电机伺服控制系统数字化设计
基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计毕业论文设计
南京化工职业技术学院毕业论文设计题目：基于PLC的伺服系统的运动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。
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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日摘要本文采用运动控制系统，完成三菱电机杯竞赛的关于伺服电机如何实现系统的运动控制系统。
伺服控制系统(设计)
第一章伺服系统概述伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。
在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地尾随输入量的变化，因此又称之为随动系统或者自动跟踪系统。
机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。
近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及机电创造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步机电、感应电机为伺服机电的新一代交流伺服系统。
目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路创造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性创造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。
1.1 伺服系统的基本概念1.1.1 伺服系统的定义“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行住手。
伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵便方便的控制。
1.1.2 伺服系统的组成伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。
它由检测部份、误差放大部份、部份及被控对象组成。
1.1.3 伺服系统性能的基本要求1 )精度高。
伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。
2 )稳定性好。
稳定是指系统在给定输入或者外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。
3 )快速响应。
响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。
4)调速范围宽。
调速范围是指生产机械要求机电能提供的最高转速和最低转速之比。
5 )低速大转矩。
在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。
异步电机矢量控制数字化系统设计与实现
异步电机矢量控制的数字化系统的设计与实现摘要：为了满足交流传动系统对异步电机控制的要求，根据异步电机的工作原理和矢量控制的原理，详细分析了空间矢量脉宽调制（svpwm）算法和控制实现方法，建立了以tms320f2812型dsp 为控制核心的异步电机矢量控制数字化实验平台，实现了对异步电机的高效控制。
实验结果表明，该数字化系统具有良好的性能，实现方法简单有效便于工程实际应用。
关键词：异步电机矢量控制空间矢量脉冲调制 tms320f28121 引言矢量控制以磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系下的交流量变换到旋转坐标系下的直流量，可以将定子电流分为励磁电流与转矩电流进行分别控制，进而控制异步电机的转矩、转速[1]，从而使电机的控制效果达到直流电机的控制效果。
本文采用基于转子磁场定向的矢量控制结合svpwm对异步电机进行控制[2，3]。
以三相对称正弦电压供电时的理想圆形磁通为基准，用逆变器不同开关模式进行组合，使实际磁通逼近基准磁通。
以tms320f2812型dsp为控制核心，进行了数字化异步电机调速控制系统的研究。
2 svpwm原理及实现2.1 svpwm原理交流电机的对称三相正弦供电电压所合成的电压矢量us是一个旋转的空间矢量，以角速度ω=2πf按逆时针方向匀速旋转。
逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，定义开关函数 sx （x=a、b、c）为：（sa、sb、sc）的全部可能组合共有八个，6个非零矢量ul（001）、u2（010）、u3（011）、u4（100）、u5（101）、u6（110）和两个零矢量u0（000）、u7（111），如图1所示。
图 1 电压空间矢量图2.2电压空间时间作用时间的计算对于任意的电压矢量，可以通过某两个基本空间矢量来合成，以第一扇区为例：（2）其中ts为参考旋转电压矢量uref的作用时间，t1和t2分别为电压矢量u4和u6的作用时间，在αβ坐标系下有：（3）从上式可以得到，相邻电压空间矢量作用时间t1、t2。
伺服电机控制系统毕业论文设计
调速应用领域最初用得最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来，由于直流伺服电动机体积小、重量小和高效节能等一系列优点，中小功率的交流变频系统正逐步被直流伺服电动机系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域，而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域，则更多的由直流伺服电动机所取代。
This article mainly discusses the designations of three-phase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM special-purpose control chip 80C196MC, assistanceswith the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electricalmachinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocity-feedback control according to the Hall signal.
电气自动化毕业设计论文8000字左右范文
论文题目：电机驱动系统的数字化控制及性能优化研究摘要本文主要研究了电机驱动系统的数字化控制及性能优化。
首先介绍了电机驱动系统的基本组成、工作原理和发展趋势，然后详细探讨了数字化控制的基本概念、电机驱动系统的数字控制器设计以及数字化控制在电机驱动系统中的应用实例。
接下来，文章分析了电机驱动系统的性能指标，并基于模型预测控制、遗传算法和粒子群优化分别进行了电机驱动系统的优化研究。
最后通过案例分析和仿真验证了所提方法的有效性。
本文的研究有助于提升电机驱动系统的控制精度和运行效率，对于推动相关领域的技术发展具有一定的理论和实际意义。
关键词：电机驱动系统；数字化控制；性能优化；模型预测控制；遗传算法；粒子群优化目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 论文的主要研究内容和结构 (1)第2章电机驱动系统概述 (2)2.1 电机驱动系统的基本组成 (2)2.2 电机驱动系统的工作原理 (2)2.3 电机驱动系统的发展趋势 (2)第3章电机驱动系统的数字化控制技术 (3)3.1 数字化控制的基本概念 (3)3.2 电机驱动系统的数字控制器设计 (3)3.3 数字化控制在电机驱动系统中的应用实例 (3)第4章电机驱动系统的性能优化方法 (4)4.1 电机驱动系统的性能指标分析 (4)4.2 基于模型预测控制的电机驱动系统优化 (4)4.3 基于遗传算法的电机驱动系统优化 (4)4.4 基于粒子群优化的电机驱动系统优化 (4)第5章案例分析与仿真验证 (5)5.1 案例描述 (5)5.2 控制策略的仿真建模 (5)5.3 仿真结果与分析 (5)第6章结论与展望 (6)6.1 主要研究成果总结 (6)6.2 存在的问题与未来研究方向 (6)致谢 (7)第1章绪论1.1 研究背景与意义随着工业自动化和智能化水平的不断提升，电机驱动系统作为众多机械设备的核心部件，其控制精度和运行效率对整个系统的性能至关重要。
面向伺服应用的计算机控制实验平台的设计
ＩＳＳＮ１００６－７１６７ＣＮ３１－１７０７／ＴＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＩＮＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ第３９卷第１１期 Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１１２０２０年１１月Ｎｏｖ．２０２０ ·计算机技术应用·面向伺服应用的计算机控制实验平台的设计程国扬， 胡金高（福州大学电气工程与自动化学院，福州３５０１０８）摘 要：自动化本科专业《计算机控制技术》课，是实现从控制理论走向控制工程（应用）的桥梁。
这门课介绍了基于状态空间模型的先进控制技术，但控制律的复杂性给设计和实现带来了困难。
以工业自动化常用的电机伺服系统作为控制对象，采用闭环阻尼和自然频率等作为关键可调参数，设计了全参数化的伺服控制律，并利用ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５ＤＳＣ编程工具，搭建了一个计算机控制半实物仿真实验平台，用户可借助代码调制器作为操作界面，在线调整控制律的参数，观察实时控制效果。
平台提高了实验教学的效率，增强了学生对先进控制技术的领悟和对自动化专业的认同感。
由于控制律具有通用性，平台也能用于相关课程如《运动控制系统》的实验教学，若稍加改造则可用到工业伺服应用中。
关键词：计算机控制系统；数字化控制律；伺服系统；参数化设计；实验平台中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－７１６７（２０２０）１１－０１４０－０６ＤｅｓｉｇｎｏｆａＣｏｍｐｕｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＨＩＬＴｅｓｔｂｅｄｆｏｒＳｅｒｖｏＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＣＨＥＮＧＧｕｏｙａｎｇ， ＨＵＪｉｎｇａｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｄｕｌｅｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｔｙｐｉｃａｌｌｙｔａｕｇｈｔｔｏｓｅｎｉｏｒｓｔｕｄｅｎｔｓｍａｊｏｒｉｎｇｉｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ａｉｍｉｎｇｔｏｂｒｉｄｇｅｔｈｅｇａｐｂｅｔｗｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）．Ｔｈｅｍｏｄｕｌｅｃｏｖｅｒｓｓｏｍｅａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｂａｓｅｄｏｎｓｔａｔｅ ｓｐａｃｅｍｏｄｅｌ，ｂｕｔｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｓｕｃｈｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｓｐｏｓｅｓａｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｆｏｒｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔａｒｇｅｔｉｎｇｆｏｒｍｏｔｏｒｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｓｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ａｆｕｌｌｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏａｎｄｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｓｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｔｕｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｗａｓｔｈｅｎｐｒｏｇｒａｍｍｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｏｎａＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＤＳＣ）ｂｏａｒｄ，ａｎｄａｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌＨＩＬ（ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎ ｌｏｏｐ）ｔｅｓｔｂｅｄｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｂｅｄ，ｕｓｅｒｓｃａｎｍａｎｉｐｕｌａｔｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｒｅａｌ ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｖｉａｔｈｅｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏ（ＣＣＳ）ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｂｅｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｉｔａｌｓｏｈｅｌｐｓｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓｂｅｔｔｅｒａｐｐｒｅｃｉａｔｅｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｔｈｕｓｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅｉｒｉｄｅｎｔｉｔｙｗｉｔｈｔｈｅｍａｊｏｒｏｆａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｅｎａｂｌｅｓｔｈｅｔｅｓｔｂｅｄｔｏｂｅｅｍｐｌｏｙｅｄｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｒａｉｎｉｎｇｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｍｏｄｕｌｅｓ，ｓｕｃｈａｓｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｔｅｓｔｂｅｄｍａｙａｌｓｏｂｅｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｓｅｒｖｏａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｆｔｅｒｓｏｍｅｒｅｎｏｖａｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｙｓｔｅｍ；ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌａｗ；ｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎ；ｔｅｓｔｂｅｄ收稿日期：２０２０ ０２ １１基金项目：国家自然科学基金项目（５１９７７０４０）；福建省自然科学基金项目（２０１７Ｊ０１７４７）作者简介：程国扬（１９７０－），男，福建惠安人，博士，教授，研究方向为控制工程、电力传动系统。
基于DSP控制的IPM数字化电机伺服驱动系统设计
ｔ ａ ｈ ｒ ｉ ｇ ｓ ｓ ｍ ａ ｈ ｔｂ ｅ ｐ ｒ ｒ ａ ｉｈ ａ ｔ ｉ ｔｒ ｒ ｎ ｅ， ｈ ｇ ａｕ ． ｈ ｔ ｅ ｄ ｖ ｎ ｙ ｔ ｈ ｓ ｔ ｅ ｓａ ｌ ｅｆ ｍ ｎ ｈ ｇ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ｔ ｉ ｅ ｏ — ｆ ｉｈ ｖ ｌ ｅ
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本文 以基 于 Ⅱ 公 司 Ｔ ３０ ２０ ＭＳ２ Ｆ ０ ０系列 Ｄ Ｐ的 Ｓ
三相电机数字化 控制 系统研 究这 一实 验项 目为 应用
样电流和电压信号、电机转速和转子位置信号 ，运 用控制算法，得到 Ｐ ＷＭ控制信号 ，经光耦 隔离电
路后 ，驱动 ＩＭ开关 器件 。当系统 出现短 路 、过流 、 Ｐ
直流伺服系统设计
02 直流伺服系统设计基础
CHAPTER
电机选择
根据系统需求选择合适的电机 类型，如无刷直流电机、有刷 直流电机等。
考虑电机的扭矩、转速、尺寸 和重量等参数，以确保电机能 够满足系统性能要求。
考虑电机的效率和温升，以降 低能耗和提高系统稳定性。
驱动器设计
根据电机类型和系统需求，设计合适的驱动器电路，包括电源、控制信号、保护电 路等。
工作原理
控制器
控制器是直流伺服系统的核心部 分，负责接收指令信号，并与电 机反馈信号进行比较，根据比较
结果输出控制信号。
电机
直流电机是系统的执行元件，根据 控制信号调整电机的输入电流或电 压，从而实现精确的运动控制。
反馈装置
为了实现精确控制，直流伺服系统 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常配备位置、速度或力矩传感器 等反馈装置，将实际运动状态反馈 给控制器。
霍尔编码器
霍尔编码器也具有较高的测量精度和可靠性，适用于对测量精度 要求较高的应用。
磁编码器
磁编码器利用磁场变化来测量转速和位置，具有较小的体积和较 高的测量精度。
控制器
1 2
微控制器
微控制器是伺服控制系统的核心，负责接收输入 信号、计算输出信号并控制伺服系统的运行。
数字信号处理器
数字信号处理器具有较高的计算能力和数据处理 能力，适用于对计算能力要求较高的应用。
3
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器适用于需要自动化控制和逻辑 运算的应用，具有较好的可靠性和稳定性。
驱动器
晶体管驱动器
晶体管驱动器利用晶体管的开关特性 来控制电流的通断，具有较快的响应 速度和较大的输出电流。
继电器驱动器
继电器驱动器利用继电器的触点开关 来控制电流的通断，适用于对输出电 流要求较低的应用。
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第23卷第1期2007年8月 山西大同大学学报(自然学科版)J ournal of Shanxi Dat ong Univers i t y(Nat ural Science)
Vol.23.No.1
Aug.2007
电机伺服控制系统数字化设计
史建华
(山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同037009)
摘 要:传统电机伺服控制系统的设计一般均采用模拟电路来实现,本文介绍一种数字化设计方法.关键词:伺服系统 数字化 多环控制
中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:167420874(2007)0120050203
一般的自动控制系统中,为了获取控制信号,要将被控制量y 与给定值r 相比较,以构成误差信号e =f -r.直接利用误差进行控制,使系统趋向减小误差,以至使误差为零,从而达到使被控制量y 趋于给定值r 的控制目的.这种控制由于被控制量是控制系统的输出,被控制量的变动又反馈到控制系统的输入端,与作为系统输入量的给定位相减,所以称为闭环负反馈系统[1],如图1所示.
图1 闭环控制系统框图
如果把图1用计算机来代替,就可以构成计算机控制系统[1],其基本框图如图2所示.
图2 计算机控制系统框图
本文以某项目中电机伺服系统控制环数字化为例分析电流、速度、位置环的数字化设计.
1 电机伺服系统控制环概述
电机伺服系统由位置环、速度环和电流环三个闭环组成,是多环控制系统.可以采用设计多环系统的一般方法来设计此控制系统:从内环开始,逐步向外扩大.首先设计电流环,把电流环看作速度环中的一个环节,再设计速度环,最后将电流环和速度环看作位置环中的一个环节设计位置环.本系统所采用电动机参数为如下:
电动机额定功率:300W ;电动机额定转速:2000r/min ;电动机额定电流:2.5A ;
电动机额定电压:110V ;
电动机定子电阻Rs :0.85Ω;电动机定子电感L :7.2m H ;电磁时间常数TL :3.5m s ;机械时间常数TM :1.3ms ;转动惯量J :(1.0×10-3)kg ·m 2.1.1电流环设计
传统电流环的设计常采用P I 调节器,可按典型系统的校正方法设计参数[2].从稳态要求和动态要求上看,希望电流环做到无稳态误差,保持电枢电流
在起动过程中不超过允许值,因而不希望产生超调,
收稿日期225
作者简介史建华(82),男,山西宁武人,硕士,讲师,研究方向计算机控制:2007011:197:.
或者超调越小越好,可以采用典型Ⅰ系统校正.由于电流环有另一个重要作用是对电源电压波动的即时调节,为提高抗扰动性,系统采用典型Ⅱ系统校正.图3为电流环动态结构简图[3].
图中各参数变量意义如下:
K p i :电流环P I 调节器比例系数;
τi :电流环PI 调节器时间常数;
β:电流反馈系数;
T i :电流环时间常数;K s :功率放大系数.
图3 电流环动态结构简图
按典型Ⅱ系统校正电流调节器参数计算公式如下:
比例系数:K p i =
(h +1)R S T L
2h K s βT i
积分系数:K Ii =K p i /h
各参数取值为:h 为中频宽,工程设计中一般为
5,功率放大倍数K s =310,电流反馈系数β=1
2×2.5
=0.283,T 1=125μs ,计算得:
K p i =0.163,K Ii =0.54.
1.2速度环设计
在速度环设计时,把电流环等效为速度环的一个中间环节进行设计,同样出于抗扰动性的考虑,系统采用典型Ⅱ系统校正,图4为其动态结构简图[3].
图4 速度环动态结构简图
图中各参数变量意义如下:
K p v :速度环P I 调节器比例系数;
τv :电流环PI 调节器时间常数;α:速度反馈系数;
T v :速度环时间常数;I f 扰动量;
电机电动势常数按典型Ⅱ系统校正速度调节器参数计算公式如下:
比例系数:K pv =
(h +1)βC e T M
2h αR S T v
积分系数:K Iv =K pv /h
公式中h =5,C e =0.06688v/rpm ,α=1/10,
T v =1ms ,由此可计算得
K pv =0.0748,K I v =0.01496.
1.3位置环设计
自从计算机进入控制领域以来,用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机控制系统,不仅可以用软件实现PID 控制算法,而且可以利用计算机的逻辑功能,使PID 控制更加灵活.数字PID 控制在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法,在机电、冶金、机械、化工等行业中获得了广泛的应用.将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组
合构成控制量,由计算机输出被控参数对被控对象进行控制,故称其为P ID 控制器.
高性能的稳定器既要保证很强的抗干扰性,也要考虑它的快速、稳定性,以往采用基于传统PID 设计的控制器不能够兼顾各项的平衡.
2 电机伺服系统控制环数字化电路设计
2.1电流采集电路
在电机伺服多环控制系统中,电流环的性能对整体性的影响较大,而电流反馈回路对电流环而言是至关重要的.由于霍尔元件输出的是弱电流信号,因此,就将该电流信号转换成电压信号,然后经过滤波放大处理,由于霍尔电流传感器的输出为有正负向的电流信号,而多数片内A/D 转换器的输入为0～5V 的电压信号,因此要有偏移电路.将霍尔元件输出的小电流信号首先变换为电压信号,再经放大滤波后进入A/D 通道.将有正负极性的电压信号变换成单片机片内A/D 转换器所能够接收的单极性电压信号,为防止电压过高或者过低,设计了由二极管组成的限幅电路,如图5.
图5 电流采集处理电路
·
15·2007年 史建华:电机伺服控制系统数字化设计 :C e :.
设计所用滤波放大电路由L F356组成的电路如图5所示,经过电流到电压转换输入到片内A/D 转换器.
电流采集电路参数如图5所示:
R 1=R 2=R 4=R 5=R 6=10K Ω,R 3=50K
Ω,R 7=R 8=R 9=R 10=10K Ω.2.2速度采集电路
在电机伺服控制系统中,由于速度陀螺仪输出的-10V ～+10V 的电压信号,因此需要将陀螺仪输出的双极性电压转换为单片机片内A/D 转换器能够接收的单极性电压信号范围0～5V ,为防止电压过高或者过低,设计了由二极管组成的限幅电路.如图6速度采集处理电路.
图6 速度采集处理电路
速度陀螺仪输出信号通过AD704放大器经过分压、跟随、限幅电路,使得陀螺输出信号与单片机片内的A/D 转换器的输入输出阻抗匹配.AD704
的输入阻抗都是兆欧级,这可使得陀螺仪信号无偏差的输入到单片机片内A/D 转换器. 速度采集电路参数如图6所示R 25=270K
Ω,R 26=10K Ω,R 27=20K Ω,R 28=20K Ω,R 29=
10K
Ω,R 30=20K Ω,R 32=5.6K Ω.2.3位置采集电路
电机伺服控制系统中,位置环处在三环的最外一环,是稳定器不可缺少的一环,在系统起着承前起后的作用.位置采集系统所采集的信号是由电机电气装置输出的自整角机信号,因此需要将此信号转换为计算机可以接收的数字信号,本设计采用数字旋转变压器与单片机接口电路可以准确采集到位置信号.如下图7为位置采集处理电路.
图7 位置采集处理电路
3 结束语
通过上面的介绍可以得出电机伺服系统控制环的数字化设计,这个数字电路充分体现了计算机控制系统的优越性,本电路已在某项目中得到应用,系统工作稳定,实现了电机伺服系统的数字化要求.
参考文献
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Digital Design of Motor S ervo Control System
S HI Jian 2hua
(School of Physics a nd Electronic s Science ,Sha nxi Datong Univer sity ,Dato ng Sha nxi 037009)
A bstract :Tra ditional motor control system is based on realization of a nalog circuit.This paper introduces the method of digital de sign.
K y y ;z ;2·
25· 山西大同大学学报(自然科学版) 2007年
e wor d s :servo s stem digitali atio n multip le lo o p co nt ro l。