一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品不時(shí)提出新要求，除了優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、低廉價(jià)格之外，突出的需求是實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)越的、適應(yīng)高精度要求的機(jī)械功能，而高精度的機(jī)械系統(tǒng)離不開(kāi)自動(dòng)化的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0003]閉環(huán)控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一類，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，它幾乎應(yīng)用到了社會(huì)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。整個(gè)控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)不僅包括控制算法的實(shí)現(xiàn)，而且包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和設(shè)計(jì)，就是為了實(shí)現(xiàn)特定的機(jī)械功能，它是實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)功能的最基本環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能、效率和成本。
[0004]伺服電機(jī)分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩種，直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理與普通直流電動(dòng)機(jī)類似，都是通過(guò)電刷和換向器產(chǎn)生整流作用，使磁場(chǎng)的磁動(dòng)勢(shì)和電樞電流的磁動(dòng)勢(shì)正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由于直流伺服電機(jī)具有較高的響應(yīng)速度和精度以及優(yōu)良的控制特性，能在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)，并且易于各種控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)。因而直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛。
[0005]但是，現(xiàn)有的直流伺電機(jī)控制系統(tǒng)主要集中于對(duì)電機(jī)本身的位置控制；但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，控制系統(tǒng)還應(yīng)該包括對(duì)在直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閉環(huán)精確控制。另一方面，現(xiàn)有的位置控制系統(tǒng)往往只能實(shí)現(xiàn)線位移的位置檢測(cè)和控制，不能實(shí)現(xiàn)角位移條件下的檢測(cè)和控制，使現(xiàn)有位置控制系統(tǒng)的功能和應(yīng)用存在較大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流伺服電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、轉(zhuǎn)速、電流的三閉環(huán)控制，構(gòu)成了一個(gè)具有三重功能的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制，適用于多種實(shí)際應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次連接位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、PWM驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，所述位置調(diào)節(jié)器、電機(jī)和位置檢測(cè)單元組成電流環(huán)，所述速度調(diào)節(jié)器、電機(jī)和速度采集單元組成速度環(huán)，所述電流調(diào)節(jié)器、電機(jī)和電流采集單元組成電流環(huán)。所述電流采集單元包括電流傳感器，電流值由電流傳感器取自伺服電動(dòng)機(jī)的電樞回路。所述速度采集單元包括測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼器。所述位置采集單元包括脈沖編碼器或光柵尺，將系統(tǒng)的實(shí)際位置轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。所述電流環(huán)用于對(duì)電樞回路滯后進(jìn)行補(bǔ)償，使動(dòng)態(tài)電流按要求的規(guī)律變化，減小反電勢(shì)對(duì)電樞電流的影響。所述速度環(huán)用于對(duì)電機(jī)的速度誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)阻尼比，減小系統(tǒng)的超調(diào)。所述位置環(huán)用于將系統(tǒng)實(shí)際位置轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)比較電信號(hào)與指令信號(hào)，計(jì)算偏差控制信號(hào)，控制電機(jī)向消除誤差的方向旋轉(zhuǎn)，直到達(dá)到正確位置。
[0008]一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制方法該方法包括以下步驟:步驟一、伺服電機(jī)的控制電壓由單片機(jī)輸出后送入芯片0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬量經(jīng)過(guò)放大和電平轉(zhuǎn)換送人PWM功放電路，產(chǎn)生的PWM波驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；步驟二、測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)放大后送入芯片0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)；步驟三、電機(jī)的轉(zhuǎn)角位移由9位絕對(duì)式光電編碼器直接送入單片機(jī)，進(jìn)行位置反饋，控制系統(tǒng)中的速度調(diào)節(jié)器和位置調(diào)節(jié)器將由芯片8751的應(yīng)用程序來(lái)完成。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供了一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流伺服電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、轉(zhuǎn)速、電流的三閉環(huán)控制，構(gòu)成了一個(gè)具有三重功能的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制，適用于多種實(shí)際應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2為單片機(jī)直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明所述采用了電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)等多層反饋結(jié)構(gòu)。
[0014](I)電流環(huán)
[0015]電流值由電流傳感器取自伺服電動(dòng)機(jī)的電樞網(wǎng)路，主要用于對(duì)電樞回路的滯后進(jìn)行補(bǔ)償，使動(dòng)態(tài)電流按要求的規(guī)律變化。采用電流環(huán)后，反電勢(shì)對(duì)電樞電流的影響將變得很小，這樣，在電動(dòng)機(jī)負(fù)載突變時(shí)，電流負(fù)反饋的引入可起到過(guò)載保護(hù)的作用。
[0016]⑵速度環(huán)
[0017]伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速可由測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼器獲得。速度反饋主要用于對(duì)電機(jī)的速度誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)要求的動(dòng)態(tài)特性。速度環(huán)的引入可增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)阻尼比，減小系統(tǒng)的超調(diào)，使電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。
[0018]⑶位置環(huán)
[0019]采用脈沖編碼器或光柵尺等對(duì)轉(zhuǎn)角或直線位移進(jìn)行測(cè)量，將系統(tǒng)的實(shí)際位置轉(zhuǎn)換成具有一定精度的電信號(hào)，電信號(hào)與指令信號(hào)比較產(chǎn)生偏差控制信號(hào)，從而控制電動(dòng)機(jī)向消除誤差的方向旋轉(zhuǎn)，直到達(dá)到一定的位置精度。
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的單片機(jī)直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖。
[0021]實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制，其系統(tǒng)原理圖如圖2所示。圖中伺服電機(jī)的控制電壓由單片機(jī)輸出后送入芯片0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬量經(jīng)過(guò)放大和電平轉(zhuǎn)換送人PWM功放電路，產(chǎn)生的PWM波驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)放大后送入芯片0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)；電機(jī)的轉(zhuǎn)角位移由9位絕對(duì)式光電編碼器直接送入單片機(jī)，進(jìn)行位置反饋。控制系統(tǒng)中的速度調(diào)節(jié)器和位置調(diào)節(jié)器將由芯片8751的應(yīng)用程序來(lái)完成。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明還可以應(yīng)用在其它自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域及設(shè)備中；以上描述均僅為參考性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用器件，而不脫離本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括依次連接位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、PWM驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，所述位置調(diào)節(jié)器、電機(jī)和位置檢測(cè)單元組成電流環(huán)，所述速度調(diào)節(jié)器、電機(jī)和速度采集單元組成速度環(huán)，所述電流調(diào)節(jié)器、電機(jī)和電流采集單元組成電流環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流采集單元包括電流傳感器，電流值由電流傳感器取自伺服電動(dòng)機(jī)的電樞回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度采集單元包括測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置采集單元包括脈沖編碼器或光柵尺，將系統(tǒng)的實(shí)際位置轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流環(huán)用于對(duì)電樞回路滯后進(jìn)行補(bǔ)償，使動(dòng)態(tài)電流按要求的規(guī)律變化，減小反電勢(shì)對(duì)電樞電流的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度環(huán)用于對(duì)電機(jī)的速度誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)阻尼比，減小系統(tǒng)的超調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置環(huán)用于將系統(tǒng)實(shí)際位置轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)比較電信號(hào)與指令信號(hào)，計(jì)算偏差控制信號(hào)，控制電機(jī)向消除誤差的方向旋轉(zhuǎn)，直到達(dá)到正確位置。
8.—種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、伺服電機(jī)的控制電壓由單片機(jī)輸出后送入0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬量經(jīng)過(guò)放大和電平轉(zhuǎn)換送人PWM功放電路，產(chǎn)生的PWM波驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)； 步驟二、測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)放大后送入0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)； 步驟三、電機(jī)的轉(zhuǎn)角位移由9位絕對(duì)式光電編碼器直接送入單片機(jī)，進(jìn)行位置反饋，控制系統(tǒng)中的速度調(diào)節(jié)器和位置調(diào)節(jié)器將由8751的應(yīng)用程序來(lái)完成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次連接位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、PWM驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，所述位置調(diào)節(jié)器、電機(jī)和位置檢測(cè)單元組成電流環(huán)，所述速度調(diào)節(jié)器、電機(jī)和速度采集單元組成速度環(huán)，所述電流調(diào)節(jié)器、電機(jī)和電流采集單元組成電流環(huán)。所述電流采集單元包括電流傳感器，電流值由電流傳感器取自伺服電動(dòng)機(jī)的電樞回路。所述速度采集單元包括測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼器。所述位置采集單元包括脈沖編碼器或光柵尺，將系統(tǒng)的實(shí)際位置轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。所述電流環(huán)用于對(duì)電樞回路滯后進(jìn)行補(bǔ)償，使動(dòng)態(tài)電流按要求的規(guī)律變化，減小反電勢(shì)對(duì)電樞電流的影響。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制，適用于多種實(shí)際應(yīng)用。
【IPC分類】H02P25-02, H02P21-00, H02K11-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104779875
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510221634
【發(fā)明人】江濤
【申請(qǐng)人】奇瑞汽車(chē)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年5月4日