avr单片机在直流伺服控制系统中的应用

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1、ＡＶＲ单片机在直流伺服控制系统中的应用南京东南大学机械工程系（２１００９６）殷召生张传海郁建平１１吃７Ｒ摘要：一种用新型ＡＴ９０ＳＳ５１５单片机设计的闭环住置伺服控制系统。介绍了ＡＶＲ＿单片机的特点以厦和ＰＷＭ调速相关寄存器的设置，给出了系统硬件电路原理简图和相应的软件设计方法．并说明了位置与速度的测量方法。关键词：ＡＶＲ单片机直流电机ＰＷＭ伺服系统由于直流电动机具有良好的起动、制动性能，直流伺服控制技术已广泛应用于工业和宇航领域的伺服驱动和调速系统。随着电力电子技术的发展及其应用技术的进步，新型功率半导体器件与专用集成芯片的不断涌现，使得近年来直流脉宽调制（ＰＷＭ）控制技术和伺服功率驱

2、动发展更加迅速，为研制高精度、快响应、宽调速、低损耗的２５６ＫＢ的Ｅ２ＰＲＯＭ。Ｅ２ＰＲＯＭ可以保存运动参数，适于现场参数修改，使其在运动控制方面有很大的灵活性，，同时ＡＶＲ单片机还支持对存储器的系统编程。这些特点使ＡＴ９０系列单片机成为一种能满足众多需要的、具有高度灵活性和低成本的嵌入式控制应用的高效微控制器。高性能直流伺服控制系统和变速传动系统提供了基础。２系统结构原理与特点当前伺服控制系统所用的微处理器的性能正在不断地提高，表现在：（１）与ＣＰＵ有关的性能提高．如运算速度、指令系统、寻址空间和总线宽度等。（２）片内外围数量不断增加。本文介绍一种新型高速ＡＶＲ单片机在伺服控制系统中的

3、应用。ｆ１）直流伺服控制系统一般由电流环、速度环和佗置环３个环路组成。其巾位置环屉外环，电流和速度环是内环。位置信号可以从电机轴取出，也可以从负载取出。对于中小功率的伺服系统，电机的电枢电阻大，允许过载倍数高，可以不必限制动态过程中的电流。因此在设１ＡＶＲ单片机结构特点ＡＴ９０系列单片机是ＡＴＭＥＬ公司生产的新一代基丁计时，只设计了位置环和速度环。系统抟！制结构框图如图１所示。ＡＶＲ增强性能、ＲＩＳＣ结构、低功耗、ＣＭＯＳ技术的微控制器，简称ＡＶＲ系列单片机。与ＭＣＳ一５１系列微控制器相比有以下特点：（１）ＡＶＲ微单片机的机器周期为１个时钟周期，绝大多数指令为单周期指令，１Ｍｉｔｚ的频率

4、有近１Ｍ｜ＰＳ的性能。在８ＭＨｚ时钟频率下，每条指令执行时间仅为１２５ｎｓ．Ｊ问此优化了功耗和速度之间的矛盾。（２）ＡＶＲ内核为３２个通用工作寄存器与丰富指令集的组合。３２个寄存器全部直接地与运算逻辑单元连接，这种组合机构具备的代码效率比完成同样处理能力的常规ＣＩＣＳ微处理器要快１０倍以上。（３）程序存储器和数据存储器有备自的总线，程序可以高技率地执行。８ＭＨｚ频率下工作的ＡＶＲ单片机相当十２２４ＭＨｚ频率下上作的普通ＭＧＳ一５１微控制器。（４）拥有２路ＰＷＭ发生器。这２路ＰＷＭ可以扯双８位、９位或１０位下自运行、抗误、节拍修正操作。同时还有１路输入捕获口，可以捕获引脚ＩＣＰ卜的上升和下降沿。

5、（５）ＡＷ单片机内置Ⅱｆ重复编程的闪速程序存储器和《散型机与应用）２００２年第４期万方数据｜璺｜１系统控制结构框Ｉ主｜其中Ｄ．（Ｚ）、Ｄ：（ｚ）是由计算机软什实现的数字控制器，分别是位置和速度调节器，可以采用ＰＩ或其它的计算机控制算法。Ｃ（Ｓ）为功率放大模块与直流电机的传递函数，它足系统固有部分。Ｈ（５）是零阶保持器，它是虚拟的。（２）系统硬件结构如图２所尔。在驱动电路中，ＰＷＭ输出利用的是引脚ＰＤ３的第２功能（ＯＣｌ），它是定时器／计数器１输出比较匹配（即ＰＷＭ）的输出。定时器／计数器１可以从晶振时钟（ＣＫ）、预定比例晶振时钟或外部引脚中选择时钟源，且可在定时器／ｉｆ数器１对控制寄存器Ｂ（

6、ＴＣＣＲｌＢ）的低３位（ＣＳｌ２．ＣＳＩ１，ＣＳｌＯ）进行设置。在１１Ｃ－ＣＲＩＡ中可以设置ＰＷＭ为８位、９位或１０位，通过对定时器／计数器１输出比较寄存器ＯＣＲｌＡＨ和ＯＣＲｌＡＬ赋比较值来输出ＰＷＭ。改变输出比较寄存器中的比较值即可改变ＰＷＭ的占空比。——’９一　Ａ．厂—］直接以计算机控制理论来设计数字控制器，这样厂］期ｔｅｏ…～ｌｌ扛）和Ｄ２（：）采用的是Ｐ１控制算法ｃ在具体实现Ｅ有１匡固口叫儿。ｌ｜｜增量型算法和位置型算法，此处采用了增量型算．—』里竺堕旦一ｌＪ可编程崩昔—————制．．Ｊ¨法。这种算法中控制量增量的确定仅与最近几次瀑！警｝ｌ｜Ｃ刊毫蔓寸区亚■———————１：

7、兰一｜｜差采样值有关，而计算误差和计算精度对控制量卢马，０｜２８¨如下：１６９（１）计算位置控制回路的偏差ｅ，（＾）■ＰＢ７㈤叫¨熏菡—两网。．（＾）：㈣功（￡）Ｌ——Ｊ及时处理故障。６。。。各个控制算法的Ｊ。怒兰盘羔Ｉ的应用中，一般要把光电码盘输出的１对正交信号进行子程序完成。程序的编Ｉｌ矍！氅堕坐！Ｉ．』１无酉司　接。这个过程在传统的处理方法上需要复杂的数字电路。单片机编程，软件采用ｌ增量