伺服控制系统的设计与应用研究
伺服系统设计PPT课件
一、执行元件类型及特点
1. 电气执行元件 电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC） 伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元 件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态 性能好，适合于频繁使用，便于维修等 2．液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、 液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况 下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点 3．气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液 压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动 力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩 性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。
第3章 伺服系统
3.1 概述 3.2 伺服系统的执行元件及控制 3.3 伺服系统设计
3.1 概述
一、伺服系统概念 二、伺服系统的类型 三、伺服系统的基本要求
一、伺服系统概念
伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变 量通常是机械或位置的运动，它的根本任务是实 现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出 变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输 入指令信号的变化规律。
位置检测： G4 (s) K fp
3)整流装置（惯性环节）G5 (s)
ks Ti1s 1
各种整流装置的时间常数见下表
二、伺服电机及其控制
二、伺服电机及其控制
5)直流电机 直流电机原理 见右图
二、伺服电机及其控制
设输入信号为Ud ,输出为电机转角 则其传
递函数：
Ld
Ed
did dt
Rd id
常用的是前面2种调速方式。
永磁直流电动机
N
b
i
n
-A a i c e
d
直流伺服电机控制系统设计
电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：直流伺服电机控制系统设计系别：电子信息与电气工程系年级专业：学号：学生姓名：2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展，微控制器在伺服控制系统普遍应用，这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。
数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式。
单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统，有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。
本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。
对于伺服电机的闭环控制，采用PID控制，利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真，研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响，通过试凑法得到最佳PID参数。
同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。
关键词：单片机直流伺服电机 PID MATLAB目录1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。
2．单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。
微控制器................................................ 错误!未定义书签。
DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。
运算放大器............................................... 错误!未定义书签。
按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。
伺服系统的软件设计与开发
伺服系统的软件设计与开发伺服系统是一种具有反馈控制的电机控制系统，其主要功能是精确控制伺服电机的运动，使其在给定的时间内到达目标位置或达到目标速度。
在伺服系统中，软件系统起着至关重要的作用，它负责将高层控制指令转化为电机控制信号，并运行在嵌入式系统上，实时控制运动状态和运动精度。
1.伺服系统软件设计的基本要求伺服系统软件设计的基本要求是实时性、可靠性和稳定性。
实时性是指系统必须以确定的时间响应用户的指令，保证在规定的时间内完成控制任务。
可靠性是指系统必须在长时间的运行中保持稳定，不出现死机、控制失效等故障。
稳定性是指系统必须能够在不同环境下保持稳定的控制精度和运动精度。
2.伺服系统软件设计的框架和工具伺服系统的软件设计应该遵循模块化、可复用、可维护和可移植的原则。
常见的设计框架包括MVC模式、MVVM模式和其他基于组件化的设计模式。
软件的编写语言可以选择C、C++、Python等，开发环境可以使用Visual Studio、Eclipse等IDE软件。
同时要注意选择合适的编译器、调试器和代码版本管理工具。
3.伺服系统软件设计的关键技术（1）运动控制算法伺服系统的核心技术是运动控制算法，实现良好的运动控制算法是保证伺服系统运行稳定的关键。
运动控制算法主要包括位置控制、速度控制和力控制等方法，可以应用PID、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等算法实现。
（2）位置检测与反馈控制伺服系统需要有高精度的位置检测系统和反馈控制系统，以实现对电机位置的精确控制。
通常采用编码器、激光干涉仪、光电开关等位置传感器进行位置检测，通过高精度的反馈进行闭环控制。
（3）通信协议伺服系统需要与上位机、其他设备进行通信，因此需要制定或选择合适的通信协议。
常用的协议包括CAN总线、RS485总线、以太网通信等，应根据实际的控制应用场景选择。
4.伺服系统软件开发流程伺服系统软件开发需要遵循软件工程的基本原则和开发流程，包括需求分析、设计、编码、测试和维护等阶段。
基于PID算法的电液伺服阀速度控制系统的研究
浅析基于PID算法的电液伺服阀速度控制系统的研究摘要：本文主要是结合液压传动技术和自动控制技术，设计一种基于pid算法的电液伺服阀速度控制器。
液压系统在机械传动方面有着十分重要的应用，尤其是其具有传动过程中工作稳定、传递功率负荷大、传动能量方向灵活可控、调节控制方便等等优势，非常适合在机械制造、工程机械、大型交通工具等场合应用。
关键词：plc；控制系统；pid；电液伺服系统是液压自动控制领域中的一门重要研究技术，由于其具有良好、快速、高精度的控制效果和能量，该技术其应用面非常广泛。
近年来，随着计算机技术的迅猛发展和在自动控制领域的应用，如何将计算机控制技术应用于液压伺服控制已经成为人们研究的重点和热点。
本文主要讲的是如何设计出一种基于pid算法的电液伺服速度控制系统。
1、系统工作原理及参数电液伺服阀速度控制系统是通过电液伺服阀控制两柱压力机匀速上升或下降的高精度控制系统，由电气控制部分和液压驱动部分组成。
系统工作原理如下：当上位计算机实现上升或下行功能时，对控制器发出下行指令，控制器根据位置传感器及速度反馈回路的信号输出相应的控制信号，经伺服阀放大器驱动电液伺服阀输出相应流量，在电机、液压回路系统等相关执行机构作用下，两柱压力机油缸匀速上升或下降；系统的控制核心为由控制器、电液伺服阀、反馈回路构成的闭环控制系统。
1.1 伺服阀电液伺服阀速度控制系统的核心元件是伺服阀，系统中采用的伺服阀是中船重工上海704所生产的csdy1/2型伺服阀。
csdy1csdy2电液伺服阀结构牢固、分辨率极高、控制精度高适用于各领域的高精度电液伺服系统。
如：造船工业、航天工业、航空工业、重工业、轻、纺工业，以及农业机械液压伺服系统。
csdy1csdy2电液伺服阀工作时，高压油ps一路通过滤油器进入射流管喷嘴，另一路进入阀芯和阀套组成的通路。
当无信号电流时，阀处于零位，无流量输出。
当有控制信号电流输入时，使射流管喷嘴偏转（设顺时针），接受器左腔压力上升，右腔压力下降，阀芯在压差作用下右移，其油路ps-a-1负载-2-c-p。
水压机伺服控制操纵系统设计研究
进 而 控 制 水 压 机 的 ３个 工 作 缸 和 ２个 回 程 缸 ，实 现 水压 机 的空程 下 降 、 加压 、 回程 和 停 止 （ 悬停 ） 以及水
压 机 的压 力 分 级 。 主 分 配 器 的 结 构 原 理 见 图 １所轴 停 止 在 中 间 位置 ， 工 作 缸 不 进 高 压 水
转 轴上 安装 一个 角位 移传 感器 ， Ｔ作 时 ， ＿ 操 纵 手 柄 扳 动一 个 角度 ， 发 出一个 操 作 的角度 位 置信 号 ， Ｐ Ｌ Ｃ将
其 与 主 分 配 器 转 轴 角 位 移 传 感 器 反 馈 的 转 轴 的 角 度
角位移传感器 主分配器
位 置 信 号 比较 ， 然后 转 变 为一 个 ± １ ０ ｍＡ 的 电 流 比例方 向 阀 ， 控 制 比例 方 向 阀开 启 ， 向 主 分 配 器
图２ 比例阀闭环控制方框 图
到 设 定 的 压 力 液 压 泵 零 流 量 输 出 ，减 少 液 压 油 的 发
控 制水 压机 的准确 动作 。
热 量 ；泵 出 口采 用 电 磁 溢 流 阀 的 作 用 主 要 保 证 液 乐
泵 的 无 负 载 启 动 ； 液 压 源 回路 中还 采 用 了两 台 皮 囊
０ 前 言
文 献标 识码 ： Ｂ
作 为 二级 压 力 ， ３个 工 作 缸 同 时 工 作 为 三 级 压 力 。 主 分 配 器 转轴 逆 时 针 转 动 ， 根 据 顶 杆 的 问隙 依 次顶 起
水 压机 是 以水 为动 力介 质来 进行 操控 的 。主要
的操 控 部 件 仍 然 采 用 主 分 配 器 ， 其 上 设 有 三 组 插 装
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ０ １ ２１ （ ２ ０１ ４） Ｏｌ 一 ０ ０ ５ ９ — ０ ３
基于单片机的伺服电机控制系统的研究
１ 总体 设计 方 案
系统 选 用 的 电机 是松 下 交 流伺 服 电机 ， 过 单 通 片机控 制 驱动器 实 现对交 流伺 服 电机 的控制 。由独 立键 盘 输 入转 速 值 ， 片 机把 转 速 值信 号 转换 为脉 单
ＳＴＣ１ Ｃ５ ０ ．Ｔｈ ｓ ｓｅ ２ Ａ６ Ｓ２ ｅ ｙ ｔｍ ｄ ｓｇ ｉｃｕ ｅ ｔ ｅ ａｄ ｒ ｄ ｓｇ ａ ｄ ｏｔ ｒ ｄ ｓｇ ｅｉｎ ｎ ｌｄ ｓ ｈ ｈ ｒ ｗａｅ ｅ ｉｎ ｎ ｓ ｆ ｗａｅ ｅ ｉｎ， ｗｈｃ ｃ ｎ ｒ ａｉｅ ｈ ｓ ｏ ｈ ｉｈ ａ ｅ ｌ ｔ ｅ ｍｏ ｔ ｚ
Ｖｏ ＿５ Ｎｏ． ｌ３ １
Ｍａ ．Ｏｌ ｒ２ ２
基 于 单 片机 的伺 服 电机 控 制 系统 的研 究
李红伟 ，胡涛 ，徐 熙平 ，李沛松
（． １ 长春理工大学 摘 光 电工程学 院，长春 １０ ２ ；２ 电信息控制和安全技术重点实验室 ，三河 ３０ ２ ． 光 ０５０ ） ６ ２ １ 要 ：介 绍 了－ ＃ｇ ５ Ｓ － ￣ － ＴＣ１Ｃ５ ０ ２ 片机 来实现控制 交流伺服 电机 的方案。该 系统设计 包括硬件设计和软件设计 ， ２ Ａ６ Ｓ 单
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｔ—Ｅｌｃｒｎｃ ｇｎ ｅｉｇ Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ｉｅｓｔ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｏ Ｏｐ ｅ ｔｏ ｉｓＥｎ ｉｅ ｒ ， ｎ ａ ｇ ｈ ｎＵｎｖ ｒｉ ｏ ｉｎ ｅａ ｄＴｅ ｈ ｏｏ ｙ， Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ３ ０ ２； ｙ Ｓ ａ ｇ ｈ ｎ１ ０ ２
ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｈ ＡＣ ｓ ｒ ｏ — ｔ ｒ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｏ ｔｏ ｆ ｔ ｅ ｅ ｖ —ｍｏ ｏ ｐ ｅ ｎ ｏ ｉ ｏ ．Ｔｈ ｃ ｅ ａ ｅ ｎ ｕ ｅ ｕ ｃ ｓ ｆ ｌ ｎ ｔ ｅ ｉ ｅ ｓ ｈ ｍｅ ｈ ｓ ｂ ｅ ｓ ｄ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｌ ｉ ｈ ＣＣＤ ｃ ｎ ｉ ｇ ｉ ｇ ｙ ｓ ａ ｎ ｎ ｍａ — ｉｇ ｙ ｔ ｍ ｔ ａ ｉ ｂ ｉ ｏ ａ ｕ ｔ ｂ ｅ Ｍ ｏ ｏ ｄ ｉ ｅ ｔ ｍｔ ｂ ｅ ｗｈ ｃ ｃ ｎ ｅ ｌ ｅ ｈ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ａ ｎ ｎ ｉ ｇｎ ｂ ｎ ｓ ｓｅ ｈ ｔ ｓ ｕｌ ｎ ｔ ｍ ａ ｌ ． ｔ ｔｒ ｒ ｓ ｕ ａ ｌ， ｖ ｉｈ ａ ｒ ａ ｉ ｔ ｅ ｙ ａ ｃ ｃ ｉ ｇ ｍａ ｉ ｇ ｙ ｚ ｎ
毕业设计论文-基于PLC的钢管定长剪切交流伺服系统控制设计
摘要定长剪切控制是工业应用中常见的问题，原料的定长切割作为生产线所必需的一道工序，其自动化程度和精度对整条生产线的产量和成品质量以及原料的利用率都起着重要的作用。
本文在分析和研究了定长剪切控制和可编程控制器的应用现状后，提出了基于PLC 的定长剪切控制系统。
定长剪切控制系统的核心是运动控制。
该系统采用了西门子S7-200PLC，以交流伺服驱动器控制锯车运动，提高了剪切的精度与可靠性。
文中在分析控制要求的基础上，详细论述了相关数学模型的建立、PLC外电路的设计、人机交互界面的设计以及PLC控制程序的设计。
其中的数学建模主要包括启动残长计算、实时速度和实时长度计算以及交流伺服电动机多段速度曲线的控制模型。
PLC控制设计的重点是程序结构设计、高速计数脉冲的读取、交流伺服电动机的线性加减速控制以及基于PLC的PTO功能的高速脉冲输出控制。
本系统主要的模块有人机交互模块和运动控制模块。
在人机交互模块中显示器件采用LCD触摸屏，操作简单、界面友好。
运动控制模块中主要的工作是交流伺服电机的脉冲发送、方向控制以及输入输出信号的处理等。
系统控制灵活可靠，编程简洁。
关键字：定长剪切；PLC；交流伺服；人机交互AbstractConstant length cut control is common in industrial application and it is an important procedure in the production line. The degree of automatist and precision of constant length cut of raw material play an important role in improving the yield of the whole production line, the quality of finished products and the utilization of raw material.In this thesis, I analyze the current situation of the application of Constant length cut control and Programmable control, and then introduce a system based on PLC constant length cut control. The core of constant length cut control system is motion control. In this system, I adopt Siemens S7-200PLC,controling the Saw car movement with Ac servo drive，which improve the accuracy and precision of the cut.Based on analyzing the requirement of the control, I illustrate the foundation of related mathematical model and the design of PLC external circuit, MSMMI and PLC control program in details. Among these, mathematical model executes calculation of starting residual long, real-time speed and real-time length, as well as control model of multi-stage speed curve of AC servomotor. The key point of PLC control design is the design of program design, the read of high-speed counter pulse, the linear acceleration deceleration control of AC servomotor and high-speed counter pulse output control based on PLC with PTO function. Man-machine interactive module and Motion control module are the main modules in the system. In the man-machine interactive module, LCD touch screen is applied for its simplicity of operation and friendly interface. And the primary chore of motion control locates in the pulse transmission, direction control and signal proceeding of input and output of AC servo motor. The control of the system is reliable and flexible with concise program.Keywords：Constant length cut；PLC；AC servo motor；Man-machine interactive module目录1 绪论 (1)1.1 定长剪切系统的国内外发展现状 (1)1.2 PLC的概述 (2)1.3 本课题的来源及意义 (2)1.4任务分析 (3)1.5总体的设计方案 (3)2 数学模型的建立 (5)2.1启动残长的计算 (6)2.2 实时长度的计算 (7)2.3 加速度的转换计算 (7)3 人机交互界面设计 (9)3.1人机交互系统的意义 (9)3.2 触摸屏的选择 (9)3.3界面的设计 (10)4 PLC与交流伺服驱动器的选型 (12)5 外电路与气动回路设计 (13)5.1系统外电路设计 (13)5.2 锯车气动回路设计 (13)6 PLC控制程序设计 (15)6.1 PLC端子分配图 (15)6.2 主程序设计 (16)6.2 测速子程序设计 (16)6.3 计算子程序设计 (18)6.3.1 实时长度的计算程序设计 (18)6.3.2 启动残长计算子程序设计 (19)6.3.3 加速度转换计算子程序设计 (20)6.4 加速追踪子程序设计 (21)6.5 执行子程序设计 (24)6.6返回零点子程序设计 (25)6.7 自动运行子程序设计 (26)6.8 模拟运行子程序设计 (27)6.9 手动运行子程序设计 (28)结束语 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录A 英文原文 (33)附录B 中文翻译 (41)1绪论本章首先对PLC的应用现状及定尺飞锯的发展现状进行了简要的分析介绍，之后引出了本课题的研究意义，并对本文的主要内容做出简要概括。
数字伺服节能控制器的设计与应用
2012年2月内蒙古科技与经济F ebruar y2012 第3期总第253期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.3T o tal N o.253数字伺服节能控制器的设计与应用X庞 胜,孙小琴(广州市市政工程维修处,广东广州 510120) 摘 要:提出了一种无刷直流电机控制器的设计方案,以工业缝纫机为应用背景,设计了基于M icr ochip的dspic33fj32m c204单片机的控制器软硬件。
系统采用P I调节实现了无刷直流电机的无级控制,对控制器用于工业缝纫机进行实测,节能效果显著,动静态指标符合实际使用要求,具有良好的实用价值。
关键词:无刷直流电机;P WM控制;工业缝纫机 中图分类号:T M33 文献标识码:B 文章编号:1007—6921(2012)03—0085—02 传统的工业缝纫机电机是一款交流离合器电机,交流异步电机输出功率只有输入功率的70%左右,通过摩擦离合器传递扭矩到缝纫机,效率又只有70%左右,因此其总效率仅为40%～50%。
因此寻找一种高效率且易于控制的节能电机和控制方法显得尤为必要,近年来,永磁无刷直流电机以体积小、效率高一直成为研究的重点,它具备结构简单、运行可靠、无需机械换向、维护方便的特点,又有直流电机那样良好的调速特性,因此其应用越来越广泛。
本控制器基于dspic33fj32mc204单片机为核心的设计硬件平台,改M CU有丰富的片内资源,通过优化算法编写的软件,能精确控制电机地工作状态。
在无传感器无刷直流电机的控制中,转子位置的判断,电机的启动及电流的换相均由控制系统完成,采用基于DSP的无传感器无刷直流电机控制方法,借助M CU内DSP的强大的运算处理能力,软件上大大简化,微处理器只需对外面的开关信号做出处理,就能实现电机可靠的运转。
1 控制原理dspic33f j32mc204的特点及其在系统中的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
伺服控制系统的设计与应用研究
伺服控制是一种基于反馈原理的控制方法，它可以将电机等电力器件置入一个
闭环控制系统中，使其具有较高的精度和稳定性。
近年来，伺服控制系统在机器人、自动化生产线、数控机床等领域得到了广泛应用，为工业自动化的发展做出了重要贡献。
一、伺服控制系统的基本原理
伺服控制系统的核心是一个反馈环路，其基本构成包括：执行器、传感器、控
制器和负载。
执行器指的是电机等能够执行工作的器件，传感器则负责检测执行器在工作过程中的状态变化（如角度、速度信息），控制器则根据传感器采集到的状态信息进行控制，调节执行器的工作状态，最终实现对负载的控制。
伺服控制系统的运作原理可简单归纳为：传感器检测执行器输出的状态信息，
将其反馈给控制器；控制器依据设定的控制算法处理反馈信息，并输出控制信号给执行器；执行器接收控制信号后，安装控制信号调整电机输出的状态，从而控制负载的状态。
二、伺服控制系统的研究内容
1. 伺服控制系统的控制算法
伺服控制系统的控制算法直接影响其控制精度和稳定性，目前常用的控制算法
包括PID算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。
针对不同的应用场景，需
要研究选择适合的控制算法，并对其进行优化与改进，提高系统的控制精度和稳定性。
2. 伺服控制系统的匹配优化
伺服控制系统的匹配性能指的是在不同应用场景下，伺服控制系统的输出负载
能力是否与其输入负载相匹配。
为了提高伺服控制系统的匹配性能，需要进行匹配
优化，优化控制算法、电机性能、传感器性能等各个方面的参数，降低系统的匹配误差，提高其匹配精度和稳定性。
3. 伺服控制系统的自适应控制
自适应控制指的是控制系统自动调整其算法参数，使其适应不同的工作环境、任务需求等多种条件。
伺服控制系统的自适应控制可以根据执行器的工作状态，自动调整PID参数、功率调节等相关参数，提高系统的自适应性能。
同时，自适应控制还能够有效的降低系统的干扰和噪声等外界因素的影响，增加了伺服控制系统的适用范围和性能。
三、伺服控制系统的应用研究
1. 伺服控制系统在机器人领域的应用
机器人是伺服控制技术最重要的应用领域之一。
通过伺服控制技术，可以实现机器人的位置控制、姿态控制、轨迹跟踪等多种控制方式，从而实现机器人的高精度、高速度运动控制。
针对不同的机器人应用场景，需要进行机器人结构设计、控制算法选择、伺服系统搭建等多方面的研究和优化。
2. 伺服控制系统在自动化生产领域的应用
伺服控制系统在自动化生产线、数控机床、印刷机械等制造领域的应用越来越广泛。
通过伺服控制系统的精密控制，可以实现生产过程的智能化、高效化和自动化。
针对不同的生产线、设备，需要进行自动化控制系统的设计和搭建，并进行自适应控制算法的优化和改进，以适应不同的生产要求和质量要求。
3. 伺服控制系统在航空领域的应用
伺服控制技术在航空航天领域的应用也越来越广泛。
伺服控制系统可以实现飞行器对飞行姿态、飞行速度等参数的高精度控制，从而提高了飞行器的飞行稳定性和安全性。
针对不同的飞行器类型和任务要求，需要进行伺服控制系统的设计和优化，以提高飞行器的飞行性能和安全性。
总之，伺服控制技术作为一种重要的控制技术，已经深度应用到各个领域。
在不断地探索与创新中，伺服控制技术必将发挥更加重要的作用，促进工业自动化和智能化的发展。