工业控制之伺服系统精选开发资料

环节的跟随误差信号，将表示位移量的电信号转化为机械位移。常用的执行元件有直流宽调速电动机、交流电动机等。执行元件是伺服系统中必不可少的一部分，驱动电路是随执行元件的不同而不同的。

　　最近，我校研制开发出了高性能交流伺服（数控机床）控制系统。该系统性能稳定，质量可靠，可广泛应用于数码雕刻，包装机械，模具生产等工业生产应用场合，更适用于高等学校机电一体化，电子电器，电气自动化专业学生（研究生）生产实习，课程设计等课程的实验研究。

　　三、伺服系统的发展方向

　　随着生产力不断发展，要求伺服系统向高精度、高速度、大功率方向发展。

　　（1）充分利用迅速发展的电子和计算机技术，采用数字式伺服系统，利用微机实现调节控制，增强软件控制功能，排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响，这可大大提高伺服系统的性能，并为实现最优控制、自适应控制创造条件。

　　（2）开发高精度、快速检测元件。

　　（3）开发高性能的伺服电机（执行元件）。目前交流伺服电机的变速比已达1∶10000(＄0.1000)，使用日益增多。无刷电机因无电刷和换向片零部件，加速性能要比直流伺服电机高两倍，维护也较方便，常用于高速数控机床。

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　　接下来为大家介绍在工业中伺服系统的几种设计方案，以供参考。

　　基于MSP430(＄2.0250)的变频伺服系统设计

　　近年来，伺服系统的发展始终以稳定性、响应性与精度为发展主轴，这也是用户在使用过程中最为看重的几大因素。在机床伺服系统、机器人控制系统、雷达天线控制系统等场合大都由直流伺服电机和直流伺服控制器来完成控制。在这些控制领域中，主要以负载的位置或角度等为控制对象的伺服控制系统。随着变频器技术的高速发展，在伺服系统中交流变频传动因其功率因数高、反应速度快、精度高、适合在恶劣环境中使用等优点得到了越来越广泛的应用。本文提出一种基于高性能单片机MSP430(＄2.0250)F149、变频器、变频电机组成的数字式变频伺服系统，并将数字PID算法引入到此系统中，使系统获得了良好的系统静、动态性能。

　　1变频伺服系统的功能

　　为达到变频伺服系统的运行可靠、良好的静态以及动态的性能要求，其功能如下：

　　1）精确的伺服控制功能

　　高精度、高速度、大功率是伺服系统的发展趋势，系统采用高速单片机作为核心控制器，对变频器进行控制，使伺服系统的控制达到更高的精度。

　　2）通信功能

　　单片机与上位机之间必须确保通信的正常与正确，单片机将接收到来自上位机的控制命令与采样到的反馈信号相比较得到偏移控制量，只有得到相应的偏移量，单片机才对变频器输出相应控制信号。

　　3）反馈量精确采集功能

　　反馈量采集的精确度直接关系到控制精度，系统采用变M/T方法对伺服电机进行转速采样，采样精度较M法、T法更加精确，从而确保了更加精确的控制。

　　2系统硬件设计

　　系统以单片机MSP430(＄2.0250)F149为核心控制器［2］，集成变频器、变频电机、采样编码器以及PC上位机组成。其系统原理框图如图1所示。

　　图1 系统框图

　　其控制过程为：单片机MSP430(＄2.0250)F149控制协调系统各功能模块工作；PC上位机通过串口UART0将控制信号传输给MSP430(＄2.0250)F149，单片机通过对反馈信号采样后进行处理，将处理后的数据与来自上位机的控制信号相互比较，得到误差量，再将误差量经过相应的运算得到伺服系统控制量；MSP430(＄2.0250)F149将得到控制量通过串口UART1直接转换成RS485(＄49.9800)信号输出至变频器，变频器根据接收到的控制信号产生变频变压的电源信号以驱动电机完成期望动作；同时上位机通过MSP430(＄2.0250)F149的串口UART0获取变频电机的速度、系统参数等形成打印报表，为操作人员良好人机操作界面。

　　2.1单片机单元

MSP430(＄2.0250)F149是变频交流伺服系统的核心控制器，完成系统控制信号与测量信号的传递及复杂的控制决策，协调各模块进行工作，操作控制指令的接收与识别。此单片机是一种超低功耗微控器，采用16位的体系结构，16位的CPU集成寄存器和常数发生器，实现了最大化的代码效率。包括2个内置16 位的定时器、一个快速12位A/D转换器，两个通用串行同步异步通讯接口和48个I/O端口，片内包含60KFLASHROM和2KBRAM。本设计是实时控制系统，需对数据进行实时采集和传输。MSP430(＄2.0250)F149中60KFLASH存储器可满足系统程序对烧录存储空间的需要，