【正文】 (即每轉(zhuǎn)可以檢測到 1 000個(gè)脈沖 )。 (5)PID 控制可以根據(jù)不同的需要，針對自身的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，并形成了一系列改進(jìn)的算法。 (2)PID 控制算法蘊(yùn)含了動 態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在、和將來的主要信息。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之越強(qiáng)。系統(tǒng)是由模擬 PID 控制器和被控對象組成。特別是近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)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(zhuǎn)變。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)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。測試部分程序相當(dāng)簡單，只要在進(jìn)入中斷時(shí)加入一條輸出流，將Default Monitor 所顯示的相鄰時(shí)間相減就是中斷時(shí)間。在實(shí)例中通過使 用 Debug Monitor 工具來測試中斷。 if(pMylRQ) delete pMylRQ。 _outp(0x71， 0x40 I b)。 _outp(0x71， a＆ 0x80 I 0x22)。 if(!pMyIRQ I I!pMyIRQhook ()) return FALSE。 _inp(0x71)。 virtual BOOL OnSysDynamicDeviceExit()。由于使用 DDK開發(fā) VxD十分繁瑣和復(fù)雜，需對 Windows系統(tǒng)的硬件和結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的了解，因而在實(shí)際的應(yīng)用中易采用 VtoolsD 開發(fā)工具來編寫 VxD 文件。正是由于 VxD 與 VMM 之間的緊密協(xié)作，才使得 VxD具有應(yīng)用程序所不具備的能力，諸如可以不受限制的訪問硬件設(shè)備、任意查看操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (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。 Windows 98 環(huán)境下實(shí)時(shí)鐘的使用 從上述分析中可以看出，只要設(shè)置狀態(tài)寄存器 B 的 PIE=1，就可以讓實(shí)時(shí)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。 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。 現(xiàn)代系統(tǒng)把 CMOS 組合成芯片組或超級 I／ 0芯片。采用 VtoolsD 開發(fā)工具通過 編寫虛擬設(shè)備驅(qū)動程序 (VxD)對系統(tǒng)CMOS／實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)進(jìn)行硬件定時(shí)器編程，來接管 IRQ8，實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)。 由于在 Win32 多任務(wù)搶占式工作方式下，應(yīng)用程序不能完全占有 CPU，因此，Windows 環(huán)境下軟件定時(shí)不準(zhǔn)確。 通過這些功能調(diào)用可以實(shí)現(xiàn)最高 lms 精度的定時(shí)服務(wù)，但是它們和系統(tǒng)計(jì)時(shí)器一樣，工作在應(yīng)用層上。其中的 uDelay 表示定時(shí)周期： uResolution 表示定時(shí)分辨率，其值是越小越好，但在一般的計(jì)算機(jī)中其最小只能達(dá)到 1ms； lpTimeProc為定時(shí)觸發(fā)的函數(shù)回調(diào)地址； dwUser 用戶自定義的返回值； fuEvent 為定時(shí)類型，可以取用的有 TIME ONESHOT、 TIME_PERIOD、 TIME_CALLBACK_FUNCTION 等值。 由于多媒體的需要， windows 對 系統(tǒng)的定時(shí)進(jìn) 行了重新編程，在它的 多媒體擴(kuò)展庫 中提供了更高精度的定時(shí)服務(wù)。經(jīng)過 65535 分頻，產(chǎn)生一個(gè) 18． 2Hz 的時(shí)鐘，因而，修改 T／ CO 的預(yù)置計(jì)數(shù)器的值 (分頻數(shù) )，即可獲得較高頻率的時(shí)鐘。在 IBM PC 硬件中，有一個(gè) 8253 定時(shí)芯片，提供 3個(gè) 可編程的定時(shí)／計(jì)數(shù)器 (T／ C0— T／ C2)。運(yùn)算放大器采用的是 OP07，經(jīng)過兩極放大，輸出雙極性控制信號。寫信號 WR直接 連到系統(tǒng)的 IOW 線上， CS 接 Y4。由于 CPU 的數(shù)據(jù)總線寬度小于 D／ A 轉(zhuǎn)換器的分辨率，因此必須分兩次送出數(shù)據(jù)，先送高字節(jié)，后送低字 節(jié)。圖 35 是數(shù)模轉(zhuǎn)換電路框圖。 伺服控制卡上的計(jì)數(shù)電路由一片可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器 8254 組成。 A、 B、 Z三種脈沖通過邏輯與門 74LS21接入到觸發(fā)器 74LS74的時(shí)鐘端 CP來構(gòu)成零點(diǎn)檢測電路。這種倍頻電路應(yīng)用比較方便，工作也十分可靠。 圖 32 是脈沖接收電路、倍頻 鑒向電路和零點(diǎn)檢測電路的框圖，實(shí)現(xiàn)脈沖接收電路、倍頻鑒向電路和零點(diǎn)檢測電路如圖 3— 3所示。其主要作用有： (1)為了防止強(qiáng)電干擾以及其它干擾信號 通 過信號 I／ O 控制回路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電。如電動機(jī)的啟、停信號，開關(guān)量的開閉信號，零點(diǎn)檢測信號等就必須經(jīng)過信息形式的轉(zhuǎn)換。 2MHz 晶振經(jīng) 74LS74 兩分頻產(chǎn)生 1脈沖／微秒信號接入計(jì)數(shù)器 8254 的 CLKO 端，8254 通道 0工作在方式 3下 ,OIJT0 端輸出方波信號至帶預(yù)置端和清除端的 D 型觸發(fā)器 74LS74 時(shí)鐘端，再輸出到 ISA 插槽的中斷請求端 IRQn。 Windows 98 環(huán)境下獲得定時(shí)時(shí)鐘的方法有利用 Windows 系統(tǒng)時(shí)鐘 和利用多媒體定時(shí)等方法。 A A3與從比較 器出來的信號經(jīng)基本邏輯與非門 74LS38和 74L,S00 共同完成譯碼，決定選中兩個(gè) 8254 定時(shí)器芯片中的一個(gè)。 一路為片選譯碼。每個(gè)方向是 8 個(gè)，是為在數(shù)據(jù)總線之間的異步雙路通信設(shè)計(jì)的，應(yīng)用其控制功能可使外部時(shí)間要求減至最小?？?線驅(qū)動可以減少主機(jī)的負(fù)擔(dān)，不管驅(qū)動器后面接多少塊插件板或集成電路芯片，都能消除驅(qū)動器后的負(fù)載電路對主機(jī)芯片的影響。所以，總線信號共包括數(shù)據(jù)線 16 根、地址線 24 根，支持 16級中斷和 7 個(gè) DMA 通道。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(gè)插座插入 16 位接口電路卡。ISA(Industry Staridard Architecture)的意思是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 （ 2） ISA 總線是一種多主控（ Multi master）總線，除 CPU 外，其他主控設(shè)備可以是 DMAC、 DRAM 刷新控制器和一個(gè)代處理器的智能接口卡。 ISA 總線共有 98 根信號線，它在 XT 總線 62 根線的基礎(chǔ)上向前延伸了 36 根，它的插頭、插槽有兩部分組成：一部分為 62 根總線連接器，分 A、 B 兩面，每面 31 線；另一部分是新增的 36 線連接器，分 C、 D 兩面，每面 18線。硬件主要由伺服控制卡組成，接收進(jìn)給指令，進(jìn)行 D／ A轉(zhuǎn)換，為速度單元提供命令電壓；同時(shí)位置反饋信號被處理，與指令值進(jìn)行比較。系統(tǒng)工作原理框圖如圖 31所示。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 10 第三章 伺服控制 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 位置控制主要是對數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動的坐標(biāo)軸位置進(jìn)行控制。 (4)電動勢是正弦的。電角度空間位置，轉(zhuǎn)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(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進(jìn) 60176。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度 。永磁同步型交流伺服電機(jī)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(jié)果為依據(jù)使三相電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)正交控制。由于轉(zhuǎn)子上沒有繞組，不通過電流，所以在運(yùn)行時(shí)電機(jī)軸的溫度不會升高，這樣就避免了像直流伺服電機(jī)那樣，由于溫升引起與軸相連的減速器或滾珠絲杠的熱變形，從而影響機(jī)床精度的現(xiàn)象。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(jié)合發(fā)展出來的大功率交流逆變技術(shù)，使其靜態(tài)與動態(tài)性能不僅已經(jīng)達(dá)到了直流伺服電機(jī)的水平，在有些方面，比如輸出轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性方面，甚至超過了直流伺服電機(jī)的水平。 綜上所述，伺服系統(tǒng)將向兩個(gè)方向發(fā)展。 6. 模塊化和網(wǎng)絡(luò)化 在國外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工廠自動化（ Factory Automation 簡稱 FA）工程技術(shù)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。除以上特點(diǎn)之外，有的伺服系統(tǒng)還具有參數(shù)自整定的功能。高度的集成化還顯著地縮小了整個(gè)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。其輸入邏輯電平與 TTL 信號完全兼容，與微處理器的輸出可以直接接口。 3. 采用新型電力電子半導(dǎo)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(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，主要有大功率晶體管（ GTR）、功率場效應(yīng)管（ MOSFET）和絕緣門極晶體管（ IGBT）等。在國內(nèi)生產(chǎn) AC 伺服電機(jī)的廠家也越來越多，正在逐步地超長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 5 過生產(chǎn) DC 伺服電機(jī)的廠家。 （ 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(yīng)用越來越廣，用戶對伺服驅(qū)動技術(shù)的要求越來越高。 交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷、換向器等機(jī)械部件所帶來的各種缺點(diǎn)，特別是交流伺服電機(jī)的 過負(fù)荷特性和低慣性更體現(xiàn)出交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性。電流調(diào)節(jié)器若為比例形式，三個(gè)交流電流環(huán)都用足夠大的比例調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，其比例系數(shù)應(yīng)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(jī)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(shí)現(xiàn)電壓型逆變器的快速電流控制。 系統(tǒng)的執(zhí)行元件一般為普通三相鼠籠型異步電動機(jī)，功率變換器件通常采用智能功率模塊 IPM。其中，永磁同步電動機(jī)交流伺服 系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于完全成熟，具備了十分優(yōu)良的低速性能，并可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動的要求。 70年代則是直流伺服電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛的時(shí)代。這樣，進(jìn)給坐標(biāo)的實(shí)際位置就能跟隨指令變化，構(gòu)成一個(gè)位置伺服系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，作為一個(gè)獨(dú)立的控制單元，它是由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)及功率驅(qū)動放大器等部分組成。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(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的測量元件，檢測與角位移有關(guān)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(guān)的物理量。尤其值得注意的是，運(yùn)動控制器在隨動系統(tǒng)、伺服跟蹤平臺、天線穩(wěn)定平臺和火炮系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的用 途，對于我軍武器裝備的改造和研制具有重大的影響。在 PC 機(jī)上經(jīng)簡單編程即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制，不需要專門的數(shù)控軟件。功能更加強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn) 動軌跡的控制。 現(xiàn)代通訊和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)日新月異，并在人們的生活中占據(jù)越來越重要的位置。 1986年以來，世界工業(yè)界一直致力于在制造業(yè)中推廣開放、積木式結(jié)構(gòu)控制技術(shù)。由于采用了多片單片機(jī)并行的結(jié)構(gòu)，使 得系統(tǒng)的通訊和同步難以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)數(shù)據(jù)相關(guān)性復(fù)雜，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的容錯性和可靠性變差。這種結(jié)構(gòu)不便于對系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，也不便于對系統(tǒng)資源進(jìn)行共享和再利用。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)通過對系統(tǒng) CMOS／實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)編程實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)硬件中斷， 對系統(tǒng) CMOS/實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)編程實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)，在中斷程序中加入 PID 控制算法，可以滿足高精度的伺服電機(jī)位置控制的要求。長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 I 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的運(yùn)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(jié)構(gòu)的高性能運(yùn)動控制器已成為當(dāng)前運(yùn)動控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。 關(guān)鍵字 ：伺服系統(tǒng) 實(shí)時(shí)鐘 PID 控制 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 伺服運(yùn)動控制器的研制 II ABSTRACT With the progress of the technology, it is diffcult for the traditional Motion ControlSystem to satisfy the demands of the modern industry. Currently, it has been an im