基于單片機的交流伺服電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)研究

1 交流伺服電機控制系統(tǒng)設(shè)計方案
系統(tǒng)使用的交流伺服電機為三相交流電機；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。伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，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)電機正反轉(zhuǎn)智能控制，從而實現(xiàn)伺服電機的精確位移控制?？刂葡到y(tǒng)組成如圖1所示。

通過按鍵輸入電機所需的轉(zhuǎn)速值并與轉(zhuǎn)速傳感器反饋回來的電機轉(zhuǎn)速相比較，采用PID算法，經(jīng)單片機處理后，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，從而控制伺服電機上的磁塊正負(fù)位移，使電機達(dá)到給定的轉(zhuǎn)速值，同時單片機接受固定在伺服電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器隨著電機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的反饋脈沖信號，并在LED實時顯示電機的實際轉(zhuǎn)速。
2．1 單片機控制器的硬件設(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，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，所以具有很強的抑制噪聲干擾能力，起隔離作用，可防止強電磁干擾；晶體管主要起功率放大作用。電機驅(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。在交流伺服電機控制系統(tǒng)中，單片機的主要作用是產(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)動伺服電機轉(zhuǎn)動一步。系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。