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基于51單片機(jī)的交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)研究

作者: 時間:2011-12-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
伺服電機(jī)屬于控制電機(jī),它分為直流伺服電機(jī)和電機(jī)兩種。由于電機(jī)具有體積小,重量輕,大轉(zhuǎn)矩輸出,低慣量和良好的控制性能等優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)和自動檢測系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件,將控制電信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的機(jī)械轉(zhuǎn)動。由于伺服電機(jī)的定位精度相當(dāng)高,現(xiàn)代位置控制系統(tǒng)已越來越多地采用以電機(jī)為主要部件的位置控制系統(tǒng)。這里的設(shè)計也正是通過控制繼電器的閉合、斷開,而達(dá)到控制脈寬大小的目的,通過閉環(huán)控制非標(biāo)準(zhǔn)交流伺服電機(jī)的滑動磁塊的位移,利用磁場變化達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

1 交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案
系統(tǒng)使用的交流伺服電機(jī)為三相交流電機(jī);驅(qū)動器控制U/V/W三相電形成電磁場;轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動,同時電機(jī)由接近傳感器將轉(zhuǎn)速信號反饋給驅(qū)動器;驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī),在自動控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
本項目實質(zhì)上采用STC89C52RC單片機(jī)構(gòu)建一個最小系統(tǒng),實現(xiàn)脈寬可調(diào)輸出控制兩個繼電器,實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)智能控制,從而實現(xiàn)伺服電機(jī)的精確位移控制??刂葡到y(tǒng)組成如圖1所示。

通過按鍵輸入電機(jī)所需的轉(zhuǎn)速值并與轉(zhuǎn)速傳感器反饋回來的電機(jī)轉(zhuǎn)速相比較,采用PID算法,經(jīng)單片機(jī)處理后,轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的脈沖信號,再經(jīng)光電耦合器調(diào)節(jié)繼電器的開度,通過調(diào)節(jié)繼電器的脈沖寬度,達(dá)到脈寬的調(diào)制,從而控制伺服電機(jī)上的磁塊正負(fù)位移,使電機(jī)達(dá)到給定的轉(zhuǎn)速值,同時單片機(jī)接受固定在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的反饋脈沖信號,并在LED實時顯示電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速。
2.1 單片機(jī)控制器的硬件設(shè)計
在此開發(fā)了一套運動控制器的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是基于單片機(jī)而開發(fā)的,所用功能為外部中斷、定時中斷、檢測傳感器脈沖信號、及輸入/輸出等。STC89C52RC的P0.0,P0.1,P0.2端口分別作為按鍵SET、按鍵MOVE、按鍵UP的輸入口,通過STC89C52定時器T0的定時中斷控制脈沖發(fā)送頻率,進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

2.2 驅(qū)動部分電路的硬件設(shè)計
由于單片機(jī)屬于TTL電路(邏輯1和0的電平分別為2.4 V和0.4 V),其I/O口輸出的開關(guān)量控制信號電平無法直接驅(qū)動電機(jī),所以在P2.6口控制升速信號輸出端需加入驅(qū)動電路;同理該驅(qū)動電路也應(yīng)用于P2.7口的降速輸出端。系統(tǒng)采用光耦耦合器和晶體管作驅(qū)動,由光電耦合器輸出通道傳入控制電機(jī),所以具有很強(qiáng)的抑制噪聲干擾能力,起隔離作用,可防止強(qiáng)電磁干擾;晶體管主要起功率放大作用。電機(jī)驅(qū)動電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
控制器的軟件主要完成LED顯示,接受鍵盤輸入,實現(xiàn)伺服電機(jī)勻速運行和繼電器控制幾項功能,包括主程序、按鍵中斷服務(wù)程序、定時器T0中斷服務(wù)程序及LED顯示子程序。在交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中,單片機(jī)的主要作用是產(chǎn)生脈沖序列,它是通過STC89C52RC的P3.2口發(fā)送的。系統(tǒng)軟件編制采用定時器定時中斷產(chǎn)生周期性脈沖序列,不使用軟件延時,不占用CPU。CPU在非中斷時間內(nèi)可以處理其他事件,惟有到了中斷時間,才驅(qū)動伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動一步。系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。

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