攀枝花学院专科毕业设计（论文）伺服电机控制电路设计学生姓名： 王金诚 学生学号： 0033院係）： 工程技术学院年级专业： 生产过程自动化 指导教师： 周登荣副教授二0-0年十月摘要微电子学的突飞猛进，规模集成电路成批生产，计算机的广泛应用，使 得伺服控制技术获得迅猛发展由于有了微计算机，使现代控制理论在伺服 系统中的应用得到有力的支持，架起了现代控制理论通向伺服系统的桥梁， 大大改善了控制性能而电力电子学的最新成就，又促使了伺服系统的不断 发展展望未来，新器件、新理论、新技术必将驱使伺服系统朝着“智能化” 的方向发展，赋予人工智能特性的伺服系统必将获得广泛应用本文采用微机直流伺服系统硬件、软件的设计包括系统总体方案设计， 单片机应用系统设计，驱动电路设计，测量电路设计，以及系统软件的设计 方法.系统以MCS-51单片机为控制核心，控制量经D/A（数/模）转换送大功 率驱动模块以控制直流伺服电机，直流伺服电机的输出经减速器减速后送输 出指针采用光电编码器实现对系统输出转角的测量，光电编码器输出的两 路相差 1/4 周期的方波信号，经脉冲变换电路整形辨相为两路反映电机转向 的脉冲信号，由可逆计数器计数后，反馈回单片机内。
单片机主要完成定时 采样、偏差计算、控制算法运算及控制输出等功能关键词：单片机，伺服电机，光电编码器，驱动，逆变ABSTRACTThe rapid development of microelectronics, scale integrated circuit mass production, the extensive application of computers, making access to the rapid development of the servo control technology. Thanks to micro-computer, the modern control theory in the servo system to enjoy strong support, has set up servo system of modern control theory leads to the bridge, has greatly improved the control performance The latest achievements in power electronics, but also to promote the continuous development of the servo system. Looking to the future, new devices, new theories, new technologies will drive servo system in the "intelligent" direction, giving AI servo system features will be widely used.This servo system using computer hardware and software design. Including overall system design, microcomputer application system design, drive circuit design, circuit design, measurement, and system software design. System for the control of MCS-51 microcontroller core, control volume by the D / A (D / A) conversion to send large power module to control the DC servo motors, DC servo motor gear reducer output by the evacuation of the output pointer. Photoelectric encoder implementation on the system output angle measurement, optical encoder output difference between the two AB 1 / 4 cycle square wave signal, identified by the pulse shaping circuit transformation phase two motor rotation pulse signal reflected by the reversible counter count, the feedback to the microcontroller. The main MCU to complete the sampling time, deviation, control algorithm computation and control output functions.Keywords: Single-Chip Computer，motor，photoelectric，drive，inversion目录摘要ABSTRACT III第一章 绪 论 5第二章 设计方案分析 7可行性分析 7方案比较及确定 78第三章 伺服电机控制电路基本原理设计原理 9位置随动系统的根本任务就是实现执行机构对给定量的准确跟踪能，使被控量准确无误地跟随并复现给定量。
为使系统获得所要求的性能指标，必须对直流伺服电动机的三个基本 状态变量，即位置（转角）、转速和电枢电流中的一个、二个或三个进行测量，组成不同结构的控制系统.系统设计为如图1 所示的具有位置环的闭环控制系统 9模块式单片机应用系统设计 103-2-1 基于总线的模块式MCS-51单片机应用系统 10随着微电子技术的迅速发展单，片机（微控制器）芯片的设计者和制造商不断推出性能优 越且价格便宜的各类型号的单片机单片机的使用者则将其应用到越来越广泛的领域应，用 模式也是各种各样虽然单片机应用的场合以及其作用各种各样各，系统的硬件结构也不相 同，但是每个应用系统的组成原理大致相同接，口电路的设计方法是一样的，系统扩展都是 基于其片外三总线实现的因此，本系统采用了一种基于CS-51系列单片机三总线的通用应用系统设计方法这样设计的单片机应用系统不但可以用于直流伺服控制系统还，可以用 于其他51系列单片机控制系统 10第四章 伺服电机控制电路硬件设计 13功能模块的设计 13功率驱动模块 15测量电路设计 164.3.1 光电编码器 164.3.2 整形辨相电路 17第五章 伺服电机程序设计 19（1）键盘/显示器基本程序设计 19功能键处理程序设计 20TO中断服务（控制）程序设计 23PID控制算法子程序 24第六章 结论 25系统调试 25PID 控制实验 26参考文献 29附录：电路图 30致谢 31第一章 绪 论电力电子技术的进步，导致控制技术的大变革。
微处理机和数字信号处 理器的出现，使得伺服系统电脑化，控制装置的功能由软件决定惊人的设 计趋向是在现代伺服回路的反馈部分，基于“if（如）……then（则）”规则的 动态变化的数字式反馈补偿，在现代的最新设计中，可显著提高伺服软系统 的性能也就是说，现代伺服回路预示着“专家”回路的出现总而言之，微电子学的突飞猛进，规模集成电路成批生产，计算机的广 泛应用，使得伺服控制技术获得迅猛发展由于有了微计算机，使现代控制 理论在伺服系统中的应用得到有力的支持，架起了现代控制理论通向伺服系 统的桥梁，大大改善了控制性能而电力电子学的最新成就，又促使了伺服 系统的不断发展展望未来，新器件、新理论、新技术必将驱使伺服系统朝 着“智能化”的方向发展，赋予人工智能特性的伺服系统必将获得广泛应用第二章 设计方案分析可行性分析系统以MCS-51单片机为控制核心，控制量经D/A(数/模)转换送大功率 驱动模块以控制直流伺服电机，直流伺服电机的输出经减速器减速后送输出 指针采用光电编码器实现对系统输出转角的测量，光电编码器输出的两路 相差 1/4 周期的方波信号，经脉冲变换电路整形辨相为两路反映电机转向的 脉冲信号，由可逆计数器计数后，反馈回单片机内。
单片机主要完成定时采 样、偏差计算、控制算法运算及控制输出等功能方案比较及确定(1) 微机直流伺服系统硬件、软件的设计包括系统总体方案设计，单 片机应用系统设计，驱动电路设计，测量电路设计，以及系统软件的设计方 法.(2) 直流伺服系统控制策略的研究考虑到基本PID控制在控制系统中 已经能够取得基本满意的效果，首先讨论了直流伺服系统基本PID控制算法、 参数整定及控制算法的实现方法滑模变结构控制是一种在给定超曲面上采 用不同结构控制，滑模变结构控制的滑动模态对加给系统的干扰和系统的各 种摄动具有完全的自适应性，所以完全能满足高精度伺服系统的控制要求处 理论文讨论了滑模变结构控制的基本方法，设计了直流伺服系统滑模变结 构控制器，并用MATLAB仿真比较了两种控制的控制效果3) 系统软、硬件的调试方法，以及采用PID控制的系统实验结果总体框图图 2-1 总体框图第三章 伺服电机控制电路基本原理设计原理3.1.1伺服电机简介伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元 件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出分为 直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自 转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
20世纪80年代以来，随着集 成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技 术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺 服驱动器系列产品并不断完善和更新3.1.2总体方案位置随动系统的根本任务就是实现执行机构对给定量的准确跟踪，能使 被控量准确无误地跟随并复现给定量为使系统获得所要求的性能指标，必 须对直流伺服电动机的三个基本状态变量，即位置（转角）、转速和电枢电流 中的一个、二个或三个进行测量，组成不同结构的控制系统.系统设计为如图 1 所示的具有位置环的闭环控制系统系统以MCS-51单片机为控制核心，控制量经D/A（数/模）转换送大功率 驱动模块以控制直流伺服电机，直流伺服电机的输出经减速器减速后送输出 指针采用光电编码器实现对系统输出转角的测量，光电编码器输出的两路 相差 1/4 周期的方波信号，经脉冲变换电路整形辨相为两路反映电机转向的 脉冲信号，由可逆计数器计数后，反馈回单片机内单片机主要完成定时采 样、偏差计算、控制算法运算及控制输出等功能图 1 微机直流伺服系统光电编码器模块式单片机应用系统设计作为微机家族的重要成员一一单片机，在工业生产等领域的应用极为广 泛。
它是在一块芯片上集成的一台微型计算机，芯片内一般集成有微处理器 （CPU）,存储器（RAM,ROM、或EPROM）,输入输出接口（I/O）、定时7计数器、时 钟电路等有些单片机除了有并行的I/O接口外，还增添了串行接口、A/D 转换接口等单片机的特点除了体积小、功耗底、价格便宜外，还有通用性强；面向 控制:可靠性高、抗干扰能力强:具有掉电保护；I/0接口功能很强，便于扩 展；应用研制周期短，开发效率高等特点鉴于本系统的设计要求，以及实验调试条件等情况，采用了 MCS-51 系列 单片机3.2.1基于总线的模块式MCS-51单片机应用系统随着微电子技术的迅速发展，单片机（微控制器）芯片的设计者和制造商 不断推出性能优越且价格便宜的各类型号的单片机单片机的使用者则将其 应用到越来越广泛的领域，应用模式也是各种各样虽然单片机应用的场合 以及其作用各种各样，各系统的硬件结构也不相同，但是每个应用系统的组 成原理大致相同，接口电路的设计方法是一样的，系统扩展都是基于其片外 三总线实现的因此，本系统采用了一种基于 MCS-51 系列单片机三总线的 通用应用系统设计方法这样设计的单片机应用系统不但可以用于直流伺服 控制系统，还可以用于其他 51 系列单片机控制系统。
1）单片机系统的总线结构MCS-51 系列单片机总线通用应用系统总线底板结构如图 2 所示»-|||■r刘J1JU192 m讪6,.....5?it?n isIS14 151E38 ZQ? is Im20 gtiiaNuhfa ?sei a 1stSo I&TOSLUJT1|| fil)ycc ss i S I? AM4CPHI40PWse图2底板总线结构该总线共定义了 40根线，分别是：数据总线DO〜D7；地址总线AO〜A15； 控制总线：WR、RD、ALE、PSEN、RST；外部中断信号请求INTO、INTI；串行 通信线RXD、TXD；插口译码线PS:电源VCC、GND各两根底板上共有9个接插口，J1用于连接底板工作电源大于40脚插口的电 源均由此接入，J2-J9为通用扩展口，其中一个用于安装带有CPU的主板， 其余插口可任意插接各种用途的扩展模块板每个插口的地址可根据译码线 PS的连接（DIP跳线）确定，译码方式非常灵活2） CPU主板设计基于上述总线设计的MCS-51系列单片机CPU主板如图3所示应用时 单片机可采用与8031引脚兼容的芯片（如AT98C51、8751、87C51等）。
考虑 到总线上可能要连接多块模板，将系统的3组总线经驱动后接到40脚总线 接口，再通过40脚接插件与总线底板的插口连接，P1 口及定时器输入T0、 T1由16脚接插件引出而程序存储器选择逻辑是为了方便选用片内有或无 程序存储器的芯片而设计的AT89C51INTTINTO地址锁存据线 数总驱址线动地总驱制线动控总驱程序存储 器选择逻图3 CPU主板模块原理框图地址》总线A0-A7D0-D7A8^A15RESET . 金 ■RXD* PXD .Vcc"* gnet* 40 通 用 总 线第四章 伺服电机控制电路硬件设计功能模块的设计MCS-51 单片机在简单的场合下应用，几乎不需要增加其他的硬件资源， 就可构成一个最小的应用系统，使用非常方便.但是对于一般应用系统，必 须在片外扩展相应的硬件我们以 40 总线为基础设计了多种 I/0 接口通用 模块如:存储器扩展模块（通过跳线可选择用于程序存储器或数据存储器的 扩展）、A/D转换模块（ADC0809）,D/A转换模块（DAC0832）,键盘与显示器控制 模块（8279）、与PC通信的串行通信模块（经RS232接口）、定时/计数器模块 （8253）、可编程接口模块等，在实际应用中使用者可根据需要选择不同的模 块进行配置。
根据本系统的控制要求，CPU主板上选用了 AT89C51芯片，片内有4K flash 程序存储器已可以满足需要，另还须配置数/模转换、键盘/显示器控 制、定时器/计数器以及控制程序存储器等模块① .定时/计数器模块由于AT89C51中仅有两个计数器，而系统采样定时需占用一个计数器 本系统中要求伺服电动机可以正反向转动，在转角测量要求能进行可逆计 数，所以必须进行计数器扩展可编程定时/计数器芯片的型号类型多种多 样，大部分的外型引脚及功能设置都相差无几，只是在工作的最高频率上有 些差别，例如:8253-5型为5MHz,5254-2型为IO MHZ,另外还有其它频段的 兼容芯片本设计采用了可编程定时/计数器芯片8253作为可逆计数器8253 为 24脚双列直插式芯片，每个芯片内有三个独立的计数器，每个 计数器均有各自的时钟输入端CLK、计数输出端OUT和门控信号端（非）WR（非） 读写引脚，低电平有效，是CPU对8253进行读写操作的命令输入端；Al和 AO是地址线，它们和片选信号CS（非）一起确定了 8253的命令寄存器和3个 计数器的端口地址通过编程可设置计数器的工作方式和选择哪个计数器工 作。
图4是8253模块及与总线连接图图4 8253模块电路CP② •键盘/显示器控制模块在单片机应用系统中，为了了解控制系统的工作状态以及向系统输入数 据和控制命令，一般都需要设置人机交互界面，即键盘/显示器电路单片机应用系统显示电路一般都采用点阵式或是数码管（LED）显示方 法因为数码管具有既省电、成本低，而且配置灵活、接口方便等优点，本 系统选用了数码管显示方法为了减小CPU资源占用率，减少软件的设计量，键盘和显示控制模块选 用了 In tel公司开发的专用接口芯片8279该芯片内部有16个单元的显示 缓冲区，能对显示器实现8个数字或16个数字的自动扫描显示，能自动识 别键盘的键号，大大的减轻了 CPU的负担，若实现中断控制则几乎不占用CPU 资源且对8 2 7 9工作方式的修改只需改变命令字即可实现8279的内部结构主要是由数据缓冲器、I/O控制逻辑、控制和定时寄存 器、定时控制电路、扫描计数器、回复缓冲器、键盘去抖动及控制电路、FIF0/ 传感器RAM及其状态寄存器、显示RAM及显示地址寄存器等部分组成，具体 各个部分功能可查阅有关资料8279采用40引脚封装的双列直插式器件除了和一般的可编程芯片一 样有数据线（D0〜D7，双向，三态总线）、数据选择线（A0=0时，CPU写入数 据为命令字，读出为状态字；A0=1时，CPU读写均为数据）、读写控制等信 号线外，还有用于扫描键盘和显示器的扫描线SL0〜SL3、用于对键盘矩阵或 传感器矩阵的行（或列）读入的回复线RLO〜RL7、以及控制显示的2组显示信 号：OUTA0〜0UTA3和OUTB0〜在键盘工作方式时，当FIF0/传感器RAM中有 数据时（有健按下）可由TRQ（中断请求）向CPU发出中断请求。
在接口方面，8279是通过片选端CS、数据选择A读写控制信号RD、 WR，来实现cpu与芯片间命令字或数据传送图5所示为8279键盘显示器控制模块原理图57 4G 鑰 通AO 用ALE 总 RD 线IRFS r \cc竺班笳朋加IRDIWRICSA 01234OUTounRL'RLRLRLRLDIC87084.—74LS138A-C玛T112Y3YT-T4DIC8708图5 8279键盘显示器控制模块③ .D/A转换电路模块D/A转换模块采用的是INTEL公司D/A转换芯片DAC0832DAC0832是双列直插式具有两个输入寄存器的8位D/A转换器，可以直 接与8位微处理器直接相连其主要技术特性:分辨率为8位：基准电压UREFREF工作范围±10〜-10V；供电电源为+5〜+15V,电源稳定时N为lus,功耗为 20mW；所有引脚的逻辑电平与TTL电平兼容DAC0832是电流输出型的数模转换器，使用时一般需要通过运算放大器 转换为电压信号输出图6所示为D/A转换模块的原理图，DAC0832的两个寄存器同时选通和 锁存，即采用的是单缓冲型工作方式，双极性输出方式可以满足系统的双极3/ .'g7DORfbicutilout 2DAC0832B7WVRPS40通5K10Kf 10Kt-4 >.功率驱动模块随着微电子技术和电力电子技术的发展以及工业界对系统可靠性和小 型化的要求，许多厂商相继推出了各种伺服电机控制的智能化功率集成电 路，由这类电路可灵活地构成直流模拟式或数字式的小型化/高可靠运行的 PWM伺服系统。
本系统选用了美国KOLLMORGEN公司型号为KXA-48-8-16/M/AUX的PWM伺 服放大器(PWM Servo Amplifier)作为功率驱动器KXA伺服放大器方框图(Block Diagram)如图 7速-图T *KXA-模块结构示意图障输 入障辑制 故逻控由图可见，设置开关SW-1和SW-2在不同位置以及不同的输入信号时， 可以得到已经具有电流控制回路的不同结构的直流伺服控制系统由于本系统设计的是一个具有位置环的闭环控制系统，因此采用的接线 方法是：① D/A转换器输出的控制信号u由输入1,即由TB2的4端送入KXA；② 速度检测信号未接入，开关SW-2位于下拨位置（速度调节器未接入）；③ 直流24V电源输入方式；④ KXA功率放大信号由TB2的1,2端接直流伺服电机测量电路设计位置测量元件是闭环控制系统中的重要部件之一，它的作用是检测位移 （角位移或线位移）并发出反馈信号，起着相当于人眼的作用一个完善的闭 环伺服系统，其定位精度和加工、测量精度主要由测量元件决定，因此，高 精度伺服系统对测量元件的质量要求相当高光电编码器是现代伺服系统中 必不可少的一种数字式速度和位置测量元件，被广泛应用于微处理器控制的 闭环控制系统中。
本系统使用的是沈阳光机研究所生产的增量式光电编码 器4.3.1光电编码器增量式光电编码器由光源、光电转盘、光敏元件、光电整形放大电路四 部分组成光电转盘与被测轴联接，光源通过光电转盘的透光孔射到光敏元 件上，当转盘旋转时，光敏元件便发出与转速成正比的脉冲信号为了适应 可逆控制以及转向的判别，光电编码器输出两路(A相、B相)相隔刀4脉冲 周期的正交脉冲若转盘顺时针转时A相超前B相，则逆时针转时B相超前 A相，如图8所示at) D)图8光电编码器的输出波形a)顺时针转 b)逆时针转增量式光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号 基本周期数，也就是用脉冲数/转表示的，并以此定义编码器的分辨率，因 此光电转盘上的槽或窗口数目等于编码器的分辨率本系统中选用了分辨率 为2048p/r编码器4.3.2整形辨相电路为了实现可逆控制，用光电编码器的波形实现可逆位置检测时，必须将A, B两相方波形进行的整形和辨相处理，产生出反映电动机转向的脉冲信号整形辨相电路如图9所示，它是采用逻辑门组合电路的思路进行设计的， 即将光电编码器输出的两路信号，分别输入到一个单稳触发器和一个非门， 之后再将信号经过一次与逻辑，得到反映电动机正转信号(CP)和反转信号+(CP-)。
图9整形辨相电路用逻辑表达示表示即为：CP= A ・B+CP =A • B其中F为A信号的单稳触发脉冲整形辨相电路的波形如图10所示 由图可知，当A超前B到T/4周期时，CP输出信号，而CP没有信号输出,+—相反，就只有CP_有信号输出，从而实现了电动机正反转的识别C?- CPa) b)图 10 整形辨相电路波形第五章 伺服电机程序设计在主程序中，主要完成对各个可编程芯片进行初始化，包括中断初始化、 各存储单元赋初值、键盘显示器的各数据程序表赋常数、各种限定值装入数 据存储器、设定堆栈指针、给主程序标志寄存器送初始值、控制器设定初值 等键盘各种参数设置的处理也是主程序中的重要部分，在这部分程序设计 时采用散转的方式，既实现了程序的模块化，又有效的解决了复杂的多重分 支问题启动功能键按下时，系统开始启动采样定时并进入实时控制阶段， 每次中断返回时若有复位键和新的参数设置键按下则返回键处理程序 监控管理程序设计（1）键盘/显示器基本程序设计为了减小CPU资源占用率，减少软件的设计量系统选用了In tel公司 开发的专用键盘和显示接口芯片8279 8279芯片可以接8*8的键盘和16个 LED显示器，本系统采用的是4*5的键盘和8个LED显示器。
根据系统控制要求及键盘显示器的设置情况，首先必须对8279芯片进 行了初始化，设置8279为左进8位字符显示和双键锁定扫描键盘输入方式① 基本键盘子程序系统的键盘接线及健功能值如图11所示//AV//////////////R—叫 % R厶 RLab）图11键盘示意图a）键盘接线图b）键盘界面图C）键盘对应的健功能值根据键盘接线及键盘对应的健功能值，编制了最基本的由所按健确定健 功能值的子程序如下:KEYSCH: MOV DPTR ，#KEYBORDMOVX A, @DPTRANL A,#3FHMOV DPTR,#TAB1MOVC A,@A+DPTRRETTAB1：DB 00H,01H,02H,03H,0CH,0FH,0FFH,0FHDB 04H,05H,06H,07H,0BH,0FH,0FH,0FFHDB 08H,09H,12H,13H,0AH,0FH,0FH,0FHDB 14H,15H,16H,17H,0FH,0FFH,0FFH,0FFH② 基本显示子程序在单片机内部RAM中，开辟了与8位LED对应的显示缓冲单元，把需要显示字符的字形码偏移量预置在显示缓冲区中，再调用显示子程序则可完成 要求的显示。
显示子程序如下：;把显示缓冲区的数调出来;查表取字形码;送到 8279 显示;指向下一个显示内容单元SHOW：MOV A， @R1MOV DRTP ， TAB2MOVC A ,@DPTR +AMOV DPTR,#KEYBORDMOVX DPT R, AINC R1CJNE R1, # 38H, SHOWRET功能键处理程序设计图 12 键功能处理程序框图键功能处理程序框图如图 12 所示该程序是实现各种系统要求的键盘功能， 在系统调试和运行过程中起关键作用的程序通过该段程序，操作人员可方便的设置给定转角、调节控制参数，启动或停止控制命令① 定设置程序GDPG由于系统中要求输入其给定值参数.在给定程序段中要求能够实现给定 显示标志，可根据按键判断正负给定，并将给定值显示出来当输入数据无 误按下确认健时，则要将给定值转换为二进制数，存于PGDL（低位），PGDH（高 位）中其流程图如图13所示图 13 给定程序框图② 参数修改程序XGPGPID控制器的参数K、K、K的整定是十分重要的，参数整定的好坏直接PID影响系统的静、动态品质对于一个实际的控制系统，PID控制器的参数必 须经过闭环实验，反复凑试，才能找出最佳调节参数，因此必须具备PID控 制参数修改功能。
图14所示为PID参数修改程序框图③ 启动控制程序QDPG启动控制程序框图如图 15 所示当启动健按下时，系统开始启动采样 定时，进入实时控制过程程序主要完成显示启动标志、启动TO采样时间、 读位置初值、计算偏差初值，输出控制初值，然后等待执行 TO 中断服务程 序，并查询键盘，看是否有新的命令键按下，以便随时响应功能键开始启动控制程序求位置偏差1T确定首次输出1T键查询等待中断启动采样定时1r Y关采样定时1T返回DKEY查询键■ 有键按下？ ■图 14 参数修改程序框图 图 15 启动控制程序框图TO中断服务（控制）程序设计本系统中采用定时器TO来完成采样定时控制定时器TO的中断服务程 序，即为系统的控制程序，其作用使系统达到要求的目的，实现对被控对象 的控制TO中断服务程序流程图如图16所示这部分程序主要完成：启动下一次采样定时、读可逆计数器数据，显示 实时转角、计算偏差、调用控制算法程序计算控制量、控制量输出等为了 提高系统的快速性，在控制程序中采用简单的变结构控制方式，当偏差〉0时0 直接输出最大输出量，当偏差＜0时调用PID控制0图16 TO中断服务程序PID控制算法子程序本系统采用式增量式 PID 控制算法：Au(k) = Ae(k) - Be(k -1) + Ce(k - 2)式中A = K + K + Kpid=叫(1+T+TiB = K + 2K = K (1+ 2=)p d p TKTC = K =-^i d T由于系统执行机构中没有硬件累计原件，只是此时控制量的累计改用软 件完成。
算法如下u(k) = u(k 一 1) + Au(k)第六章 结论系统调试为了检验硬件电路设计得是否正确，连接是否可靠；控制软件设计是否 合理，能否实现所要求的功能，必须对系统进行调试系统调试步骤与方法 是:① 单片机应用系统的调试像一般的计算机应用系统一样，单片机控制系统也是由硬件和软件所组 成硬件和软件只有精密配合，协调一致，才能组成高性能的应用系统在 系统的调试过程中，系统的硬件调试和软件调试是分不开的，硬件调试需要 软件配合，许多硬件故障也在软件调试时才发现我们是采用ICExplorer/G6E仿真器对系统进行软、硬件调试的，通常是先排除系统中明 显的硬件故障后才和软件结合起来调试硬件调试是在系统未加电之前，先用万用表等工具根据系统原理图仔细 检查线路的正确性，排除一些明显的硬件故障，然后将仿真器的仿真插头插 入单片机插座进行联机调试联机调试主要是通过仿真器执行一些测试程序 （如对I/O端口的读写指令等），用万用表及示波器对有关信号进行观察分 析、排除故障的方式进行的先调试好CPU模板，而后再逐一插上键盘、显 示器电路、D/A转换电路、计数器电路等模板进行调试键盘、显示器电路的调试是十分重要的工作，因为操作人员最终是通过 键盘和显示器来输入所有的控制命令及参数，来了解系统的工作状态。
对本 系统的模块结构程序进行软件调试时，必须要先对各模块程序和子程序分别 调试完成后，再把有关的功能模块联合起来一起进行整体程序综合调试② 脉冲整形辨相电路的调试首先，编程由单片机的、产生两路相位相差T/4的方波，作为光电编码 器的A, B信号输入到电路，用示波器观察电路的各个信号，并通过改变两 路方波的周期来调整输出脉冲CP或CP的脉冲宽度再启动电机（改变控制+-电压），将光电编码器输出的A, B信号输入到电路进行调试③ 开环控制调试图 17 所示为开环控制调试电路本系统的检测元件是光电编码器，它的输出A,B信号及其经过整形辨相 后的CP或CP信号的频率与输出轴的转速成正比因此在系统调试和实验，+-我们采用AD650V/F(F/V)变换器设计了一个F/V变换电路，实现对输出轴转 速的测量在调试中，通过改变单片机输出的数字量00H〜OFFH，用万用表u、c图 17 微机直流伺服系统开环调试电路及示波器观察u 、CP 或 CP 、n 信号，对系统各部分进行故障排除及参数整定PID控制实验为了进一步研究直流伺服系统，验证系统能否满足控制要求，将反馈信号CP和CP送到定时/计数器8253两个计数器的CLK0和CLK1形成闭环后, +-必须对系统进行实验研究。
在单片机应用系统控制程序模块板上，插入写有PID控制程序的存储器芯片，就可对系统进行PID控制研究了由系统参数及实验调试确定采样周期5ms，由单片机内的定时T控制o实验步骤如下:①按第3章仿真实验整定的PID控制参数K =25,K =,K =p i d由键盘输入 K 、K 、K pid② 由键盘输入给定转角后，按下启动键③ 用示波器观测D/A转换器输出u、功率驱动器输出u以及输出轴的转d速n (CP或CP经F/V变换)，不满足控制要求时可反复调整PID控制参数，c + -直到达到满意的控制为止图是PID控制直流伺服系统在给定转角0 =100时，各信号的响应i由式可得 0 与 n 的式为cccc由0 =100°时的n曲线及式可作出输出转角0的响应曲线如图图18所i c c示图19是PID控制直流伺服系统在给定转角0 =200时，各信号的响应i同样，由 0=200°时的 n 曲线及式可作出输出转角氏的响应曲线如图图 20 ic所示由不同给定时的实验曲线及绘出的输出转角e的响应曲线可见，pid控c图18 0 =100°时PID控制直流伺服系统响应曲线i图19c0=100°时输出转角响应曲线0i图20 9 i=200°时控制直流伺服系统响曲线参考文献[1] 胡幸鸣.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社[2] 寇戈，蒋立平•模拟电路与数字电路（第二版）[M].北京：电子工业出版社[3] 徐虎，胡幸敏.电机原理.北京：机械工业出版社[4] 宫淑华.电机学[M].北京：煤炭工业出版社[5] 王远.模拟电子技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社[6] 潘成林.电机维修手册[M].北京：机械工业出版社・[7] 于歆杰，朱桂萍.电路原理[M].北京：清华出版社，2007[8] 张桂香.电气控制与PLC应用（第二版）[M].北京：化工工业出版社2006[9] 杨渝钦.控制电机[M].北京：机械工业出版社.[10] 邱光源.电路（第四版）[M].北京：高等教育出版社.[11] 俞大光. 电工基础.北京：人民教育出版社[12] 黄劼，徐晓秋•单片机原理及接口技术[M].北京：国防工业出版社，2008[13] 武庆生，仇梅.单片机原理及应用.北京：成都电子科技大学出版社，2001[14] 马忠梅，籍顺心等编著.单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版 社,2005：11[15] 朱善君，孙新亚等编著.单片机接口技术与应用.清华大学出版社，2005：3[16] 余发山，王福忠编著.单片机原理及应用技术.中国矿业大学出版社，2003：12 [5]余发山， 郑征等编著.自动控制系统.中国矿业大学出版社，2005：2[17] 尚涛，唐新星等编著.机电控制系统设计.化学工业出版社，2006：4[18] 曹辉，可编程控制器系统原理及应用。
电子工业出版社[19] 张凤珊，电气控制及可编程控制器第二版天津出版社[20] 林春方，可编程控制器原理及其应用上海交通大学出版社附录：电路图TO]+15卩预CNDlQ；-iw : EH；测呻记! I 速 GMntm电流检测'IN2；披*AULl!曲 障 I. ENAiraH速度 调节器DC-DC 转换器SW-2,r+故障恋"过电流过电过温电流 调节障辑制故逻控:电源［:模块｝电动机 C入 松 心 F-F+ A输 TB26!::「叩时幽 B致谢论文写作已结束，课题的研究也已经告一段落回首这三年专科阶段的 时间，无论在学习还是在生活中，自始至终都离不开各位老师的关怀以及同 学的帮助在这里要感谢我的指导老师，论文的完成是在于周老师的认真指导与及 时督促下进行的，他严谨的治学方法将长远的影响我今后的学习和工作，在 此我谨向周老师致以深深的谢意，同时也感谢各科老师的教导，他们为我奠 定了良好的知识基础同时要感谢我的同事张富贵，他对于我的设计提出了 许多宝贵意见，有些算法程序也直接来自于他的构思，给我讲了关于伺服电 机的工作原理及控制电路设计方案，从而为了完成项目节省了很多时间在此，要特别感谢我尊敬的老师们，是他们的全力支持和无微不至的关 心，使我在学习和工作中投入更大的热情和信心，顺利地完成学业。
最后，向所有关心和支持我的人表示我最诚挚的谢意!。