工业控制之伺服系统精选开发资料

测电路可以得到电流的反馈量I，再经过电流PI调节，最后得到的调节量用来控制 PWM的占空比，即把速度调节器的输出当做电流调节器的输入，再以电流调节器的输出去控制PWM装置。

　　2．1 电流环控制

　　电流环是通过电流反馈控制使电机电枢电流线性受控，可达到电机输出力矩的线性控制，并使其动态范围响应快，安全性提高。

　　在实际应用中，为加快系统响应速度，减轻DSP负担，采用模拟实现方法。将电阻串联在电枢回路上，同时起到一个功率变换电路的过电流保护作用。通过电流反馈控制使电机电枢电流线性受控，可达到电机输出力矩的线性控制，并使其动态范围响应快，安全性提高。

　　电流环设计中，电流调节器选用PI调节器；限幅器可以和电流调节器做在一起，限幅值由PWM功放输入范围确定；PWM功放选用专用集成电路；滤波保护网络采用LC网络提高EMC水平，二极管网络保护PWM功放选；电流调节器选用PI调节器；采样电阻选用O．1Ω，如果所选PWM功放具有电流测量端子，也可以直接读出电机电流值。

　　图3为电流环控制框图，R-电机电枢电阻，Tm-电机时常数。Ks-功率放大器电压放大系数。电流环设计的参数：PI调节器，一阶无静差；输出最大电流≥0．63 A，反馈系数为15．873；带宽≥30 Hz；τi选为电机等效时常数。

　　2．2 速度环控制

　　速度环是位置环的重要内环路，速度闭环可改善控制对象的线性度，提高速度控制精度，改善电网电压等对电机转速的影响，提高抗干扰能力，改善系统性能。

　　转子旋转一周的时间内，霍尔传感器输出3路180°的交叠信号，电动机每转动60°就有一次换相，只要检测两次换相的时间间隔就能计算出电机的速度。

　　2．3 位置环控制

　　位置环是通过安装在电机转轴上的电位器实现闭环的控制环路，位置环路的控制对象是电流环和传动机构。由电位器测得的电压信号经过信号解调和AD转换得到位置反馈信号。由于位置环具有很大的不确定性，加之被控对象的非线性以及系统参数的时变性等，为了减小电机在运行过程中积分校正对系统动态性能的影响，本系统对位置环采用积分分离的PID算法。如图4所示，积分分离法是在误差量较大时，不进行积分，直至误差达到一定值之后，才在控制量的计算中加入积分累积。算法为：

　　3 系统软件实现

　　伺服控制系统的软件采用模块化设计，使软件组织灵活有序，便于调整、修改和移植。DSP程序主要由主程序，信号采集与输出程序，PID 算法程序，串口通信程序，滤波程序等组成。主程序首先是DSP的初始化，包括设置系统时钟、定时器、系统状态寄存器、设置IO端口。然后初始化中断设置，确定系统所需要用到的中断类别及中断子程序，再设置事件管理器，产生PWM波。图5为积分分离的PID程序流程图，用积分分离的改进算法效果较好，程序简单。

　　4 结束语

　　本文设计了一种基于TMS320F2812(＄18.5250)DSP的无刷直流电机伺服控制系统，采用积分分离的PID控制算法，根据偏差，对不同情况进行不同的PID控制，并对系统的硬件设计以及控制算法进行了研究。试验结果表明，系统响应快，性能稳定，能较好的满足伺服系统的控制性能要求。

　　基于DSP的高精度伺服位置环设计方案

　　机床是装备制造业的母机，也是装备制造业的引擎。我国"十一五"发展规划明确规定：国产数控机床国内市场占有率要达到60%，高端产品与国际先进水平的差距缩小到5年以内。

　　作为数控机床的重要功能部件，永磁同步电机伺服驱动装置是数控机床向高速度、高精度、高效率迈进的关键基础技术之一。随着新的微处理器、电力电子技术和传感器技术在伺服驱动装置的应用，伺服驱动器的性能获得极大的提高。如日本的安川公司利用新的微处理器，以及通过扩充新的控制算法，速度频率响应提高到了1.6kHz，具有自动测定机械特性，设置所需要的伺服增益功能，实现了"在线自动调整功能";发那科公司的新一代驱动器则采用了1600万/转的高分辨率的编码器，高精度电流检测，实现了高速、高精度的伺服HRV（高响应向量）控制算法，伺服电机的最大控制电流减少50%，并减少电机发热17%，使得伺服驱动装置可以获得更高的刚性和过载能力。国内在高性能伺服驱动技术方面，与国外名牌企业仍存在较大的差距，已成为制约我国发展中高档数控系统产业的 "瓶颈"问题。

针对旧产品的信号处理时间长，电流与位置信号检测精度低的不足，本系统以TMS320F2812(＄18.5250) DSP为控制器，缩短了信号处理时间且提高电流采样精度;位置检测用多摩川的TS5667N120 17位绝对式编码器以提高