何志祥---基于ARM控制的交流伺服系统设计.doc

课程设计报告 （运动控制模块） 学 院：电气工程与自动化学院 题 目：基于ARM控制的交流伺服系统设计 专业班级：自动化112班 学 号：03 学生姓名：何志祥 指导老师：翁发禄老师 2014 年 1 月 14 日 摘 要 运动控制技术能够快速发展得益于计算机、高速数字处理器、自动控制、网络技术的发展。基于ARM的控制器逐步成为自动化控制领域的主导产品之一。高速、高精度以及具有良好可靠性始终是运动控制技术追求的目标。 随着自动化水平的不断提高，越来越多的工业控制场合需要精确的位置控制。因此，如何更方便、更准确地实现位置控制是工业控制领域内的一个重要问题。自动化 1 Abstract 2 1.1伺服电机控制技术现状[1] 4 1.2伺服调速控制技术发展趋势[1] 5 1.3 课题主要研究内容 5 第2章 相关技术简介 7 2.1 交流伺服电机的控制原理简介[2][3] 7 2.2 STM32简介 10 第3章 系统硬件设计 11 3.1总体设计 11 3.2硬件布局设计 11 3.3强电电路连线设计[4] 12 3.4 ARM核心板电路图 12 第4章 系统软件设计 14 4.1 交流伺服系统程序框图 14 4.2 测速方式及原理[5] 14 4.2.1 M法数字测速 15 4.2.2 T法数字测速 16 4.2.3 M/T法数字测速 17 4.3 程序设计 18 第5章 系统调试及注意事项 19 5.1系统的调试 19 5.2系统的注意事项 19 第六章 小结 20 致 谢 21 参考文献 22 附录1 23 附录2 24 1. 液晶屏显示 24 2. PWM，中断程序 25 3. 编码器程序 31 4. 主程序 32 第1章 绪论 1.1伺服电机控制技术现状[1] 从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术——交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。　　交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类：永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。其中，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低，发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。　　系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM。为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM的安全工作。速度环和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。电流调节器若为比例形式，三个交流电流环都用足够大的比例调节器进行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。电流用比例调节，具有结构简单、电流跟随性能好以及限制电动机起制动电流快速可靠等诸多优点。 1.2伺服调速控制技术发展趋势[1] 由于现代微电子技术的不断进步以及电力电子电路良好的控制特性，使几乎所有新的控制理论，控制方法都得以在交流调速装置上应用和尝试。现代控制理论不断向交流调速领域渗透，特别是微型计算机及大规模集成电路的发展，使得交流电动机调速技术正向高频化、数字化和智能化方向发展。 近年来电力电子装置的控制技术研究十分活跃，各种现代控制理论，如自适应控制和滑模变结构控制，以及智能控制和高动态性能控制都是研究的热点。这些研究必将把交流调速技术发展到一个新的水平。控制系统的软化对CPU芯片提出了更高的要求，为了实现高性能的交流调速，要进行矢量的坐标变换，磁通矢量的在线计算和适应参数变化而修正磁通模型，以及内部的加速度、速度、位置的重叠外环控制的在线实时调节等，都需要存储多种数据和快