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

1 交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)器控制U／V／W三相電形成電磁場(chǎng)；轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)由接近傳感器將轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器；驅(qū)動(dòng)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(dòng)的角度。伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目實(shí)質(zhì)上采用STC89C52RC單片機(jī)構(gòu)建一個(gè)最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)脈寬可調(diào)輸出控制兩個(gè)繼電器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)智能控制，從而實(shí)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(hào)，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(shí)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(dòng)而產(chǎn)生的反饋脈沖信號(hào)，并在LED實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
2．1 單片機(jī)控制器的硬件設(shè)計(jì)
在此開發(fā)了一套運(yùn)動(dòng)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(shí)中斷、檢測(cè)傳感器脈沖信號(hào)、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(shí)器T0的定時(shí)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(dòng)部分電路的硬件設(shè)計(jì)
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(hào)電平無法直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所以在P2．6口控制升速信號(hào)輸出端需加入驅(qū)動(dòng)電路；同理該驅(qū)動(dòng)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(dòng)，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(dòng)電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
控制器的軟件主要完成LED顯示，接受鍵盤輸入，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)勻速運(yùn)行和繼電器控制幾項(xiàng)功能，包括主程序、按鍵中斷服務(wù)程序、定時(shí)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(shí)器定時(shí)中斷產(chǎn)生周期性脈沖序列，不使用軟件延時(shí)，不占用CPU。CPU在非中斷時(shí)間內(nèi)可以處理其他事件，惟有到了中斷時(shí)間，才驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。