畢業(yè)設(shè)計---伺服電機psdsp主從控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化。數(shù)字化的核心技術(shù)之一是數(shù)字信號處理。數(shù)字信號處理的任務(wù)在很大程度上需要由DSP器件來完成。DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。DSP可以代表數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor），也可以代表數(shù)字信號處理技術(shù)（Digital Signal Process

2、ing），后者是理論上的技術(shù)，要通過前者變成實際產(chǎn)品。兩者結(jié)合起來就成為解決某一實際問題和實現(xiàn)某一方案的手段即數(shù)字信號處理解決方案（DSPS）。</p><p>　　本課題主要針對是PC機對多個DSP的主從控制，也可以定義為PC機對多個伺服系統(tǒng)的控制。通過以試驗臺的形式將選用的電子元件連接起來，構(gòu)成較為直觀的主從系統(tǒng)，在其中加入反饋系統(tǒng)使得整個主從控制更加完善。在這個設(shè)計當(dāng)中元件之間的連線是主要的任務(wù)，通過對信號

3、的輸入輸出，來確定各器件之間如何的連接，同樣對軟件也有一些應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：DSP 伺服系統(tǒng) 串口通信 主從控制 信號轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Information is based on digital. Digital technology is one of the

4、 core digital signal processing. Digital signal processing tasks to a large extent by the need to complete the DSP devices. DSP technology has become an increasing concern and the rapid development of cutting-edge techno

5、logy. On behalf of DSP digital signal processors (Digital Signal Processor), also on behalf of the digital signal processing technology (Digital Signal Processing), the latter is the theory of technology, through th</

6、p><p>　　This subject mainly aimed at is PC for multiple DSP master-slave control, also can be defined as PC for multiple servo system control. Through to the form of the rig selection of electronic components,

7、constitutes an intuitional connecting the master-slave system in which join feedback system makes the whole master-slave control to be more perfect. In the design of components of connections between is the main task of

8、signals, through the input and output, to determine the connection between the</p><p>　　and also how to software and some applications. </p><p>　　Key words:DSP Servo system Serial communicatio

9、n Master-slave control Signal conversion </p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 DSP的歷史發(fā)展概況以及未來發(fā)展前景</p><p>　　DSP可以代表數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor），也可以代表數(shù)字信號處理技術(shù)（Digita

10、l Signal Processing），后者是理論上的技術(shù)，要通過前者變成實際產(chǎn)品。兩者結(jié)合起來就成為解決某一實際問題和實現(xiàn)某一方案的手段即數(shù)字信號處理解決方案（DSPS）。DSP是在模擬信號變換成數(shù)字信號以后進行高速實時處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10～50倍。在當(dāng)今的數(shù)字化時代背景下，DSP己成為通信、計算機、消費類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，DSP將是未來集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品

11、更新?lián)Q代的決定因素。 在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號處理只能依靠MPU（微處理器）來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實時的要求。因此，70年代有人提出了DSP的理論和算法基礎(chǔ)。而DSP僅僅停留在教科書上，即便是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立組件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航大部門。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術(shù)制作，雖功耗和尺寸&

12、lt;/p><p>　　DSP產(chǎn)業(yè)在約40年的歷程中經(jīng)歷了三個階段：第一階段，DSP意味著數(shù)字信號處理，并作為一個新的理論體系廣為流行。隨著這個時代的成熟，DSP進入了發(fā)展的第二階段，在這個階段，DSP代表數(shù)字信號處理器，這些DSP器件使我們生活的許多方面都發(fā)生了巨大的變化。接下來又催生了第三階段，這是一個賦能(enablement)的時期，我們將看到DSP理論和DSP架構(gòu)都被嵌入到SoC類產(chǎn)品中?！?第一階段，DS

13、P意味著數(shù)字信號處理 。 80年代開始了第二個階段，DSP從概念走向了產(chǎn)品，TMS32010所實現(xiàn)的出色性能和特性備受業(yè)界關(guān)注。方進先生在一篇文章中提到，新興的DSP業(yè)務(wù)同時也承擔(dān)著巨大的風(fēng)險，究竟向哪里拓展是生死攸關(guān)的問題。當(dāng)設(shè)計師努力使DSP處理器每MIPS成本降到了適合于商用的低于10美元范圍時，DSP在軍事、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中不斷獲得成功。到1991年，TI推出價格可與16位微處理器不相上下的DSP芯片，首次實現(xiàn)批量單價低于5美元

14、，但所能提供的性能卻是其5至10倍。 到90年代，多家公司躋身DSP領(lǐng)域與TI進行市場競爭。TI首家提供可定制 DSP——cDSP，cDSP 基于內(nèi)核 DSP的設(shè)計</p><p>　　未來的DSP技術(shù)將更多的應(yīng)用到我們的生活中，包括了數(shù)字信號處理器的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進一步改善，多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重數(shù)據(jù)(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)地位，如Analog Devices的 ADSP-

15、2116x。 DSP 和微處理器的融合：微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是數(shù)字信號處理功能很差。而DSP的功能正好與之相反。在許多應(yīng)用中均需要同時具有智能控制和數(shù)字信號處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測和聲音處理功能。因此，把DSP和微處理器結(jié)合起來，用單一芯片的處理器實現(xiàn)這兩種功能，將加速個人通信機、智能電話、無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開發(fā)，同時簡化設(shè)計，減小PCB體積，降低功耗和整個系統(tǒng)的成

16、本。例如，有多個處理器的Motorola公司的DSP5665x，有協(xié)處理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能擴展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SH-DSP，都是DSP和MCU融合在一起的產(chǎn)品?；ヂ?lián)網(wǎng)和多媒體的應(yīng)用需要將進一步加速這一融合過程。DSP 和高檔CPU的</p><p>　　1.2 伺服系統(tǒng)的歷史發(fā)展概況</p><p

17、>　　伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。 </p><p>　　伺服系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是自動車床、

18、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)等。采用伺服系統(tǒng)主要是為了達(dá)到下面幾個目的：①以小功率指令信號去控制大功率負(fù)載。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。②在沒有機械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠(yuǎn)處的輸出軸，實現(xiàn)遠(yuǎn)距同步傳動。③使輸出機械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。 </p><p>　　衡量伺服系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有頻帶寬度和精度。頻帶寬度簡稱帶寬，由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來規(guī)定，反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性。帶寬

19、越大，快速性越好。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對象和執(zhí)行機構(gòu)的慣性的限制。慣性越大，帶寬越窄。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于15赫，大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬則在1～2赫以下。自20世紀(jì)70年代以來，由于發(fā)展了力矩電機及高靈敏度測速機，使伺服系統(tǒng)實現(xiàn)了直接驅(qū)動，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，使帶寬達(dá)到50赫，并成功應(yīng)用在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、精密指揮儀等場所。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測量元件的精度。因此，在伺服系統(tǒng)中必須采用高精度的測量元

20、件，如精密電位器、自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、光柵、磁柵和球柵等。此外，也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度，例如將測量元件（如自整角機）的測量軸通過減速器與轉(zhuǎn)軸相連，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大，來提高相對測量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測粗測系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。 </p><p>　　伺服系統(tǒng)按所用驅(qū)動元件的類型可分為機電伺服系統(tǒng)、

21、液壓伺服系統(tǒng)和氣動伺服系統(tǒng)。最基本的伺服系統(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件（電機、液壓缸等）、反饋元件和伺服驅(qū)動器，但是要讓這個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起來還需要一個上位機構(gòu)。</p><p>　　自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會上正式推出MAC永磁交流伺服電動機和驅(qū)動系統(tǒng)，這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進入實用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整

22、個伺服裝置市場都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運動控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進行。 </p><p>　　到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅(qū)動器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本

23、松下及安川等公司。</p><p>　　1.3 PC/DSP主從控制的特點</p><p>　　在DSP控制伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)PC機對多個DSP的主從控制，要設(shè)計這個主從控制系統(tǒng)，不可避免的要遇到以下的問題，PC機與DSP之間的通信，控制命令的形式裝換。在主從控制系統(tǒng)中，主機要與各個從機進行通信，因此首先必須解決從機識別這個問題，這屬于通信協(xié)議的范疇。常常采用的方法是地址識別，即給從機

24、分別設(shè)定地址信息，方法是在數(shù)據(jù)前加地址字段或者直接在數(shù)據(jù)傳送之前先發(fā)送地址幀，主機通過不同的地址信息來識別數(shù)據(jù)源。地址信息的識別過程如下：首先，從機處于只接受地址幀的狀態(tài)；主機發(fā)送一幀地址信息；從機接受到地址幀后，將本機地址與地址幀中的地址進行比較，如果地址相同，則準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)，否則丟棄當(dāng)前幀，任然處于只接收地址幀的狀態(tài)；主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀，相應(yīng)的從機接受數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完畢后，從機繼續(xù)回到只接受地址幀的狀態(tài)。這一過程中，其他從機不受影響；當(dāng)

25、主機需要與其他從機進行數(shù)據(jù)傳輸時，可以再次發(fā)送地址幀呼叫從機，重復(fù)這一過程。同樣的當(dāng)從機要向主機發(fā)送先進時也要進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，進行從機與主機之間的通信后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機。</p><p>　　PC機與DSP通過多串口卡連接起來，通過串行口進行通信，實現(xiàn)了再次控制，利用DSP來控制伺服電機可以類似于PLC控制電機，DSP相當(dāng)于一個可控制器，將我們輸入的速度方向等信號通過PWM傳遞給伺服（步進）驅(qū)動器，進而來控制電

26、動機的轉(zhuǎn)速和方向。PC/DSP主從控制的特點在于信號的準(zhǔn)確度，在PC機與DSP之間的通信時，將數(shù)據(jù)先打包后傳送再進行轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)，不僅節(jié)省了數(shù)據(jù)傳送的空間，也大大加強了數(shù)據(jù)的實用性。同樣建立一個主從控制系統(tǒng)，采用DSP也比較經(jīng)濟實惠。</p><p>　　1.4 本課題的研究意義</p><p>　　基于DSP對伺服系統(tǒng)的控制，在本課題中，采用三個DSP分別控制一個步進電機，一個伺服直流電

27、機，一個交流伺服電機，可以通過一臺主機來控制三個DSP進而控制3個不同的電機，實現(xiàn)了多點控制操作，在實際生產(chǎn)中可用于流水線生產(chǎn)，不節(jié)約了很多的條件，還可以提高生產(chǎn)的效率。主從控制的優(yōu)點在于系統(tǒng)較為簡單，應(yīng)用廣泛，可以自行設(shè)計控制程序，在控制的精度上能夠達(dá)到較高的要求。通過編碼器對執(zhí)行元件的速度位移進行信號反饋也大大地提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也可以將這種控制系統(tǒng)應(yīng)用于更加復(fù)雜的伺服系統(tǒng)中了。我們在實際生產(chǎn)中對伺服系統(tǒng)的選擇往往有很多種，比如運

28、動控制卡進行控制、PLC進行控制、液壓系統(tǒng)進行控制、DSP進行控制。用DSP這種全數(shù)字化的來進行控制能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，并且在其控制優(yōu)與其他控制方式。</p><p>　　1.5本課題的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點</p><p>　　本課題研究的主要內(nèi)容是DSP對不同系統(tǒng)的控制，DSP是一個中間且是一個重要的過程，計算機發(fā)出的指令要是DSP的能夠識別并將其發(fā)送給伺服電機，伺服電機又要通過反饋系統(tǒng)將

29、信號反饋給DSP，實現(xiàn)比較完全的控制。DSP與電機驅(qū)動器之間的是通過PWM進行數(shù)據(jù)傳送，由于PWM不能直接輸送給步進驅(qū)動器，故要實現(xiàn)PWM控制，需要加入一個光耦進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。通過對反饋信號與輸入信號的比較可以得出這個系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，同時通過反饋的信號將輸入信號進行改善，更能夠使這個系統(tǒng)完善。</p><p>　　通過PC機對多個DSP的主從控制來實現(xiàn)多個電機的運行，可以進一步擴展到對一整個生產(chǎn)線的主從控制，本課題的

30、創(chuàng)新點在于對DSP控制伺服電機的伺服系統(tǒng)有一個較為完善的測試和監(jiān)控，能夠?qū)崟r的控制輸入信號，達(dá)到最理想的狀態(tài)。使用多串口卡也在整個系統(tǒng)中起到了很關(guān)鍵的作用，主從控制是通過這個多串口卡實現(xiàn)的，通過串口通信能夠使控制信號完完整整的到達(dá)電機位置，電機完成我們所需要的動作（速度方向）。</p><p>　　第2章 總體方案的選擇</p><p><b>　　2.1 基本原理</b&

31、gt;</p><p>　　如圖2.1所示，要實現(xiàn)伺服電機PC/DSP的主從控制，需要一個PC機對多個DSP進行控制，本課題中用到了3個DSP，分別控制3臺電機。</p><p>　　圖2.1 整體方案框圖</p><p>　　2.2方案需要的條件</p><p>　　根據(jù)整體方案框圖的結(jié)構(gòu)可以看出，需要3個DSP，3個驅(qū)動器，3個電機和3個

32、編碼器以及一些必要的連接設(shè)備等。本方案中采用了3個不同電機，分別是伺服直流電機、伺服交流電機、步進電機。設(shè)計可以按照試驗臺的形式做出來，可根據(jù)具體的方案選定型號，見表2.1.</p><p>　　表2.1方案所需元件明細(xì)表</p><p>　　第3章 試驗臺工作元件介紹</p><p>　　3.1 DSP的選擇</p><p>　　選擇的DS

33、P是TI公司的TMS320F240。tms320f240系列是美國ti公司于1997年推出的，專為數(shù)字電機控制和其它控制應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計的16位定點數(shù)字信號處理器。它將數(shù)字信號處理的高速運算功能與面向電機的強大控制能力結(jié)合在一起，從而成為傳統(tǒng)的多微處理器單元和多片設(shè)計系統(tǒng)的理想替代品。f240片內(nèi)外設(shè)包括雙10位a/d轉(zhuǎn)換器，帶有鎖相環(huán)pll時鐘模塊，帶中斷的看門狗定時器模塊，串行通信接口sci及串行外設(shè)接口spi，另外，還集成了一個事件

34、管理模塊evm。因此，tms320f240不僅具有高速數(shù)據(jù)處理能力，還具有控制和事件管理能力，可完成人機界面、與上位機進行串行通信等功能。</p><p>　　tms320f240串行通信接口（sci）是一個標(biāo)準(zhǔn)的通用異步接收/發(fā)送（uart）通信接口。它的接收器和發(fā)送器都是雙級緩沖的，有自己的使能和中斷位，可以半雙工或全雙工工作。為保證數(shù)據(jù)的完整性，串行通信接口對接收的數(shù)據(jù)進行間斷檢測、奇偶性、超時和幀錯誤的檢

35、查。串行通信接口的波特率可高達(dá)64kbps。tms320f240的sci串行通信接口包括scirxd/io（串行通信數(shù)據(jù)接收，也可作普通io）和scitxd（串行通信數(shù)據(jù)發(fā)送，也可作普通io）兩個引腳，與之相關(guān)的寄存器包括控制類寄存器和數(shù)據(jù)類寄存器。其中，控制類寄存器有7個，分別用來設(shè)置數(shù)據(jù)格式協(xié)議和通信模式（sciccr）、中斷使能和內(nèi)部時鐘使能（scictl1和scictl2）、中斷優(yōu)先級（scipri）、波特率（scihband和

36、scilband）、引腳控制功能（scipc2）以及反映通信狀態(tài)（scixst）等；數(shù)據(jù)類寄存器有3個，分別是數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖寄存器scitxbuf、數(shù)據(jù)接受緩沖寄存器scirxbuf和仿真數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器scirxemu。tms320f240的串行通信接口（sci）模塊提供了兩種工作方式：(1）空閑線方</p><p>　　3.2 多串口卡的選擇</p><p>　　選擇的多串口卡是杭州微

37、浪科技有限公司的MOXACP-104UL。如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 MOXACP-104UL示意圖</p><p><b>　　簡介：</b></p><p>　　MOXA CP-104 通用 PCI 系列可滿足PC 服務(wù)器制造商目前大量使用的新式PCI插槽標(biāo)準(zhǔn)。此外，CP-104 通用 PCI 串口卡 可使用在3.3

38、V和5V的插槽，這使得MOXA卡可實際應(yīng)用在所有PC 服務(wù)器上。 而具備4個RS-232串口的CP-104UL串口卡，可用來連接數(shù)據(jù)擷取設(shè)備或大部份串口設(shè)備到PC或兼容的系統(tǒng)上。</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　超過800 Kbps 數(shù)據(jù)吞吐量，效能全球第一 </p><p>　　通用的PCI兼容3.3/5V的P

39、CI和PCI-X </p><p>　　為小型PC提供MD1 低擋板支架多串口通訊卡 </p><p>　　支持Windows 2003/XP/2000/98/ME、Linux、UNIX驅(qū)動 </p><p>　　內(nèi)建的LED顯示燈讓維修及軟件管理變得容易 </p><p>　　單一5 VDC電源需求 </p><p>

40、;　　串口通訊速率最高可達(dá)921.6 Kbps </p><p>　　支持128 byte FIFO驅(qū)動程序和內(nèi)建軟硬件流量控制 </p><p>　　內(nèi)建15 KV ESD 突波保護</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)換芯片的選擇</p><p>　　由于多串口卡的外端是RS232接口，故需要選用與之配套的芯片MAX232，MAX232芯片是美

41、信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。</p><p>　　圖3.2 MAX232引腳圖</p><p>　　引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。

42、其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳

43、GND、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　主要特點：1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ；2、只需要單一 +5V電源供電 ；3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V- ；4、功耗低，典型供電電流5mA ；5、內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器 ；6、內(nèi)部集成兩個RS-232C接收器。</p><p>　　3.4直流伺服驅(qū)動器的選擇<

44、/p><p>　　選擇的直流伺服驅(qū)動器是深圳東方伺服數(shù)控技術(shù)有限公司的MCDC505全數(shù)字直流伺服驅(qū)動器。</p><p>　　產(chǎn)品簡介　　一， 概述 　　MCDC505是本公司采用DSP控制技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)的低成本全閉環(huán)全數(shù)字直流伺服驅(qū)動器。包括三個閉環(huán)調(diào)節(jié)回路（位置回路，速度回路以及電流回路）。可以工作在位置，速度和轉(zhuǎn)矩模式，適合驅(qū)動電壓50V功率在200W以下的直流伺服電機。 　 二

45、， 特點 　　位置控制：輸入光隔離脈沖與方向（PULSE／DIR） 　　速度控制：：輸入為模擬0V～＋3.3V電壓信號（由POS。ff做速度輸入） 　　轉(zhuǎn)矩控制：：輸入為模擬0V～＋3.3V電壓信號（（由POS。ff做轉(zhuǎn)矩輸入） 　　電流環(huán)帶寬：（-3dB）2KHz（典型值） 　　速度環(huán)帶寬：500Hz（典型值） 　　位置環(huán)帶寬：200Hz（典型值） 　　過流，I2T，過壓，欠壓，過熱，超速，超差保護 　　綠燈表示運行，

46、紅燈表示保護 三， 端口說明 　　端子號 符號 說明 端子號 符號 說明 　　1 PowerGND 電源地 7 E＋5V 編碼器電源正極 　　2 ＋20～50VDC 電源正極 8 PhaseA 編碼器A相 　　3 Motor- 電機紅線 9 PhaseB 編碼器B相 　　</p><p>　　圖3.3 MCDC505全數(shù)字直流伺服驅(qū)動器</p><p>　　3.5直流伺

47、服電機的選擇</p><p>　　選擇的直流伺服電機是深圳市力宇科技有限公司的60WGD-03。無刷直流電機采用高性能的稀土永磁材料制造，具有高速度，高效率，高動態(tài)響應(yīng)，高熱容量和高可靠性等優(yōu)點。同時還具有低噪聲和長壽命等特點。是一種新發(fā)展起來的新型電機。目前已用于多種領(lǐng)域。如：機械工業(yè)，數(shù)控機床，工控產(chǎn)品，電工機械，印刷包裝機械，紡織，輕工機械，醫(yī)療器械等。 應(yīng)用于電動汽車以及特種車輛用大功率無刷直流電機，以效

48、率高，過載能力強，可靠性好等優(yōu)點得到用戶信賴。配套全數(shù)字化速度閉環(huán)控制，跟隨性好，起停速度快。 </p><p>　　● 工作電壓范圍寬 </p><p>　　● 啟動大力矩，過載能力強， </p><p>　　● 運行平穩(wěn)，低噪音。 </p><p>　　● 采用高性能的永磁材料，其效率相對交流變頻系統(tǒng)高。 </p>

49、<p>　　● 無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬。 </p><p>　　● 反饋方式采用開關(guān)霍爾，低線數(shù)碼盤。 </p><p>　　● 電機高性能密度設(shè)計，相對于交流異步電機體積小、轉(zhuǎn)矩大 </p><p>　　● 開發(fā)的高速系列無刷電機采用自冷方式方便用戶使用，提高使用范圍 </p><p>　　規(guī)格有低速(300-750 r

50、pm力矩電機)，中速，及高速（8000-16000rpm）。</p><p>　　圖3.4 無刷電機產(chǎn)品</p><p>　　表3.1 無刷直流電機技術(shù)規(guī)格</p><p>　　備注：常用電壓等級：小功率有 24，36，48，130,144,220，300V 等 轉(zhuǎn)速等級可以根據(jù)用戶要求制定，可以制作低速及高速系列，如8000-16000rpm 特殊系列， 環(huán)境條件

51、 室內(nèi)（不直接受陽光照曬），遠(yuǎn)離腐蝕 性氣體、可燃物、油滴、灰塵等 ，高度 海拔1000m以下。</p><p>　　表3.2 無刷直流電機外形規(guī)格</p><p>　　3.6 交流伺服驅(qū)動器的選擇</p><p>　　選擇的交流伺服驅(qū)動器是雷塞科技的ACS1806經(jīng)濟型交流伺服驅(qū)動器。</p><p>　　圖3.5 ACS1806經(jīng)濟型交流

52、伺服驅(qū)動器</p><p><b>　　驅(qū)動器基本功能</b></p><p>　　■供電電壓+20～180VD;■輸出電流均值6ARMS，峰值18A； ■可驅(qū)動50～750W交流伺服電機； ■具有位置/速度/力矩三種控制模式； ■速度/力矩控制指令為±10V的模擬信號； ■提供編碼器反饋脈沖輸出。</p><p>　　概述

53、 ACS806/ACS1806型全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器，是雷賽開發(fā)的經(jīng)濟型中壓全數(shù)字交流伺服產(chǎn)品，其工作電壓為＋20～180VDC，可驅(qū)動50～750W的交流伺服電機。其體積小巧、安裝方便、高性價比、高可靠性、調(diào)試簡單。</p><p>　　應(yīng)用領(lǐng)域： 適合噴繪機、中小型雕刻機、電子加工設(shè)備、自動抓取設(shè)備、專用數(shù)控機床、包裝設(shè)備等。在用戶期望振動極小、超低噪音、高度和高速度的設(shè)備中使用，效果尤佳。</p&

54、gt;<p>　　圖3.6 ACS1806經(jīng)濟型交流伺服驅(qū)動器尺寸安裝</p><p>　　3.7 交流伺服電機的選擇</p><p>　　選擇的交流伺服電機是雷塞科技ACM604經(jīng)濟型交流伺服電機。</p><p>　　圖3.7 ACM604經(jīng)濟型交流伺服電機</p><p>　　雷賽在推出經(jīng)濟型交流伺服驅(qū)動器的同時，配套推出

55、了ACM系列交流伺服電機產(chǎn)品，電機功率涵蓋100W～750W。該系列電機與日本松下和富士電機安裝尺寸兼容，編碼器為2500線或1000線可選。電機運行十分平穩(wěn)，發(fā)熱與噪聲極小，低速性能十分接近日本伺服水平，在1rpm時仍能平穩(wěn)運行。</p><p>　　表3.3 ACM系列交流伺服電機電氣參數(shù)</p><p>　　圖3.8 ACM604安裝尺寸</p><p>　　

56、3.8 步進電機驅(qū)動器的選擇</p><p>　　選擇的步進電機驅(qū)動器是北京時代超群的ZD-6209-V2C驅(qū)動器。</p><p>　　圖3.9 ZD-6209-V2C驅(qū)動器</p><p><b>　　產(chǎn)品特點： </b></p><p><b>　　高集成度高可靠性 </b></p>

57、;<p>　　? 接口采用超高速光耦隔離 </p><p>　　? 抗高頻干擾能力強 </p><p>　　? 最高輸入電壓：DC 40V(峰值) </p><p>　　? 電源反接保護 </p><p><b>　　主要功能 ：</b></p><p>　　? 內(nèi)部集成控

58、制調(diào)速度功能，支持內(nèi)部和外部控制 </p><p>　　? 整步、二細(xì)分、四細(xì)分、八細(xì)分、十六細(xì)分可調(diào) </p><p>　　? 輸出電流線性可調(diào) </p><p>　　? 過熱自動保護 </p><p>　　? 自動半流鎖定 </p><p><b>　　? 衰減可調(diào) </b><

59、/p><p>　　? 支持脫機、使能、鎖定等功能</p><p><b>　　控制方式 ：</b></p><p>　　脈沖- 有脈沖時工作，高電平有效；無脈沖時鎖定電機并自動半流 </p><p>　　方向- 高電平輸入或懸空時正轉(zhuǎn)；低電平輸入時反轉(zhuǎn) </p><p>　　脫機- 高電平輸入

60、或者懸空時正常工作；低電平時脫機</p><p>　　圖3.10 ZD-6209-V2C驅(qū)動器外形尺寸</p><p>　　3.9步進電機的選擇</p><p>　　選擇的步進電機是北京時代超群的39BYG250-34步進電機。</p><p>　　圖3.11 39BYG250-34步進電機</p><p><b

61、>　　1.  使用范圍:</b></p><p>　　該規(guī)格書適用于39BYG250混合式步進電動機.</p><p>　　2.  類型和規(guī)格:</p><p>　　2.1 驅(qū)動方式:恒流斬波驅(qū)動:</p><p>　　2.2 勵磁方式:1-2相勵磁(二相八拍運行).可正反向旋轉(zhuǎn);</p>

62、<p>　　2.3 轉(zhuǎn)向:按A -B -C -D -A順序通電,從軸伸端看C.W;</p><p>　　2.4 額定電壓: DC  12V</p><p>　　2.5 步距角:1.8°;</p><p>　　2.6 絕緣等級:  B級;</p><p><b>　　3. 參數(shù)</b>

63、;</p><p>　　3.1工作條件:環(huán)境溫度: -24～50℃;相對濕度: 90％MAX;安裝位置: 軸水平或垂直安裝;</p><p>　　3.2 試驗條件(以上參數(shù)在正常試驗大氣條件測定);</p><p>　　3.3 定位轉(zhuǎn)矩: 11.8mN.m  REF.;</p><p>　　3.4 保持轉(zhuǎn)矩(兩相同時通電): ≥12

64、0mN.m(I=0.46A);</p><p>　　3.5 最大空載起動頻率: ≥1500pps;</p><p>　　3.6 最大空載運行頻率: ≥2000pps;</p><p>　　3.7 溫升(兩相同時通以額定電壓12V):﹤80 K;</p><p>　　3.8 步距角精度: 1.8°±0.09°;&l

65、t;/p><p>　　3.9 轉(zhuǎn)動慣量: 20g.cm2 ;</p><p>　　3.10 重量: 0.14Kg  REF;</p><p>　　3.11 軸向間隙:≤0.08mm;</p><p>　　3.12 徑向間隙≤0.02mm;</p><p>　　3.13 軸伸徑向圖跳動:≤0.025mm;</

66、p><p>　　3.14 安裝配合面垂直度:≤0.03mm;</p><p>　　3.15 安裝配合面同心度:≤0.05mm;</p><p>　　3.16 絕緣電阻 電機定子鐵芯與接線端子間冷態(tài)絕緣電阻應(yīng)大于100MΩ( 用DC500V 兆歐表測量).</p><p>　　3.17 介電強度 電機定子鐵芯與接線端子間應(yīng)能承受AC600V/

67、lS不擊穿, 泄漏電流小于1mA</p><p>　　圖3.12 39BYG250系列技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.10光電編碼器的選擇</p><p>　　選擇的光電編碼器是長春博辰光電技術(shù)有限公司的BCE94A/K20 中空型編碼器。</p><p>　　圖3.13 BCE94A/K20 中空型編碼器</p&

68、gt;<p><b>　　特征與用途：</b></p><p>　　●　外徑Φ94，厚度66，軸徑Φ20。</p><p>　　●　安裝方便，抗干擾強性能穩(wěn)定。</p><p>　　●　分辨率：18bits  19bits  20bits。　</p><p>　　●　輸出碼制為自然二進制

69、碼。</p><p>　　●　可配顯示和電清零功能。</p><p>　　●　適用于工業(yè)機械、自動化控制行業(yè)</p><p><b>　　基本參數(shù)：</b></p><p>　　3.11其他元件的選擇</p><p>　　除了上述要用的元件以外，完整的試驗臺還需要光耦，整流器，空氣開關(guān)等。光耦的選

70、擇是常州市亞前電子有限公司6N138型號，選擇的整流器是上海麾鴻貿(mào)易有限公司的ZDA-100/36型號，選擇的小型熔斷器是江西斯德爾實業(yè)有限公司JXC45N型號。</p><p>　　圖3.14 6N138光耦 圖3.15 JXC45N熔斷器</p><p>　　6N138光耦直流輸入達(dá)林頓管輸出型光電耦合器 電流傳輸比CTR＞300%，最大正向電流60ma，最大功耗100

71、mw，隔離電壓2.5KV 擊穿電壓30v，響應(yīng)時間35μS，1通道，工作溫度-55～100℃ ;用于驅(qū)動回路電流,低輸入電流線性接收器和CMOS邏輯接口電路等。</p><p>　　小型斷路器具有美觀小巧、重量輕、性能優(yōu)良可靠、分段能力較高、脫扣迅速、導(dǎo)軌安裝、殼體和部件采用高阻燃及耐沖擊塑料、使用壽命長等優(yōu)點。主要用于交流50HZ或60HZ單極 230V，二、三、四極400V線路的過載、短路保護。&l

72、t;/p><p>　　圖3.16 ZDA-100/36整流器</p><p>　　特點：采用全控器件IGBT，IGBT處于高頻開關(guān)逆變狀態(tài)，設(shè)備體積小，重量輕，效率高（節(jié)能省電）波紋數(shù)小和簡單，自保護功能（過流、過壓、欠壓、缺相等）。應(yīng)用：電鍍、電解、氧化、著色、電泳等。</p><p>　　第4章 軟件程序設(shè)計</p><p>　　4.1軟

73、件整體運動框圖</p><p>　　本課題要實現(xiàn)的是通過輸入一個（某個電機）速度方向信號，這個電機執(zhí)行這個速度方向，編碼器通過電機得到的反饋信號再傳送給PC機，完成整個軟件整體運動框圖。其中信號在傳送過程中需要一些裝換，可以參照軟件結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖4.1整體運動框圖</p><p>　　4.2 VB工作界面</p><p>

74、　　圖4.2 VB工作界面圖</p><p>　　說明：可以在上面輸入電機1，電機2，電機3的速度，啟動后可以實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，同時可以實時監(jiān)控各個電機的速度，位移。</p><p><b>　　4.3軟件程序</b></p><p>　　Option Explicit</p><p>　　Dim AxesNum As L

75、ong</p><p>　　Dim onespeed As Double</p><p>　　Dim twospeed As Double</p><p>　　Dim threespeed As Double</p><p>　　Dim zhengzhuan As Long</p><p>　　Dim fanzhuan

76、 As Long</p><p>　　Private Function SetBoard() As Integer</p><p>　　Dim Rtn As Integer</p><p>　　Rtn = auto_set() '對板卡進行自動設(shè)置</p><p>　　If Rtn <= 0 Then

77、 '若自動設(shè)置錯誤則返回0</p><p>　　SetBoard = -1</p><p>　　Exit Function</p><p><b>　　End If</b></p><p>　　Rtn = init_board</p><p>　　If Rtn < 0

78、 Then</p><p>　　SetBoard = -2</p><p>　　Exit Function</p><p><b>　　End If</b></p><p>　　SetBoard = 0</p><p>　　End Function</p><p>　　&#

79、39;******************************************</p><p>　　'讀取用戶設(shè)置的運動參數(shù)</p><p>　　Private Sub GetParam()</p><p>　　AxesNum = 1</p><p>　　onespeed = Val(suduone.Text)</p

80、><p>　　twospeed = Val(sudutwo.Text)</p><p>　　threespeed = Val(suduthree.Text)</p><p>　　zhengzhuan = Val(juli.Text)</p><p>　　fanzhuan = -Val(juli.Text)</p><p>

81、　　set_maxspeed AxesNum, onespeed</p><p>　　set_conspeed AxesNum, twospeed</p><p>　　set_linspeed AxesNum, threespeed '設(shè)置常速運動參數(shù)</p><p>　　set_profile AxesNum, twospee

82、d, onespeed, 50 '設(shè)置速度運動參數(shù)</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub f_Click()</p><p><b>　　GetParam</b></p><p>　　con_pmove AxesNum, fanz

83、huan</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub qidong_Click()</p><p><b>　　SetBoard</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p&g

84、t;　　Private Sub qingling_Click()</p><p><b>　　getback</b></p><p><b>　　weiyi = 0</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub ssto

85、p_Click()</p><p>　　smow_stop AxesNum</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub stop_Click()</p><p>　　sudden_stop AxesNum</p><p><b>　　E

86、nd Sub</b></p><p>　　Private Sub z_Click()</p><p><b>　　GetParam</b></p><p>　　con_pmove AxesNum, zhengzhuan</p><p><b>　　End Sub</b></p>

87、;<p><b>　　第5章 個人總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，使我覺得不論從理論知識還是從實際操縱運用都學(xué)到了不少知識，我想歸納起來，主要有以下五個方面： 1、經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，它讓我接觸更多平時沒有接觸過的伺服系統(tǒng)零件和較為實用的電子產(chǎn)品以及獲得相關(guān)的經(jīng)驗，同時我也發(fā)現(xiàn)自己在這方面知識的不足之處。體會到理論知識對實踐有很大的指導(dǎo)作用，只有在正確的理論指

88、引下，才能設(shè)計出合乎實際需要的產(chǎn)品。 2、學(xué)會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應(yīng)用中其實并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶爾還會遇到錯誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應(yīng)更加注重實踐環(huán)節(jié)。 3、在畢業(yè)設(shè)計中，我們應(yīng)當(dāng)注意細(xì)節(jié)，分析問題要全面，設(shè)計過程中要考慮各個方面的影響。4、要在充分的準(zhǔn)備下進行方案的進行，避免走入一些誤區(qū)，多多借助外來條件（圖書館，網(wǎng)絡(luò)）。5、失敗不可怕

89、，只要不趴下，昂首向前走，希望總會有。在這次畢業(yè)設(shè)計過程中同組同學(xué)相互包容，取長補短，積極與指導(dǎo)老師溝通學(xué)習(xí)，帶著一種拼搏的精神，不斷修改完善自己的設(shè)計內(nèi)容，這才鑄就了最后的成功。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次設(shè)計過程中，非常感謝我的指導(dǎo)老師XX老師，他在整個過程中始終給我大力的支持，盡力地幫助我，在設(shè)計中始終給我很好的引導(dǎo)，

90、并且對我的設(shè)計提出了很多寶貴的建議。在老師的指引下我真真切切地感受到自己學(xué)到了很多，特別是他處理問題的方式，以及對待問題的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)使我感觸很深，在他身上我真真切切的學(xué)到了很多課本上無法學(xué)到的東西。</p><p>　　在四年的學(xué)習(xí)和生活期間，始終得到重慶理工大學(xué)各位老師的無私幫助，在此深表感謝!</p><p>　　感謝所有關(guān)心和幫助過我的人們!</p><p&g

91、t;　　最后，在本文結(jié)束之際，向所有為我的論文提出寶貴意見的評閱專家們表示衷心的感謝和崇高的敬意!</p><p><b>　　謝謝!</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］錢平. 《伺服系統(tǒng)》.機械工業(yè)出版社.2005</p><p>　?。?］于龍飛,魯

92、凱生,袁裕鵬. 《中國水運》.2007,5(6):170-171</p><p>　?。?］楊益強，李長虹，江明明. 《控制器件》.中國水利水電出版社.2005</p><p>　?。?］王蘇. 《直流電機PWM調(diào)速研究及單片機控制實現(xiàn).機電工程技術(shù)》,2008,37(11):82-84</p><p>　?。?］張雄偉等編. 《DSP芯片的原理與開發(fā)原理》，電子工

93、業(yè)出版社，2003.</p><p>　?。?］尹勇等編. 《DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS開發(fā)指南》</p><p>　?。?］王曉明著，《電動機的DSP控制-TI公司DSP應(yīng)用》，北京航空航天大學(xué)出版社，2009.</p><p>　?。?］歐陽名三著，《DSP原理與技術(shù)》，合肥工業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　?。?］冬雷著.《DSP原理及電

94、機控制系統(tǒng)應(yīng)用》，北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　?。?0］郭慶鼎, 孫宜標(biāo), 王麗梅. 《現(xiàn)代永磁電動機交流伺服系</p><p>　　統(tǒng)[M] 》. 北京: 中國電力出版社, 2006. </p><p>　?。?1］[美] Jan Axelson．《Serial Port Complete [串行端口大全] 》．北京：中國電力出版社， 200