導(dǎo)語：伺服控制體系電子控制一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

伺服控制系統(tǒng)把檢測(cè)輸出量的元件安裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)械里，把得出的數(shù)值當(dāng)做反饋量和指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)反饋控制。全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)有效彌補(bǔ)了半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精確度低的不足，因?yàn)檫@一系統(tǒng)中，環(huán)內(nèi)每個(gè)元件的誤差、系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的誤差與運(yùn)動(dòng)過程中的誤差都能得到調(diào)整，大大提高了系統(tǒng)跟蹤與定位的精確度。但其調(diào)試和維修程序繁雜，成本也非常高。而且它的精確度雖然理論上比半閉環(huán)系統(tǒng)高，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于溫度的變化、機(jī)械的變形以及振動(dòng)等原因，系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)受到一定程度的影響。另外，運(yùn)行一段時(shí)間后，機(jī)械的傳動(dòng)元件會(huì)出現(xiàn)變形與磨損，這也會(huì)降低系統(tǒng)的精確度。所以，一般在性能穩(wěn)定與使用過程中溫度相對(duì)穩(wěn)定以及高圖1直流無刷電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精密度的傳動(dòng)部件的情況之下，才應(yīng)用混合伺服控制系統(tǒng)[1]。

1系統(tǒng)的組成

按照被控量是否被反饋與檢測(cè)，根據(jù)調(diào)解理論可以把伺服控制系統(tǒng)細(xì)分為開環(huán)伺服控制系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)和全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。開環(huán)伺服控制系統(tǒng)不安裝反饋檢測(cè)的設(shè)備，以電液脈沖的馬達(dá)或者步進(jìn)電機(jī)作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)里面的驅(qū)動(dòng)元件。這一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本非常低，也方便維修與調(diào)試，不過，因?yàn)樗欧刂葡到y(tǒng)的誤差得不到校正與補(bǔ)償，開環(huán)伺服控制系統(tǒng)的精確度比較低，所以其只能在對(duì)精確度要求不高與負(fù)載變化較小的場(chǎng)合[2]。半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈的很大一部分在閉環(huán)外，在實(shí)際應(yīng)用中，通過間接測(cè)量的方法測(cè)量到被控量。半閉環(huán)賜?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試安裝方便易行，不過因?yàn)槠洵h(huán)外傳動(dòng)的誤差得不到系統(tǒng)的補(bǔ)償，所以精確度比較低。

2系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)中同時(shí)存在半閉環(huán)和全閉環(huán)兩種類型，一般來說，半閉環(huán)主要在系統(tǒng)工作中起到控制作用，半閉環(huán)可以令系統(tǒng)工作更加的復(fù)雜，所以在系統(tǒng)的配合流程中也就對(duì)一些增益的調(diào)整更加的要求嚴(yán)格，所以這種半閉環(huán)方式令系統(tǒng)的通用性和適用性不強(qiáng)[3]。

3系統(tǒng)穩(wěn)定性與誤差分析

3.1系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

如圖2所示，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是，內(nèi)外環(huán)合理分工，內(nèi)環(huán)主管動(dòng)態(tài)性能,外環(huán)保證穩(wěn)定性和跟隨精度。為提高系統(tǒng)的跟隨性能,引入由GC!"s組成的前饋通道,構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)。由于內(nèi)部轉(zhuǎn)角閉環(huán)不包含間隙非線性環(huán)節(jié),因此通過合理設(shè)計(jì)該局部線性系統(tǒng)，可使其成為一無超調(diào)的快速隨動(dòng)系統(tǒng),其動(dòng)態(tài)特性可近似表示為θ0!"sθi!"s＝KθTθs+1式中Kθ———轉(zhuǎn)角閉環(huán)增益；Tθ———轉(zhuǎn)角閉環(huán)時(shí)間常數(shù)。系統(tǒng)外環(huán),雖然包含了非線性環(huán)節(jié),但設(shè)計(jì)控制器使Gp!"s=Kp/p，式中Kp為積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)。將系統(tǒng)校正為I型并合理選擇系統(tǒng)增益，可避免系統(tǒng)的頻率特性曲線與非線性環(huán)節(jié)的負(fù)倒幅曲線相交或?qū)⑵浒鼑?從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。顯然當(dāng)Tθ較小時(shí)，θ0!"s/θi!"s=Kθ，系統(tǒng)將具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。3.2系統(tǒng)誤差分析計(jì)算負(fù)載力矩：可以加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩通常由下式算出Tm=F×L2πη+Tf式中Tm———加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩，Nm；F———沿坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)部件（工作臺(tái)或刀架）所需的力，kgf；L———電機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)機(jī)床的移動(dòng)距離，8mm；Tf———滾珠絲杠螺母或軸承加到電機(jī)軸上的摩擦力矩，2Nm。

4數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)方法

伺服控制系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動(dòng)器（即功率放大器）與執(zhí)行機(jī)構(gòu)3部分組成，其中，控制器最為重要，它負(fù)責(zé)系統(tǒng)位置、速度、加速度與方向的設(shè)定，并直接調(diào)控整個(gè)系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)器則放大功率；執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過充足功率的輸出對(duì)控制對(duì)象實(shí)行控制，一般來說，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓和氣動(dòng)部件、電動(dòng)機(jī)。對(duì)伺服控制系統(tǒng)來說，最重要的任務(wù)是讓系統(tǒng)按照規(guī)定的運(yùn)行軌跡和一定的運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確性的定位與跟蹤，進(jìn)而進(jìn)行功率的放大，另外，也能為系統(tǒng)提供充足的能量來保證負(fù)載根據(jù)輸入的指令規(guī)律進(jìn)行運(yùn)行，保證輸入輸出的偏差在適當(dāng)?shù)谋辉试S的范圍之內(nèi)。按照被控量是否被反饋與檢測(cè)，根據(jù)調(diào)解理論可以把伺服控制系統(tǒng)細(xì)分為開環(huán)伺服控制系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)和全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。開環(huán)伺服控制系統(tǒng)不安裝反饋檢測(cè)的設(shè)備，以電液脈沖的馬達(dá)或者步進(jìn)電機(jī)作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)里面的驅(qū)動(dòng)元件。這一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本非常低，也方便維修與調(diào)試，不過，因?yàn)樗欧刂葡到y(tǒng)的誤差得不到校正與補(bǔ)償，開環(huán)伺服控制系統(tǒng)的精確度比較低，所以其只適合于對(duì)精確度要求不高與負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈的很大一部分在閉環(huán)外，在實(shí)際應(yīng)用中，通過間接測(cè)量的方法測(cè)量到被控量。半閉環(huán)賜?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試安裝方便易行，不過因?yàn)槠洵h(huán)外傳動(dòng)的誤差得不到系統(tǒng)的補(bǔ)償，所以精確度比較低[4]。

（1）伺服控制理論界對(duì)于伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念有比較多的理解，提法也較為多元化，理論界的共同說法就是其可以對(duì)物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效的控制，也就是控制物體運(yùn)動(dòng)的速度和位置，以促進(jìn)控制能夠操縱機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作，減輕人的工作。

（2）伺服組件由伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械減速或耦合機(jī)構(gòu)、伺服控制器以及傳感器等部件組成的伺服組件也是一種機(jī)構(gòu)，是一種一體化的有機(jī)伺服機(jī)構(gòu)[5]。

（3）交流電機(jī)的伺服控制交流伺服電機(jī)主要由內(nèi)部的永磁體轉(zhuǎn)子和驅(qū)動(dòng)控制器等形成的，這些電磁場(chǎng)共同構(gòu)成了交流伺服電機(jī)的主體，在電機(jī)工作的時(shí)候，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并且配合磁場(chǎng)進(jìn)行工作，而且交流伺服電機(jī)的編碼器會(huì)給予驅(qū)動(dòng)器所有的反饋信號(hào)，而驅(qū)動(dòng)器則根據(jù)反饋值與編碼的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。可以說交流伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度。數(shù)字積分直線插補(bǔ)的物理意義是使插補(bǔ)點(diǎn)沿著速度矢量的方向進(jìn)給。采用C語言庫(kù)函數(shù)inportb()和outportb()可實(shí)現(xiàn)對(duì)端口數(shù)據(jù)的讀入和輸出。

4.2數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

伺服系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要是內(nèi)部的控制算法，這種算法的主要原則在于首先將模糊PD與單神經(jīng)元自適應(yīng)PID結(jié)合，在結(jié)合以后得到一種雙?？刂扑惴?，這種算法比起其他的控制算法來說更加的精確，很適合運(yùn)用于機(jī)械的操縱上，伺服系統(tǒng)也不例外。其主要的優(yōu)點(diǎn)在于，模糊雙控制算法的魯棒性很強(qiáng)，在運(yùn)動(dòng)控制中有更好的精確性；第二，這種算法在確保交流伺服電機(jī)的控制上更加精確，而且能夠更加的實(shí)時(shí)，他可以將連續(xù)的控制器輸入量進(jìn)行離散化，在這個(gè)過程中使用模糊控制會(huì)對(duì)控制精度帶來消極的影響。而單神經(jīng)元控制則能控制精度，但是在輸入量變化范圍較大的時(shí)候，調(diào)整的速度會(huì)變慢。因此，結(jié)合2種控制算法的優(yōu)點(diǎn)的雙?？刂扑惴ň哂泻軓?qiáng)的適用優(yōu)勢(shì)[6]。為了將模糊PD與單神經(jīng)元合理的結(jié)合起來來確保機(jī)械的精確，可以對(duì)單神經(jīng)元的控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，首先就是對(duì)它固有的速度慢的特征進(jìn)行克服，然后進(jìn)行DSP的編程來對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的設(shè)定要對(duì)位置偏差量較大的角度進(jìn)行測(cè)算，然后再啟動(dòng)模糊控制器，在模糊控制器起作用的時(shí)候，就開始計(jì)算，計(jì)算公式為U=Uf，同時(shí)單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器的連接權(quán)開始沿EU=e2U/2的負(fù)梯度方向修正，以便使Un能夠跟蹤到Uf，加快調(diào)整速度。而當(dāng)控制的偏差量Eq減小到用戶能夠接受的程度時(shí)，單神經(jīng)元開始取代模糊控制發(fā)揮作用，此時(shí)U=Un，單神經(jīng)元的連接權(quán)開始沿Eq=e2q/2的負(fù)梯度方向進(jìn)行修正，一般的，訓(xùn)練的值包括以下幾個(gè)參數(shù)：①wij；②高斯函數(shù)的參數(shù)aij，bij。再通過一定量的訓(xùn)練之后，可以在在線學(xué)習(xí)階段將離線訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)放入系統(tǒng)試運(yùn)行，在這個(gè)過程中還可以根據(jù)定義的目標(biāo)函數(shù)對(duì)權(quán)值進(jìn)行微調(diào)，但是，在線階段一般只調(diào)整wij，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

5結(jié)束語

該研究主要是為了能夠在DSP和CAN總線技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一套比較高性能的全數(shù)字化伺服系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中，采用電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制方式對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度和位置控制，對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的控制采用了專用的芯片來進(jìn)行開發(fā)，在采用了這種方法以后，通過應(yīng)用軟件部分采用前后臺(tái)系統(tǒng)的模式可以適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和開放性的要求，而且這比起傳統(tǒng)的PC機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加具備了穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。