基于ARM7的交流伺服电机控制系统研究

收稿日期： 2010－07－07 作者简介： 宫达磊（1984-）， 男， 山东莱阳人， 硕士研究生。 主要研究方向： 机器人技术。
较， 来调整电机的频率与脉冲数， 使指令位置与实际位 置一致， 达到精确定位的要求， 控制系统结构见图 1。
2 硬件组成
频率输入
控制信号 位置控制
PI 速度 控制器
PWM 发生器
4 结论
本文较系统的归纳和总结了风力发电各个系统的数 学模型 ， 并 建 立 了 基 于 AMESim/Simulink 的 风 力 机 联 合 仿真模型， 通过模拟低于额定风速、 等于额定风速、 高 于 额 定 风速 等 三 种 实 际 工 况 的 喘流 强 度 10%的 风 速 下 ， 得到桨距角、 发电机转速、 输出功率等的变化信息， 并 分析仿真的数据， 验证了变桨距系统在各种工况下都能 正常的工作， 说明了风力机系统模型的合理性。 参考文献： [1] http://www.iet.auc.dk/Research/research_prog/ wind_turbine/Projects/
AC Servo Motor Control System Based on ARM7
GONG Da-Lei， LIAO Qi-Zheng， WEI Shi-Min， GUO Lei （Automation School， Beijing University of Posts and Telecommunications ， Beijing 100876， China） Abstract： Based on ARM7 processor as the core, with certain peripheral circuit to position sensor is used as the feedback, through the PID control strategy to realize the position AC servo motor control. This control method can realize the precise positioning system, which has high value. Key words： ARM7； AC servomotor； position sensor； PID
驱动器 伺服电机
接
光
编
近
电
码
传
传
器
感
感
器
器
所以具有很强的抑制噪声干 扰能力， 起隔离作用， 可防
图 2 硬件组成
止强电磁干扰。 磁耦隔离电路设计如图 3 所示。
3 PID 控制算法
模糊自整定 PID 控制器以误差信号 e 和误差变化信
107
·测试与控制·
号 ec 作 为 输 入 （利 用 模 糊 控 制 规 则 在 线 对 PID 参 数 进 行修改）， 以满足不同时刻的 e 和 ec 对 PID 参数自整定
限位开关和位置传感器的信号采集、 以及和 PC 机通信。
PC 机 与 ARM7 之 间 通 过 RS232 串 行 接 口 通 信 。 硬 件 组成如图 2 所示。
系统信号由磁耦耦合器
PC 机
信号
指令 ARM7
高速磁 偶隔离
高速磁 偶隔离 位置
反馈
输出通道传入控制电机， 并 且传感器反馈回的信号也通 过磁耦耦合器回到控制器中，
108
SimPlatformPrj/htm_files/SimulationTools.htm ，2007. [2] Boukhezzar B., Lupu L., Siguerdidjane H., Hand M. Multivariable
control strategy for variable speed,variable pitch wind turbines. 1273~1287. [3] 叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社, 2006. [4] S覬rensen P. Hansen A. D. Wind models for simulation of power fluctuations from wind farms. Journal of Wind Engineering.2002，90. [5] Florin Lov, Hansen Anca Daniela, Sorensen Poul, Blaabjerg Frede. Wind Turbine Blockset In Matlab/Simulink. Aalborg University，2004.
本文为实现准确定位， 采用了位置传感器作为位置 检测的闭环控制， 位置传感器将检测到的实际位移反馈 给控制器， 通过 PID 计算， 来实现电机实际与指令的统 一， 从而达到精确定位的要求。
1 系统硬件设计
伺服电动机在本控制系统中， 用作执行元件， 把所 收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输 出。 位置传感器将检测到的工作平台的实际位移反馈给 控制器， 控制器根据接收到的信号与要求的位移进行比
号， 控制电机精确的运 动到指定位置， 如果出现 误差， 通过 PID 计算， 进 N 行误差补偿， 直至电机精 确运动到指定位置。 系统 N 程序流程如图 5 所示。
初始化
检查串口 是否打开
Y 检查是否接 受有数据
Y
5 结束语
电机根据指令运 动到指定位置
PID 计 算
电机定位 误差测定
本 文 主 要 以 ARM7 作为核心处理器， 对交
N 检测电机是否运 动到指定位置
电机误差 补偿功能
流伺服电机进行控制，
Y
有效的利用外围电路、
结束
ARM7 的内部资源以及电 机特性对交流伺服电机
图 5 系统程序流程图
控制系统的运行特性有一定的了解。 本方案可以应用于
精确定位项目中， 具有一定的经济跟实用价值。
参考文献：
[1] 窦 振 中.模 糊 逻 辑 控 制 技 术 及 其 应 用[M].北 京 航 空 航 天 大 学 出 版
第 23 卷第 5 期 2010 年 9 月
机电产品开发与创新
Development ＆ Innovation of Machinery ＆ Electri1002－6673 （2010） 05－107－02
基于 ARM7 的交流伺服电机控制系统研究
Vol．23,No．5 ·S测e试p．,与20控10制·
整个控制系 统为一两级的控 制系统， 上位机 系统主要由一台
位
速度控制
置
反
伺服电机
馈
位置检测
图 1 系统结构图
PC 机组 成 ， 下 位 机 控 制 系 统 主 要 由 LPC2210 [2] 系 列 的
ARM7 组成， 上位机负责给控制系统发送运动指令控制，
ARM7 指 示 系 统 运 动 到 的 目 标 ， 并 完 成 完 成 电 机 驱 动 、
[5] 周凤星, 杨磊. 数字控制 PWM 直流 伺 服 系 统 的 设 计[J].武 汉 科 技
大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） ，1998 ，3.
（上接第 96 页）
均开启工作， 发电机转速通过改变桨距角来跟踪相应 的速度给定值， 从图中可知转速保持在给定值附近 （偏 差小于 1.5%）； 功率控制系统是一个伺服环 ， 它通过转 子电流控制器 （RCC） 对发电机转差率进行控制 ， 使发 电机功率跟随功率额定值， 从仿真功率曲线可以看出， 功率保持在额定值2MW 附近。
宫达磊， 廖启征， 魏世民， 郭 磊
（北京邮电大学 自动化学院， 北京 100876）
摘 要： 以 ARM7 为核心处理器， 辅以一定的外围电路， 以位置传感器作为反馈， 通过 PID 控制策略， 实现 对交流伺服电机的位置控制。 该控制方法能实现系统的精确定位， 具有较高的使用价值。
关键词： ARM7； 交流伺服电机； 位置传感器； PID 中图分类号： TH-39 文献标识码： A doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2010.05.043
图 3 磁耦隔离电路图
的要求。 模糊自整定 PID 控制器结构， 如图 4 所示。
r—输入的指令 ； y—实际输出的数值 ， PI 控制器由
ARM7 通过编程实现控制控制 r 与 y 的控制偏差。
模 糊 自 整 定 PID 控 制 是 找 出 PID 的 3 个 参 数 Kp、
Ki、 Kd 与 e、 ec 之间的模糊关系 ， 在运算中通过不断检
社 ，1995.
[2] 周立功.ARM 嵌入式系统试验教[M].北京航空航天大学出版，2005.
[3] 殷华文．PLC 对步进电机的控制技术[J]．组合机床与自动化加工技
术 ，2003 ，8．
[4] 杨伟宏，张伟，王斧 ，基 于 USB 接 口 的 步 进 电 机 驱 动 卡 的 设 计[J]．
计 算 机 应 用 与 软 件 ，2004 ，11．
0 引言
交流伺服电机具有体积小， 重量轻， 大转矩输出， 低惯量和良好的控制性能等优点， 已广泛应用于自动控 制系统和自动检测系统中作为执行元件， 将控制电信号 转换为转轴的机械转动。 由于伺服电机的定位精度相当 高， 现代位置控制系统已越来越多地采用以交流伺服电 机为主要部件的位置控制系统。
但是， 由于伺服电机在定位过程中， 有许多问题都 有可能对定位精度产生干扰， 齿轮间隙、 颤抖、 尤其是当 负载较大时具有的冲击现象， 都对定位精度很大的影响。
测 e 和 ec， 根据模糊控制原理来对 3 个参数进行在线修
改 ， 以 满 足 不 同 e 和 ec 对 控 制 参 数 的 要 求 ， 从 而 使 被
ec d/dt
模糊控 制器
e Kp Ki Kd
r