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单轴位置伺服系统的设计与实现
来源:数控机床网作者:数控车床栏目:行业动态
 
1 概述
现在的位置伺服系统一般采用所谓的“软伺服”系统,使位置增益不很大,这样系统容易稳定,并且增加一个闭环调速单元,速
度环的增益很大。因此,很小的位置偏差就能产生很明显的速度偏差,速度环就以很高的增益修正,从而使系统得到很高的位置分辨
率[1]。作者在研制一种数控刨齿机时,设计并完成了单轴位置伺服系统,该系统采用半闭环结构,框图如图1所示。本文将结合该
系统,阐述位置伺服系统的组成及硬件实现。图1 单轴位置控制系统的框图 2 位置伺服系统的组成
在图1中,位置控制器和速度控制器均由486个人微机编程实现。电机采用北京数控设备厂的FANUC-BESK(15型)直流伺服电机,并
采用该厂的A06B-6054-H005作为功率驱动模块。由于该速度控制单元是模拟系统,因此采用12位D/A转换器,把微机根据控制算法输
出的数字量转换为合适的模拟电压,控制电机向减小位置偏差的方向转动。位置反馈采用光电编码器,分辨率为4000线/转,经四倍
频电路,由可编程计数器8254记录位置脉冲数,位置控制器则根据此脉冲数和指令脉冲数计算出速度指令电压,再输出到一个12位D/
A转换器,即得到模拟的速度指令电压。速度反馈也利用同一个光电编码器和计数电路,速度控制器通过对位置求一阶差分计算出实
际转速,然后输出到另一个12位D/A转换器,将得到的模拟电压反馈至速度控制单元的速度反馈输入端。实际转速ω按ω=ΔN/Ts式
求取,其中ΔN为在采样周期内的位置脉冲增量,Ts为采样周期,该系统取8毫秒。 C控制程序采用前、后台软件结
构,前台程序是一个中断服务程序,由硬件实现8毫秒定时中断,主要完成精插补和位置控制功能;后台程序是一个循环运行程序,
主要完成数据输入、粗插补及其它辅助功能。 3 伺服系统的实现
数模转换采用芯片DAC1210,为了不降低分辨率,用一个电子开关CD4052处理正负号,使数模转换达到双极性12位,为了提高驱
动能力和抑制干扰,输出采用集成运放OP07做成射极跟随器的形式,电路如图2所示。图2 双极性12位D/A转换
四倍频器四倍频器[2,3]采用微分电路来实现,其抗干扰能力较差。作者设计了一种四倍频器,采用积分型单稳态电路
,如图3所示。电路的工作原理:A、B两路相位差90°的方波脉冲,电机正向转动时,A领先B;电机反向转动时,B领先A。该电路在A
及A的反相-A和B及B的反相-B各接了一个积分型单稳态电路[4],在A的上升沿、下降沿分别产生一个短脉冲A′和-A′,在B的上升
沿、下降沿分别产生一个短脉冲B′和-B′。当A为低电平时,Va为高电平,G2输出为低电平;当A上升沿来到后,G1输出为低电平,
但由于电容两端的电压不能突变,所以在一段时间里Va仍在阈值电平之上,G2输出为高电平,电路进入暂稳态。随着电容的放电,Va
不断下降,当Va低于阈值电平时,G2输出为低电平,待A回到低电平后,G1输出为高电平,电容又开始充电,当Va恢复为高电平时,
电路又达到稳态,为下一次上升沿的到来作好准备。由以上分析可知,A′的脉冲宽度TW等于电容开始放电到Va下降至阈值电平所经
历的时间,根据对RC电路暂态过程的分析,可