介紹一種高精度位置環(huán)系統(tǒng)

介紹一種高精度地點(diǎn)環(huán)系統(tǒng)綱要：本文簡(jiǎn)要表達(dá)了高精度地點(diǎn)環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成方法，詳盡論述了光電編碼器在地點(diǎn)環(huán)中的應(yīng)用原理和速度修正方法。概括了單片機(jī)及串行D/A的應(yīng)用。重點(diǎn)詞：光電編碼器，地點(diǎn)控制，測(cè)速發(fā)電機(jī)，恒速控制。前言：我們?cè)跒槟硢挝婚_(kāi)發(fā)一種高精度恒速泵產(chǎn)品時(shí)，需要一種速度調(diào)節(jié)范圍達(dá)1：100000以上﹑穩(wěn)固精度≤0.3%調(diào)速系統(tǒng)。我們查閱了國(guó)內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)伺服控制系統(tǒng)廠家的產(chǎn)品，幾乎沒(méi)有一家能知足要求。為了研制該產(chǎn)品，我們經(jīng)過(guò)認(rèn)真剖析，認(rèn)真論證后，決定采納光電編碼器作反應(yīng)元件，用單片機(jī)測(cè)出光電編碼器每分鐘脈沖輸出個(gè)數(shù)，與給定的速胸懷進(jìn)行比較而后改變D/A輸出電壓幅度，送給伺服系統(tǒng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，最后將電機(jī)速度控制在±0.3%之內(nèi)。試考證明該方案是可行的?，F(xiàn)將該系統(tǒng)的構(gòu)成原理及實(shí)現(xiàn)方法作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。實(shí)現(xiàn)原理：圖1中的系統(tǒng)是傳統(tǒng)的帶PID調(diào)理的直流伺服速度控制系統(tǒng)。關(guān)于控制精度較低的產(chǎn)品雖能知足要求。但關(guān)于精度要求高的場(chǎng)合就不可以適應(yīng)了。這是因?yàn)椋寒?dāng)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，電機(jī)溫度跟著工作時(shí)間加長(zhǎng)而不停上漲，而反應(yīng)元件（測(cè)速發(fā)電機(jī)）與伺服電機(jī)同軸連結(jié)，第1頁(yè)共8頁(yè)故測(cè)速發(fā)電機(jī)的溫度也隨之高升。因?yàn)闇y(cè)速發(fā)電機(jī)是用永磁磁缸制成，其轉(zhuǎn)子線圈切割磁力線而產(chǎn)生電勢(shì)，其值為：Ea=εa∝N式中Ea為測(cè)速機(jī)輸出電勢(shì)εa為測(cè)速機(jī)電勢(shì)常數(shù)為電機(jī)轉(zhuǎn)速一般狀況下，εa是個(gè)常數(shù)，測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電勢(shì)Ea正比于轉(zhuǎn)速N。而實(shí)質(zhì)上電機(jī)溫度上漲后εa已經(jīng)發(fā)生了變化，往常狀況下是降落的，εa變小，故Ea也變小。而此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速并未降落，反饋到速度環(huán)的電壓Δu隨之上漲，促進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速上漲，迫使Ea上漲，進(jìn)而達(dá)到Δu保持不變。這樣，跟著電機(jī)溫度上漲，電機(jī)的速度也慢慢上漲，而給定值并未改變，這就惹起電機(jī)轉(zhuǎn)速的偏差增大。依據(jù)實(shí)際丈量一般電機(jī)溫度每上漲100℃，電機(jī)轉(zhuǎn)速的偏差會(huì)增大1－3%左右。電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，相對(duì)偏差越大。為了糾正電機(jī)轉(zhuǎn)速的偏差，采納600線/轉(zhuǎn)的光電編碼器作反應(yīng)元件，與電機(jī)同軸安裝，就能夠正確測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因?yàn)楣怆娋幋a器是由激光照耀光珊發(fā)出脈沖的，而光珊安裝在光電編碼器的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周（3600）編碼器就產(chǎn)生600個(gè)脈沖，該脈沖只與轉(zhuǎn)軸速度相關(guān)，而與溫度沒(méi)關(guān)。所以，只需正確測(cè)出光電編碼器的脈沖個(gè)數(shù)，便可切實(shí)知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速。比如，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速ND=1000轉(zhuǎn)/分，則每秒鐘光電編碼器的脈沖個(gè)數(shù)應(yīng)為第2頁(yè)共8頁(yè)光=1000*600/60=10000（個(gè)脈沖）若ND=1轉(zhuǎn)/分光=1*600/60=10（個(gè)）假如實(shí)質(zhì)丈量值與上述理論計(jì)算值有偏差，則能夠經(jīng)過(guò)調(diào)理D/A輸出電壓調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后使n=ND測(cè)-ND理這樣就能夠?qū)㈦姍C(jī)的轉(zhuǎn)速控制在我們所希望的偏差范圍內(nèi)。元器件的選擇；．1伺服系統(tǒng)（速度環(huán)）采納SC5HC60型直流脈寬伺服系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達(dá)1：10000以上，速度精度為0.5%FS。．2電機(jī)采納稀土直流寬調(diào)速伺服測(cè)速機(jī)組,與伺服系統(tǒng)構(gòu)成速度閉環(huán)系統(tǒng)。．3D/A器件采納分辨率為16位串行D/A?？刂凭€為三線串行方式，即：一根時(shí)鐘線，一根數(shù)據(jù)線，一根選通線。．4光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出600個(gè)脈沖，五線制。此中兩根為電源線，三根為脈沖線(A、B、Z)。電源的工作電壓為+5～+24V直流電源。工作原理:當(dāng)光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)A、B兩根線都產(chǎn)生脈沖輸出,A、B兩相脈沖相差900相位角，由此可測(cè)出光電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速。假如A相脈沖比B相脈沖超前則光電編碼器為正轉(zhuǎn),第3頁(yè)共8頁(yè)不然為反轉(zhuǎn).Z線為零脈沖線,光電編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖.主要用作計(jì)數(shù)。A線用來(lái)丈量脈沖個(gè)數(shù),B線與A線配合可丈量出轉(zhuǎn)動(dòng)方向.．5單片機(jī)采納89C51-24PC單片機(jī)，晶振頻次為24MHz，用一個(gè)準(zhǔn)時(shí)器作計(jì)數(shù)器來(lái)丈量光電編碼器的脈沖個(gè)數(shù)，另一個(gè)準(zhǔn)時(shí)器精準(zhǔn)準(zhǔn)時(shí)，這樣可正確測(cè)出電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的距離，同時(shí)依據(jù)設(shè)定值計(jì)算出電機(jī)每秒鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的理論值并與丈量值進(jìn)行比較,將偏差值變換成數(shù)字量輸出到D/A芯片的輸入端，進(jìn)而改變其電壓輸出，送給伺服系統(tǒng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而達(dá)到恒速的目的。比如:要將電機(jī)控制在500轉(zhuǎn)/分,依據(jù)伺服系統(tǒng)的指標(biāo),當(dāng)輸入為0～5V信號(hào)時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分,故可求適當(dāng)ND=500轉(zhuǎn)/分時(shí)，光碼盤(pán)每秒鐘輸出的脈沖數(shù)為：PD=500×600/60=5000個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)速伺服系統(tǒng)的輸入電壓應(yīng)為：VD=5.000×500/1500=1.6666V當(dāng)測(cè)出的脈沖個(gè)數(shù)與計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)值有偏差時(shí),可依據(jù)電壓與脈沖個(gè)數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出輸出給伺服系統(tǒng)的增量電壓U:U=P×5.000/(1500×600/60)=P/3000(V)而輸出到D/A的數(shù)字量的增量應(yīng)為:D=U×216/5.000電機(jī)的整個(gè)工作調(diào)理過(guò)程以下:工作前經(jīng)過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定控制轉(zhuǎn)速,計(jì)算出輸出電壓VD并將該電壓第4頁(yè)共8頁(yè)對(duì)應(yīng)的輸出到D/A的數(shù)字量V數(shù)=VD×216/5.000算出,直接送給D/A,電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后電機(jī)轉(zhuǎn)速不停上漲進(jìn)而致使測(cè)速機(jī)磁性降落，測(cè)速機(jī)輸出電勢(shì)降落，經(jīng)速度環(huán)調(diào)整后使電機(jī)轉(zhuǎn)速上漲，運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速上漲越多。這時(shí)系統(tǒng)起動(dòng)地點(diǎn)環(huán)，經(jīng)過(guò)不停丈量光電編碼器每秒鐘輸出的脈沖個(gè)數(shù)，并與標(biāo)準(zhǔn)值PD進(jìn)行比較，計(jì)算出增量P并將之變換成對(duì)應(yīng)的D/A輸出數(shù)字量，在本來(lái)輸出電壓的基礎(chǔ)上減去增量，迫使電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來(lái)，當(dāng)測(cè)出的P近似為零時(shí)停止調(diào)理，這樣可將電機(jī)轉(zhuǎn)速一直控制在同意的范圍內(nèi)。硬件電路的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)工作中因?yàn)樗欧到y(tǒng)工作電流較大，關(guān)于微機(jī)擾亂較大，故在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)試慮到系統(tǒng)的隔絕和擾亂問(wèn)題。因?yàn)椴杉{的是串行D/A。信號(hào)的傳輸只用三根線，故采納隔絕舉措相對(duì)簡(jiǎn)單些。而光電編碼器工作也簡(jiǎn)單遇到擾亂，所以除了正常的接地外，還要將光電編碼器輸出線中的地線靠譜接地。光電編碼器的A線做脈沖檢測(cè)用，線作計(jì)數(shù)器用，速度輸入用鍵盤(pán)輸入數(shù)字，顯示用液晶顯示器。4軟件依據(jù)電路的連結(jié)狀況，采納匯編語(yǔ)言編寫(xiě)了整個(gè)程序?，F(xiàn)將部分論述以下：．1初始化初始化內(nèi)容包含準(zhǔn)時(shí)器、中止系統(tǒng)及個(gè)單元內(nèi)容的初始化HSTART:MOVSP,#0E0H;設(shè)置貨倉(cāng)頂?shù)攸c(diǎn)MOVIE,#90H；開(kāi)中止及串行口中止同意第5頁(yè)共8頁(yè)MOVIP,#5；將準(zhǔn)時(shí)器1和串口中止設(shè)置高優(yōu)先權(quán)MOVTCON,#5;外中止0和外中止1所有為邊緣觸發(fā)方式MOVTMOD,#21H;準(zhǔn)時(shí)器0為方式1準(zhǔn)時(shí)器2為方式2MOVPCON,#0；SMOD=0MOVSCON,#0D8H;串口設(shè)置成方式3,TB8=1,REN=1MOVTH1,#0FDH;設(shè)定準(zhǔn)時(shí)器1重裝時(shí)間常數(shù)MOVTL1,#0FDHCLRET1SETBRENSETBESMOVTH0,#2CHMOVTL0,#0SETBTR0SETBTR1．2準(zhǔn)時(shí)器0中止子程序CLOCK0:CLRET0;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)指令MOVTH0,#2CH;重置時(shí)間常數(shù)MOVTL0,#0INCQSE0MOVA,#14H;鑒別1秒鐘準(zhǔn)時(shí)到否CJNEA,QSE0,HCLZ第6頁(yè)共8頁(yè)MOVQSE0,#0;計(jì)數(shù)器清零MOVA,QSECADDA,#1;秒單元加1DAAMOVQSEC,AMOVA,#5CJNEA,QSEC,HCLZ;判5秒鐘到否MOVQSEC,#0;秒單元清零CLREX0;關(guān)中止0停止計(jì)數(shù)HCLZ:恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)指令SETBET0RETI;中止返回．3中止0計(jì)數(shù)程序P