全数字超低速随动系统
刘景林，马瑞卿，戴冠中，刘卫国
(西北工业大学，陕西 西安 710072)
摘要：介绍了以80c19 6kc单片机为核心的全数字超低速随动系统，分析探讨了系统的控制规律和实现方法。该系统具有较高的精度和良好的低速性能。
关键词：单片机；低速；精度；控制
中图分类号；tm301 文献标识码：a 文章编号：1001-6848(2000)06-0022-03
1 引 言
目前，低速随动伺服系统的研发和应用不断深入和拓展，广泛应用于自动控制、机械加工、通讯、雷达、火炮、航空航天等领域。随着科学技术的发展，对系统的低速性能及精度提出了更高的要求。
16位单片机8019 6kc系列功能强大，具有实时运算处理速度快、抗干扰能力强、控制功能丰富等特点，适于各种控制伺服系统[1]。利用单片机适于进行实时控制的特点，本文设计了以单片机最小系统为基础的全数字超低速伺服系统，采用多闭环（位置、速度、电流）控制，系统具有优越的超低速性能和良好的控制精度。
2 系统方案
本系统采用位鬣、速度、电流三环实现伺服跟踪，系统控制方框图如图1所示。
为降低超低速度条件下运行的转矩脉动和抖动现象，电机采用无槽型正弦波驱动的无刷电机。电机旋转昀角度位置由双通道的高精度旋转变压器进行检测，并经由rdc转换电路输入单片机80196kc进行采样和运算，实现角度位置反馈测量、速度反馈计算和转子转过的位置确定。系统的电流反馈通道为主功率母线电流经放大后送80c196kc单片机的a/d电路完成采样。
本系统的基本构成如图2所示，主控单元采用80c196kc单片机完成，pc机通过单片机来完成系统的监控。当无pc机监控时，80c19 6kc可独立的接受外部指令，从而实现位置的伺服跟踪。逻辑脉冲分配电路将单片机计算出来的6路spwm信号与保护电路来的信号进行综合，经光电耦合及驱动控全数字超低速随动系统 刘景林 马瑞卿 戴冠中，等制的6支功率晶体管组成的三相桥式逆变器，实现电机的运行。
3伺服电机
3.1驱动方式
无刷电机的驱动方式有两种，即方波驱动和正弦波驱动。
方波驱动时，定子绕组按照一定规律顺序循环通电，因而电枢磁场在3600内分成若干个磁场状态，在每种状态中磁场大小方向恒定，所以电机运行一周期电枢磁场为非连续性跳跃式，易造成转矩波动[2]，在低速下则更为显著；正弦波驱动时，三相绕组通入对称三相交流电，电枢磁场为圆形旋转磁场，方向连续变化，使电机电磁转矩平稳，具有良好的低速特性，因此，采用正弦波驱动是适宜的。
3.2槽型选择
由于本系统跟踪速度极低，常规有槽电机尽管可采用斜槽等措施减小齿槽力矩，但仍无法根除，对超低速条件下的运转十分不利。本电机采用无槽结构，可使电机磁路均匀，转动平稳，为实现良好的低速性能奠定了基础。当然，无槽电机增加了制造难度，成本上升，也使电机单位力能指标有所牺牲。
3.3绕组形式
正弦波驱动的无刷电机其绕组反电势波形应为正弦波，即要使其波形正弦度尽可能的提高。
根据电机原理，电势正弦性畸变可由下式给出：
为了有效地消除高次谐波的影响，保证波形正弦性，采用合适的短距绕组，以消除5、7次谐波，并且取分数槽绕组，消除高次谐波的影响。
4 主功率电路
本系统采用dc/ac三相桥式逆变器作为无刷电机供电电源，其中电阻风01-r103为三个桥臂的限流电阻。其作用是防止桥臂直通时击穿功率管，从而提高系统可靠性。电容c105- |
