控制系统设计.docx

控制系统设计
一、动作控制方式及特点
机电一体化产品的动作控制方式是指其执行机构从一点移动到另一点的过程中，对位置、速度或加速度等的控制方式。
（一）位置控制方式
位置控制方式按其控制指令来分， 有绝对值控制方式和增
回转到偏差值 E 为零时停止。
除上述根据动力源对伺服控制机构进行分
类外，还可以根据位置，速度及控制信号的处
理方法进行分类。对电气伺服机构来说，可分
为以下几种：
1、模拟伺服控制 如图 7 所示，偏差的运
算及电动机的位置、速度信号等全部使用模拟
信号控制就是模拟伺服控制。用模拟运算回路
进行偏差的运算，用电位器进行位置检测，用
测速发电机进行速度检测。这种伺服方式是最
早被采用的，也是最基本的伺服方式。
2、数字伺服控制 如图 8 所示， DC伺服电动机的转角与速度全部用脉冲编码器检测，
目标值与位置信号的偏差用计数器进行运算。 这种使用数字控制回路进行偏差运算及位置与
速度检测运算的方式就是数字 DC伺服控制。控制位置时，首先由偏差计数器对指令脉冲计
数，并通过 D/A 转换器将这个数字信号值变换成模拟信号输入到伺服放大器， 伺服放大器的
输出驱动 DC伺服电动机转动。通过脉冲编码器将电动机的回转锊变换成脉冲信号，反馈到
偏差计数器， 当反馈信号与指令信号的偏差为零时， 电动机停止回转。 又能由于电动机的回
转速度与脉冲编码器的频率成比例，所以用

F/U（频率

/ 电压）转换器将脉冲频率变换成直
流电压就可以等到速度信号。
3、软件伺服控制 如图 9 所示，位置与速度反馈环的运算处理全部由微型计算机实时
地用软件进行处理的伺服控制可以称为软件伺服。 将脉冲编码器与测速发电机检测到的电动
机转角与速度信号读入微型计算机， 并用预先编好的计算机程序对上述信号 （按着采样周期）
进行实时运算处理，然后由计算机发出驱动电动机的信号。从确保伺服系统的稳定性来看，
也可以将速度信号的一部分直接反馈给伺服放大器。 这种方法不但硬件结构简单， 而且可以
用软件灵活地对伺服系统做各种补偿， 这是它的最大特点。 但是，因为微型计算机的运算程
序直接插入到伺服系统中， 采样周期一长， 对伺服系统的特性就有影响， 不但使控制性能变
差，还使伺服系统变得不稳定。 为此，就要求微型计算机对数据要具有高速运算和调整处理的能力。
二、伺服驱动控制技术
（一）步进电动机驱动电源
步进电动机的运行特性与配套使用的驱动电源有密切关系。 驱动电源由脉冲分配器和功率放大器组成，如图 10 所示。驱动电源是将变频信号源（计算机或数控装置等）送来的脉
冲信号及方向信号按照要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组， 以驱动电动机转子
正反向旋转。变频信号源是可以提供从几赫兹（ HZ）到几万赫兹（ HZ）的频率信号连续可调的脉冲信号发生器。 因此，只要控制输入电脉冲的数量和频率就可精确控制步进电动机的转
角和速度。
1、脉冲分配器
步进电动机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能工作。这种使电动
机绕组的通电方式按一定规律变化的电子部件称为脉冲分配器或环形分配器。
实现环形分配
的方法有三种。 一种是采用计算机软件利用查表或计算方法进行脉冲分配的环行分配器，
简
称“软环分” 。表 1 为三相六拍分配状态，可将表中状态代码
01H， 03H， 02H， 06H，05H 列
入程序数据表中，通过软件可依次提取数据并经脉冲分配具有更多的优点。由于“软环分”
占用计算机的运行时间，
故会使插补一次的时间增加，
易影响步进电动机的运行速度。
另一
种是采用小规模集成电路（三个双稳态触发器）搭接成脉冲环形分配器，如图
11 所示为三
相六拍环形分配器。 第三种是采用专用环形分配器集成电路器件，
如 CH250即为一种三相步
进电动机环形分配器，它可以实现三相步进电动机的各种环形分配，使用方便，接口简单。