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介绍一种高精度位置环系统

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:本文简要叙述了高精度位置环系统的组成方法,详细阐述了光电编码器在位置环中的应用原理和速度修正方法。概述了单片机及串行D/A的应用。
  关键词:光电编码器,位置控制,测速发电机,恒速控制。
  
  0引言:
  
  我们在为某单位开发一种高精度恒速泵产品时,需要一种速度调节范围达1:100000以上﹑稳定精度≤0.3%调速系统。我们查阅了国内有关生产伺服控制系统厂家的产品,几乎没有一家能满足要求。为了研制该产品,我们经过认真分析,仔细论证后,决定采用光电编码器作反馈元件,用单片机测出光电编码器每分钟脉冲输出个数,与给定的速度量进行比较然后改变D/A输出电压幅度,送给伺服系统调整电机转速,最终将电机速度控制在±0.3%以内。试验证明该方案是可行的。
  
  现将该系统的组成原理及实现方法作一个简单的介绍。
  
  1实现原理:
  
  
  
  图1中的系统是传统的带PID调节的直流伺服速度控制系统。对于控制精度较低的产品虽能满足要求。但对于精度要求高的场合就不能适应了。这是因为:当电机运转一段时间后,电机温度随着工作时间加长而不断上升,而反馈元件(测速发电机)与伺服电机同轴连接,故测速发电机的温度也随之升高。因为测速发电机是用永磁磁缸制成,其转子线圈切割磁力线而产生电势,其值为:
  
  Ea=εa∝N
  式中Ea为测速机输出电势
  εa为测速机电势常数
  N为电机转速
  
  一般情况下,εa是个常数,测速发电机产生的电势Ea正比于转速N。而实际上电机温度上升后εa已经发生了变化,通常情况下是下降的,εa变小,故Ea也变小。而此时电机转速并未下降,反馈到速度环的电压Δu随之上升,促使电机转速上升,迫使Ea上升,从而达到Δu维持不变。这样,随着电机温度上升,电机的速度也慢慢上升,而给定值并未改变,这就引起电机转速的误差增大。根据实际测量一般电机温度每上升100℃,电机转速的误差会增大1-3%左右。电机转速越低,相对误差越大。
  
  为了纠正电机转速的偏差,采用600线/转的光电编码器作反馈元件,与电机同轴安装,就可以准确测出电机的转速。因为光电编码器是由激光照射光珊发出脉冲的,而光珊安装在光电编码器的转轴上,转轴每转一周(3600)编码器就产生600个脉冲,该脉冲只与转轴速度有关,而与温度无关。因此,只要准确测出光电编码器的脉冲个数,就可确切知道电机的转速。
  
  例如,当电机的转速ND=1000转/分,则每秒钟光电编码器的脉冲个数应为
  n光=1000*600/60
  =10000(个脉冲)
  若
  ND=1转/分
  n光=1*600/60=10(个)
  如果实际测量值与上述理论计算值有偏差,则可以通过调节D/A输出电压调整电机的转速,最终使
  Δn=ND测-ND理
  这样就可以将电机的转速控制在我们所希望的误差范围内。
  
  2元器件的选择;
  
  2.1伺服系统(速度环)选用SC5HC60型直流脉宽伺服系统,调速范围可达1:10000以上,速度精度为0.5%FS。
  
  2.2电机选用稀土直流宽调速

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