1、 1 基于基于 PIDPID 控制的直流伺服系统的设计控制的直流伺服系统的设计 摘 要 本设计以微型计算机 8097 为主控器，采用 PID 算法设计三环全数字式控制器。在本次设 计中选择霍尔元件做为电流检测传感器，将检测到的弱电信号通过运算放大器 LF356 组成的两级 放大电路放大滤波后，输入 8097 内部的 A/D 转换电路转换进而得到电流反馈量；光电脉冲发生 器作为速度检测传感器以及位置传感器，通过光电隔离器 PC900 和 GAL16V8 的分频鉴相得到速 反馈量，同时与 8097 内部的计数器和计数器 8254 结合以可逆计数方式得到位置反馈量；通过软 件设置电流环、速度环和位置
2、环的工作方式。此外，采用串口通信使伺服系统与上位微型计算机 实现通信联系以发送各种运行指令，最终实现微型计算机对电流环、速度环和位置环的控制。 关键词 微型计算机； 8097； HIS； 8254； PID 1 绪论 直流伺服电动机是近几十年来随着电力电子技术的迅速发展而发展起来的一种 新型电动机。近些年来，直流伺服控制系统被广泛应用于工业生产，这已经成为自动 化领域的一项重要课题。伺服系统在机械制造行业中占据着重要位置，是用得最多最 广泛的控制系统1。直流伺服系统的主要优点是控制特性优良，能在很宽的范围内平 滑调速，调速比大，起制动性能好，定位精度高。直流伺服电动机既有交流电动机的 结构简单
3、、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高、调 速性能好的特点，故在当今国民经济中直流伺服系统广泛应用于轧钢机及其辅助机 械、造纸机、金属切割机床等众多自动控制中的各个领域2。伺服系统尤其在机械制 造行业中占据着主导位置，同时也是应用的最为普遍的控制系统，到目前为止直流伺 服仍占据着主要地位3。 传统的直流电机以其优良的转矩特性和调速性能在运动领域中有着广泛的应用， 但机械电刷却是它的致命弱点。 伺服控制直流电动机就是为了既要保持有刷直流电动 机的特性、又要革除电刷和换向器的目的研究开发的。控制系统中的执行电动机应该 具有下列优点：快速性、可控性、可靠性、体积小、重量轻、节
4、能、效率高、适重量 轻、节能、效率高、适应环境和经济性4。为了实现快速的起、停、加速、减速，要 求电动机具有小的转动惯量和大的起动转矩和最大转矩， 伺服控制直流电动机的转子 主要是由永磁材料构成的磁极体组成，电枢绕组在定子上，因而转子外径可以相对较 小，转子惯量也就较小转矩方面，只有直流电动机才能达到大的起动转矩和大的最大 转矩，而伺服控制直流电动机具有直流电动机的特性，起动转矩和最大转矩都较大。 这使得它具有快速性的特点。在可控性方面，直流电动机的输出转矩和绕组流过的电 2 流成线性关系，直流电动机的起动转矩又大，因此可控性最好、最方便。伺服控制直 流电动机具有一般有刷直流电动机的调速特性， 只要简单地改变电动机的输入电压的 大小就可以在广阔的范围内进行无级调速5。 在伺服控制直流电动机的控制技术方面， 伺服控制直流电动机控制系统正由传统 的模拟技术转向微处理器控制的数字技术。 数字控制技术使得许多硬件工作都由软件 来完成。这样减少了硬件电路，提高了可靠性和性能，减小了尺寸，提高了效率。 数 字控制技术不仅使系统获得高精度、高可靠性，还为新型控制理论(如矢
