基于单片机的交流伺服电机控制研究.docx

基于单片机的交流伺服电机控制研究【摘要】设计一种单片机控制下的交流伺服电机转速系统详细介绍它的硬件组成原理及其软件实现过程实现了对通用交流伺服电机的速度闭环控制。通过对实验结果的分析可以看出本设计基本达到了系统对伺服电机转速控制的要求。【关键词】单片机交流伺服电机由于交流伺服电机具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性等优点因此已被广泛应用于自动控制系统和自动检测系统中。在自动控制系统中交流伺服电机的作用是把控制电压信号转换成机械位移也就是把接收到的电压信号转变成该电机的一定转速或角位移因此可以用单片机实现对伺服电机的控制。1总线驱动、数据、地址锁存及译码电路由于单片机的数据线和低位地址线共用必须加地址锁存器进行低位地址锁存使用74L5373作为地址锁存器当应用系统规模过大扩展所接芯片过多超过总线的驱动能力时系统将不能可靠工作此时应加用总线驱动器来减少读数据的持续时间使用74LS245作数据驱动器整个系统可扩展的外部数据总共为64K由于单片机外部数据存贮器和I/O是统一编址的我们将低32K作为外部扩展的数据存储器高译码电路采用两片74LS138用了32K作为I/O使用或留给以后扩展用74LS2174LSll构成。控制系统采用P89C58单片机作为控制系统处理器该系列单片机默认1T模式运算速快片上集成1280字节RAM60K的flash程序存储器还有EEPROM可使系统结构更为简单、实用电机选用的是松下的MSMD5AZG1U型交流伺服电机额定输出功率50W内置20位的增量式光电编码器。驱动器选用的是松下的MINASA5系列交流伺服驱动器MADHT1505E。伺服驱动器连接器X4（50脚）作为外部控制信号输入、输出接口可以接收控制器发送给驱动器的控制指令。交流伺服电机的控制方式有三种：位置控制、速度控制、转矩控制。在位置控制模式下驱动器接收单片机的位置控制指令信号经电子齿轮分倍频后在偏差可逆计数器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号。反馈脉冲是由编码器检测到电机所产生的脉冲数经四倍频后产生的。位置偏差信号经位置反馈控制器调解后形成速度指令信号。速度指令信号与速度反馈信号比较后形成偏差指令信号经速度环比例积分器调解后产生电流指令信号在电流环中经矢量变换从SPWM输出转矩电流控制伺服电机运转。位置控制精度由编码器每转一周产生的脉冲数控制。编码器分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。本文采用的是增量式光电编码器其特点是构造简单、易于掌握、平均寿命长、分辨率高应用比较多。2数据存储器读校验数据存储器的地址线高位直接与P89C58的P2口相连低位与地址锁存器相连数据线与驱动器相连读写控制与另一个驱动器相连.由P89C58的芯片资料可知。tCLCL：为系统的时钟周期我们采用的是22.1148Mz的时钟可知系统的时钟周期tCLCL为45.22ns。Trlrh：系统读脉冲宽度Tclrh=6tclcl—100nsTrldv：系统最大读低有效到数据有效输入的时间Trldv=5×tclcl-90ns=5×45.22-90ns=136.1ns3伺服控制器的软件设计本系统的软件分上位机管理显示软件和下位机控制软件上位机的软件主要完成用户接口和文档管理通讯显示等功能采用Windows平台的visualC++编写下位机控制软件不仅包括系统初始化程序通讯程序而且还包括实时性要求很高的中断服务程序整个系统的软件。上位机软件：上位机主要完成用户程序的编辑文件管理通讯等用户接口程序。良好的用户接口是系统优劣重要参数我们使程序的编辑功能具有类word功能的一个编辑器机床一些状态参数显示在上位机是以指示灯的形式出现由按扭启动通讯通讯状态使用状态符动态显示。由于时间关系我们只完成上位机程序一部分功能。4结语在对数字式位置伺服系统结构介绍的基础上分析了交流同步伺服电动机的结构和工作原理基于P89C58单片机的转速测量系统具有硬件电路简单程序编程简单和运算速度快测速范围宽抗干扰性好的特点。在设计的信号处理电路中经过滤波能够进一步减少误差使测速精度得到提高。