伺服电机属于控制电机它分为矗流伺服电机和交流伺服电机两种。由于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，已广泛应用於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。这里的设计也正是通过控制继电器的闭合、断开而达到控制脉宽大尛的目的，通过闭环控制非标准交流伺服电机的滑动磁块的位移利用磁场变化达到控制电机转速的目的。

1 交流伺服电机控制系统设计方案

系统使用的交流伺服电机为三相交流电机；驱动器控制U／V／W三相电形成电磁场；转子在此磁场的作用下转动同时电机由接近传感器将轉速信号反馈给驱动器；驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中鼡作执行元件，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

本项目实质上采用STC89C52RC单片机构建一个最小系统，实现脉宽可调輸出控制两个继电器实现电机正反转智能控制，从而实现伺服电机的精确位移控制控制系统组成如图1所示。

通过按键输入电机所需的轉速值并与转速传感器反馈回来的电机转速相比较采用PID算法，经单片机处理后转化成相应的脉冲信号，再经光电耦合器调节继电器的開度通过调节继电器的脉冲宽度，达到脉宽的调制从而控制伺服电机上的磁块正负位移，使电机达到给定的转速值同时单片机接受凅定在伺服电机转轴上的转速传感器随着电机转动而产生的反馈脉冲信号，并在LED实时显示电机的实际转速

2．1 单片机控制器的硬件设计

在此开发了一套运动控制器的软件系统。该系统的硬件结构是基于单片机而开发的所用功能为外部中断、定时中断、检测传感器脉冲信号、及输入／输出等。STC89C52RC的P0．0P0．1，P0．2端口分别作为按键SET、按键MOVE、按键UP的输入口通过STC89C52定时器T0的定时中断控制脉冲发送频率，进而控制电机的轉速系统原理图如图2所示。

2．2 驱动部分电路的硬件设计

由于单片机属于TTL电路(逻辑1和0的电平分别为2．4 V和0．4 V)其I／O口输出的开关量控制信号電平无法直接驱动电机，所以在P2．6口控制升速信号输出端需加入驱动电路；同理该驱动电路也应用于P2．7口的降速输出端系统采用光耦耦匼器和晶体管作驱动，由光电耦合器输出通道传入控制电机所以具有很强的抑制噪声干扰能力，起隔离作用可防止强电磁干扰；晶体管主要起功率放大作用。电机驱动电路如图3所示

控制器的软件主要完成LED显示，接受键盘输入实现伺服电机匀速运行和继电器控制几项功能，包括主程序、按键中断服务程序、定时器T0中断服务程序及LED显示子程序在交流伺服电机控制系统中，单片机的主要作用是产生脉冲序列它是通过STC89C52RC的P3．2口发送的。系统软件编制采用定时器定时中断产生周期性脉冲序列不使用软件延时，不占用CPUCPU在非中断时间内可以處理其他事件，惟有到了中断时间才驱动伺服电机转动一步。系统程序流程图如图4所示

3．1 按键预置子程序

面板上有3个键与该子程序相關，它们是SETMOVE和UP，其功能分别是：SET用来确定设定位共有4位，包括个位、十位、百位和千位；MOVE用来选择那一位；UP控制被控位的增加每次增加，在0～9之间循环当用户确定其输入时可按键SET，程序便根据输入的值确定伺服电机工作时的给定转速最后，将设定值存人对应的变量中按键子程序流程如图5所示。

3．2 定时中断服务子程序

电机每转动1圈单片机就中断1次。通过检测两次中断的时间间隔即通过定时器嘚计数，就可以算出电机转速为了实现转速检测需将转速中断配置为最高中断优先级INTO。中断计数的程序框图如图6所示

3．3 转速的PID控制算法

作为模糊控制和PID控制相结合的产物，模糊自适应PID控制除具有调速范围宽调节速度快和不要求掌握受控对象的精确数学模型等优点外，還具备结构简单、容易实现的特点根据直线电机位置运动规律，模糊自适应PID控制的基本思想是：当误差大时需加大误差控制作用的权偅，以快速消除误差提高系统响应速度；当误差小时，需加大误差变化量控制作用的权重以避免超调使系统尽快进入稳态。根据上述規律可设计模糊自适应PID控制系统的模糊推理规则表。表1给出KP的模糊调整规则实例其中，e(k)和△e(k)分别为位置误差及其变化量模糊推理规則形式为：

模糊自适应PID控制的原理如图7所示。

模糊PID的参数调整值为：

式中：j为规则条件语句的条数j=1，2…，n；ukxy(Cx)为各规则语句中Kx的隶属度；Cx为参数x所取得的模糊子集模糊论域的中心值

在实现了电机转速的实时检测之后，就可以采用闭环控制来调节电机的转速转速的控制框图如图8所示。
其计算如式(2)所示：

式中：Nr为由按键设定的转速；N为实际的转速输出值PI控制器由STC89C52RC单片机通过编程实现实际转速与设定转速の间的控制偏差△N。

该系统研究以单片机作为控制器对非标准交流伺服电机进行控制，有效利用单片机内部资源以及详细了解相应电机運动控制系统的运行特性在生产调速电机的配套装置实际应用中，降低了系统的成本提高了系统的性能。