数字伺服系统

　　伺服系统是自动控制系统中的一类，原称位置随动系统，简称随动系统。伺服系统是用来控制被控对象的某种状态，使其能自动地、连续地、精确地复现输入信号的变化规律，通常是闭环控制系统。
　　本节所介绍的伺服系统是以计算机作为控制器的数字伺服系统。自动控制理论和计算机技术是数字伺服系统技术的两个主要依托。下面介绍以单片机作为控制器的直流电机数字伺服系统设计。
　　本系统的设计目的是设计以单片机为核心的控制系统，通过数字控制器对直流伺服电机输出转角进行控制。
　　1． 系统硬件设计
　　硬件系统由单片机、电源、键盘显示器、数字控制器、直流伺服电机、光电编码器和可调整模拟负载组成，系统硬件原理图如图1所示。
　　单片机与外部ROM、RAM的接口：PSEN低电平时，读ROM（27512）；RD为低时，读RAM（6264），WR为低时，写6264。
　　单片机与A/D芯片的接口：当A14为低时，RD、WR对ADC0809操作。ALE与START相连，地址锁存同时启动A/D转换。ADC0809的IN0做位置及速度的参考输入。
　　单片机与DAC0832的接口：WR为低时，DAC0832将数据总线上的数据转换为单极性电流输出。
　　PWM功率放大器原理：运放IC9A、IC9B及其外围元件构成了三角波发生器，IC10A做比较器，模拟量与三角波电压比较，输出宽度可变的方波脉冲。
　　
　　　　　　　　　　　图1 系统硬件原理图
　　键盘显示器设计：RXD接最高位74LS164串行移位寄存器，TXD接74LS164外部时钟引脚。74LS164并行输出端接LED段驱动输入端。TXD受p3.2控制，p3.2低时，TXD驱动显示器；p3.2高时，对键盘操作。
　　2．伺服系统控制器设计
　　设伺服电机位置随动系统传递函数为，其中，k=3724，T₁=1.81，T₂=0.038，T₃=0.15。
　　根据第五章第三节介绍的二阶工程设计法，校正后系统开环传递函数为
　　
　　则应选择如下形式的控制器
　　
　　即
　　由，得，即模拟控制器为。
　　利用后向差分法对模拟控制器进行离散化，得到数字控制器
　　
　　3．系统软件设计
　　本系统应用软件包括主程序，D/A转换子程序，A/D转换子程序及控制子程序，其程序流程图如图2所示。从而实现了对直流伺服电机的位置控制。
　　
　　图2 位置随动系统控制程序流程图