基于單片機的交流伺服電機轉速控制系統研究

1 交流伺服電機控制系統設計方案
系統使用的交流伺服電機為三相交流電機；驅動器控制U／V／W三相電形成電磁場；轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機由接近傳感器將轉速信號反饋給驅動器；驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。

2 系統硬件設計
本項目實質上采用STC89C52RC單片機構建一個最小系統，實現脈寬可調輸出控制兩個繼電器，實現電機正反轉智能控制，從而實現伺服電機的精確位移控制。控制系統組成如圖1所示。

通過按鍵輸入電機所需的轉速值并與轉速傳感器反饋回來的電機轉速相比較，采用PID算法，經單片機處理后，轉化成相應的脈沖信號，再經光電耦合器調節繼電器的開度，通過調節繼電器的脈沖寬度，達到脈寬的調制，從而控制伺服電機上的磁塊正負位移，使電機達到給定的轉速值，同時單片機接受固定在伺服電機轉軸上的轉速傳感器隨著電機轉動而產生的反饋脈沖信號，并在LED實時顯示電機的實際轉速。
2．1 單片機控制器的硬件設計
在此開發了一套運動控制器的軟件系統。該系統的硬件結構是基于單片機而開發的，所用功能為外部中斷、定時中斷、檢測傳感器脈沖信號、及輸入／輸出等。STC89C52RC的P0．0，P0．1，P0．2端口分別作為按鍵SET、按鍵MOVE、按鍵UP的輸入口，通過STC89C52定時器T0的定時中斷控制脈沖發送頻率，進而控制電機的轉速。系統原理圖如圖2所示。

2．2 驅動部分電路的硬件設計
由于單片機屬于TTL電路(邏輯1和0的電平分別為2．4 V和0．4 V)，其I／O口輸出的開關量控制信號電平無法直接驅動電機，所以在P2．6口控制升速信號輸出端需加入驅動電路；同理該驅動電路也應用于P2．7口的降速輸出端。系統采用光耦耦合器和晶體管作驅動，由光電耦合器輸出通道傳入控制電機，所以具有很強的抑制噪聲干擾能力，起隔離作用，可防止強電磁干擾；晶體管主要起功率放大作用。電機驅動電路如圖3所示。

3 系統軟件設計
控制器的軟件主要完成LED顯示，接受鍵盤輸入，實現伺服電機勻速運行和繼電器控制幾項功能，包括主程序、按鍵中斷服務程序、定時器T0中斷服務程序及LED顯示子程序。在交流伺服電機控制系統中，單片機的主要作用是產生脈沖序列，它是通過STC89C52RC的P3．2口發送的。系統軟件編制采用定時器定時中斷產生周期性脈沖序列，不使用軟件延時，不占用CPU。CPU在非中斷時間內可以處理其他事件，惟有到了中斷時間，才驅動伺服電機轉動一步。系統程序流程圖如圖4所示。