一种直流伺服电机闭环控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]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系统。
【背景技术】
[0002]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，而高精度的机械系统离不开自动化的闭环控制系统。
[0003]闭环控制系统是自动控制系统中的一类，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。整个控制系统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，它是实现整个控制系统功能的最基本环节，对整个控制系统功能的实现起着至关重要的作用。执行机构设计的好坏，直接影响整个系统的性能、效率和成本。
[0004]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。在闭环控制系统中，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系统应用较为广泛。
[0005]但是，现有的直流伺电机控制系统主要集中于对电机本身的位置控制；但在实际应用当中，控制系统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，现有的位置控制系统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，使现有位置控制系统的功能和应用存在较大的局限性。
【发明内容】
[0006]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系统。该系统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系统，能够实现精确的控制，适用于多种实际应用。
[0007]本发明的技术方案为:一种直流伺服电机闭环控制系统，该系统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，将系统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，增加系统的动态阻尼比，减小系统的超调。所述位置环用于将系统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。
[0008]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，控制系统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。
[0009]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系统，该系统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系统，能够实现精确的控制，适用于多种实际应用。
【附图说明】
[0010]图1为直流伺服电机闭环控制系统结构图；
[0011]图2为单片机直流伺服电机控制系统原理图。
【具体实施方式】
[0012]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。
[0013]图1是本发明实施的闭环控制系统结构图。本发明所述采用了电流环、速度环、位置环等多层反馈结构。
[0014](I)电流环
[0015]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。
[0016]⑵速度环
[0017]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系统的动态阻尼比，减小系统的超调，使电机运行更加平稳。
[0018]⑶位置环
[0019]采用脉冲编码器或光栅尺等对转角或直线位移进行测量，将系统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。
[0020]图2是本发明实施例的单片机直流伺服电机控制系统原理图。
[0021]实际应用时，可采用单片机实现直流伺服电机的闭环控制，其系统原理图如图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。控制系统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。
[0022]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。
【主权项】
1.一种直流伺服电机闭环控制系统，其特征在于，该系统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系统，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系统，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系统，其特征在于，所述位置采集单元包括脉冲编码器或光栅尺，将系统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系统，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系统，其特征在于，所述速度环用于对电机的速度误差进行调节，增加系统的动态阻尼比，减小系统的超调。
7.根据权利要求1所述的直流伺服电机闭环控制系统，其特征在于，所述位置环用于将系统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.—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，控制系统中的速度调节器和位置调节器将由8751的应用程序来完成。
【专利摘要】本发明涉及一种直流伺服电机闭环控制系统，该系统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，将系统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。
【IPC分类】H02P25-02, H02P21-00, H02K11-00
【公开号】CN104779875
【申请号】CN201510221634
【发明人】江涛
【申请人】奇瑞汽车股份有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年5月4日