俞立峰 袁方紅 徐成前

摘要： 隨著時(shí)代的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)水平日益提高，電動(dòng)機(jī)被普遍應(yīng)用到了人民的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，發(fā)揮了重要作用。其中較為典型的控制電機(jī)應(yīng)該是步進(jìn)電機(jī)，在當(dāng)前多個(gè)領(lǐng)域如打印機(jī)、加工中心、自動(dòng)化生產(chǎn)線等均可得到有效應(yīng)用。本篇文章通過對(duì)系統(tǒng)軟件的相關(guān)程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試以及控制有關(guān)的參考數(shù)，對(duì)單片機(jī)的伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。通過大量的實(shí)驗(yàn)和對(duì)比，來展現(xiàn)了單片機(jī)的伺服電機(jī)的控制情況良好。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);伺服電機(jī);控制系統(tǒng)分析

引言：當(dāng)自動(dòng)控制的系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)的伺服電機(jī)的馬達(dá)能夠發(fā)揮的主要作用是將電壓的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位置，然后，接下來再把所收集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)的角位移，又或者是一定的轉(zhuǎn)速。因此，工作人員可以通過使用單片機(jī)來控制伺服電機(jī)。單片機(jī)的伺服電機(jī)具有靈活、輕巧、體積小、控制方便等方面的優(yōu)勢(shì)，所以，伺服電機(jī)在現(xiàn)如今的生活之中深受到人們的熱愛，從而在控制系統(tǒng)中可以得到廣泛的應(yīng)用。

一、單片機(jī)以及伺服電機(jī)的總論

單片機(jī)本質(zhì)上是一種集成電路芯片，又稱微型控制器，單片機(jī)是一種由中央處理機(jī)、計(jì)時(shí)器、各種接口組合而成的集成電路芯片，簡(jiǎn)單來說，單片機(jī)就是一臺(tái)小型的電腦，雖然體積小，但計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的差別不是很大，并且，單片機(jī)具有的價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，所以作為小型家電控制器來說，單片機(jī)具有很高的性價(jià)比，單片機(jī)的運(yùn)行是依靠程序來進(jìn)行的，程序可以人為的進(jìn)行修改[1]。相比之下，單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)、體積小、儲(chǔ)存方便、能耗少等優(yōu)勢(shì)，它在各種惡劣條件下都可以正常的運(yùn)行，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力[2]。近幾年來，我國的計(jì)算機(jī)隨著信息技術(shù)和尖端技術(shù)的快速發(fā)展，單機(jī)技術(shù)也得到了快速發(fā)展，它在家電、電子產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品等領(lǐng)域也得到了擴(kuò)大和先進(jìn)。

伺服電機(jī)是由控制部件運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)，是其中的一種變速裝置，伺服電機(jī)可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以電壓信號(hào)來控制，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和輸入信號(hào)有著密切的關(guān)系。伺服電機(jī)主要分為交流電氣和直流電機(jī)分為兩種，一般伺服電機(jī)是通過脈沖來進(jìn)行定位的，電機(jī)在接受脈沖時(shí)，它會(huì)相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)本身會(huì)產(chǎn)生脈沖，當(dāng)伺服電機(jī)移動(dòng)位置時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)位移的脈沖，因此，接收電機(jī)和發(fā)出來的脈沖會(huì)形成一個(gè)閉鎖環(huán)。

二、總體設(shè)計(jì)方案

本次的研究中，采用的是松下交流伺服電機(jī)。根據(jù)單片機(jī)的工作原理，來對(duì)松下伺服交流電機(jī)進(jìn)行一定的控制，利用鍵盤來輸入準(zhǔn)確的速度參數(shù)，單片機(jī)在接收具體的速度參數(shù)后，然后把信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，在通過差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為差動(dòng)脈沖信號(hào)之后，然后在傳送到伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器中;接下來，編碼器傳回來的信號(hào)由驅(qū)動(dòng)器接受，然后再將系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)和目標(biāo)值進(jìn)行比較，其后，調(diào)整電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度類型，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)有效的控制交流伺服電機(jī)。

三、在控制系統(tǒng)方面的分析

3.1硬件設(shè)計(jì)分析

本次探討和分析中，為了實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的伺服電機(jī)的控制過程。因此選擇使用型號(hào)為STC12C5A 60S2的單片機(jī)成為系統(tǒng)的處理器。同時(shí)，把單片機(jī)的模式可以設(shè)置成1T的模式，這樣的操作可以使單片機(jī)的運(yùn)算速度變高，工作速度變快，整體更容易，效率更好[3]。單片機(jī)上具有1280字節(jié)的內(nèi)存，60K閃存程序設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器和電子涂抹式可復(fù)寫只讀存儲(chǔ)器，本次的研究中，SONAMOOMSMD5AZG1U是本次選擇的單片機(jī)的伺服電機(jī)的型號(hào)，其額定輸出的功率是50W時(shí)，增量式光電編碼器是20位的編碼器。選擇的驅(qū)動(dòng)程序和單片機(jī)都是松下品牌。

在本次的研究中，單片機(jī)對(duì)伺服電機(jī)的控制主要是通過以下三個(gè)方面來進(jìn)行的。方式如下：

（1）為了控制交流伺服電機(jī)的位置，

（2）為了控制交流伺服電機(jī)的速度，

（3）為了控制交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。

控制交流伺服電機(jī)位置時(shí)，當(dāng)接到位置控制指令后，通過驅(qū)動(dòng)器收到的傳送回來信號(hào)以及電子齒輪分倍頻信號(hào)之間產(chǎn)生的信號(hào)誤差，然后形成了變信號(hào)，調(diào)整位置偏差和速度信號(hào)之后，形成了轉(zhuǎn)矩電流，然后可以實(shí)現(xiàn)把交流伺服電機(jī)進(jìn)行控制的目的。此外，伺服電機(jī)的編碼器種類也是十分的繁雜，以絕對(duì)式光電編碼器以及增量式光電子編碼器為主。在這個(gè)研究中，我們采用的是交流伺服電機(jī)，內(nèi)含的增量式光電編碼器是2 0位的編碼器。寬泛的編碼器結(jié)構(gòu)容易讓人們有一個(gè)更好的理解，并且使用時(shí)間還非常的長(zhǎng)，不容易受到損壞，還具有很高的分辨率。

3.1.1單片機(jī)的控制器硬件分析

STC12C 5 A60S 2控制器的硬件與單片機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分的外部電路相吻合，以便能夠完成對(duì)伺服電機(jī)的控制，P3口是單片機(jī)的獨(dú)立鍵盤輸入口，液晶模塊的控制口是P0、P1.0、P1.1、P1.2，P2.6以及P2.7是脈沖信號(hào)的發(fā)送口。

3.1.2伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和差分驅(qū)動(dòng)器的硬件分析

這次所選用的單片機(jī)是I/O口，通信的輸出開關(guān)可以在不直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的情況下控制信號(hào)電平，因此，需要在信號(hào)的輸入端以及信號(hào)的控制端方面，分別增加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器[4]。伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器的連接器在控制信號(hào)方面，是以差動(dòng)的方式進(jìn)行輸入的，全部都是使用的型號(hào)是SN 75174差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。

3.2軟件的設(shè)計(jì)分析

（1）0點(diǎn)定位;

（2）控制交流伺服電機(jī)的勻速運(yùn)行;

（3）控制交流伺服電機(jī)減速和加速。

軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、中止服務(wù)程序和交流伺服電機(jī)運(yùn)行速度控制程序幾個(gè)部分，系統(tǒng)面板上有包括啟動(dòng)、暫停，校準(zhǔn)零，設(shè)定6個(gè)速度的設(shè)置按鍵。

在內(nèi)的8個(gè)按鍵。

3.2.1零點(diǎn)位置確認(rèn)

系統(tǒng)的零點(diǎn)位置判斷原點(diǎn)的確定條件是編碼器的Z脈沖信號(hào)E2和原點(diǎn)附近的信號(hào)ORG。E2信號(hào)就是編碼器的Z脈沖，在同一情況下，電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)360度之后就會(huì)制造1個(gè)Z脈沖[5]。

3.2.2升降頻率的相關(guān)控制分析

普通步電機(jī)的升降頻率分為直線路型、S型、指數(shù)型的提速方式，但是在本系統(tǒng)中所使用的升速方式是直線型模式。

3.2.轉(zhuǎn)速的控制分析

運(yùn)用定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的在轉(zhuǎn)速方面的控制，所以，確定整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)很重要的版塊就是熟悉定時(shí)裝置的時(shí)間。

結(jié)語：綜上所述，要想更好的控制交流伺服電機(jī)，就必須對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行必要的程序調(diào)試、程序編程以及相關(guān)的參數(shù)控制。經(jīng)過數(shù)次的實(shí)驗(yàn)對(duì)此，我們可以輕松看出在控制交流伺服電機(jī)方面單片機(jī)的效果會(huì)更好一點(diǎn)，控制系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速保持在每分鐘0-10000轉(zhuǎn)范圍之內(nèi)，定位精準(zhǔn)到0.1度。除此之外，本文中所采用的硬件設(shè)施里，電路均較簡(jiǎn)易，程序也是相當(dāng)簡(jiǎn)便，不會(huì)太過繁瑣復(fù)雜，系統(tǒng)不僅可以獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，還能做到精準(zhǔn)定位，轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)過程平穩(wěn)，所成像像素高、質(zhì)感好、還不模糊。經(jīng)過以上數(shù)據(jù)研究，我們可以更好的得出只有將單片機(jī)當(dāng)做交流伺服電機(jī)的控制器，才能最大限度的發(fā)揮系統(tǒng)軟件的功能，不僅可以在一定程度上有效降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，還可以有效提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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