【正文】 ............................. 331 引言 中國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過 40多年的發(fā)展，從無到有，從引進(jìn)消化到擁有 0己獨(dú)立的 自主版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。這種局面在發(fā) 展初期的起步階段，是無可非議的。例如，在 W外模擬伺服快過時(shí)時(shí)，我們 開始搞模擬伺服，還沒等我們夂穩(wěn)市場(chǎng)，技術(shù)上就已經(jīng)落后了；在同外將脈沖驅(qū)動(dòng)的數(shù) 字式伺服打入我國(guó) ii丨場(chǎng)時(shí)，我們就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒形成大的市場(chǎng) 規(guī)模；近來國(guó)外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過光纜等 ） 與數(shù)控裝置連接時(shí)，我們又 跟著發(fā)展此類系統(tǒng)，前途仍不樂觀。 為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí) “ 科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力 ” 的偉大 論斷，大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國(guó)特色的實(shí)用的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)， 逐步建立 amp。在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中同國(guó)情的數(shù)控產(chǎn)品， 從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機(jī)床整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。 伺服驅(qū)動(dòng)裝置是典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要組成部分，也是工廠自動(dòng)化不可或缺的 基礎(chǔ)技術(shù)。它能完成人們無法直接參與的控制任務(wù)，并能達(dá)到人們直接控制 無法達(dá)到的快速性和高精度。主電路采用高頻大功率開關(guān)組件組成 SPWM逆變器；控制回路釆用高速的數(shù)字信號(hào) 處理器 （ DSP),可以高速，高精度地完成各種復(fù)雜的控制算法 :現(xiàn)代控制理論的某些成 果應(yīng)用 P交流伺服系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)具有高精度，高柔性，高響應(yīng)能力，高可靠性，為傳 統(tǒng)的伺服系統(tǒng)性能所不能比擬。 電力電子技術(shù)、智能控制技木尤其是微處理器技術(shù)的進(jìn)步，引發(fā)了傳動(dòng)領(lǐng)域的一場(chǎng) 技術(shù)變革，這就是電子傳動(dòng)跟隨控制技術(shù)的誕生，以電子軸和電子齒輪為標(biāo)志，伺服驅(qū) 動(dòng)技術(shù)步入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 2 1伺服電機(jī)和控制器 20世紀(jì) 80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展， 永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電 動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。 90年代以后，世界各國(guó)已經(jīng) 商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采 W全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。 永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： (1) 無電刷和換向器，因此 T作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 ⑶ 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 (5) 同功率下有較小的體積和重量。適用于 有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合； (5) 電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間短 ，一 般在幾十毫秒之內(nèi)； (6) 發(fā)熱和噪音明顯降低。隨著國(guó)內(nèi)交流伺服用電機(jī)等硬件技術(shù)逐步成熟，以軟形式存在于控制 芯片屮的伺服控制技術(shù)成為制約我 M高性能交流伺服技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸。 控制器的特點(diǎn)： ⑴ 迅速準(zhǔn)確的傳遞。對(duì)于令人神往的世 界級(jí)選手，就要求其判斷力、準(zhǔn)確性、速度等方面，擁有更高的技術(shù)水準(zhǔn)。 E_II伺服控制器的介紹 E — II系列產(chǎn)品，為了適應(yīng)上述耍求，進(jìn)一步強(qiáng)化了高性能及其豐富的功能。 E — II系列伺服控制器的單相結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示， E — II系列控制器的連接圖如 圖 2所示，伺服機(jī)特性如表一所示，伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的特性如表二所示。(3SA) 情編嗅層 KXM. Ufl ■ 上必 灌安霸躋冷 《 171。?171。4補(bǔ) 的M. 上位校 MIS 町 K邂寡公 qAM它公 171。w171。^(： 700 230V* 1〇 5171。0H/| n% 中礓碘 H鏈務(wù)必 amp。終麵 1:加典過壓保護(hù)軀 . 遽《梅令 I t l〇 V， 39。裹次》 抑襄 :A電仇 . 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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。 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。 + 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。 ? DC280V ? DC140(100V 輸入 SGDM— CIBD (A)型的情況 ) C. 請(qǐng)將用戶常數(shù) 1。 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。在調(diào)整該偏移量，將其修正為 0V后，電機(jī)便會(huì)停止。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。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。 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。為 0「時(shí) （ 即無控制電壓 ） ， 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。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)。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。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。 (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。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。 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。 . 1伺服系統(tǒng)的概念 “ 伺服 ” 一詞源 T希臘語 “ 奴隸 ” 的意思。在訊號(hào)來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；訊號(hào)來到之 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)。 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)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)。 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)。 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)。 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)。 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。穩(wěn)走性高楚指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)距的增加而均勻下降 。 通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的種類來分類，有電氣式、油丨 U式或電氣一油式三種。模擬伺服和功率伺服系統(tǒng) 。 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。 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)的速度而無爬行現(xiàn)象；電機(jī)應(yīng)具有較大的長(zhǎng)時(shí)間過載能力：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)。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題時(shí)，有可能使控制屯壓升至正的最人值。如果用脈沖作為控制信號(hào)就不會(huì)出現(xiàn)這種問題。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。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。 (1) 控制的靈活性大大下降。這樣系統(tǒng)的 PID參數(shù)修改起來很不方便。從控制的角度來看，這只是一種很低級(jí)的控制策略。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)。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。 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。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。 AM26LS31C是在 0C到 70C之間操作是正常的。 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。這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。 基千單片機(jī)的伺服電機(jī)控制器 16 (T2) 匚 1 AO (T2EXJP11 匚 2 39 3 36 4 37 匚 b 36 (M0SI) 匚 6 35 (MISO) 匚 7 34 (SCK) P1 7C B 33 RST匚 9 32 (RXO)P3lO 匚 10 3t (TXOJPa1 匚 11 30 ((RTS) Pa2C 12 29 (IWT1) Pa3C ia 28 (T〇 )pa4c 14 27 (T1) 匸 1S 26 (WR)paec td 25 (TO) 17 24 XTAL2C 1B 23 XTAL1C 19 22 GNOC ^0 21 ⑷ 錯(cuò)誤編程亦無廢品產(chǎn)生。而此單片機(jī)內(nèi)部釆用閃光存儲(chǔ)器， 在錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，故不存在廢品；它的主要性能： ① 8KBFlash存儲(chǔ)器有可下載功能