數字伺服系統

　　伺服系統是自動控制系統中的一類，原稱位置隨動系統，簡稱隨動系統。伺服系統是用來控制被控對象的某種狀態，使其能自動地、連續地、精確地復現輸入信號的變化規律，通常是閉環控制系統。
　　本節所介紹的伺服系統是以計算機作為控制器的數字伺服系統。自動控制理論和計算機技術是數字伺服系統技術的兩個主要依托。下面介紹以單片機作為控制器的直流電機數字伺服系統設計。
　　本系統的設計目的是設計以單片機為核心的控制系統，通過數字控制器對直流伺服電機輸出轉角進行控制。
　　1． 系統硬件設計
　　硬件系統由單片機、電源、鍵盤顯示器、數字控制器、直流伺服電機、光電編碼器和可調整模擬負載組成，系統硬件原理圖如圖1所示。
　　單片機與外部ROM、RAM的接口：PSEN低電平時，讀ROM（27512）；RD為低時，讀RAM（6264），WR為低時，寫6264。
　　單片機與A/D芯片的接口：當A14為低時，RD、WR對ADC0809操作。ALE與START相連，地址鎖存同時啟動A/D轉換。ADC0809的IN0做位置及速度的參考輸入。
　　單片機與DAC0832的接口：WR為低時，DAC0832將數據總線上的數據轉換為單極性電流輸出。
　　PWM功率放大器原理：運放IC9A、IC9B及其外圍元件構成了三角波發生器，IC10A做比較器，模擬量與三角波電壓比較，輸出寬度可變的方波脈沖。
　　
　　　　　　　　　　　圖1 系統硬件原理圖
　　鍵盤顯示器設計：RXD接最高位74LS164串行移位寄存器，TXD接74LS164外部時鐘引腳。74LS164并行輸出端接LED段驅動輸入端。TXD受p3.2控制，p3.2低時，TXD驅動顯示器；p3.2高時，對鍵盤操作。
　　2．伺服系統控制器設計
　　設伺服電機位置隨動系統傳遞函數為，其中，k=3724，T₁=1.81，T₂=0.038，T₃=0.15。
　　根據第五章第三節介紹的二階工程設計法，校正后系統開環傳遞函數為
　　
　　則應選擇如下形式的控制器
　　
　　即
　　由，得，即模擬控制器為。
　　利用后向差分法對模擬控制器進行離散化，得到數字控制器
　　
　　3．系統軟件設計
　　本系統應用軟件包括主程序，D/A轉換子程序，A/D轉換子程序及控制子程序，其程序流程圖如圖2所示。從而實現了對直流伺服電機的位置控制。
　　
　　圖2 位置隨動系統控制程序流程圖