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1、·26·工业仪表与自动化装置1999年第4期位置伺服系统的硬件设计蒋锐权王小椿西安交通大学机械工程学院机自系西安:710049摘要本文阐述了位置伺服系统的结构组成及硬件实现,特别是对以往位置反馈回路中的四倍频器和脉冲计数电路做了改进,最后实验结果表明,该系统设计合理且能有效避免电机起始的跳动。关键词位置伺服硬件线路AbstractThehardwareconstructionofapositioningservosystemisdescribed.Especially,theimprovementofapreviouspositiondetectorincludingi
2、tsfrequencymultiplierandcountingcircuitisdiscussedindetail.Thereasonablenessofthisdesignandtheavoidanceofthestartjoltofamotorhavebeenprovedbyexperiments.KeywordPositioningservoHardwarecircuit环就以很高的增益修正,从而系统可得到很高的位1概述[1]置分辨率。笔者在研制一种数控刨齿机时,设计和现在的位置伺服系统一般采用所谓的“软伺服”完成了单轴位置伺服系统,系统采用半闭环结构,框系统,
3、使位置增益不很大,这样系统容易稳定,并且图如图1-1所示。本文将结合该系统,阐述位置伺增加一个闭环调速单元,速度环的增益很大,因此,服系统的组成及硬件实现。很小的位置偏差就能产生很明显的速度偏差,速度图1-1单轴位置控制框图转动。位置反馈采用光电编码器,分辨率为4000线2位置伺服系统的组成/转,经四倍频电路,由可编程计数器8254记录位置在图1-1中,位置控制器和速度控制器均由脉冲数,位置控制器根据此脉冲数和指令脉冲数计486个人微机编程实现,电机采用北京数控设备厂算出速度指令电压,再输出到一个12位D/A转换的FANUC-BESK(15型)直流伺服电机,采用该器得到
4、模拟的速度指令电压。速度反馈也利用同一厂的A06B-6054-H005作为功率驱动模块,由于个光电编码器和计数电路,速度控制器通过对位置该速度控制单元是模拟系统,因此采用12位D/A求一阶差分计算出实际转速,然后输出到另一个12转换器,把微机根据控制算法输出的数字量转换为位D/A转换器,将得到的模拟电压反馈至速度控制合适的模拟电压,控制电机向减小位置偏差的方向N单元的速度反馈输入端。实际转速按=式求Ts1999年第4期工业仪表与自动化装置·27·取,其中N为在采样周期内的位置脉冲增量,Ts结构,前台程序是一个中断服务程序,由硬件实现8为采样周期,该系统取8ms。
5、ms定时中断,主要完成精插补和位置控制功能,后笔者编写的CNC控制程序采用前、后台软件台程序是一个循环运行程序,主要完成数据输入、粗插补及其它辅助功能。以下阐述伺服系统的硬件实现及有关问题。·28·工业仪表与自动化装置1999年第4期当Va恢复为高电平时,电路又达到稳态,为下一次3系统的实现上升沿的到来作好准备。由以上分析可知,A′的脉数模转换采用芯片DAC1210,为了不降低分辨冲宽度TW等于电容开始放电到Va下降至阈值电率,采用一个电子开关CD4052处理正负号,使模数平所经历的时间,根据对RC电路暂态过程的分析,转换达到双极性12位,为了提高驱动能力和抑制干可知电
6、容上的电压Va放电时间由式(3-1)式决[4]扰,输出采用集成运放OP07作成射极跟随器的形定:式,电路见图3-1。C(∞)-C(0)t=R′C′ln(3-1)C(∞)-C(t)3.1四倍频器其中R′、C′为RC电路放电回路的电阻和电容,C下面着重分析位置反馈回路的设计与实现。文(∞)为电容电压的稳态值,C(0)为电容电压的初献[2,3]中提出的四倍频器采用微分电路来实现,抗值,C(t)为经过t时间放电后的电容电压值。设干扰能力较差。本文采用积分型单稳态电路,如图3LSTTL电路的输出高电平为VOH,输出低电平为-2所示。VOL,VTH为阈值电平,R0为G
7、1输出低电平的输出电下面分析图3-2所示电路的工作原理,A、B阻,将R′=R0+R、C′=C、C(∞)=VOL、C(0)=两路相位差90°的方波脉冲,电机正向转动时,A领VOH、C(t)=VTH代入式(3-1)可得脉冲宽度TW先B,电机反向转动时,B领先A。该电路是在A及为:A的反相-A,B及B的反相-B各接了一个积分型单稳态电路[4],在A的上升沿、下降沿分别产生VOL-VOHTW=(R0+R)Cln(3-2)VOL-VTH一个短脉冲A′和-A′,在B的上升沿、下降沿分别考虑到电路恢复时间,应使方波脉冲序列的周期为产生一个短脉冲B
