高速机床伺服进给系统定位精度的控制研究

数控机床进给系统设计

数控机床进给系统设计

第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反

馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。

伺服系统的参数调整和性能指标试验

伺服系统的参数调整和性能指标试验 1 伺服系统的参数调整理论基础 伺服系统包括三个反馈回路（位置回路、速度回路以及电流回路）。最内环回路的反应速度最快，中间环节的反应速度必须高于最外环。假使未遵守此原则，将会造成震动或反应不良。伺服驱动器的设计可确保电流回路具备良好的反应效能。用户只需调整位置回路与速度回路增益。 伺服系统方块图包括位置、速度以及电流回路，如图1所示。 图1 伺服系统方块图 一般而言，位置回路的反应不能高于速度回路的反应。因此，若要增加位置回路的增益，必须先增加速度回路增益。如果只增加位置回路的增益，震动将会造成速度指令及定位时间增加，而非减少。 如果位置回路反应比速度回路反应还快，由于速度回路反应较慢，位置回路输出的速度指令无法跟上位置回路。因此就无法达到平滑的线性加速或减速，而且，位置回路会继续累计偏差，增加速度指令。这样，电机速度会超过，位置回路会尝试减少速度指令输出量。但是，速度回路反应会变得很差，电机将赶不上速度指令。速度指令会如图2振动。要是发生这种情形，就必须减少位置回路增益或增加速度回路增益，以防速度指令振动。 图2 速度指令 位置回路增益不可超过机械系统的自然频率，否则会产生较大的振荡。例如，机械系统若是连接机器人，由于机器的机械构造采用减低波动的齿轮，而机械系统的自然频率为10~20Hz，因此其刚性很低。此时可将位置回路增益设定为10至20(1/s)。 如果机械构造系统是晶片安装机、IC黏合机或高精度工具机械，系统的自然频率为70Hz以上。因此，可将位置回路增益设定为70(1/s)或更高。 需要很快的反应时，不只是要确保采用的伺服系统（控制器、伺服驱动器、电机以及编码器）的反应，而且也必须确保机械系统具备高刚性。

点光源跟踪器系统设计

点光源跟踪系 组员：陈红芳韩思宇代金龙马文鹏徐伟杰陈国陆 摘要：本文设计的是一个点光源跟踪系统，主要由光敏电阻检测，运放分析处理，执行机构运行，这几个部分构成。整个系统是以LM358P 为控制核心，通过4个光敏电阻来检测光照，依据光照强度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度，以达到跟踪光源的效果。 关键词：点光源定位，二维运动分析，LM3S1138 一、系统方案设计与论证 1.主控芯片 根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案： 方案一：MSP430系列单片机。16位低功耗单片机，性能良好。 方案二：Cortex-M3系列。具有32位处理器内核的高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，丰富的外围模块，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。 本系统选取Cortex-M3系列的LM3S1138作为控制器，LM3S1138支持低功耗模式，性能稳定，内置嵌套向量中断控制器，在控制、处理数据速度上有优势，并含有丰富的外围模块，所以选择方案二。 2.传感器的选择 本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案： 方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。 方案二：硅光电池。硅光电池是一种直接把光能转换为电能的半导体器件，根据硅光电池光照强度曲线特性可知，硅光电池的开路电压或短路电流与光强成很好的线性关系。 方案三：光敏二极管。光敏二极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。 方案四：光敏三极管。原理与光敏二极管相同，但是与光敏二极管相比，它具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度，因此传感器选择方案四。 3.电机的选择 电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：

伺服系统介绍.doc

一、相关概念 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在机器人中，伺服驱动器控制电机的运转。驱动器采用速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。驱动器通过通信连接器，控制连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。控制连接器用于跟伺服控制器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反馈信号，即速度反馈和换向信号。 伺服电机主要用于驱动机器人的关节。关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服电机的要求非常高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高可靠性和稳定性。伺服电机分为直流、交流和步进，工业机器人用的较多的是交流。 机器人用伺服电机

二、伺服系统的技术现状 2.1视觉伺服系统 随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈，对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。 视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。视觉伺服中的视觉反馈主要有基于位置、图像特征和多视图几何的方法。 其中,基于位置的方法将视觉系统动态隐含在了目标识别和定位中，从而简化了控制器的设计，但是一般需要已知目标物体的模型，且对图像噪声和相机标定误差较为敏感。基于图像特征的视觉反馈构造方法，其中基于特征点的方法在以往的视觉伺服中应用较为广泛，研究较为成熟，但是容易受到图像噪声和物体遮挡的影响，并且现有的特征提取方法在发生尺度和旋转变化时的重复性和精度都不是太好，在实际应用中存在较大的问题。因此，学者们提出了基于全局图像特征的视觉反馈方法，利用更多的图像信息对任务进行描述，从而增强视觉系统的鲁棒性，但是模型较为复杂，控制器的设计较为困难，且可能陷入局部极小点。目前针对这一类系统的控制器设计的研究还比较少,一般利用局部线性化模型进行控制,只能保证局部的稳定性。多视图几何描述了物体多幅图像之间的关系，间接反映了相机之间的几何关系。相比于基于图像特征的方法，多视图几何与笛卡尔空间的关系较为直接，简化了控制器的设计。常用的多视图几何包括单应性、对极几何以及三焦张量。 2.2伺服系统控制技术 现代的机器人伺服系统多采用交流伺服驱动系统，而且正在逐渐向数字化方向转变。数字控制技术已经五孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器，把功能更加强大的控制器芯片已经各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服系统中，可以实现更好的控制性能。 最近几十年，由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势下面简单介绍几种： 1）矢量控制矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的

提高伺服系统定位精度的方法

分析了伺服系统定位误差形成的原因，提出了伺服系统采用分段线性减速并以开环方式精确定位的方法，给出了相应的程序流程图，对提高数控机床伺服系统的定位精度具有实用参考价值。 数控机床的定位精度直接影响到机床的加工精度。传统上以步进电动机作驱动机构的机床，由于步进电动机的固有特性，使得机床的重复定位精度可以达到一个脉冲当量。但是，步进电动机的脉冲当量不可能很小，因而定位精度不高。伺服系统的脉冲当量可以比步进电动机系统小得多，但是，伺服系统的定位精度很难达到一个脉冲当量。由于CPU性能已有极大提高，故采用软件可以有效地提高定位精度。我们分析了常规控制算法导致伺服系统定位精度误差较大的原因，提出了分段线性减速并以开环方式精确定位的方法，实践中取得了很好的效果。 一、伺服系统定位误差形成原因与克服办法 通常情况下，伺服系统控制过程为：升速、恒速、减速和低速趋近定位点，整个过程都是位置闭环控制。减速和低速趋近定位点这两个过程，对伺服系统的定位精度有很重要的影响。 减速控制具体实现方法很多，常用的有指数规律加减速算法、直线规律加减速算法。指数规律加减速算法有较强的跟踪能力，但当速度较大时平稳性较差，一般适用在跟踪响应要求较高的切削加工中。直线规律加减速算法平稳性较好，适用在速度变化范围较大的快速定位方式中。 选择减速规律时，不仅要考虑平稳性，更重要的是考虑到停止时的定位精度。从理论上讲，只要减速点选得正确，指数规律和线性规律的减速都可以精确定位，但难点是减速点的确定。通常减速点的确定方法有： （1）如果在起动和停止时采用相同的加减速规律，则可以根据升速过程的有关参数和对称性来确定减速点。 （2）根据进给速度、减速时间和减速的加速度等有关参数来计算减速点，在当今高速CPU 十分普及的条件下，这对于CNC的伺服系统来说很容易实现，且比方法（1）灵活。 伺服控制时，由软件在每个采样周期判断：若剩余总进给量大于减速点所对应的剩余进给量，则该瞬时进给速度不变（等于给定值），否则，按一定规律减速。 理论上讲，剩余总进给量正好等于减速点所对应的剩余进给量时减速，并按预期的减速规律减速运行到定位点停止。但实际上，伺服系统正常运转时每个采样周期反馈的脉冲数是几个、十几个、几十个甚至更多，因而实际减速点并不与理论减速点重合。如图1所示，其最大误差等于减速前一个采样周期的脉冲数。若实际减速点提前，则按预期规律减速的速度降到很低时还未到达定位点，可能需要很长时间才能到达定位点。若实际减速点滞后于理论减速点，则到达定位点时速度还较高，影响定位精度和平稳性。为此，我们提出了分段线性减速方法。在低速趋近定位点的过程中，设速度为V0（mm/s），伺服系统的脉冲当量为δ（μm），采样周期为τ（ms），则每个采样周期应反馈的脉冲数为：N0=V0τ/δ。由于实际反馈的脉冲数是个整数，可能有一个脉冲的误差，即此时速度检测误差最大值为l/N0=δ/(V0τ)。采样周期越小、速度越低，则速度检测误差越大。为了满足定位精度是一个脉冲的要求，应使V0很小，使得N0≤1，此时速度检测误差达到100％甚至更高。如果此时仍然实行位置闭

数控机床进给系统设计

第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。

(马佳光)高精度跟踪控制系统中电流环控制技术研究

第32卷 第1期 光电工程 V ol.32, No.1 2005年1月 Opto-Electronic Engineering Jan, 2005 文章编号：1003-501X (2005) 01-0016-04 高精度跟踪控制系统中电流环控制技术研究 黄永梅，张 桐，马佳光，付承毓 ( 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209 ) 摘要：在跟踪控制系统中，速度回路控制对象的特性对控制系统的跟踪精度有很大的影响。根据电流负反馈的基本原理，在位置、速度双闭环的基础上加入了电流反馈传感器，设计了电流环校正网络。仿真和实验表明，电流环有效地改善了速度回路控制对象的特性，提高了速度回路的低频增益，控制系统位置回路的跟踪精度约有10倍的提高。 关键词：电流环；跟踪控制系统；速度回路；闭环控制 中图分类号：V556 文献标识码：A Study on the control of a current loop in a high-accuracy tracking and control system HUANG Yong-mei, ZHANG Tong , MA Jia-guang, FU Cheng-yu (The Institute of Optics and Electronics , the Chinese Academy of Sciences , Chengdu 610209, China ) Abstract : In a tracking and control system, the tracking accuracy of the control system mainly depends on the features of the object in the velocity loop. According to the basic principle of current negative feedback and through adding some current feedback sensors on the basis of position and velocity dual-loop, a current loop is designed. The simulation and experiment results show that the control object character is effectively improved and the low-frequency gain of the velocity loop is raised by the current loop. The tracking accuracy of the position loop in the control system is enhanced by about 10 times. Key words : Current loop ；Tracking control systems ；Velocity loop ；Closed loop control 引 言 在以往的跟踪控制系统中，多采用速度、位置双闭环系统，此时速度回路的控制对象为二阶惯性环节和一振荡环节，其中二阶惯性环节代表控制电机机电特性和电气特性，惯性环节的时间常数分别为电机的机电时间常数和电气时间常数，振荡环节代表控制机架的机械谐振特性，基于这样的控制对象特性，速度回路的低频增益受系统相位裕度的影响，很难有大的提高，这必然影响位置回路的跟踪精度。电流环控制就是在速度环内再加一个电流反馈传感器和电流反馈校正网络，构成电流闭环控制系统，以改变速度回路控制对象的特性，提高控制系统的跟踪精度。 1 电流环分析及设计 直流电动机在额定励磁条件下且电枢电流连续时，电枢回路的动态电压平衡关系式为[1] )d /d (a a d0t I L R I E U ++= (1) n C E e = (2) 式中 U d0为电机的电枢电压，I a 为电机的电枢电流，R 为电枢回路的总电阻，L 为电枢电感，E 为电机的反 收稿日期：2004-10-19；收到修改稿日期：2004-12-13 基金项目：863-802“快速高精度跟踪控制技术研究”课题 作者简介：黄永梅(1968-)，女(汉族)，四川内江人，博士生，主要研究方向为光电跟踪控制系统、DSP 数字信号处理系统。 E-mail: hjn666@https://www.360docs.net/doc/937517153.html,

太阳光源跟踪系统设计题

一、设计题目及要求 太阳光源跟踪系统利用伺服系统控制太阳电池帆板的移动，使其跟踪并始终垂直于太阳光线，最大程度地接受太阳能。太阳光源跟踪系统由感光器与检测线路和电机的功率放大器（可以简化视为一个增益放大环节），太阳帆板（作为直流力矩电机的负载，可以近似看作常值转动惯量加到电机轴上），电机位置传感器（其输出与电机转角成正比的电压信号）和直流力矩电机组成。 太阳光源跟踪系统如题图a 所示。计算机控制系统方块图如题图b 所示。试用连续域-离散化设计方法设计数字控制器，满足如下指标要求： （1）超调量15%≤σ （2）上升时间r 0.55t s ≤； （3）调节时间s 1t s ≤。 （4）静态速度误差系数v 5K >。 (a) (b) 图 太阳光源跟踪计算机控制系统

设计要求： （1）计算未加控制器时的性能指标，并绘出仿真曲线； （2）设计连续域控制器D(s)，写出设计步骤，验算加控制器后的性能指标，并绘出仿真曲线； （3）选用两种合适的离散化方法，将D (s )离散为D (z )。并绘制采样周期T 分别为0.01s ，0.05s ，0.1s 时，计算机控制系统的单位阶跃响应仿真曲线，记录时域指标r s %,t t σ和，计算v K 。比较两种离散化方法的性能，并说明连续域-离散化设计与采样周期T 的关系。比较离散化前后系统的阶跃响应曲线，分析离散化后系统性能变化的原因。 （4）最终选定你认为最合适的一种离散化方法和采样周期。 说明：所有的仿真都需有程序清单或simulink 模型 二、设计过程 1、在未加控制器时对系统性能进行检测 2.81231s 20s 2 .81231s 1s s 2 ++=+= Φ）（）（）（G G 编程如下： a=[1 20 1231.82]; b=[0 0 1231.82]; step(b,a,0:0.01:2) 输出曲线如下图所示：

10-李明元,戴伟明,罗晓松,孙静-CINRADCD伺服系统一次俯仰定位精度故障的维修实例

CINRAD/CD伺服系统一次俯仰定位精度故障的维修实例 李明元1戴伟明2罗晓松1孙静1 (贵州省遵义市气象局贵州遵义邮编： 563002 国营784厂四川成都邮编：610051) 摘要：简要介绍了CINRAD/CD伺服系统的工作原理、主要部件与功能，根据控制流程分析了遵义市CINRAD/CD伺服系统一次俯仰定位精度故障的检查排除。初步提出了故障排除思路。 关键词：伺服系统俯仰定位精度故障思路 引言： 新一代全相参多普勒天气雷达已在我国陆续布网建设，相应的雷达技术保障工作随之开展。为满足汛期全天连续不间断立体扫描，雷达系统故障的排除需准确、快捷，否则影响利用雷达资料开展短时临近预报工作。近几年来，随着雷达技术保障工作的开展，探讨雷达性能参数测试〔1-2〕、维护维修方法〔3-4〕、各分机维修个例〔5-10〕的文献已不少，但是针对具体个例进行系统全面分析的却比较少见，从这些文献谈到的故障来看，发射系统和伺服系统的故障率最高。本文针对伺服系统俯仰定位精度故障的维修实例，系统全面讨论该故障的检查和排除，有利于维护人员快速排除伺服系统俯仰定位精度故障，由于方位伺服系统电路和俯仰伺服系统电路大部分相同，只是各元件参数取值不同，因此可同时作为方位定位精度故障排除的参考。 CINRAD/CD伺服系统定位控制的系统增益、系统阻尼由伺服放大器的模拟电路调整（电位器RP5调整系统增益，电位器RP8调整系统阻尼），雷达运行较长时间后，系统特性参数和控制电路的参数可能发生变化，这会导致伺服系统定位精度变差，甚至不能满足雷达扫描的要求。通过对电位器RP5和RP8的调整，可以调节伺服系统的系统增益和系统阻尼，从而改善伺服系统的静态特性和动态特性，使伺服系统的定位精度满足雷达扫描的要求。当然，伺服系统的定位精度还由执行元件反馈、天线传动机构的回差、位置监测装置的精度决定。排除雷达伺服系统定位精度故障需要从多方面考虑，这不仅需要全面掌握伺服系统的工作原理，还要有合理排除故障的思路。现对排查俯仰定位精度故障个例作综合阐述。 1 伺服系统工作原理 伺服系统的工作原理是主控单元（计算机）给定天线的位置（输入角码），

高精度双轴跟踪系统设计方法

一种高精度双轴太阳能自动 跟踪系统的设计 1 系统硬件结构 该设计主要由以下几个方面组成: MCU 控制电路、光电转换电路、实时时钟电路、电机驱动电路、电源电路以及键盘显示电路等，如图 1 所示。—35—低压电器( 2011No．16) ·分布式电源·图 1 系统结构框图系统主要实现时钟控制跟踪和光电跟踪混合式跟踪方法，阴天和夜晚系统不跟踪，并记录系统停止的时间。由三个光敏传感器一直采集光照强度，当光照强度达到系统要求时，根据时钟控制跟踪方法粗控制直流电机，直到太阳光斑达到一定围时再转为光电精确控制，采用遮挡光照的四象限方法。在一直天气晴朗的情况下，电机停止时间不超过30 min，可一直采用光电精确控制，当受光面与太阳光垂直时停止系统跟踪，且不断采集高度角和方位角的光电信号，信号差达到一定阈值时可再次启动系统跟踪。 1． 1 微控制器设计 系统主控芯片 MCU 采用 STC12C5206AD，窄体直插式封装 28 脚，23 个 I/O 端口。该芯片带有八路 8 bit 高速 A/D 转换通道，两路 PWM 输出，UART 串行通信，6 KB 片内 Flash 程序存储器及带有内部 E2PROM，支持在系统可编程和在应用可编程( ISP/IAP) 功能，比传统80C51 速度快到6 ～12 倍，价格低廉，完全能满足太阳跟踪装置的要求 单片机与外围电路连接如图 2 所示。 图 2 系统电路连接设计图 1． 2 时钟电路设计 时钟电路选择 DS1302，与 AT89C51 单片机接口采用三线( RST，SCLK 和 I/O) 连接，RST 提供了 31 Bytes 的非易失性 SRAM，用于数据存储;SCLK 保存系统时钟和日期。I / O 为时钟控制跟踪太阳做输入信号。电路连接如图 3 所示。该设计中，采用大容量电容蓄电，作为 DS1302 的后备电源，DS1302 的工作电压宽达 2． 5 ～5． 5 V。 1． 3 光电转换电路设计 光敏电阻采用 LXD5516D，具有高灵敏度、快速响应时间、低功耗、高性价比等特点。其中，亮电阻 5 ～10 kΩ，暗电阻 200 kΩ以上，亮电阻和光照强度的关系并不是完全的线性关系。采集电路设计如图 4 所示，调节电位器，使在亮电阻时输出电压在2 ～3 V，通过稳压后进行 A/D 转换。该设计共用七个光敏电阻，其中，A、B、C 三个光敏电阻安置在太阳跟踪装置的不同位置，用来判断阴天还是晴天，同时其他两对( E，W) ，( S，N) 光敏电阻分别用于判断方位角和高度角的光照精度，以便精确驱动电机运行。 图 3 时钟控制电路 图 4 光敏电阻采集电路 1． 4 其他部分电路设计 该设计采用直流电动机，通过驱动芯片 L298带动电机运行，驱动电路和内部系统电路采用光电隔离，具有高精度、低成本、电动机运行噪声低等优点。 键盘和显示部分采用 ZLG7290 智能控制芯片。该芯片具有 I 2 C 串行接口，可控制八个共阴极数码管显示和 64 个键盘。该部分在调试过程中作为人、机交互界面，调试成功后可以不使用，节省成本。 限位开关用来控制小型电动机的运行范围，减少因电动机的无谓转动而带来的电源损耗及机械磨损。 2 软件系统设计

点光源追踪系统

2010项目练习 设 计 作 品 作品名称：点光源跟综系统 设计组员：王国凯徐文超蔡露王奇志专业：应用电子技术 指导老师：唐炎明

摘要：本文设计的是一个点光源追踪系统，主要由光照传感器的照度检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行这几个部分构成。整个系统是以A T89S52为控制核心，通过四个光照传感器来检测光照，依据光照度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度。当水平方向上的两传感器的测量数值相对接近，同时竖直方向上的两传感器的测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。除基本要求满足外，本系统设计了一些拓展环节：在点光源正对及电机运动幅度允许的条件下，激光笔可追踪任意方向移动的点光源，也可换速度档，达到迅速调节的目的。 关键字：点光源定位寻迹二维运动分析步进电机控制A T89S52

一．系统方案设计 1.主控芯片 根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案： 方案一：AT89C51系列单片机。8位低功耗单片机，性能良好。 方案二：AT89S52系列。8位处理器内核高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。 本系统选取AT89S52单片机作为控制器，AT89S52支持低功耗模式，性能稳定，在控制、处理数据速度上有优势，，所以选择方案二。 2.传感器的选择 本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案： 方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。 方案二：光敏三极管。光敏三极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。 在测试光敏电阻，发现光源的距离限制了两者的应用范围。当距离比较大时，两者的灵敏度大大降低。经实践测定，光敏三级管传感器满足要求，因此传感器选择方案二。 3.电机的选择 电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。 方案二：直流电机。电机的转速受负载影响，惯性大。 根据设计的要求，步进电机转速平稳，容易控制，因而选用第一种方案。 4.点电源的供电方案 根据题目要求：为产生150mA~350mA的LED驱动电流，采用比例电流源。经测试可行。 5.总方案的确定 综上，本系统最终以A T89S52作为控制器，用光敏三极管做检测元件，通过控制步进电动机来使激光笔指向点光源。

数控车床横向进给系统设计

1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。

基于51单片机点光源自动跟踪系统设计综合设计报告

综合设计报告 设计题目：基于单片机的光源自适应控制系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

X_Y伺服系统(定位控制系统)概要

X_Y伺服系统（定位控制系统） 随着SMC/SMD尺寸的减少而精度不断提高，对贴片机的贴装精度要求越来越高。换言之，对X—Y定位系统的要求越来越高，而X—Y定位系统则由X—Y伺服系统来保证，即上述的滚珠丝杆—直线导轨以及同步齿形带—直线导轨，是由交流伺服电机驱动，并在位移传感器以及控制系统的指挥下实现精确定位的。因此位移传感器的精度起到关键的作用。目前贴片机上使用的位移传感器常有圆光栅编码器、磁栅尺、光栅尺，现将他们的结构与远离介绍如下。 （1）圆光栅编码器 通常圆光栅编码器的转动部位上装有两片圆光栅，圆光栅是由玻璃片和透明塑料制程，并在片上镀有明暗相间的放射状铬线，相邻的明暗间距称为一个栅节，整个圆周总栅节数为编码器的脉冲数。铬线数的多少也表示其精度的高低，显然，铬线数越多，其精度越高。其中一片光栅固定在转动部位用做指示标光栅，另一片则随转动轴同步运动并用来计数，因此指标光栅与转动光栅组成一对扫描系统，相当于计数传感器。 编码器在工作时，可以检测出转动件的位置、角度及角度加速度，它可以将这些物理量装换成电信号，传输给控制系统，控制系统就可以根据这些量来控制驱动装置。因此，圆光栅编码器通常装在伺服电机中，而电机直接与滚珠丝杆相连。 贴片机在工作时，将位移量转换为编码信号，输入编码器中。挡电机工作时，编码器就能记录丝杆的旋转数并将信息反馈给比较器，直至符合被测线性位移量，这样就将旋转运动转换为线性运动，保证贴片头运动到所需位置上。 采用圆光栅编码器的位移控制系统结构简单，抗干扰性强，测量精确度取决编码器中光栅盘上的光栅数以及滚珠丝杆导轨的精度。 （2）磁栅尺 磁栅尺由磁栅尺、磁头检测电路组成，利用电磁特性和录磁原理对位移进行测量。磁栅尺实在非导磁性标尺基础上采用化学涂覆或电镀工艺在非磁性标尺上沉积一层磁性膜（一般10~20μm），在磁性膜上录制代表一定长度、具有一定波长的方波或正弦波磁轨迹信号。磁头在磁栅尺上移动读取磁信号，并转变成电信号输入控制电路，最终控制着AC伺服电机的运行，通常磁栅尺直接安装在X，Y导轨上。 磁栅尺的优点是制造简单，安装方便，稳定性高，量程范围大。其测量精度高达1~5μm，一般高精度自动贴片机采用此装置；贴片重复精度一般为0.002mm。 （3）光栅尺 该系统同磁栅尺系统相类似，也由光栅尺、光栅读数头与检测电路组成。光栅尺是在透明玻璃或金属镜面上真空沉积镀膜，利用光刻技术制作均匀密集条纹（每毫米100~300条条纹），条纹距离相等且平行，光栅读数头由指示光栅、光源、透镜及光敏器件组成。指示光栅有相同密度的条纹。光栅尺根据物理学的莫尔条纹形成原理进行位移测量，测量精度高，一般为0.1~1μm。光栅尺在高精度贴片机中应用，其定位精度比磁栅尺还要高1到2个数量级。

数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理

数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理 数控机床在工作时常出现由于进给伺服系统原因造成的机床故障，此类故障出现的常见形式有爬行、抖动、伺服电动机不转、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障，采用一定的机床维修技术，可以实现快速排除此类故障。 数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 伺服进给系统常见故障形式 1.1爬行

般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外 加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹、磨损、断裂等，造成滚珠丝杠转动或伺服电动机的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产生爬行现象。 1.2抖动 在进给时出现抖动现象，其可能原因有：1、接线端子接触不良，如紧固的螺钉松动；2、位置控制信号受到干扰，如屏蔽不好等；3、测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、反向运动的瞬间，则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。 1.3过载 当进给运动的负载过大、参数设定错误、频繁正、反向运动以及进给 传动链润滑状态不良时，均会引起过载的故障。此故障一般机床可以

自行诊断出来，并在CRT显示屏上显示过载、过热或过电流报警。同 时，在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电 流等报警信息。 1.4伺服电动机不转 当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号（即伺服允许信号，一般为DC+24V继电器线圈电压）未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。此时应查阅电气图纸，测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常，通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图，以确定进给轴的启动条件，观察如润滑、冷却等是否满足。如是进给驱动单元故障则用交换法，可判断出相应单元是否有故障。 进给伺服系统常见故障典型案例分析 案例1.故障现象：一台配套SIEMENS840系统的加工中心在自动加工过程中，Y轴有抖动现象，加工零件表面不光滑。 故障诊断与处理：为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制Y轴进给，在JOG方式下，来回移动丫轴，发现丫

太阳自动跟踪装置控制系统的研究(精)

第2期(总第147期 2008年4月机械工程与自动化 M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &AU TOM A T I ON N o 12 A p r 1 文章编号:167226413(20080220140203 太阳自动跟踪装置控制系统的研究 徐东亮,任超 (武汉理工大学机电学院,湖北武汉430070 摘要:为了更充分、高效地利用太阳能,人们普遍采用跟踪太阳的方式以最大限度地获得更多的光能。介绍了太阳自动跟踪装置控制系统的控制原理及硬件、软件的设计方法。该系统控制软件运行后,PC 机通过串行端口发送和接收脉冲信号以驱动步进电机,实现对太阳运动轨迹的自动跟踪。整个系统结构简单、价格低廉、性能可靠、跟踪精度高。本控制系统基于PC ,具有丰富的软件资源、良好的人机界面以及强大的数据处理能力。关键词:太阳跟踪装置;自动控制;串口通讯;步进电机中图分类号:T P 273文献标识码:A 收稿日期:2007208213;修回日期:2007211201 作者简介:徐东亮(19702,男,福建人,副教授,博士,研究方向为机械电子工程、检测技术与自动化装置。 0引言 太阳能是一种洁净的可再生资源,有着矿物能源不可比拟的优越性,而且太阳能资源十分丰富,是目前可再生能源中应用范围最广泛、发展前景最远大的清洁能源。

虽然太阳能总能量很大,但由于太阳能的能量密 度比较低,在大气层外的平均密度约为1135k W m 2 ,再考虑通过大气层的损耗等因素,当到达地面时,只 有不到1k W m 2 。因此为了更充分、高效地利用太阳能,人们普遍采用跟踪太阳的方式以最大限度地获得更多的光能。本文介绍的是基于二维太阳跟踪装置的控制系统,该系统采用视日运动轨迹跟踪的方法计算太阳的高度角和方位角,进而通过PC 控制步进电机,实现全自动、全天候、高精度的太阳跟踪。由于采用在V C ++610环境下通过PC 机串口直接控制步进电机的方法,因此整个系统成本低、简单实用、可靠性高,且具有良好的人机界面,能够广泛应用于气象监测、环境能源利用等领域。1太阳运行轨迹的算法 太阳的运行轨迹,即太阳相对地球的位置可由两种坐标系来描述:赤道坐标系和地平坐标系。111赤道坐标系 赤道坐标系是人在地球以外的宇宙空间里看太阳相对于地球的位置,这时太阳相对于地球的位置是相对于赤道平面而言,用赤纬角和时角这两个坐标表示。11111赤纬角? 太阳中心与地球中心的连线(即太阳光线在地球表面直射点与地球中心的连线与此连线在赤道平面上的 投影间的夹角称为太阳赤纬角(或称太阳赤纬。它描述地球以一定的倾斜度绕太阳公转而引起二者相对位置的变化。一年中,太阳光线在地球表面上的垂直照射点的位置在南回归线、赤道和北回归线之间往复运动,使该直射点与地心连线在赤道面上的夹角也随之重复变化。赤纬角?(o 在一年中的变化用下式计算: ?=23145sin (2Πd