模糊PID控制高精度导航测试系统平台的设计(4)
图2.1 系统结构框图
各轴控制流程：数字信号发生器产生设定值；位置检测组件将当前轴的角度信息转换为数字量传送给微控制器；微控制器将设定值与测得的角度值相减得到误差，并按照控制算法计算出控制量，经D/A转换，输入到变频驱动器驱动电机，产生轴位移。这样便完成一个轴的完整控制，构成一个闭环位置控制系统，一直调节控制量直到误差角度满足精度。
2.4 系统主要模块硬件介绍
2.4.1 驱动模块
（1） 驱动方案的选择
伺服电动机分为交、直流两类。直流电机具有精确的速度控制、转矩速度特性硬、原理简单、控制方便等优点，但是直流电机的机械换向有着不可忽视的缺点：①换向电流以及电压、换向器表面的线速度存在最大允许值。超过这一最大值就需要采用更复杂的方案，增加了电机的制造成本和难度以及控制的复杂性。②由于要考虑换向器的可靠性工作，一般都把换向器和电枢的直径做得比较大，转动惯量就会变大，对系统的快速性是不利的。③由于机械换向结构的存在，必然会有换向火花，这就对应用环境提出了一些限制[18]。
交流电机具有结构简单，制造成本低，输出力矩大，无换向火花，以及文修文护简单等优点。它克服了直流电机换向器、电刷等机械结构所带来的一些缺点。虽然交流电机不易调速，但经过近年来不断发展与探索，新的控制策略如矢量控制的应用，使交流伺服系统的控制性能取得了长足的进步，其动、静态相应完全可以和直流电机相媲美。
经过比较，选择交流电机作为执行机构，三轴都选择型号为GYS201DC2-T2-B的电动机。变频器则选择配套的松下公司的FALDIC-W系列的变频驱动器。
2.4.2 微控制器模块
在数字伺服系统中，控制器的选择对数字伺服系统的品质具有举足轻重的作用，因此选择性能优良和合适的微处理器是数字伺服系统的关键。目前在控制系统中使用的微处理器主要有两种，单片机和DSP（数字信号处理器）。
单片机在事务处理和控制方面功能强大，开发工具齐全，开发环境成熟，可参考的资料众多[19]。而DSP器件具有更高的集成度，它内置增强的多级指令流水线和高效的硬件乘法器，因此能够进行高速运算，但它的成本也比较大，不太适合某些价格敏感的领域应用。单片机在控制场合应用很广泛，而DSP因其性能被广泛用于信号的计算分析。在考虑了性价比和应用场合等多种因素后，本系统采用单片机作微控制器。
综合考虑具体要求后，采用美国TI（Texas Instrument）公司的MSP430F149单片机，加上一些外围芯片组成微控制器模块。
2.4.3 位置检测组件
目前采用的位置检测组件主要有光栅、光电编码器、自整角机和旋转变压器。光栅是一种常用的位置检测元件，它可以高精度地进行位移测量，并且它的输出是数字量，容易与微控制器连接。但是光栅的价格比较高，而且对工作环境的要求也较高。光电编码器是一种光学式的位置检测元件，它的特点是非接触式测量，响应的速度快，但它抗污染能力差，抗震性差，易损坏。而自整角机与旋转变压器则是将电机的角度信号转换成对应的正余弦模拟电信号。一般情况下，旋转变压器对角度差的转换精度比自整角机高，所以常用于精度要求较高的系统中。
考虑本系统实际情况，并综合以上比较，选用的是双通道旋转变压器，粗精通道结合能够达到更高的精度。
上一篇：电动推杆驱动大开度自动门机构设计