基于單片機的交流伺服電機轉速控制系統研究

1 交流伺服電機控制系統設計方案
系統使用的交流伺服電機為三相交流電機；驅動(dòng)器控制U／V／W三相電形成電磁場(chǎng)；轉子在此磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng)，同時(shí)電機由接近傳感器將轉速信號反饋給驅動(dòng)器；驅動(dòng)器根據反饋值與目標值進(jìn)行比較，調整轉子轉動(dòng)的角度。伺服電動(dòng)機又稱(chēng)執行電動(dòng)機，在自動(dòng)控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。

2 系統硬件設計
本項目實(shí)質(zhì)上采用STC89C52RC單片機構建一個(gè)最小系統，實(shí)現脈寬可調輸出控制兩個(gè)繼電器，實(shí)現電機正反轉智能控制，從而實(shí)現伺服電機的精確位移控制?？刂葡到y組成如圖1所示。

通過(guò)按鍵輸入電機所需的轉速值并與轉速傳感器反饋回來(lái)的電機轉速相比較，采用PID算法，經(jīng)單片機處理后，轉化成相應的脈沖信號，再經(jīng)光電耦合器調節繼電器的開(kāi)度，通過(guò)調節繼電器的脈沖寬度，達到脈寬的調制，從而控制伺服電機上的磁塊正負位移，使電機達到給定的轉速值，同時(shí)單片機接受固定在伺服電機轉軸上的轉速傳感器隨著(zhù)電機轉動(dòng)而產(chǎn)生的反饋脈沖信號，并在LED實(shí)時(shí)顯示電機的實(shí)際轉速。
2．1 單片機控制器的硬件設計
在此開(kāi)發(fā)了一套運動(dòng)控制器的軟件系統。該系統的硬件結構是基于單片機而開(kāi)發(fā)的，所用功能為外部中斷、定時(shí)中斷、檢測傳感器脈沖信號、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(guò)STC89C52定時(shí)器T0的定時(shí)中斷控制脈沖發(fā)送頻率，進(jìn)而控制電機的轉速。系統原理圖如圖2所示。

2．2 驅動(dòng)部分電路的硬件設計
由于單片機屬于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(kāi)關(guān)量控制信號電平無(wú)法直接驅動(dòng)電機，所以在P2．6口控制升速信號輸出端需加入驅動(dòng)電路；同理該驅動(dòng)電路也應用于P2．7口的降速輸出端。系統采用光耦耦合器和晶體管作驅動(dòng)，由光電耦合器輸出通道傳入控制電機，所以具有很強的抑制噪聲干擾能力，起隔離作用，可防止強電磁干擾；晶體管主要起功率放大作用。電機驅動(dòng)電路如圖3所示。

3 系統軟件設計
控制器的軟件主要完成LED顯示，接受鍵盤(pán)輸入，實(shí)現伺服電機勻速運行和繼電器控制幾項功能，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。在交流伺服電機控制系統中，單片機的主要作用是產(chǎn)生脈沖序列，它是通過(guò)STC89C52RC的P3．2口發(fā)送的。系統軟件編制采用定時(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)間內可以處理其他事件，惟有到了中斷時(shí)間，才驅動(dòng)伺服電機轉動(dòng)一步。系統程序流程圖如圖4所示。