基于VC的伺服电机速度控制系统毕业设计

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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。

基于单片机的伺服电机控制本科毕业设计

毕业设计（论文)论文题目基于单片机的伺服电机控制器基千单片机的伺服电机控制器随着电力电子技术、智能控制技术的发展成熟，伺服机控制器已成为自动化装置的一个重要部分。

例如，印刷机应用了伺服机控制器来控制电机的转速和传送长度。

本论文阐述了基于单片机的伺服机控制器的控制原理，位置控制和电子齿轮的特点和应用，采用单片微机AT89S52作为中央控制器，AM26LS31为驱动器。

AT89S52主要与E - II控制器连接了位置控制，方向控制，正反转限制等。

AT89S52从P1 口输出脉冲序列，利用I丨控制器电子齿轮简便设置，控制伺服电机的总转动角度，控制输出脉冲的频率就可以控制伺服电机的速度，以达到控制伺服电机的目的。

此外还介绍了 E - II的控制器的结构连接图，特性，功能和用户常数设定，SGM □丨1型伺服机的发展，优点和工作原理。

还有介绍伺服系统的基本内容。

关键词：伺服系统；位置控制；电子齿轮；单片机AT89S52摘要ABSTRACTAs development of electric and electronic technology , intellectual control technology being ripe, the servo machine controller has already become an important part of the automatic device . For example, the printing machine has used the servo machine controller to control the rotational speed of the electrical machinery and length of conveyance. Thi k s thesis has explained the principle of control based on servo machine controller of the one-chip computer, position control and electronic characteristic and application of gear wheel, adopt single blocks of computer AT89S52 as the central controller, AM26LS31 is a driver . AT89S52 has connected position control with controller mainly, directional control, rotate positive and negativly and limit etc.. AT89S52 outputs the pulse array from PI mouth, utilizes controller's electronic gear wheel to be set up simply and conveniently, controlling always rotating the angle of the servo electrical machinery, controlling the frequency of outputting the pulse can control the temjx) of the servo electrical machinery , in order to achieve the goal of controlling the servo electrical machinery. In addition has recommended the structure of the controller of connect and pursue , the characteristic, the function and user's constant are established , SGM .The development of the type servo machine , the advantage and operation principle. Still introduce the basic content of the servo system.KEY WORDS: Servo system ; Position control; Electronic gear wheel ；One-chip computer AT89S52目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................................................... I I 引言 . (1)1伺服电机和控制器 (2)1.1伺服机的介绍 (2)1. 1. 1交流祠服机的发展 (2)1. 1. 2交流祠服机的优点 (2)1.2控制器的介绍 (2)1. 2.1控制器的特点 (2)1. 2. 2 E - IH司服控制器的介绍 (3)1. 2. 3 S - II伺服控制器的功能说明 (6)1. 2. 4 E - II伺服控制器的设定 (8)2伺服系统的控制 (11)2.1伺服电机的基本原理 (11)2. 1. 1伺服电机的工作原理 (11)2. 1. 2伺服电机的特点 (12)2.2伺服系统的介绍 (12)2.2.1伺服系统的概念 (12)2. 2. 2伺服系统定义 (13)2.2.3伺服的主要任务 (13)2.2.4伺服系统的组成 (13)2. 2. 5伺服系统的性能要求 (13)2. 2. 6伺服系统的种类 (13)2. 2. 7伺服系统对伺服电机的要求 (14)2.2_ 8伺服控制方式的优点和缺点 (14)3基于单片机的伺服机控制器 (15)3.1元器件AM26LS31和AT89S52的介绍 (15)3. 1. 1 AM26LS31 的工作原理 (15)3. 1. 2 AT89S52 的介绍 (15)3. 1. 3 AT89S52单片机的引脚介绍 (16)3.1.4中断系统 (18)3.2位置控制 (19)3. 2. 1位置指令 (19)3. 2. 2基于单片机的数字位置控制 (19)3. 2. 3位置控制的控制原理 (19)基千单片机的伺服电机控制器3. 2.4脉冲信号的产生 (20)3. 2. 5伺服电机的转速控制方式 (20)3. 3控制单元 (20)3. 4超程设定 (21)3. 4. 1超程设定的概念 (21)3.4. 2超程功能的使用 (21)3. 5 PWM控制技术 (22)3. 5. 1 PWM控制技术的定义 (22)3. 5. 2 PWM技术的应用 (22)3. 6电子齿轮 (23)3. 6.1电子齿轮的概念 (23)3. 6. 2电子齿轮的设定方法 (23)3. 6. 3电子齿轮比（B/A)。

伺服电机控制实验装置设计——程序设计毕业论文

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程系专业：自动化学生：指导老师：完成日期2011 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）伺服电机控制实验装置设计——程序设计Servo motor control experiment device design——programming总计：毕业设计（论文）页表格：9 个插图：12 幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）伺服电机控制实验装置设计——程序设计Servo motor control experiment device design——programming学院（系）：电子系专业：自动化学生姓名：学号：079611指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology伺服电机控制实验装置设计——程序设计自动化［摘要］该系统是基于台达PLC和台达变频器的伺服电机控制系统设计，利用变频器控制异步电机，通过旋转编码器来间接的测出异步电机的速度，把速度转化为脉冲的形式送给PLC来控制伺服电机，实现伺服电机与异步电机的跟随功能，并通过人机界面的程序来控制伺服电机的转动形式与修改PLC的内部寄存器来改变伺服电机的速度，同时也要设定好伺服驱动器的内部参数以达到良好的控制效果。

［关键词］变频器；PLC；异步电机;伺服电机；控制精度Design of Servo motor control experiment device——programmingAutomation Specialty NIE Yao－huaAbstract: This system is a servo control system which designed based on Delta PLC , Delta Variable-frequency and servo motor, using Delta Variable-frequency to control asynchronous motor. Through the revolving encoder to measure the asynchro nous motor’s speed. Then translate the speed into pulse form to PLC to control servo motor, to realize the function of the servo motor tracking the asynchronous motor absolutely, and through the program of the Human Machine Interface tocontrol the servo motor’s rotating form and change the parameters of Human Machine Interface and Delta Variable-frequency Drive to change the motor speed, also need setting the servo drive internal parameters to achieve good control effect.Key words: Variable-frequency drive; Programmable logic controller; Asynchronous motor；Servo motor；Control precision；目录1 引言 (1)1.1 伺服控制技术的国内外研究现状 (1)1.2 设计内容和任务要求 (1)1.2.1设计内容 (1)1.2.2任务要求 (1)1.3 系统设计可行性分析 (2)2 系统的控制硬件原理 (3)2.1台达PLC与其工作原理 (3)2.2 台达变频器的介绍 (4)2.3 伺服驱动器的功能介绍 (5)2.4 伺服电机的工作原理 (7)2.5 人机界面的功能介绍 (8)3 台达PLC控制系统的程序设计 (10)3.1基本指令功能介绍 (10)3.2 应用指令功能介绍 (13)3.3 程序的设计思路 (16)3.4 程序的各个模块功能介绍 (17)3.4.1 程序流程图 (18)3.4.2 伺服电机正反转与加减速程序设计 (19)3.4.3 伺服电机跟随功能的程序设计 (19)4 人机界面程序介绍 (22)4.1 人机界面的设计制作 (22)4.2人机界面的程序介绍 (25)结束语： (28)参考文献 (28)附录一：控制设备硬件图 (29)附录二：控制程序梯形图 (30)致谢 (32)1 引言1.1 伺服控制技术的国内外研究现状在国外，伺服控制不仅应用于普通的工业和农业医疗等，在卫星和导弹的准确定位方面也起着越来越重要的作用，这种新型的控制系统已悄然改变着国外的生产模式。

开题报告(永磁同步伺服电机控制系统设计与实现)

本科毕业设计开题报告题目：基于嵌入式系统的永磁同步伺服电机控制系统设计与实现作者姓名指导教师所在院系信息工程学院专业班级电气0702完成日期2011.03基于嵌入式系统的永磁同步伺服电机控制系统设计与实现1.课题研究的目的和意义研制高性能的永磁同步电动机伺服系统是机电工作者所面临的一项重要任务。

伺服技术是机电一体化技术的重要组成部分，它广泛地应用于数控机床[1]、工业机器人[2]等工厂自动化设备中。

随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对电伺服系统的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。

因此，研究并制造高性能、高可靠性的电伺服系统有着十分重要的现实意义[3]。

2.本课题国内外的研究历史和现状最早对永磁同步电机的研究主要集中在固定频率供电的永磁同步电机运行特性方面，尤其是对稳态特性和直接起动性能方面的研究。

从80年代开始，国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行研究。

逆变器供电的永磁同步电机[5]与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但在大多数情况下无阻尼绕组。

无阻尼绕组可以防止永磁材料温度上升，使电机力矩惯量比上升，电机脉动力矩降低等优点。

在逆变器供电情况下，永磁同步电机的原有特性将会受到影响，其稳态特性和暂态特性与恒定频率下的永磁同步电机相比有不同的特点G．R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法，设计出了高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电动机，使永磁同步电动机伺服驱动性能得到了提高。

D．Nuanin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制[4]系统，采用16位单片机8097作为控制器，实现高精度、高动态响应的全数字控制。

永磁同步电动机矢量控制系统转速控制器大多采用比例积分(N)控制。

N控制器具有结构简单、性能良好，对被控制对象参数变化不敏感等优点。

自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能。

N．Matsui，J．H．1ang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电动机调速系统。

伺服电机控制系统毕业设计

南京邮电大学毕业设计（论文）题目伺服电机控制系统专业电气工程及其自动化学生姓名zhdong班级学号B07050405指导教师指导单位自动化学院日期：2011 年 3 月至2011 年6月目录目录 (I)第1章绪论....................................................................................................................... - 1 -直流伺服电动机发展及现状....................................................................................... - 1 -直流伺服电动机的特点及应用................................................................................... - 1 -1.2.1直流伺服电动机的特点.............................................................................. - 1 -1.2.2 直流伺服电动机的应用............................................................................. - 2 -课题主要研究内容....................................................................................................... - 3 -第2章直流伺服电动机的工作过程............................................................................... - 4 -直流伺服电动机基本组成........................................................................................... - 4 -2.1.1电动机本体.................................................................................................. - 4 -2.1.2 转子位置传感器......................................................................................... - 5 -2.1.3电子换向电路.............................................................................................. - 6 -直流伺服电动机的工作原理....................................................................................... - 7 -直流伺服电动机的数学模型....................................................................................... - 8 -2.3.1电压平衡方程.............................................................................................. - 8 -2.3.2转矩方程...................................................................................................... - 9 -2.3.3传递函数.................................................................................................... - 10 -直流伺服电动机的调速方法..................................................................................... - 10 -2.4.1电势和调速方法........................................................................................ - 10 -2.4.2电磁转矩..................................................................................................... - 11 -直流伺服电动机双闭环系统..................................................................................... - 12 -2.5.1双闭环控制系统组成................................................................................ - 12 -2.5.2双闭环控制系统动态数学模型................................................................ - 13 -第3章调速系统方案确定............................................................................................. - 15 -无刷电机样机参数..................................................................................................... - 15 -主控单元..................................................................................................................... - 15 -80C196MC单片机简介..................................................................................... - 15 -80C196MC单片机的结构................................................................................. - 15 -80C196MC单片机的特点................................................................................. - 17 -系统的组成................................................................................................................. - 18 -第4章基于单片机的调速系统硬件设计..................................................................... - 19 -供电电源设计............................................................................................................. - 19 -检测电路设计............................................................................................................. - 20 -4.2.1位置检测.................................................................................................... - 20 -4.2.2整形电路.................................................................................................... - 22 -4.2.3 正反转控制............................................................................................... - 22 -4.2.4电流检测电路............................................................................................ - 23 -主功率和驱动电路..................................................................................................... - 24 -4.3.1主功率电路................................................................................................ - 24 -4.3.2功率驱动电路............................................................................................ - 26 -过流过压保护电路..................................................................................................... - 29 -4.4.1过流保护电路............................................................................................ - 29 -4.4.2过压、欠压保护电路................................................................................ - 30 -键盘与显示电路......................................................................................................... - 30 -4.5.1键盘电路.................................................................................................... - 30 -4.5.2显示电路.................................................................................................... - 31 -第5章基于单片机的调速系统软件设计 ...................................................................... - 33 -程序设计思想............................................................................................................. - 33 -主程序......................................................................................................................... - 33 -5.2.1 初始化程序............................................................................................... - 34 -5.2.2 键处理程序设计....................................................................................... - 36 -5.2.3 LED动态显示子程序 ............................................................................... - 37 -捕捉中断服务程序..................................................................................................... - 38 -采样中断服务程序..................................................................................................... - 39 -5.4.1转速计算子程序........................................................................................ - 40 -5.4.2 A/D转换子程序 ........................................................................................ - 40 -5.4.3 波形发生控制程序................................................................................... - 42 -参考文献............................................................................................................................. - 45 -致谢..................................................................................................................................... - 47 -基于80C196MC单片机直流伺服电机调速系统摘要本文主要论述三相直流伺服电机调速系统的设计方法。

基于VC 的运动控制卡软件系统设计

基于VC++的运动控制卡软件系统设计在自动控制领域，基于PC和运动控制卡的伺服系统正演绎着一场工业自动化的革命。

目前，常用的多轴控制系统主要分为3大块：基于PLC的多轴定位控制系统，基于PC_based的多轴控制系统和基于总线的多轴控制系统。

由于PC 机在各种工业现场的广泛运动，先进控制理论和DSP技术实现手段的并行发展，各种工业设备的研制和改造中急需一个运动控制模块的硬件平台，以及为了满足新型数控系统的标准化、柔性化、开放性等要求，使得基于PC和运动控制卡的伺服系统备受青睐。

本文主要是利用VC++6.0提供的MFC应用程序开发平台探索研究平面2-DOF四分之过驱动并联机构的运动控制系统的软件开发。

平面2-DOF四分之过驱动并联机构的控制系统组成并联机构的本体如图1，该机构由4个分支链组成，每条支链的一段与驱动电动机相连，而另一端相交于同一点。

该并联机构的操作末端有2个自由度（即X 方向和Y方向的平动），驱动输入数目为4，从而组成过驱动并联机构。

For personal use only in study and research; not for commercial use控制系统的硬件主要有4部分组成：PC机，四轴运动控制卡，伺服驱动器和直流电动机。

系统选用的是普通PC机，固高公司的GT-400-SV-PCI运动控制卡，瑞士Maxon公司的四象限直流伺服驱动器及直流永磁电动机。

伺服驱动器型号为4-Q-DCADS50/5，与驱动器适配直流电动机型号为Maxon RE-35。

运动控制系统的构成如图2所示。

上位控制单元由PC机和运动控制卡一起组成，板卡插在PC机主板上的PCI插槽内。

PC机主要负责信息流和数据流的管理，以及从运动控制卡读取位置数据，并经过计算后将控制指令发给运动控制卡。

驱动器控制模式采用编码器速度控制，驱动器接受到运动控制卡发出的模拟电压，通过内部的PWM电路控制直流电动机RE-35的运转，并接受直流电动机RE-35上的编码器反馈信号调整对电动机的控制，如此构成一个半闭环的直流伺服控制系统。

基于VC++与MATLAB的高阶伺服系统参数分析

ＢａｅｎＶＣ＋＋ａｄＭＡＴＬｓｄｏｎＡＢ
ＹＡＮｉｎｈｕ，ＪＬｕｙｅＪａ — ａＵ —ｕ
（ｃｏｌｆＭｅｈｎｃｌａｄＥｌｃｒｎｃＥｎｉｅｒｇａｄＡｕｔｍａｉｎ，Ｓａｇａｉｅｓｔ．Ｓａｇａ００２，ｉａＳｈｏｃａｉａｎｅｔｏｉｏｇｎｅｉｎｎｏｔｏｈｎｈｉＵｎｖｒｉｙｈｎｈｉ０７Ｃｈｎ）２
针对高阶伺服系统．统的系统设计方法常需传
忽略一些小值参数，并将其近似转化为欠阻尼的二阶系统，二阶系统拟合精度低，但掩盖了小值参数的
个商业版本，ＭＡＴＬＡＢ有两个最显著特点：即强
大的矩阵运算能力和完美的图形可视化功能．已它广泛运用于控制领域和其它工程与非工程领域．在国际学术界，ＭＡＴＩＡＢ已被确认为准确、可靠的科学计算标准软件．ＭＡＡＢ自身也有不足，人但ＴＬ如机界面设计不方便、不能访问硬件等，常需要同其也它软件协同工作．＋＋６０为可视化编程的首选ＶＣ．软件．但它只支持基本的绘图函数，利用它来绘制二
成核心计算和绘图．样可直接分析高阶系统的动这
・收辅日期：０１０ —８修订日期２０９１作者简介建华（９８，川达洲＾．士生要从事机械由造及自动化方面２０ —４１０１０７严１７￣）男四硬主Ｉ

用VC实现直流电机调速系统的设计

目录设计报告摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4第 1 章设计目的及要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41.1设计目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41.1设计要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5第 2 章设计的软硬件环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52.1设计系统硬件环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52.1设计系统软件环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10第 3 章设计原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113.1直流电机转速控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113.1.1 直流电机转速控制的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113.1.2 DAC0832 芯片介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123.1.38255 芯片介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123.1.4实验原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.2直流电机测速⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.2.1光电测速基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.2.2芯片 8253介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.2.3实验原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143.3键盘控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143.3.1键盘控制的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143.3.2实验原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143.4七段数码管显示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153.4.1七段数码管显示基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153.4.2七段数码管简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153.5LED 控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163.6 PID 控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163.6.1 PID 控制简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163.6.2 PID 控制在本次课程设计中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18第 4 章设计方案与具体实施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯184.1总体设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯184.2直流电机转速控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯184.3七段数码管显示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19键盘控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.5LED 显示状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯194.6直流电机测速⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯204.7PID 控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯204.8其他⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21第 5章设计结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21第 6章设计总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22附录一机电系统设计日志⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23附录二设计成果（加工出来的曲线图，轮廓图）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24附录三软件源程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26设计报告摘要本次机电系统课程设计，主要是利用清华大学科教仪器厂生产的 TPC—UP 通用微机接口实用系统实验箱来完成用 VC 实现直流电机调速系统的设计。

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基于VC++的伺服电机速度控制系统毕业设计目录摘要 ................................................... 错误!未定义书签。

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第一章引言 .. (1)1.1 设计的目的 (1)1.2 设计的意义 (2)第二章电机调速 (3)2.1 直流伺服电机简介 (3)2.2 直流伺服电机调速 (5)2.2.1 V-M调速系统 (5)2.2.2 PWM调速系统 (7)第三章 GUI设计 (10)3.1 主界面 (10)3.2 实时曲线 (12)3.3 按钮图标的实现 (13)第四章串口通讯 (17)4.1 PC机与单片机通信方式 (17)4.2 VC实现串口通讯的四种方式 (19)4.2.1 基于Windows API通信函数 (19)4.2.2 利用端口函数直接操作 (22)4.2.3 基于MSComm控件 (22)4.2.4 基于CSerial类 (23)4.2.5 四种实现方式的分析 (24)4.3 串口编程 (25)4.3.1 插入MSCOMM控件 (25)4.3.2 设置属性 (25)4.3.3 设置串口 (26)4.3.4 数据类型的处理 (29)4.4 帧格式定义 (29)4.5 发送数据帧 (30)4.6 接收数据帧 (31)4.6.1 检测接收缓冲区数据 (31)4.6.2 从接收缓冲区取出数据 (32)第五章 PID算法 (34)5.1 PID算法简介 (34)5.2 参数调整一般规则 (35)5.3 PID算法在VC中的实现 (35)结论 (38)参考文献 (39)附录程序 (41)致谢 (64)第一章引言在生产实践的各个领域，有大量的生产机械要求在不同的场合，用不同的速度来进行工作，以提高生产率和保证产品的质量，如机床、轧钢机、造纸机、纺织机械等。

在工程实践中，有很多生产机械要求在一定的围进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。

所以如何能充分发挥生产机械效能，提高生产率，是电机转速控制系统首先要解决的问题。

1.1设计的目的随着微电子技术的发展，应用上位机实现现场的采集与控制越来越被大家所重视，上位机提供良好的人机界面,使现场监控更直接、简洁可靠和稳定。

应用上位机实现现场监控，主要是通过上位机本身配置的串行口，通过串行通讯技术，控制和管理若干以单片机。

由于上位机界面的应用给现场监控提供的极大的方便，所以上位机控制界面的设计也成为工业控制的重点容。

在Visual C++6.0界面下完成上位机的编程具有自己独特的优势，当VB成功推出后，microsoft又将C++包装成为了面向windows的visual C++（以下简称VC）。

从VC1.0到VC6.0，每一个版本的推出都激动人心。

VC借助传统的C/C++的美名加上microsoft这个金字招牌，使广大的程序员和专业编程人员纷纷投靠在VC的大旗下[16]。

伺服系统在机械制造行业中用得最多最广泛，各种高性能机床运动部件的速度控制运动轨迹控制、位置控制，都是依靠各种伺服系统控制的。

它们不仅能完成转动控制、直线运动控制，而且能依靠多套伺服系统的配合，完成复杂的空间曲线运动的控制，如仿型机床的控制、机器人手臂关节的运动控制等等。

它们可以完成的运动控制精度高、速度快、远非一般人工操作所能达到。

电动机是伺服系统的重要执行元件，又称为执行电动机。

在自动控制系统中，其任务是将输入的电信号转换为转角或转速，以带动控制对象。

因此，对伺服系统的控制关键所在就是对伺服电机的控制。

伺服电动机一般分为直流伺服电机和交流伺服电机，对于直流伺服电机具有响应快、低速平稳性好、调速围宽等优点，常用于实现精密调速和位置控制的随动系统中，在工业、国防和民用等领域得到广泛应用[13]。

而对于交流伺服电机，虽然控制精度较高，但控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数整定,需要更多的连线[18]。

所以本文主要介绍直流伺服电机转速的控制。

1.2设计的意义工业控制领域，往往需要组成上位机—下位机系统，上位机一般为PC机，下位机一般为单片机系统[1]。

上位机主要完成数据的采集、显示、以及数据的给定等随着，单片机做为下位机本主要负责直流电机的各种参数数据的采集和和模数转换。

利用VC++编程上位机控制界面可以解决很多工业控制中出现的难题，传统的上位机控制界面参数给定更改比较麻烦，需要浪费大量时间从新更改程序。

而VC++的上位机控制界面就很容易实现，只需对程序中设置的参数加以更换就可以，特别是上位机一般都是计算机，随着计算机技术的发展，计算机的功能也越来越强大，很多复杂算法很容易实现，也为工业的中出现的复杂算法提供方便。

在更变复杂算法时，由VC++编程上位机控制界面也十分方便。

本文在完成控制伺服电机速度过程中介绍了PID算法的编程过程。

第二章电机调速2.1直流伺服电机简介直流伺服电机是将输入的直流电信号转换成机械角位移或角速度信号的装置。

直流伺服电机具有良好的启动、制动和调速性能，可以再较宽的围实现平滑无极的调速，因而适应于调速性能较高的场合[4]。

(1)直流电动机的结构；①定子。

定子磁极磁场由定子的磁极产生。

根据产生磁场的方式，直流伺服电动机可分为永磁式和他激式。

永磁式磁极由永磁材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电流便产生恒定磁场。

②转子。

又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。

③电刷与换向片。

为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。

(2)直流电机的分类；一般直流电机按结构、用途、容量的大小等分类。

但从运行的观点来看，按励磁方式分类更用意义，因为除了少量微型电机的磁极是永磁铁外，绝大多数电机的磁场都是在磁极绕组中通以直流电流而建立的。

因此都是通常都是按励磁绕组的连接方式(即按励磁方式)对直流电机进行分类。

直流电机按其励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同，可①他励；②并励；③串励；④复励等四种，如图2.1(a)(b)(c)(d)图2.1直流电机励磁方式图图2.1(a)为他励直流电机，其特点是励磁绕组接在独立大励磁电源上，而与电枢的绕组无关，图2.1(b)为并励直流电机，其特点是励磁绕组与电枢绕组并联，这种励磁绕组的匝数较多，导线较细，图2.1(c)为串励直流电机，其特点是励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流就是励磁电流，励磁绕组匝数少、导线较粗。

图2.1(d)为复励直流电机，其特点是在主磁极上装有两套励磁绕组，一套是与电枢绕组并联时并励绕组，另一套与电枢绕组串联是串励绕组[20]。

(3)直流伺服电机工作原理；直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机的工作原理是完全相同，如图2.2所示。

他激直流电机转子上的载流导体（即电枢绕组），在定子磁场中受到电磁转矩M 的作用，使电机转子旋转。

由直流电机的基本原理分析得到转速值如2.1式所示：a ae u I R n k -=(2.1)n──电枢的转速，r/min ；u──电枢电压；Ia ──电机电枢电流； Ra──电枢电阻；ke──电势系数（ke=Ceφ）。

图2.2直流电机原理图2.2直流伺服电机调速直流伺服电机的调速有三种方法：(1)改变电枢电压U：由额定电压向下调低，转速也由额定转速向下调低，调速围大。

(2)改变磁通量Φ（即改变ke）：改变激磁回路的电阻可改变Φ。

由于激磁回路电感大，电气时间常数大，调速快速性差，转速只能由额定转速向上调高。

(3)在电枢回路中串联调节电阻。

转速只能调低，铜耗大，不经济。

直流伺服电机通常采用调压调速，通常改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法。

改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压或者改变励磁磁通，都需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：(1)旋转变流机组。

用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

(2)静止可控整流器。

用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。

(3)直流斩波器或脉宽调制变换器。

用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。

下面分别对各种可控直流电源以及由它供电的直流调速系统作概括性介绍。

2.2.1 V-M调速系统1957年，晶闸管问世，它是一种大功率半导体可控整流元件，俗称可控硅整流元件，简称“可控硅”，20世纪60年代起就已生产出成套的晶闸管整流装置。

晶闸管问世以后，变流技术出现了根本性的变革。

目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统（即晶闸管－电动机调速系统，简称V-M系统，又称静止Ward-Leonard系统）已经成为直流调速系统的主要形式。

图2.3所示是V-M系统的原理框图，图中V是晶闸管可控整流器，它可以是任意一种整流电路，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，从而改变整流输出电压平均值U，实现电动机的平滑调速。

和旋转变流机组及离d子拖动变流相比，晶闸管整流不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上显示出很大的优越性。

晶闸管可控整流器的功率放大倍数大约在，控制功率小，有利于微电子技术引入到强电领域；在控制作用的快速性上也大大提高，有利于改善系统的动态性能[5]。

但是，晶闸管整流器也有它的缺点，主要表现在以下方面：(1)晶闸管一般是单向导电元件，晶闸管整流器的电流是不允许反向的，这给电动机实现可逆运行造成困难。

必须实现四象限可逆运行时，只好采用开关切换或正、反两组全控型整流电路，构成V-M可逆调速系统，后者所用变流设备要增多一倍。

(2)晶闸管元件对于过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间元件损坏，因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应保留足够的余量，以保证晶闸管装置的可靠运行。

(3)晶闸管的控制原理决定了只能滞后触发，因此，晶闸管可控制整流器对交流电源来说相当于一个感性负载，吸取滞后的无功电流，因此功率因素低，特别是在深调速状态，即系统在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因素很低，并产生较大的高次谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。

如果采用晶闸管整流装置的调速系统在电网中所占容量比重较大，将造成所谓的“电力公害。

为此，应采取相应的无功补偿、滤波和高次谐波的抑制措施。

(4)晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，而且脉波数总是有限的。

如果主电路电感不是非常大，则输出电流总存在连续和断续两种情况，因而机械特性也有连续和断续两段，连续段特性比较硬，基本上还是直线；断续段特性则很软，而且呈现出显著的非线性。