仅供参考。
题目4：微机控制直流伺服三环系统设计。
一、总体控制方案设计
一）确定系统的控制任务。
应将电流调节器的控制输出值作为计数值直接送到计数器生成 pwm 信号，则pwm 信号发生器和pwm 功率放大器形成的数字控制量到模拟电压。
输出量之间的增益为：
给出系统组成粗框图。
图1 系统总体结构框图
二）输入输出通道及其接口设计。
电流反馈通道可由霍尔元件、两级运算放大器和 a/d 转换器组成。
转速反馈通道由光速电脉冲发生器，光电隔离器 pc900 、可编程门阵列gal16v8 和计数器、定时器等组成。
位置反馈通道由光电脉冲发生器、光电隔离器pc900 、可编程门阵列gal16v8 以及计数器 t1和计数器 t2组成。
电动机在一个位置环采用周期内位置偏移量为。
控制输出通道可由 8254 计数器的两个计数通道#0计数器和#1计数器构成。
伺服系统给定输入方式比较简单的有拨码开关、模拟旋钮和脉冲发生器等。给定输入通道由上位微型计算机、电平转换电路 mc1488 、mc1489
和串行通信接口电路组成。
二、微型计算机选择及系统原理组成
一）控制器的选择。
以合适的微处理器为核心构成全数字式三环直流伺服系统的控制方案，给出其原理框图，如以8051系列单片机为控制器等。
图2 以8086cpu为控制器的三环伺服控制系统原理图。
图3 以8097单片机为控制器的三环伺服控制系统原理图。
二）输入输出通道及接口设计。
1. 电流反馈。
电流反馈可由霍尔元件、运算放大器和a/d转换器组成。
2. 速度反馈。
可采用光电脉冲发生器加测速度。
方法可采用变 t 法速度检测方式。高速脉冲输入单元（hsi）是mcs-96 系列单片机中很有特点的内部硬件资源。his单元的结构如图所示：
图图4 高速脉冲输入单元hsi结构。
his 可以产生三种中断形式：①保持寄存器装入数据 ；②fifo有六个事件数据信息；
hsi03. 位置反馈。
位置检测也可由光电脉冲发生器完成，三、控制算法设计。
数字控制器可以用直接数字的设计方法，也可以用模拟调节规律数字化。
的设计方法。由于直流传动系统的模拟调节规律设计方法比较成熟，应用方便，在这里我们有后一种方法来设计电流环、速度环和位置环的数字控制器。
一）电流环控制器设计。
将电流环按典型i型系统校正，电流调节器应为 pi 调节器，电流调节器的传递函数为：
电流环的简化动态结构图。
二）速度环控制器设计。
当速度环截止频率时，电流环的等效传递函数近似为。
将转速环校正成典型ⅱ型系统，转速调节器也是 pi调节器，设其传递函。
数为。则速度环的简化动态结构图如图所示：
三）位置环控制器设计。
结构图如图所示：
位置环的开环截止频率，选取位置环的采样角频率，得位置环的采样周期。
四、硬件设计。
在系统总体设计和微机选择的基础上， 对系统硬件电路做进一步的剖析和设计。构成本系统的硬件电路可以在单片机开发装置应用板的基础上扩充， 也可以自行设计一块印刷电路板。画出详细的硬件系统电气原理图，为系统硬件电路的施工、制作和安装做好准备，这是系统能够运行的基础，硬件设计不合理，可靠性差，系统将无法运行。
注意要考虑电源的提供。
五、软件设计。
一）硬件与软件的功能分配。
系统软件的主要任务有：
1)系统初始化，系统初始化包括设定堆栈指针，给主程序标志寄存器送。
初始状态值，对电流调节器、速度调节器、位置调节器设定初始状态值和参。
数，给a／d转换器、hsi、sio、8254等硬件送控制字，确定它们的工作方。
式和初始工作参数。
2)对电流反馈、速度反馈、位置反馈采样，包括读a／d的转换结果，读hsi事件的时间值和状态值，并按堆栈方式存储，读计数器t的#
二）系统初始化程序模块。
三）主程序模块。
四）位置采样及数据处理程序模块。
五）控制算式和运算流程图。
在用汇编语言编制控制算法程序时，需要特别注意如下几个问题：
1.小数运算 2.符号运算 3.溢出 4.积分丢失。
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