)輸入佶號(hào) ON/OFF時(shí)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)如表十所示。 3. 5 PWM控制技術(shù) 3. 5. 1 PWM控制技術(shù)的定義 PWM (Pulse Wide Modulation)控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過(guò) 對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得索需要波形 （ 含形狀和幅值）。把正弦半 波分成 N等份，就忖以把正弦豐波看成是由 N個(gè)彼此相連的脈沖序列索組成的波形。 這些脈沖寬度相等，都等子 。r /N ,但幅值不等，且脈沖頂部不楚水平直線，而是曲線， 各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩 形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，使矩形脈沖和相應(yīng)的 正弦波部分面積（沖量 ） 相等，這就是 PWM波形?？梢钥闯?，各脈沖的幅值相等，而 寬度楚按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理， PWM波形和正弦半波楚等效的。對(duì)于 正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法和正弦半波是等效的。像這種脈沖的寬度按正弦 規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM波形，也稱(chēng) SPWM (正弦曲線 PWM )波形。 3. 5. 2 PWM技術(shù)的應(yīng)用 PWM或 SP麗 (正弦脈沖寬度調(diào)制 ） 波形生成電路及功率逆變器，輸出三相變壓變頻 的交流電給永磁同步電動(dòng)機(jī) SM的定子繞組，并使輸入電樞繞組中的交流電流保持良好 的正弦性。（ SM轉(zhuǎn)子裝有特殊形狀的永磁體，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，因此提高 SM的效率）。 3. 所謂的 “ 電子齒輪 ” 功能，是指 丨以將與輸入指令脈沖相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)移動(dòng)量，設(shè)定為 任意值的功能。發(fā)出指令脈沖的 “ 上級(jí)裝置 ” ，在進(jìn)行控制時(shí)，川 ‘ 以不用顧及機(jī)械的減 速表十 ON./OFF時(shí)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài) POT ON時(shí) CN1W2為 L電平 允許正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。通常運(yùn)行狀態(tài) OFF時(shí) CN142為 H電平 禁止正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。（反轉(zhuǎn)方向可以旋轉(zhuǎn)） NOT ON時(shí) CN1— 43為 L電平 允許反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。通常運(yùn)行狀態(tài)。 OFF時(shí) CN1— 43為 H電平 禁止反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。（正轉(zhuǎn)方向可以旋轉(zhuǎn)。） 23 比和編碼器脈沖數(shù)。電子傳動(dòng)伺服跟隨系統(tǒng)作為一種以一定準(zhǔn)確度使其輸出量復(fù)現(xiàn)輸 入變化規(guī)律的動(dòng)控制系統(tǒng)，在給定技術(shù)條件下，設(shè)計(jì)一個(gè)性能符合要求的伺服跟隨系 統(tǒng)，是一件非常重要的 T作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)的穩(wěn)矩準(zhǔn)確度和 動(dòng)態(tài)質(zhì)量要求，又?？紤]系統(tǒng)丁作的環(huán)境、能源、安裝等。電子傳動(dòng)跟隨控制系統(tǒng)種類(lèi) 繁多，依驅(qū)動(dòng)方式不同，可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)跟隨控制系統(tǒng)、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)跟隨控 制系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)跟隨控制系統(tǒng)等。 按照以下 1.? ，計(jì)算 “ 電子齒輪比 ” ，并在用戶(hù)常數(shù) “ Pn202” 中設(shè)定該 值。 ⑴ 確認(rèn)機(jī)械規(guī)格 與電子齒輪相關(guān)的要素如下所示。 ? 減速比 ? 滾珠絲杠節(jié)距 ?滑輪直徑等 ⑵ 確認(rèn) SGM □ H伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)，如表 H所示。 表十 ? SGMIHII伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù) 電機(jī)型號(hào) 編碼器規(guī)格 編碼器的種類(lèi) 編碼器脈沖數(shù) A 增益型編碼器 13比特 2048 B 16比特 16384 C 17比特 32768 1 絕對(duì)值編碼器 16比特 16384 2 17比特 32768 ⑶ 決定指令單位。 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 24 負(fù)載軸旋轉(zhuǎn) 1 _的移動(dòng)量（指令單位 ) 電子齒輪比 （ B/A)= _________ 編碼器脈沖數(shù) x4 _________ 負(fù)載軸每旋轉(zhuǎn) 1圈的移動(dòng)量（指令單位 ) (公式2 ) 指令單位是指移動(dòng)負(fù)載的位置數(shù)據(jù)的最小單位。（上級(jí)裝置指令的最小單位 ) 用指令單位，求出負(fù)載軸旋轉(zhuǎn) 1圈的負(fù)載移動(dòng)量。 使負(fù)載軸旋轉(zhuǎn) 1圈后，所移動(dòng)的量 指令單位 (公式 1 ) ? 滾珠絲杠螺距 5mm， 指令 單 位 0. 001mm時(shí) j一 = 5000 (指令單位） 3. （ B/A)。 將電機(jī)軸和負(fù)載軸的減速比設(shè)為 （ n/m ) (電機(jī)旋轉(zhuǎn) m圈時(shí)，負(fù)載軸旋轉(zhuǎn) n罔的情況下 ) 。 在將電子齒輪比 （ B/A)的 值 約分 后 ，把 A， B都選定為小于 65535〃 的整數(shù)值， 并設(shè)定為用戶(hù)常數(shù)，如表十二所示。 3. 7伺服系統(tǒng)的基本原理表十 .：電了 ? 齒輪比的川戶(hù)常數(shù) Pn202 電子齒輪比（分子 ） B Pn203 電子齒輪比（分母 ） A 至此，電子齒輪比的設(shè)定結(jié)朿。 表十三電 f齒輪比的設(shè)定 Pn202 電子齒輪比（分子 ） 單位 無(wú) 設(shè)定范圍 1? 65535 出廠時(shí)的設(shè) 定 4 位置控制 Pn203 電子齒輪比（分母 ） 單位 無(wú) 設(shè)定范闈 1 ? 65535 出廠時(shí)的設(shè) 定 1 位置控制 設(shè)定屯子齒輪的齒輪比。 3. 7. 1伺服系統(tǒng)的位置控制 25 伺服系統(tǒng)具有位置控制的功能，該功能通過(guò)電子齒輪實(shí)現(xiàn)。位置控制器向伺服系統(tǒng) 發(fā)出位置指令脈沖。位置指令脈沖具有 3種形式 :① 方向信號(hào)十脈沖序列 。② 反轉(zhuǎn)脈沖 +正 轉(zhuǎn)脈沖 。③ 相位相差 90176。的兩相脈沖。指令脈沖包含 Y兩方面的信息 ，一 是指明電機(jī)運(yùn) 行的位移，二是指明電機(jī)運(yùn)行的方向。通常指令脈沖單位是 0. 0Q lmm或 nm等，而 伺服系統(tǒng)的位置反饋脈沖當(dāng)量由檢測(cè)器 (如光電編碼器等）的分辨率，以及電機(jī)每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng) 的機(jī)械位移量等決矩。當(dāng)指令脈沖單位與位置反饋當(dāng)量?jī)烧卟灰恢聲r(shí)，就可使用電子齒 輪使二者完全匹配。使用了電子齒輪功能，可以任意決定一個(gè)輸入脈沖，所相當(dāng)?shù)碾姍C(jī) 位移量。發(fā)出指令脈沖的上位控制器無(wú)須關(guān)注機(jī)械減速比和編碼器脈沖數(shù)就可以進(jìn)行控 制。圖 8是具有電子齒輪功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖 8中，機(jī)械傳動(dòng)的螺距為 w， 指令脈沖 當(dāng)量為 AI,光電編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為 P, — 般屯機(jī)軸與傳動(dòng)絲杠是直接相連的，這樣就 川以確定位置反饋脈沖當(dāng)量 AM , AM = w /( 4P ) (公式 3) 式中的 4P是考慮到一般在采用光電編碼器作為位置反饋元件時(shí)都對(duì)其輸出脈沖進(jìn)行 4倍 頻處理。從以上分析可知，指令脈沖 :馬量 A1與反饋脈沖當(dāng)量 AM不 ? 足相等，這就需要通 過(guò)指令脈沖的倍率系數(shù) AIB來(lái)建立二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 具體計(jì)算公式為： AI = A M X A IB (公式 4) 根據(jù)一個(gè)指令脈沖的位置當(dāng)量和反饋脈沖的位置當(dāng)量，可以確定電子齒輪的倍率系數(shù)。 其中 A和 B必須為整數(shù)， AIB稱(chēng)為電子齒輪的齒數(shù)比。對(duì)于 A和 B可以單獨(dú)設(shè)置，其范 _在 132767之 f7 tstt6 0。 在一些高精度的復(fù)雜機(jī)械跟隨控制系統(tǒng)中采用電子傳動(dòng)跟隨控制技術(shù)，系統(tǒng)的各個(gè) 動(dòng)力單元都采用獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元，省去了齒輪箱、曲軸等復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，付以使系統(tǒng) 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 26 時(shí)為 的控制更加靈活。 當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?ABBCCDDA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)?DACDBCAB 反轉(zhuǎn)。 27 4軟件程序設(shè)計(jì) 從圖 9看到，整個(gè)控制程序主要由幾個(gè)中斷服務(wù)程序組成。 AT89S52復(fù)位后，首先 進(jìn)入初始化程序，對(duì)各種變量進(jìn)行初始化，建立中斷向量，為響應(yīng)各種中斷作必耍的準(zhǔn) 備后即進(jìn)入主程序，主程序主要為等待各屮斷響應(yīng)的到來(lái)而循環(huán)運(yùn)行。各中斷服務(wù)程序 則是對(duì)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的主耍程序。這里僅使用了 AT89S52的八個(gè)中斷中的四個(gè)，按 優(yōu)先權(quán)由低到高分別為定時(shí)器〇溢出中斷，位罝輸入數(shù)據(jù)有效中斷，位置輸出中斷及軟 件定時(shí)器 1中斷。 ⑴ 定時(shí)器 0溢出中斷服務(wù)程序 定時(shí)器 0是一個(gè) 16位定時(shí)器，每 2叫 (振蕩頻率為 12MHz)計(jì)數(shù)加 1，從 0000H計(jì)數(shù)到 卩 ???11再回到 000(^為 65536\2此 = (11^)時(shí)間，即定時(shí)器每 次，每次溢出時(shí)可產(chǎn)生一個(gè)中斷。在此中斷服務(wù)程序中，是把定時(shí)器可長(zhǎng)達(dá)（ 23 2 — 1 ) X2Ms〇 ⑵ 位置輸入數(shù)據(jù)有效中斷 這個(gè)中斷服務(wù)程序的任務(wù)是在低速時(shí)通過(guò)對(duì)脈沖序列跳變間的時(shí)間值及跳變數(shù)、相 位關(guān)系測(cè)定電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)實(shí)際位置、轉(zhuǎn)速及實(shí)際轉(zhuǎn)向。 ⑶ 位置輸出中斷 在此中斷服務(wù)程序中，讀取這段時(shí)間立定時(shí)器 2 (T2)記錄的脈沖序列的每個(gè)跳變 信號(hào)，由此測(cè)定屯機(jī)在高速時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和位置。由于電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的改變只能在低速 時(shí)發(fā)生，所以在高速時(shí)不必檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向。 這個(gè)屮斷服務(wù)程序與上面的位置輸入數(shù)據(jù)有效中斷綜合起來(lái)就可全面地讀取電機(jī)在高 低速所在狀態(tài)下的位置、速度和方向信號(hào)。 (4) 軟件定時(shí)器 1中斷 軟件定時(shí)器時(shí)通過(guò)指令來(lái)設(shè)定定時(shí)時(shí)間的，到了所設(shè)定時(shí)間就可響應(yīng)該軟件定時(shí)器 中斷。這個(gè)屮斷服務(wù)程序主要有兩方面任務(wù)，一楚通過(guò)已知的給定位置和上面得到的實(shí) 際位置求出位置偏差值；二是根據(jù)這個(gè)位置偏差及實(shí)際速度計(jì)算、調(diào)節(jié)并輸出控制電歷， 以達(dá)到精確控制電機(jī)運(yùn)行的鬥的。 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 28 響應(yīng) TO溢出中斷響應(yīng)位置輸入中斷響應(yīng)位置輸出中斷 響應(yīng) T1中斷 圖 9流程圖 （ b ) PI U輸出脈沖序列，控制控制器的 PULS (CN17)和 SIGN (CN111)的位置控 制，方向控制，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)， TO開(kāi)始計(jì)數(shù)。到了 TO設(shè)定值，定位控制響應(yīng)， TO溢 出產(chǎn)生中斷， INTO響應(yīng)中斷， T1開(kāi)始計(jì)數(shù)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，到了 T1設(shè)定值，定位 控制響應(yīng)， T1溢出產(chǎn)生中斷， INT1響應(yīng)中斷。如此循環(huán)下去直到結(jié)朿為止。 r 初始化程序 主程序 開(kāi)始 圖 9流程圖 （ a) 29 5展望 我衷心希望，我國(guó)科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識(shí)經(jīng)濟(jì)給我們帶來(lái) 的難得機(jī)遇，迎接競(jìng)爭(zhēng)全球化帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在 21世紀(jì)使我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走 向世界的前列，使我國(guó)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭而共同努力奮斗！ 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，用戶(hù)對(duì)所需產(chǎn)品提出了更高的技術(shù)和更合理的性能價(jià)格 比的要求。伺服系統(tǒng)以其出色的性能完成了對(duì)產(chǎn)品的加丁過(guò)程、加工丁藝和綜合性能的 改造， n前在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用?；纹瑱C(jī)的伺服電機(jī)控制器 30 結(jié)束 在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中涉及很多課本外的知識(shí)和很多在課本學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)。令我學(xué)到了很 多在課堂上學(xué)不 到的東西，鞏同了學(xué)過(guò)的知識(shí)，明白到學(xué)無(wú)止境的道理。在課題設(shè)計(jì)和 論文的撰寫(xiě)過(guò)程中，更學(xué)到了如何把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際上，使我受益匪淺。 在課題設(shè)計(jì)和論文的撰寫(xiě)過(guò)程中，自始至終得到導(dǎo)師李老師的悉心指導(dǎo)。兩月多 來(lái)，導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和明銳的科學(xué)預(yù)見(jiàn)，力使我終身受益；導(dǎo)師 在生活學(xué)習(xí)中給予的親切關(guān)懷和諄諄教誨，使我順利完成學(xué)業(yè)，永遠(yuǎn)銘記在心。在此機(jī) 會(huì)，謹(jǐn)表衷心的感謝與深深的敬意。衷心感謝我的同組同學(xué)劉曉華，因?yàn)槲以诋厴I(yè)設(shè)計(jì) 過(guò)程中也要在我就業(yè)公司里實(shí)習(xí)，我的時(shí)間并不充裕情況下，他給了我極大的幫助 和協(xié) 作，極力地配合我的時(shí)間安排，在此深表感謝。感謝在大學(xué)四年里辛苦為我上課的老師 和幫助過(guò)我的老師，感謝 01級(jí)電氣 （ 1)班的所有同學(xué)，感謝他們?cè)谏钌虾蛯W(xué)習(xí)上給 我的關(guān)心和支持，感謝所有幫助過(guò)我的人 . 最后，我要感謝我的家人一爸爸媽媽哥哥。尤其感謝我的爸爸媽媽?zhuān)麄冃燎诠ぷ鳎? 任勞任怨，全力支持我的學(xué)業(yè)，才能使我大學(xué)畢業(yè)?；纹瑱C(jī)的伺服電機(jī)控制器 32 in a 參考文獻(xiàn) 1. 〈 單片機(jī)微型控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)〉〉第 … 版 .北 M人民郵電出版社 2020年。 2. 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