技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种用于伺服系统控制，能够在线克服电机扰动的控制系统。
背景技术
[0002] 在工业上，随着控制精度的要求，交流伺服的控制成为主流，为了提高交流伺服电
机的精度，各种新型的控制算法不断涌现。目前，为了克服负载、模型参数的大范围变化和
非线性的影响，克服在电机低速时出现的爬行现象，在传统PID 算法的基础上，出现了模糊
控制、神经网络、滑模变结构控制、自适应控制等等。选择的控制芯片有DSP、FPGA 系列。运
行成本较高。
[0003] 但是这些算法都是在传统控制的基础上附加这些控制算法，有各自的缺陷。模糊
控制算法精度不高，神经网络学习训练的时间较长，难以在线控制，滑模控制在进入滑动态
后出现抖振，也就是在滑动面附件高频颤动。自适应控制是对于变化较快的参数难以得到
好的控制效果。有些算法还是仅限于仿真，因为在线辨识花费的时间长，难以在线控制。在
低速控制时，电机会出现爬行现象，爬行现象将会给电机带来一定的损耗，控制精度更难以
保证。
实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种交流伺服电机速度控制系统，该控制系统结构新
颖，使用效果较好。
[0005] 本实用新型为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
[0006] 交流伺服电机速度控制系统，包括依次形成闭环连接的电机、编码器、控制器及驱
动器，控制器接收编码器的信号，之后输出控制信号至驱动器，驱动器将控制信号放大后，
输出至电机。
[0007] 进一步，所述控制器采用型号为STM32F103RBT6 的单片机。
[0008] 进一步，所述控制器包括PID 控制模块、CMAC 控制模块、PI 控制模块及逆变模块，所述PID 控制模块和CMAC 控制模块相并联，之后依次连接PI 控制模块及逆变模块。
[0009] 本实用新型的有益效果：
[0010] 此种交流伺服电机速度控制系统，可靠性较高，控制系统较为简单，易于维护，体
积小，对于不同的控制精度要求，可编程选择时钟参数进行控制，方便灵活，系统设计较为
简单，降低了维护成本。采用STM32F103RBT6 单片机结合模糊CMAC 算法实现的PID 控
制器，能够克服PID 的参数不易设定，抑制意外干扰，有效提高了电机的控制性能。采用
STM32F103RBT6 作为主控芯片，所需的功耗小，运行速度快，成本较低。
附图说明
[0011] 图1 是交流伺服电机速度控制系统硬件连接图。
[0012] 图2 是交流伺服电机速度控制系统的框图。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
[0014] 结合图1、图2，交流伺服电机速度控制系统，包括依次形成闭环连接的电机、编码
器、控制器及驱动器，控制器接收编码器的信号，之后输出控制信号至驱动器，驱动器将控
制信号放大后，输出至电机。所述控制器采用型号为STM32F103RBT6 的单片机，控制器包括
PID 控制模块、CMAC 控制模块、PI 控制模块及逆变模块，所述PID 控制模块和CMAC 控制模
块相并联，之后依次连接PI 控制模块及逆变模块。
[0015] 如图2 所示，电源输入是220V 的市电，整流电路是由变压器、整流主电路和滤波器
等组成。变压器的大小选择根据电机功率的大小可改变，整流电路选择的是全波整流。滤
波是选择3300uF 的电容，起到旁路、通低频的作用。三相逆变器选用的MOSIRF540，该元件
耐电流****值30A，耐压值为100V，共有6 个MOSIRF540，它们的开关是由控制器PWM 输出的
信号加以控制。
[0016] 在保护电路中主要是选择两类传感器，分别为电流传感器ACS712ELC-20A 线性电
流传感器，该电流传感器是基于霍尔效应的线性电流传感器，其铜制的电流路径靠近晶片
的表面，5.0 伏特单电源操作，66 至185mVA 输出灵敏度，输出电压与交流或直流电流成比
例。电流传感器信号的输出范围转换到0-3.3V 之间，经过STM32F103RBT6 内部的12 位AD转换器，其是3.3 供电，两相或三相电流输入，选用AD 两路通道。
[0017] 电压传感器选择的模块能够对单相电压进行测量，选用的型号为SPT204A，输入范
围为50-1000V，输出为0.05-8V (运放输出)。该电压互感器后面接上一个限流电阻，使电
流在互感器规定的范围内，后面接上OP07 运放电路，使用单电源供电，电源为15V，为了和主芯片电压相对应，对其进行电路进行量程变换，转换为0-3.3V 的电路。
[0018] 选择的控制器的输出是SVPWM，即空间矢量控制算法，其输出是通过
STM32F103RBT6 内部的PWM 输出信号，在其和功率放大器之间加上光隔6N137，5V 供电，这是
一款转换速率到10M 的光电隔离芯片。
[0019] 电机速度是通过光电编码器测量，编码器为增量型，1000 线，通过光电隔离，进入
主控芯片，选用的是计数器对其进行测速，使用芯片的捕获功能。
[0020] 电流速度是通过电流传感器进入AD 转换器，再进入主控制器。
[0021] 对于电动机驱动模块设计，即PWM 输出经过光隔，再选择功放，让其信号放大到能
驱IRF540 即可。
[0022] 对于控制器来说，使用的是双闭环控制方法，外环是速度环，内环是电流环。外环
的输入信号是速度差信号，即额定速度与实测的电机速度之差，经过相应的算法运算，进行
输出，该输出信号是电流环的输入信号。电流输入信号可进行归一化处理，电流环同样经过相应的算法运算，给一个输出，输出信号经过逆变换，作为空间矢量变换输出。
[0023] 此种交流伺服电机速度控制系统，可靠性较高，控制系统较为简单，易于维护，体
积小，对于不同的控制精度要求，可编程选择时钟参数进行控制，方便灵活。系统设计较
为简单，降低了维护成本。采用STM32F103RBT6 单片机结合模糊CMAC 算法实现的PID 控
制器，能够克服PID 的参数不易设定，抑制意外干扰，有效提高了电机的控制性能。采用
STM32F103RBT6 作为主控芯片，所需的功耗小，运行速度快，成本较低。
[0024] 当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，
本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应
属于本实用新型的保护范围。
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