介绍一种高精度位置环系统

介绍一种高精度地点环系统纲要：本文简要表达了高精度地点环系统的构成方法，详尽论述了光电编码器在地点环中的应用原理和速度修正方法。概括了单片机及串行D/A的应用。重点词：光电编码器，地点控制，测速发电机，恒速控制。前言：我们在为某单位开发一种高精度恒速泵产品时，需要一种速度调节范围达1：100000以上﹑稳固精度≤0.3%调速系统。我们查阅了国内相关生产伺服控制系统厂家的产品，几乎没有一家能知足要求。为了研制该产品，我们经过认真剖析，认真论证后，决定采纳光电编码器作反应元件，用单片机测出光电编码器每分钟脉冲输出个数，与给定的速胸怀进行比较而后改变D/A输出电压幅度，送给伺服系统调整电机转速，最后将电机速度控制在±0.3%之内。试考证明该方案是可行的。现将该系统的构成原理及实现方法作一个简单的介绍。实现原理：图1中的系统是传统的带PID调理的直流伺服速度控制系统。关于控制精度较低的产品虽能知足要求。但关于精度要求高的场合就不可以适应了。这是因为：当电机运行一段时间后，电机温度跟着工作时间加长而不停上涨，而反应元件（测速发电机）与伺服电机同轴连结，第1页共8页故测速发电机的温度也随之高升。因为测速发电机是用永磁磁缸制成，其转子线圈切割磁力线而产生电势，其值为：Ea=εa∝N式中Ea为测速机输出电势εa为测速机电势常数为电机转速一般状况下，εa是个常数，测速发电机产生的电势Ea正比于转速N。而实质上电机温度上涨后εa已经发生了变化，往常状况下是降落的，εa变小，故Ea也变小。而此时电机转速并未降落，反馈到速度环的电压Δu随之上涨，促进电机转速上涨，迫使Ea上涨，进而达到Δu保持不变。这样，跟着电机温度上涨，电机的速度也慢慢上涨，而给定值并未改变，这就惹起电机转速的偏差增大。依据实际丈量一般电机温度每上涨100℃，电机转速的偏差会增大1－3%左右。电机转速越低，相对偏差越大。为了纠正电机转速的偏差，采纳600线/转的光电编码器作反应元件，与电机同轴安装，就能够正确测出电机的转速。因为光电编码器是由激光照耀光珊发出脉冲的，而光珊安装在光电编码器的转轴上，转轴每转一周（3600）编码器就产生600个脉冲，该脉冲只与转轴速度相关，而与温度没关。所以，只需正确测出光电编码器的脉冲个数，便可切实知道电机的转速。比如，当电机的转速ND=1000转/分，则每秒钟光电编码器的脉冲个数应为第2页共8页光=1000*600/60=10000（个脉冲）若ND=1转/分光=1*600/60=10（个）假如实质丈量值与上述理论计算值有偏差，则能够经过调理D/A输出电压调整电机的转速，最后使n=ND测-ND理这样就能够将电机的转速控制在我们所希望的偏差范围内。元器件的选择；．1伺服系统（速度环）采纳SC5HC60型直流脉宽伺服系统，调速范围可达1：10000以上，速度精度为0.5%FS。．2电机采纳稀土直流宽调速伺服测速机组,与伺服系统构成速度闭环系统。．3D/A器件采纳分辨率为16位串行D/A。控制线为三线串行方式，即：一根时钟线，一根数据线，一根选通线。．4光电编码器每转输出600个脉冲，五线制。此中两根为电源线，三根为脉冲线(A、B、Z)。电源的工作电压为+5～+24V直流电源。工作原理:当光电编码器的轴转动时A、B两根线都产生脉冲输出,A、B两相脉冲相差900相位角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。假如A相脉冲比B相脉冲超前则光电编码器为正转,第3页共8页不然为反转.Z线为零脉冲线,光电编码器每转一圈产生一个脉冲.主要用作计数。A线用来丈量脉冲个数,B线与A线配合可丈量出转动方向.．5单片机采纳89C51-24PC单片机，晶振频次为24MHz，用一个准时器作计数器来丈量光电编码器的脉冲个数，另一个准时器精准准时，这样可正确测出电机每秒钟转动的距离，同时依据设定值计算出电机每秒钟应转动的理论值并与丈量值进行比较,将偏差值变换成数字量输出到D/A芯片的输入端，进而改变其电压输出，送给伺服系统控制电机的转速,进而达到恒速的目的。比如:要将电机控制在500转/分,依据伺服系统的指标,当输入为0～5V信号时,电机转速为1500转/分,故可求适当ND=500转/分时，光码盘每秒钟输出的脉冲数为：PD=500×600/60=5000个脉冲对应当转速伺服系统的输入电压应为：VD=5.000×500/1500=1.6666V当测出的脉冲个数与计算出的标准值有偏差时,可依据电压与脉冲个数的对应关系计算出输出给伺服系统的增量电压U:U=P×5.000/(1500×600/60)=P/3000(V)而输出到D/A的数字量的增量应为:D=U×216/5.000电机的整个工作调理过程以下:工作前经过键盘设定控制转速,计算出输出电压VD并将该电压第4页共8页对应的输出到D/A的数字量V数=VD×216/5.000算出,直接送给D/A,电机开始起动运行。当电机运行一段时间后电机转速不停上涨进而致使测速机磁性降落，测速机输出电势降落，经速度环调整后使电机转速上涨，运行时间越长，电机转速上涨越多。这时系统起动地点环，经过不停丈量光电编码器每秒钟输出的脉冲个数，并与标准值PD进行比较，计算出增量P并将之变换成对应的D/A输出数字量，在本来输出电压的基础上减去增量，迫使电机转速降下来，当测出的P近似为零时停止调理，这样可将电机转速一直控制在同意的范围内。硬件电路的实现实质工作中因为伺服系统工作电流较大，关于微机扰乱较大，故在硬件电路设计时应试虑到系统的隔绝和扰乱问题。因为采纳的是串行D/A。信号的传输只用三根线，故采纳隔绝举措相对简单些。而光电编码器工作也简单遇到扰乱，所以除了正常的接地外，还要将光电编码器输出线中的地线靠谱接地。光电编码器的A线做脉冲检测用，线作计数器用，速度输入用键盘输入数字，显示用液晶显示器。4软件依据电路的连结状况，采纳汇编语言编写了整个程序。现将部分论述以下：．1初始化初始化内容包含准时器、中止系统及个单元内容的初始化HSTART:MOVSP,#0E0H;设置货仓顶地点MOVIE,#90H；开中止及串行口中止同意第5页共8页MOVIP,#5；将准时器1和串口中止设置高优先权MOVTCON,#5;外中止0和外中止1所有为边缘触发方式MOVTMOD,#21H;准时器0为方式1准时器2为方式2MOVPCON,#0；SMOD=0MOVSCON,#0D8H;串口设置成方式3,TB8=1,REN=1MOVTH1,#0FDH;设定准时器1重装时间常数MOVTL1,#0FDHCLRET1SETBRENSETBESMOVTH0,#2CHMOVTL0,#0SETBTR0SETBTR1．2准时器0中止子程序CLOCK0:CLRET0;保护现场指令MOVTH0,#2CH;重置时间常数MOVTL0,#0INCQSE0MOVA,#14H;鉴别1秒钟准时到否CJNEA,QSE0,HCLZ第6页共8页MOVQSE0,#0;计数器清零MOVA,QSECADDA,#1;秒单元加1DAAMOVQSEC,AMOVA,#5CJNEA,QSEC,HCLZ;判5秒钟到否MOVQSEC,#0;秒单元清零CLREX0;关中止0停止计数HCLZ:恢复现场指令SETBET0RETI;中止返回．3中止0计数程序P