《工业控制计算机》!""!年 #$卷第 !期
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摘 要
介绍一种用新型 ;%<"=>$#$单片机设计的闭环位置伺服控制系统,详细介绍了 ;AB 单片机的特点以及与 DEF
调速相关寄存器的设置。给出了系统硬件电路原理简图和相应的软件设计方法,说明了位置与速度的测量方法。实验表
明采用这种单片机设计的伺服系统能提高系统实时性,简化接口硬件,提高抗干扰能力,在实际应用中可以取得较好的
控制效果。
关键词:;AB 单片机,直流电机,DEF,伺服系统
;AB单片机在直流伺服控制系统中的应用
殷召生 张传海 郁建平 东南大学机械工程系(!#""
FT9时钟下,每条指令执行时间
仅为 #!$-(。这就优化了功耗和速度之间的矛盾。
!);AB 核为 U!个通用工作寄存器与丰富指令
集的组合,U! 个寄存器全部直接地与运算逻辑单元
连接,这种组合机构具备的代码效率比完成同样处理
能力的常规 LHL=微处理器要快 #"倍以上。
U)程序存储器和数据存储器有分开的总线,程
序可以高效的执行,>FT9 频率下工作的 ;AB 相当
于 !!VFT9频率下工作的普通 FL=$#。
V)拥有 ! 路 DEF 发生器,这两路 DEF 可以
在双 > 位、< 位或 #" 位下自运行、抗误、节拍修正操
作。同时还有一路输入捕获口,可以捕获引脚 HLD上
的上升和下降沿。
$);AB 单片机内置可重复编程的 WR;=T 程序
存储器和 QQDBSF 数据存储器,!$MX 的 QQDY
BSF,可以保存运动参数,适于现场参数修改,这使
得它用在运动控制方面有很大的灵活性。同时 ;AB
单片机还支持对存储器的在系统编程。
这些特点使得 ;%<" 系列单片机成为一种满足
许多需要的、具有高度灵活性和低成本的嵌入式控制
应用的高效微控制器。
! 系统结构原理与特点
;AB单片机在直流伺服控制系统中的应用
MU
!"# 单片机在直流伺服控制系统中的应用
($)直流伺服控制系统一般由电流环、速度环
和位置环三个环路组成,其中位置环是外环,电流和
速度环是内环。位置信号可以从电机轴取出,也可以
从负载取出。对于中小功率的伺服系统,电机的电枢
电阻大,允许过载倍数高,可以不必限制动态过程中
的电流,因此在设计时,我们只设计了位置环和速度
环。系统控制框图如图 $所示。
图 $ 系统控制结构框图
其中 %&’(、%&’(是由计算机软件实现的数字控
制器,分别是位置和速度调节器,可以采用 )* 或其它
的计算机控制算法。+&,(为功率放大模块与直流电
机的传递函数,它是系统固有部分。-(,)是零阶保持
器,它是虚拟的。
(.)系统硬件结构&如图 .(。
图 . 系统硬件结构原理简图
在驱动电路中,)/0输出利用的是引脚 )%1的
第二功能&23$(,它是定时器 4计数器 $ 输出比较匹
配 &即 )/0(的输出。定时器 4计数器 $ 可以从晶振
时钟 &35(、预定比例晶振时钟、或外部引脚中选择
时钟源,这可在定时器 4计数器 $控制寄存器 6&738
3#$6(的低 1 位 &3,$.93,$$93,$:(进行设置,在
733#$! 中可以设置 )/0 为 ; 位、< 位或 $: 位通
过对定时器 4计数器 $ 输出比较寄存器 23#$!- 和
23#$!=赋比较值来输出 )/0,改变输出比较寄存
器中的比较值9即可改变 )/0的占空比。
功率放大电路采用的是我们自制的直流电机驱
动器,它仅需要一个 1:" 的驱动电源,单片机只需提
供给它一个 )/0 和 >?@AB>信号,它就可以驱动直
流电机按照给定的速度和方向旋转,同时它有一个故
障反馈信号给单片机以便及时处理故障。
(1)位置与速度信号的测量处理
在增量式光电码盘的应用中,一般要把光电码盘
输出的一对正交信号进行细分与辩向,然后给计数电
路,最后通过接口和计算机连接。这个过程在传统的
处理方法上需要复杂的数字电路。在这里我们采用一
片 +!= 芯片和 ;.C1 可编程计数器设计出了既经济
又提高光电码盘分辨率的细分计数接口电路。
速度的测量采用 0 4 7 法,它是利用定时器的 .
通道,这个通道是作为计时用,通道的打开和关闭是
通过捕获 *3) 引角的上升或下降沿来决定。位置的
测量通过计数器的 : 和 $ 通道测出,这两个通道是
用来计脉冲数。
该硬件线路可靠且准确方便,在可编程计数器的
配合下,应用 0 4 7法对电机转速实现高精度的测量。
&D( 本系统可以满足不同规格的直流电机的正、
反向可逆运行的控制需求。对于不同规格的电机控制
系统,控制电路均可以满足控制要求。驱动电路仅仅
需要改变 - 型可逆 )/0 变换器的元件参数9
就能适用于不同功率的直流电机,其测速部分
电路简单,结构紧凑。
1 控制软件设计
在直流伺服控制系统中,伺服控制算法有
许多种,在不同的应用场合,为了满足不同动态
性能指标,必须采用不同的控制策略,在此我们
采用数字串级控制算法。它是在单回路 )*%控
制的基础上发展起来的一种控制技术,它是针
对单回路的缺陷,增加一个内回路(在本设计中
我们引入的是速度环),用以控制可能引起位置变化
的因素,从而提高系统特性。
从控制任务的需要,必须从被控对象的特性出
发,直接根据计算机控制理论来设计数字控制器,这
样所选择的采样周期可以比较大且控制质量比较好。
在本设计中,由单片机实现的数字控制器 %&E(和 %
&E(采用的是 )* 控制算法,在具体实现上有增量型算
法和位置型算法。在这里我们采用了增量型算法。这
种算法的控制量的增量的确定仅与最近几次误差采
样值有关,计算误差和计算精度问题对控制量的计算
影响较小。它得出的是控制量的增量,误动作影响小,
不会严重影响系统的工作。
其计算过程为:
&$(计算位置控制回路的偏差 >$&F(:
&下转第 GG页)
GD
!"# 移位语句在装瓶厂的应用
(上接第 !"页)
#$%&’()$%&’*+$%&’,
$%&计算位置控制回路的输出 ’($)&的输出 *($+&:
,$%&’(,$%&*$’-,$%&’
!,$%&’(./$0#$%&’*#$%&*$’1-.2$#$%&’1
其中 ,!(为比例增益、,!(为积分系数
速度环的计算过程和位置环类似。
计算的顺序是从位置环到速度环,而且位置环的
采样周期是速度环的 % 倍,分别是 -./ 和 0./,各
个控制算法的调用等功能由各中断子程序完成。程序
的编制,在这里我们采用 # 语言对 123 单片机编
程,采用的软件 4##5123,和汇编语言比较,采用 #
语言具有编程方便,程序容易维护、移植,在大应用
中,代码效率高等优点。
由于篇幅限制,在这里仅给出了位置控制环的流
程框图如图 -所示。
- 结束语
本文充分利用 123单片机提供的各种功能,设
计了结构简单、功能齐全的直流伺服系统。它简化了
直流伺服系统的结构,具有控制方便,响应速度快等
优点,按上述
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
所设计的直流伺服控制器已在我们
所做的项目中得到应用,由于它采用运算速度较高的
单片机,电路设计中还采用了 !"’器件使得电路设
计简化,电路的抗干扰能力提高。同时由于 123单
片机价格低廉,编程开发方便,在低成本的伺服控制
领域将有良好的发展前景。
图 - 位置控制环的
流程
快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计
框图
参考文献
( 于海生等编6微型计算机控制技术清华大学出版社,(777
$-&
% 耿德根等编6123 高速嵌入式单片机原理与应用6北京航天
航空大学出版社,%88($%&
- 易继锴等编6电气传动自动控制原理与设计6北京工业大学
出版社,(779$(8&
[收稿日期:%88(6(86(%]
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明瓶托上没有瓶,关注水阀电磁阀 ?88(就动作,顶
杆缩回不打开注水阀,这就确保了注水阀动作的准确
性。
图 % 梯形图 %
这里我们设置移位的总数为 >8个位,>8个位之
后就信号溢出,我们之所以选 >8 个位,是因为其实
在程序中我们还利用了第 -% 个位的监测—爆瓶监
测,即 ;(-%的信号与主机脉冲信号和进瓶检测信号
相结合,检测瓶子是否已经爆裂,好做出相应的措施,
其功能方法与进瓶检测相同,这里就不再敖述了,有
兴趣的朋友可以自己试一试。
图 - 脉冲图
- 结束语
智能化 !"#编程直观,控制系统简单,功能强
大,体积小,稳定性好,长寿命,可靠性高,所以在电气
控制领域占有越来越多的比例,在生产实践中 !"#
控制系统在控制方面都取得了令人满意的效果。
[收稿日期:%88(6A6>]
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