CN104779875A - 一种直流伺服电机闭环控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流伺服电机闭环控制***，该***包括依次连接位置调节器、速度调节器、电流调节器、PWM驱动和电机，所述位置调节器、电机和位置检测单元组成电流环，所述速度调节器、电机和速度采集单元组成速度环，所述电流调节器、电机和电流采集单元组成电流环。所述电流采集单元包括电流传感器，电流值由电流传感器取自伺服电动机的电枢回路。所述速度采集单元包括测速发电机或光电编码器。所述位置采集单元包括脉冲编码器或光栅尺，将***的实际位置转化成电信号。所述电流环用于对电枢回路滞后进行补偿，使动态电流按要求的规律变化，减小反电势对电枢电流的影响。该方法能够实现精确的控制，适用于多种实际应用。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，更具体地，涉及一种直流伺服电机闭环控制***。
背景技术
随着科学技术和工业生产的发展，对机械产品不时提出新要求，除了优质、高效、低能耗、低廉价格之外，突出的需求是实现性能优越的、适应高精度要求的机械功能，而高精度的机械***离不开自动化的闭环控制***。
闭环控制***是自动控制***中的一类，随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，它几乎应用到了社会生活中的各个领域，极大地促进了生产力的发展。整个控制***功能的实现不仅包括控制算法的实现，而且包括执行机构的设计。执行机构的选用和设计，就是为了实现特定的机械功能，它是实现整个控制***功能的最基本环节，对整个控制***功能的实现起着至关重要的作用。执行机构设计的好坏，直接影响整个***的性能、效率和成本。
伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机两种，直流伺服电机的基本结构、工作原理与普通直流电动机类似，都是通过电刷和换向器产生整流作用，使磁场的磁动势和电枢电流的磁动势正交，从而产生转矩。在闭环控制***中，由于直流伺服电机具有较高的响应速度和精度以及优良的控制特性，能在大范围内平滑调速、起动、制动和正反转，并且易于各种控制规律的实现。因而直流伺服电机闭环控制***应用较为广泛。
但是，现有的直流伺电机控制***主要集中于对电机本身的位置控制；但在实际应用当中，控制***还应该包括对在直流伺服电机驱动下的执行机构的闭环精确控制。另一方面，现有的位置控制***往往只能实现线位移的位置检测和控制，不能实现角位移条件下的检测和控制，使现有位置控制***的功能和应用存在较大的局限性。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种直流伺服电机闭环控制***。该***实现了对直流伺服电机执行机构的位置、转速、电流的三闭环控制，构成了一个具有三重功能的闭环控制***，能够实现精确的控制，适用于多种实际应用。
本发明的技术方案为：一种直流伺服电机闭环控制***，该***包括依次连接位置调节器、速度调节器、电流调节器、PWM驱动和电机，所述位置调节器、电机和位置检测单元组成电流环，所述速度调节器、电机和速度采集单元组成速度环，所述电流调节器、电机和电流采集单元组成电流环。所述电流采集单元包括电流传感器，电流值由电流传感器取自伺服电动机的电枢回路。所述速度采集单元包括测速发电机或光电编码器。所述位置采集单元包括脉冲编码器或光栅尺，将***的实际位置转化成电信号。所述电流环用于对电枢回路滞后进行补偿，使动态电流按要求的规律变化，减小反电势对电枢电流的影响。所述速度环用于对电机的速度误差进行调节，增加***的动态阻尼比，减小***的超调。所述位置环用于将***实际位置转化为电信号，通过比较电信号与指令信号，计算偏差控制信号，控制电机向消除误差的方向旋转，直到达到正确位置。
一种直流伺服电机闭环控制方法该方法包括以下步骤：步骤一、伺服电机的控制电压由单片机输出后送入芯片0832进行D/A转换，转换后的模拟量经过放大和电平转换送人PWM功放电路，产生的PWM波驱动电机旋转；步骤二、测速发电机对电机的转速进行测量，经放大后送入芯片0809进行A/D转换，转换后送入单片机；步骤三、电机的转角位移由9位绝对式光电编码器直接送入单片机，进行位置反馈，控制***中的速度调节器和位置调节器将由芯片8751的应用程序来完成。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种直流伺服电机闭环控制***，该***实现了对直流伺服电机执行机构的位置、转速、电流的三闭环控制，构成了一个具有三重功能的闭环控制***，能够实现精确的控制，适用于多种实际应用。
附图说明
图1为直流伺服电机闭环控制***结构图；
图2为单片机直流伺服电机控制***原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例附图对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施的闭环控制***结构图。本发明所述采用了电流环、速度环、位置环等多层反馈结构。
(1)电流环
电流值由电流传感器取自伺服电动机的电枢网路，主要用于对电枢回路的滞后进行补偿，使动态电流按要求的规律变化。采用电流环后，反电势对电枢电流的影响将变得很小，这样，在电动机负载突变时，电流负反馈的引入可起到过载保护的作用。
(2)速度环
伺服电机的转速可由测速发电机或光电编码器获得。速度反馈主要用于对电机的速度误差进行调节，以实现要求的动态特性。速度环的引入可增加***的动态阻尼比，减小***的超调，使电机运行更加平稳。
(3)位置环
采用脉冲编码器或光栅尺等对转角或直线位移进行测量，将***的实际位置转换成具有一定精度的电信号，电信号与指令信号比较产生偏差控制信号，从而控制电动机向消除误差的方向旋转，直到达到一定的位置精度。
图2是本发明实施例的单片机直流伺服电机控制***原理图。
实际应用时，可采用单片机实现直流伺服电机的闭环控制，其***原理图如图2所示。图中伺服电机的控制电压由单片机输出后送入芯片0832进行D/A转换，转换后的模拟量经过放大和电平转换送人PWM功放电路，产生的PWM波驱动电机旋转；测速发电机对电机的转速进行测量，经放大后送入芯片0809进行A/D转换，转换后送入单片机；电机的转角位移由9位绝对式光电编码器直接送入单片机，进行位置反馈。控制***中的速度调节器和位置调节器将由芯片8751的应用程序来完成。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它自动控制技术领域及设备中；以上描述均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用器件，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种直流伺服电机闭环控制***，其特征在于，该***包括依次连接位置调节器、速度调节器、电流调节器、PWM驱动和电机，所述位置调节器、电机和位置检测单元组成电流环，所述速度调节器、电机和速度采集单元组成速度环，所述电流调节器、电机和电流采集单元组成电流环。
2.根据权利要求1所述的直流伺服电机闭环控制***，其特征在于，所述电流采集单元包括电流传感器，电流值由电流传感器取自伺服电动机的电枢回路。
3.根据权利要求1所述的直流伺服电机闭环控制***，其特征在于，所述速度采集单元包括测速发电机或光电编码器。
4.根据权利要求1所述的直流伺服电机闭环控制***，其特征在于，所述位置采集单元包括脉冲编码器或光栅尺，将***的实际位置转化成电信号。
5.根据权利要求1所述的直流伺服电机闭环控制***，其特征在于，所述电流环用于对电枢回路滞后进行补偿，使动态电流按要求的规律变化，减小反电势对电枢电流的影响。
6.根据权利要求1所述的直流伺服电机闭环控制***，其特征在于，所述速度环用于对电机的速度误差进行调节，增加***的动态阻尼比，减小***的超调。
7.根据权利要求1所述的直流伺服电机闭环控制***，其特征在于，所述位置环用于将***实际位置转化为电信号，通过比较电信号与指令信号，计算偏差控制信号，控制电机向消除误差的方向旋转，直到达到正确位置。
8.一种直流伺服电机闭环控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、伺服电机的控制电压由单片机输出后送入0832进行D/A转换，转换后的模拟量经过放大和电平转换送人PWM功放电路，产生的PWM波驱动电机旋转；
步骤二、测速发电机对电机的转速进行测量，经放大后送入0809进行A/D转换，转换后送入单片机；
步骤三、电机的转角位移由9位绝对式光电编码器直接送入单片机，进行位置反馈，控制***中的速度调节器和位置调节器将由8751的应用程序来完成。
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