基于单片机的伺服电机控制本科毕业设计

1、 毕业设计（论文）论文题目 基于单片机的伺服电机控制器 38 / 43文档可自由编辑打印摘 要随着电力电子技术、智能控制技术的发展成熟，伺服机控制器已成为自动化装置的一个重要部分。例如，印刷机应用了伺服机控制器来控制电机的转速和传送长度。本论文阐述了基于单片机的伺服机控制器的控制原理，位置控制和电子齿轮的特点和应用，采用单片微机 AT89S52 作为中央控制器， AM26LS31 为驱动器。AT89S52 主要与控制器连接了位置控制，方向控制,正反转限制等。AT89S52 从 P1 口输出脉冲序列，利用控制器电子齿轮简便设置，控制伺服电机的总转动角度，控制输出脉冲的频率就可以控制伺服电机的速度

2、，以达到控制伺服电机的目的。此外还介绍了的控制器的结构连接图，特性，功能和用户常数设定， SGM H 型伺服机的发展,优点和工作原理。还有介绍伺服系统的基本内容。关键词：伺服系统；位置控制；电子齿轮；单片机AT89S52ABSTRACTAs development of electric and electronic technology , intellectual control technology being ripe, the servo machine controller has already become an important part of the automatic

3、device . For example, the printing machine has used the servo machine controller to control the rotational speed of the electrical machinery and length of conveyance. This thesis has explained the principle of control based on servo machine controller of the one-chip computer, position control and e

4、lectronic characteristic and application of gear wheel, adopt single blocks of computer AT89S52 as the central controller, AM26LS31 is a driver . AT89S52 has connected position control with controller mainly, directional control, rotate positive and negativly and limit etc. AT89S52 outputs the pulse

5、 array from P1 mouth, utilizes controllers electronic gear wheel to be set up simply and conveniently, controlling always rotating the angle of the servo electrical machinery, controlling the frequency of outputting the pulse can control the tempo of the servo electrical machinery , in order to achi

6、eve the goal of controlling the servo electrical machinery. In addition has recommended the structure of the controller of connect and pursue , the characteristic, the function and users constant are established , SGM .The development of the type servo machine , the advantage and operation principle

7、. Still introduce the basic content of the servo system.KEY WORDS: Servo system ；Position control； Electronic gear wheel ；One-chip computer AT89S52目录摘 要IABSTRACTII引 言11 伺服电机和控制器21.1 伺服机的介绍21.1.1 交流伺服机的发展21.1.2 交流伺服机的优点21.2 控制器的介绍21.2.1 控制器的特点21.2.2 伺服控制器的介绍31.2.3 伺服控制器的功能说明61.2.4 伺服控制器的设定82 伺服系统的控制1

8、12.1 伺服电机的基本原理112.1.1 伺服电机的工作原理112.1.2 伺服电机的特点122.2 伺服系统的介绍122.2.1 伺服系统的概念122.2.2 伺服系统定义132.2.3 伺服的主要任务132.2.4 伺服系统的组成132.2.5 伺服系统的性能要求132.2.6 伺服系统的种类132.2.7 伺服系统对伺服电机的要求142.2.8 伺服控制方式的优点和缺点143 基于单片机的伺服机控制器153.1 元器件 AM26LS31 和 AT89S52 的介绍153.1.1 AM26LS31 的工作原理153.1.2 AT89S52 的介绍153.1.3 AT89S52 单片机的引

9、脚介绍163.1.4 中断系统183.2 位置控制193.2.1 位置指令193.2.2 基于单片机的数字位置控制193.2.3 位置控制的控制原理193.2.4 脉冲信号的产生203.2.5 伺服电机的转速控制方式203.3 控制单元203.4 超程设定213.4.1 超程设定的概念213.4.2 超程功能的使用213.5 PWM 控制技术223.5.1 PWM 控制技术的定义223.5.2 PWM 技术的应用223.6 电子齿轮233.6.1 电子齿轮的概念233.6.2 电子齿轮的设定方法233.6.3 电子齿轮比（ B/A）。243.6.4 设定为用户常数。243.7 伺服系统的基本原

10、理243.7.1 伺服系统的位置控制253.7.2 电机正反转控制264 软件程序设计274.1程序流程图274.2 基于单片机的伺服机控制器控制分析285 展望29结束30致谢31参考文献32附录33引 言中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服

11、，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。 为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域

12、的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。伺服驱动装置是典型机电一体化产品的重要组成部分，也是工厂自动化不可或缺的基础技术。跟随系统之所以被广泛应用，是因为它在一定程度上能按照人们的愿望去完成所要求的控制规律。它能完成人们无法直接参与的控制任务，并能达到人们直接控制无法达到的快

13、速性和高精度。目前，伺服跟随技术正朝着交流化、数字化方向发展，其具代表性的标志是: 高分辨率的速度与位置传感器和交流永磁转子电机组成一体化结构;主电路采用高频大功率开关组件组成 SPWM 逆变器；控制回路采用高速的数字信号处理器 (DSP) ，可以高速,高精度地完成各种复杂的控制算法:现代控制理论的某些成果应用于交流伺服系统；伺服系统具有高精度，高柔性，高响应能力,高可靠性，为传统的伺服系统性能所不能比拟。在此基础上，提出了电子传动的思想。电力电子技术、智能控制技术尤其是微处理器技术的进步，引发了传动领域的一场技术变革，这就是电子传动跟随控制技术的诞生，以电子轴和电子齿轮为标志，伺服驱动技术步

14、入了一个崭新的发展阶段。而作为电子传动的主要执行元件的伺服电机，由于其结构紧凑、控制灵活、使用方便，因而获得了广泛的应用。1 伺服电机和控制器1.1 伺服机的介绍1.1.1 交流伺服机的发展20世纪 80 年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月

15、异。1.1.2 交流伺服机的优点永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 定子绕组散热比较方便。 惯量小，易于提高系统的快速性。 适应于高速大力矩工作状态。 同功率下有较小的体积和重量。伺服电机有以下几点优势： 实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题； 高速性能好，一般额定转速能达到 2000 3000 转； 抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用； 低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合； 电机加减速的动态相应时

16、间短，一般在几十毫秒之内； 发热和噪音明显降低。1.2 控制器的介绍1.2.1 控制器的特点伺服控制技术是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分。随着国内交流伺服用电机等硬件技术逐步成熟，以软形式存在于控制芯片中的伺服控制技术成为制约我国高性能交流伺服技术及产品发展的瓶颈。研究具有自主知识产权的高性能交流伺服控制技术，尤其是最具应用前景的永磁同步电动机伺服控制技术，是非常必要的。控制器的特点： 迅速准确的传递。在闪避对手的瞬间，发出强有力的一转。对于令人神往的世界级选手，就要求其判断力、准确性、速度等方面，拥有更高的技术水准。 对于机械性能、生产效率起着决定作

17、用的伺服系统的性能而言，同样要求其在高速响应性，高速，高精度控制方面，具有更高的水准。1.2.2 伺服控制器的介绍系列产品，为了适应上述要求，进一步强化了高性能及其丰富的功能。并且，充实了产品的系列，提高了使用的简便性，通过其全球适用的规格，在广范的应用领域中发挥其实力。系列伺服控制器的单相结构图如图 1 所示，系列控制器的连接图如图 2 所示，伺服机特性如表一所示，伺服驱动机的特性如表二所示。图1 结构图图 2 连接图表一 伺服机的特性表二 伺服驱动机的特性1.2.3 伺服控制器的功能说明 模型跟踪控制：在机械的固有振动频率较低时，通过将机械系模型化补偿其滞后，从而抑制其振动。利用该功能，可

18、缩短低刚性机械的整定时间。 机械共振抑制沪波器：当机械产生高频共振间时，设定与机械系共振频率一致的振动泸波器，从而抑制共振。 速度观测控制：由于采用了速度观测，实现了低速下的平滑运转和定位整定时间的缩短，如图 3 所示。图3 速度观测控制 前馈补偿：因加入了前馈补偿，从而缩短了定位时间，如图 4 所示。 偏置：当欲缩短定位时间时，可根据负载条件使用，如图 4 所示。图4 前馈补偿和偏置 零钳位功能：使用速度控制时，有时即使速度指令为“ 0 ”，由于漂移亦会产生移动。零箝位动作就是与速度指令低于设定值时，经位置环将伺服锁定而使其停转的功能。 制振控制：与机械的驱动系发生振动时，利用观测控制合其减

19、低，实现高伺服增益的驱动。通过该功能，改善伺服特性。 转矩指令沪波器：由于轴共振引起伺服系起振时，通过转矩指令泸波器抑制轴共振。 模式开关：为改善电机加减速运转时的过渡特性，速度环的PI（比例积分）控制和 P（比例）控制可切换。从而抑制过调和欠调，如图 5 所示。图5 模式开关1.2.4 伺服控制器的设定 伺服控制器的用户常数伺服单元具有很多功能，为了对这些功能进行选择以及进行细微调整，设定有称为“用户常数”的参数。表三 用户常数分为3类用户常数的种类功 能Pn000Pn601设定伺服单元的各种功能选择及伺服增益Fn000Fn012执行微动模式运行以及原Un000Un000对于电机的转速以及扭

20、转指令值等，可以用面板显示器进行监视 微动（JOG）速度当使用面板操作器或者数字操作器进行电机的转速设定以及变更时，请使用该用户常数。 表四 参数设置Pn304微动(JOG)速度单位min1设定范围010000出厂时的设定500出厂时的设定500速度，扭矩控制位置控制 输入电路的信号分配可以改变顺序用输入信号电路的分配。出厂时，对来自连接器CN1的输入信号的分配设定如下。表五 端子设定连接器CN1的端子编号输入端子名称出厂时的设定缩写名称40SI0/S-ON伺服ON41SI1/P-CON（比例动作指令）42SI2P-OT禁止正传驱动43SI3N-OT禁止反转驱动44SI4/ALM-RST警报清

21、除45SI5/P-CL（正转侧电流限制）46SI6/N-CL（反转侧电流限制）根据下述的用户常数，对输入信号的分配可以进行自由设定 表六 输入信号出厂设定Pn50A.0输入信号分配模式出厂时的设定0速度，扭矩控制位置控制Pn50A.0的设定内 容0顺序用输入信号的分配为出厂时的设定与本公司SGDBAD型伺服单元的设定相同。1可以对顺序用输入信号进行自由设定 控制方式（模式）选择SGDM型伺服单元，以速度控制,位置控制，扭矩控制为首，具有下述12种控制方式的用户常数如下所示。表七 控制方式Pn000.1的设定控制方式0速度控制（模拟指令）1位置控制（脉冲列指令）2扭矩控制（模拟指令）3内部设定速

22、度选择（接点指令）4内部设定速度选择（接点指令）速度控制（模拟指令）5内部设定速度选择（接点指令）位置控制（脉冲列指令）6内部设定速度选择（接点指令）扭矩控制（模拟指令）7位置控制（脉冲列指令）速度控制（模拟指令）8位置（脉冲列指令）扭矩控制（模拟指令）9扭矩控制（模拟指令）速度控制（模拟指令）A速度控制（模拟指令）零箝位B位置控制（脉冲列指令）位置控制（禁止） 伺服控制器的直流电源输入设定A. 请按照下述的方法连接主电源。1端子280V140V（100V输入SGDMBD(A) 型的情况）端子：0VB. 对于控制电源，请如下所示，输入至 L1C ， L2C(没有极性) 。DC280VDC140

23、(100V输入SGDMBD（A）型的情况)C. 请将用户常数 Pn001.2 设定为 1 。D. 控制电源上的重新。伺服控制器的偏移量的调整当为速度，扭矩控制时（模拟指令），虽然已将指令电压指令为 0V，但是有时电机仍然以微小的速度旋转不停止。这是由于来自上级装置或者外部的指令电压，带有微小量（ mv 单位）的偏移而引起的。在调整该偏移量，将其修正为 0V后，电机便会停止。伺服控制器的动态制动器在运行中，如果想使用动态制动器，使伺服电机停止时，请将下述的用户常数设定为所希望的方式。如果不使用动态制动器，则变为由机械摩擦而兴城的自然停止。2 伺服系统的控制2.1 伺服电机的基本原理2.1.1 伺

24、服电机的工作原理伺服电动机实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。如图6所示，电机定子上有两相绕组，一相叫励磁绕组 ，接到交流励磁电源 上，另一相为控制绕组 ，接入控制电压 ，两绕组在空间上互差90电角度，励磁电压 和控制电压频率相同。图6 伺服电动机工作原理图交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。当交流伺服电动机的励磁绕组接到励磁电流 上，若控制绕组加上的控制电压 为 时（即无控制电压），所产生的是脉振磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无起动转矩；当控制绕组加上的控制电压 ，且产生的控制电流与励磁电流的相位不同时，建立起椭圆形旋转磁场（若 与 相位差为90时，则为圆

25、形旋转磁场），于是产生起动力矩，电机转子转动起来。如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。2.1.2 伺服电机的特点伺服电机的最大特点是，它可以通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度可以由输入脉冲数来决定，而电机的转速由脉冲信号频率来决定。伺服电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号是由单片机 AT89S52 产生的。其基本原理作用如下： 控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相伺服电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A B C D ，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A， B ， C ， D 相的通断

26、。(2)控制伺服电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，伺服电机正转，如果按反序通电换相，则电机就会反转。(3)控制伺服电机的速度如果给伺服电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，伺服电机就转得越快。所以调整单片机发出的脉冲频率，就可以对伺服电机进行调速。交流伺服电动机的结构主要可分为两部分，即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成 90 度电角度的两相绕组。其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组，交流伺服电动机一种两相的交流电动机。2.2 伺服系统的介绍2.2.1 伺服系统的概念 “伺服”词源于希腊语“

27、奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动;讯号来到之后，转子立即转动;当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名伺服系统。 伺服系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。伺服系统的发展经历了由液压到电气，电气伺服又经历了由模拟到模拟数字混合再到全数字化伺服的演进过程。伺服系统根据所驱动的电机对象，又分为直流（直流）伺服系统和交流（ AC ）伺服系统。到 90 年代初期，随着微处理技术、高性能功率半导体功率器件等产品制造工艺的发展及性价比的日益提高，交流伺服技术逐渐成为主导产品。交

28、流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类：永磁同步（ SM 型）电动机交流伺服系统和感应式异步（ IM 型）电动机交流伺服系统。感应式异步电动机交流伺服系统由于电动机结构坚固、制造容易、价格低廉，具有良好的发展前景，是未来伺服技术的发展方向之一。2.2.2 伺服系统定义伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标 (或给定值) 的任意变化的自动控制系统。2.2.3 伺服的主要任务 伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制得非常灵活方便。2.2.4 伺服系统的组成 伺服系统如图 7 所示，是具有反馈的

29、闭环自动控制系统。它由位置监测部分、误差放大部分、执行部分及被控对象组成。图7 伺服系统的组成2.2.5 伺服系统的性能要求 伺服系统必须具备可控性好，稳定性高和速应性强等基本性能。说明一下，可控性好是指讯号消失以后，能立即自行停转;稳定性高是指转速随转距的增加而均匀下降;速应性强是指反应快、灵敏、响态品质好。 2.2.6 伺服系统的种类 通常根据伺服驱动机的种类来分类，有电气式、油压式或电气油压式三种。 伺服系统若按功能来分，则有计量伺服和功率伺服系统;模拟伺服和功率伺服系统;位置伺服和加速度伺服系统等。 电气式伺服系统根据电气信号可分为直流伺服系统和 AC 交流伺服系统二大类。AC 交流伺

30、服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。2.2.7 伺服系统对伺服电机的要求伺服电机要求从最低速到最高速都能平稳运行，转矩纹波要小，尤其在低速时仍有平稳的速度而无爬行现象;电机应具有较大的长时间过载能力;电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压;电机能承受频繁启动、制动和反转。2.2.8 伺服控制方式的优点和缺点伺服控制方式的优点： 可靠性高，不易发生飞车事故。用模拟电压方式控制伺服电机时，如果出现接线接错或使用中元件损坏等问题时，有可能使控制电压升至正的最大值。这种情况是很危险的。如果用脉冲作为控制信号就不会出现这种问题。 信号抗干扰性能好。数字电路

31、抗干扰性能是模拟电路难以比拟的。当然目前由于伺服驱动器和运动控制器的限制，用脉冲方式控制伺服电机也有一些性能方面的弱点。一是伺服驱动器的脉冲工作方式脱离不了位置工作方式，二是运动控制器和驱动器如何用足够高的脉冲信号传递信息。这两个根本的弱点使脉冲控制伺服电机有很大限制。(1)控制的灵活性大大下降。这是因为伺服驱动器工作在位置方式下，位置环在伺服驱动器内部。这样系统的 PID 参数修改起来很不方便。当用户要求比较高的控制性能时实现起来会很困难。从控制的角度来看，这只是一种很低级的控制策略。如果控制程序不利用编码器反馈信号，事实上成了一种开环控制。如果利用反馈控制，整个系统存在两个位置环，控制器很

32、难设计。在实际中，常常不用反馈控制，但不定时的读取反馈进行参考。这样的一个开环系统，如果运动控制器和伺服驱动器之间的信号通道上产生干扰，系统是不能克服的。(2)控制的快速性速度不高。3 基于单片机的伺服机控制器3.1 元器件 AM26LS31 和 AT89S52 的介绍3.1.1 AM26LS31 的工作原理AM26LS31是一个四条的正负输出线驱动器，这个设计符合ANSI TIA/EIA-422 -B 的和 ITU(从前的CCITT) 推荐 V.11 的要求。 3 个状态输出端的驱动器有高现在的能力平衡了线，例如拧- 双或平行- 电线输电线路,而且他们提供断电情况的高阻抗。对所有的四个驱动器

33、提供高电平的选择或者低电平(G,G)输入端，这个使能功能是通常的。低电压的 Schottky 电路在不降低速度的情况减少电力损耗。AM26LS31C是在 0C 到 70C之间操作是正常的。表七 输入输出真值表AGGYZHHXHLLHXLHHXLHLLXLLHXLHZZH = 高电平, L = 低电平, X = 无关,Z = 高阻抗(关断)。3.1.2 AT89S52 的介绍Atmel 公司的 AT89S52 单片机。AT89S52 是一种低损耗高性能,互补型金属氧化半导体 /l 位微处理器，含有闪现存储器，能重复写入嚓除 1000 次，数据保持时间为 10 年，因此，有着十分广泛 (T2) P

34、 i.0 C 它最大的特点就是片内的用途，特别是在便携式，省电和特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用它的主要特点为。: 内含闪光存储器由于内部含有闪光存储器，因此在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改。这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响信息的保存; 与 MCS-51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，可完全代替 MCS 一 51 系列单片; 采用静态时钟方式可以节省电能; 错误编程亦无废品产生。一般的 OTP 产品，一旦错误编程就变成废品。而此单片机内部采用闪光存储器，在错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止

35、，故不存在废品;它的主要性能: 8KBFlash存储器有可下载功能。下载功能是由 IBM 微机通过 AT89S52 的串口外围接口 SPI 执行的。除此之外，还含一个 2KB的EEPROM，从而提高了存储容量; 256 字节内部随机存取储存器; 32 条可编程输入输出线; 3 个 16 位定时器/计数器和看门狗定时器; 9 个中断源; 3 级程序存储器保密; 可编程串行接口和 SPI 接口; 片内时钟振荡器; 双数据指针;含从电源下降的中断恢复。其引脚结构图分别如图 8 所示。图 8 AT89S52 引脚结构3.1.3 AT89S52 单片机的引脚介绍在本设计中，主要用到的引脚有并行输入输出口

36、的 P1 口，外部中断 INT1 和 INT0 ，计数器 T0 和 T1 ，振荡器 XTAL1 和 XTAL2,复位重新设定, ， ， ， PSEN,等。 P1 口是位准双向并行输入输出端口， P1 0 和 P1 1 具有第二变异功能； INT1 是接受外部的中断源； TCON 寄存器用于控制定时/计数器的启停和中断请求,其中低 4 位与外部中断有关。TCON寄存器的格式如下：位： 7 6 5 4 3 2 1 0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0各位含义如下： TF1 ：定时/计数器 1 溢出中断请求标志位。当定时/计数器 1 计数回 0 并产生溢出信号由内部硬件置位 TF1 （

37、 TF1=1 ），向主机请求中断；当主机响应中断转向该中断服务程序执行时，由硬件自动清 0 （ TF1=0 ）。TR1 ：定时/计数器 1 启/停控制位。由软件置位/复位控制定时/计数器 1 的启动/停止运行。 TF0 ：定时/计数器 0 启/溢出中断请求标志位。当定时/计数器 0 计数回 0 并产生溢出信号经内部硬件置位 TF0 （ TF0=1 ），向主机请求中断；当主机响应中断转向该中断服务程序执行时，由内部硬件自动清 0 （ TF0=0 ）。 TR0 ：定时/计数器 0 启/停控制位。由软件置位/复位控制定时/计数器 0 的启动/停止运行。 IE1 ：外部中断 1 （ ）跳变中断请求标志

38、位。当主机检测到外部中断 1 （ ）端口发生由 1 0 跳变，且 IT1=1 时，由内部硬件置位 IE1 ，向主机请求中断；当主机响应该中断，程序转向中断服务程序执行时由内部硬件自动清 0IE1位。 IT1 ：用软件置位/复位本位来选择外部中断（）的跳变/电平触发中断请求。当 IT1=1 时，则外部中断 1 （ ）端口由跳变触发的前一个机器周期为高电平，紧接后一个机器周期为低电平，即负跳变触发产生中断请求；如果 IT1=0 ，则非 INT1 端口的低电平触发产生中断请求。 IE0 ：外部中断 0 （ ）跳变中断请求标志位。当主机检测到外部中断 0 （ ）端口发生由 1 0 跳变，且 IT0=1

39、 时，由内部硬件置位 IE0 ，向主机请求中断；当主机响应该中断，程序转向中断服务程序执行时由内部硬件自动清 0IE0位。 IT0 ：用软件置位/复位本位来选择外部中断（ ）的跳变/电平触发中断请求。控制原理同 IT1 。 XTAL1 是接外部晶振的一个引脚。在单片微机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2 是接外部晶振的另一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 RESET重新设定是主机各部件恢复为初始状态。 其中 为访问内部或外部程序信息化起

40、选择信号。当 保持高电平时，为访问内部程序存储器；当程序指针个人计算机值超过片内程序存储器地址时，将自动转向未能程序存储器继续运行；当 保持低电平时，则只能访问外部程序存储器。 / 是读/写信号。 PSEN 是访问外部程序存储器选通信号，高电平有效。在访问外部程序储器读取指令码时，每个机器周期产生二次 PSEN 信号。在执行片内程序存储器取指令时，不产生 PSEN 信号；在访问外部数据存储器时，亦不产生 PSEN 信号。AT89S52 寻址方式包括有寄存器寻址，直接寻址，寄存器间接寻址，立即寻址，基址寄存器加变址寻址，寄存器间接寻址，相对寻址,位寻址等。AT89S52 指令系统包括有数据转送类

41、指令，算术运算类指令，逻辑运算类指令，控制转移类指令,布尔（位）处理类指令。3.1.4 中断系统AT89S52 的中断系统，是 8 位单片微机中功能较强的一种，它提供 6 个中断源，具有 2 个中断优先级，可由软件设定，可实现两级中断嵌套，用户可通过软件来屏蔽或接受所有的中断请求。AT89S52 提供的 6 个中断源中， 2 个中断请求信号由外部产生并输入，称外部中断，其余的中断请求信号均由内部产生，故称为内部中断。各中断请求信号分别由定时/计数器控制寄存器 TCON 和串行通讯控制寄存器 SCON 的相应位所锁存。外部中断源： ：外部中断 0 请求输入端口（ P3 2 引脚），低电平后负跳变

42、有效。当 中断请求有效，则置位 TCON 1 的 IE0 中断请求标志位。主机在每个机器周期的 S5P2 的状态采样 IE0 标志位，当条件满足，则主机响应中断。由硬件自动复位 IE0 。由软件设置 TCON 0 的 IT0 位进行选择手低电平还是负跳变触发中断请求。 ：外部中断 1 请求输入端口（ P3 3 引脚），低电平后负跳变有效。当 中断请求有效，则置位 TCON 3 的 IE1 中断请求标志位。主机在每个机器周期的 S5P2 的状态采样 IE1 标志位，当条件满足，则主机响应中断。由硬件自动复位 IE1 。由软件设置 TCON 2 的 IT1 位进行选择手低电平还是负跳变触发中断请求

43、。3.2 位置控制3.2.1 位置指令位置指令包括,指令脉冲输入、指令符号输入、清除输入、有各种各样的使用方法，请为系统设定最适合的指令输入。通过脉冲输入,发出移动指令。可以对应以下三种输出形态。总线驱动器输出+12 V 集电极开路输出+5 V 集电极开路输出3.2.2 基于单片机的数字位置控制这种工作方式直接利用单片机的数字处理能力构成一个嵌入式的数字控制器，可以使伺服系统脱离个人计算机独立实现闭环数字控制。由于采用的单片机具有在系统编程能力，允许在实验过程中下载不同的控制算法进行实验。伺服电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于

44、脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上伺服电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用伺服电机来控制变得非常简单。3.2.3 位置控制的控制原理 在位置控制方式下，伺服驱动器接收数控主机发出的位置指令信号脉冲方向，送入脉冲列形态，经电子齿轮分倍频后，在偏差可逆计数器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号。反馈脉冲是由光电编码器检测到电机实际所产生的脉冲数，经四倍频后产生的。位置偏差信号经位置环的复合前馈控制器调节后，形成速度指令信号。速度指令信号与速度反馈信号，与位置检测装置相同，比较后的偏差信号

45、经速度环比例积分控制器调节后产生电流指令信号，在电流环中经矢量变换后，由输出转矩电流，控制交流伺服电机的运行。位置控制精度由光电编码器每转产生的脉冲数控制。它分增量式光电编码器和绝对式光电编码器。增量式编码器构造简单，易于掌握，平均寿命长，分辨率高，实际应用较多。本系统采用的是增量式光电编码器。绝对式光电编码器按二进制编码输出，信号线多，由于精度取决于位数，所以高分辨率不易得到。但是这种编码器即使不动时也能输出绝对角度信息，主要用于全闭环高级数控机床中。当您的控制器（上位机）发出的是双脉冲（即正负脉冲）或脉冲信号的幅值不匹配时，需要用信号模块转换为 5V单脉冲（脉冲加方向）。3.2.4 脉冲信

46、号的产生脉冲信号一般由单片机或处理器产生，一般脉冲信号的占空比为 0.3-0.4 左右，电机转速越高，占空比则越大。 输入为双脉冲信号模块的拨码开关应拨到“双脉冲”位置。当发正脉冲时，电机正转；当发负脉冲时，电机反转。正负脉冲不可同时给，具体时序可参照信号模块说明书。 输入为单脉冲信号模块的拨码开关应拨到“单脉冲”位置。当有脉冲输出时电机转动，改变方向信号的高低电平可改变电机转动方向。具体时序可参照信号模块说明书。3.2.5 伺服电机的转速控制方式交流伺服电机的转速控制有两种方式：脉冲控制，靠脉冲频率的改变来改变电机的转速模拟量控制， 10V对应额定转速。PLC 中有 D/输出，可以直接输出

47、10V信号。 3.3 控制单元控制单元是整个交流伺服系统的核心,实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制器。数字信号处理器 (DSP) 被广泛应用于交流伺服系统，各大公司推出的面向电机控制的专用数传信号处理器芯片，除具有快速的数据处理能力外，还集成了丰富的用于电机控制的专用集成电路，如 A/D 转换器， PWM 发生器，定时计数器电路，异步通讯电路,罐子总线收发器以及高速的可编程静态随机存取储存器和大容量的程序存储器等。表八 伺服驱动器位置控制方式的指令脉冲形式如表八所示，伺服驱动器所能接收的信号也是脉冲信号，课题通过输出正转脉冲信号和反转脉冲信号来控制伺服电机的正反转，通过改变脉冲宽度 (

48、频率) 来控制伺服电机的速度。控制脉冲信号的输出通过的 PBO 和 PCO 来实现。其中 PBO 用于输出正传脉冲信号， PCO 用于输出反转脉冲信号。由于伺服驱动器所能接收的信号类型为线驱动输入型，而 PBO 和 PCO 的输出信号为 TTL 电平，为此需进行电平转换。线 E 动输出是按照 RS-422 标准的数据传送电路，可使用双绞线电缆进行长距离传送。3.4 超程设定 3.4.1 超程设定的概念 超程设定是当机械的可动部分超越了可以移动的范围时，使其强制停止的功能。 3.4.2 超程功能的使用为了使用超程功能，请将下述超程限位开关的输入信号与相对的伺服单元 CN1 连接器的针编号正确连接

49、，如表九所示。表九 超程功能的设定输入P-OT CN1-42禁止正转驱动（正转侧超程）速度，扭矩控制位置控制输入N-OT CN1-43禁止反向驱动（反转侧超程）速度，扭矩控制位置控制 在直线驱动等的情况，为了防止机械的损坏，请务必按下图所示连接限位开关输入信号 ON/OFF 时的驱动状态如表十所示。表十 ON/OFF时的驱动状态P-OTON时CN1-42为L电平允许正转驱动的状态。通常运行状态OFF时CN142为H电平禁止正转驱动的状态。（反转方向可以旋转）N-OTON时CN143为L电平允许反转驱动的状态。通常运行状态。OFF时CN143为H电平禁止反转驱动的状态。（正转方向可以旋转。）3.

50、5 PWM 控制技术3.5.1 PWM 控制技术的定义PWM （Pulse Wide Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得索需要波形（含形状和幅值）。把正弦半波分成 N 等份，就可以把正弦半波看成是由 N 个彼此相连的脉冲序列索组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于 /N ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是 PWM 波形。可以看出，

51、各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法和正弦半波是等效的。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形，也称 SPWM （正弦曲线 PWM ）波形。3.5.2 PWM 技术的应用PWM 或 SPWM(正弦脉冲宽度调制) 波形生成电路及功率逆变器，输出三相变压变频的交流电给永磁同步电动机 SM 的定子绕组，并使输入电枢绕组中的交流电流保持良好的正弦性。(SM 转子装有特殊形状的永磁体，产生恒定磁场，因此提高 SM 的效率)。3.6 电子齿轮3.6.1 电子齿轮的概念所谓的“电子齿轮”功

52、能，是指可以将与输入指令脉冲相当的电机移动量，设定为任意值的功能。发出指令脉冲的“上级装置”，在进行控制时，可以不用顾及机械的减速比和编码器脉冲数。电子传动伺服跟随系统作为一种以一定准确度使其输出量复现输入变化规律的自动控制系统，在给定技术条件下，设计一个性能符合要求的伺服跟随系统，是一件非常重要的工作。在设计过程中，主要保证设计的系统复现的稳定准确度和动态质量要求，又要考虑系统工作的环境、能源、安装等。电子传动跟随控制系统种类繁多，依驱动方式不同，可分为步进电机驱动跟随控制系统、直流伺服电机驱动跟随控制系统和交流伺服电机驱动跟随控制系统等。3.6.2 电子齿轮的设定方法按照以下 1. 6.的

53、顺序，计算“电子齿轮比”，并在用户常数“Pn202”中设定该值。 确认机械规格与电子齿轮相关的要素如下所示。减速比滚珠丝杠节距滑轮直径等 确认 SGM H 伺服电机的编码器脉冲数，如表十一所示。表十一 SGMH伺服电机的编码器脉冲数电机型号编码器规格编码器的种类编码器脉冲数A增益型编码器13比特2048B16比特16384C17比特327681绝对值编码器16比特16384217比特32768 决定指令单位。指令单位是指移动负载的位置数据的最小单位。（上级装置指令的最小单位）用指令单位，求出负载轴旋转 1 圈的负载移动量。 负载轴旋转 1 圈的移动量（指令单位）= （公式 1 ）滚珠丝杠螺距 5mm ，指令单位 0.001mm 时 （指令单位） 3.6.3 电子齿轮比（ B/A）。将电机轴和负载轴的减速比设为（ n/m ）（电机旋转 m 圈时，负载轴旋转 n 圈的情况下）电子齿轮比（B/A）= （公式 2 ）3.6.4 设定为用户常数。在将电子齿轮比（ B/A）的值约分后，把 A,B 都选定为小于 65535 的整数值，并设定为用户常数，如表十二所示。表十二 电子齿轮比的用户常数 Pn202电子齿轮比（分子） BPn203电子齿轮比（分母） A至此，电子齿轮比的设定结束。表十