单片机伺服系统讲解

A. 简述数控装置和伺服系统的功能

1.开环控制数控系统：
这类数控系统不带检测散团明装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件，如图3所示。CNC装置输出的指令进给脉冲经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构(齿轮箱，丝杠等)带动工作台移动。这种方式控制简单，价格比较低廉，被广泛应用于经济型数控系统中。
图3
开环控制数控系统
2.半闭环控制数控系统：
位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制，其控制框图如图4所示。由于闭环的环路内不包括丝杠或滚、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如闭环控制数控系统，但其调试方便，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。
图4
半闭环控制数控系统
3.全闭环控制数控系统：
位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制，其控制框图如图1-12所示。这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态很难达到。
图5
全闭环控制数控系统
三、按数控系统功能水平分类
1.经济型数控系统：又称简易数控系统，通常仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类冲告的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，如：经济型数控线切割机床，数控钻床，数控车床，数控铣床及数控磨床等。
2.普及型数控系统：通常称之为全功能数控系统，这类数控系统功能较多，但不追求过多，以实用为准。
3.高档型数控系统：指加工复杂形状工件的多轴控制数控系统，且其工序集中、自动化程度高、功能强、具有高度柔性。用于具有5轴以上的数控铣床，大、中型数控机床、五面加工中心，车削中心和柔性加工单元等。

B. 基于单片机或嵌入式计算机的伺服电机控制系统

从降低成本角度，你说的功能直哪纳接用单片稿枣机就可以控制实现键缓拆，没必要用ARM LINUX 嵌入式，更多交流参考我空间文章发。

C. 单片机绕线机自动排线原理

单片机绕线机自动排线原理是：
1、单片机以脉冲的形式向伺服驱动器发送控制信号，自动绕线机控制系统中的伺早帆服驱动器是明备伺服系统中的核心部件，其起到了对伺服电机的控制与对排线指令的传达任务，
2、伺服控制系统与伺服电机联合组成了完整的闭环伺服机构，伺服电机工作产生的电机脉冲数可以通过控制系统中的编码先传达到伺服驱动器中，通过与预设的脉冲数值进行比较运算，可以正确的识别伺服电机的位置，并且进陆槐雹行识别。通过这种方式，可以有效的提高伺服电机定位精度，与此同时，系统对PLC的输入脉冲也能够很好的接收，并且传达给伺服电机，实现的完整的控制循环。

D. 伺服电机的工作原理

伺服电机工作原理
1.伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服消没电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 2.交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3.伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子拿手纳转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，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。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降， 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。 永磁交流伺服电动机 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国着名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： ⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 ⑵定子绕组散热比较方便。 ⑶惯量小，易于提高系统的快速性。 ⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。 自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模薯野拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘆或抟旌鲜绤、撊只瘆的永磁交流伺服系统。 到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。 日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。 以生产机床数控装置而着名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中 期也推出了S系列（13个规格）和L系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列 有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。 日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。 德国力士乐公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。 德国西门子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类，共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列，最多的可供6个轴的电动机控制。 德国博世（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的SD系列（17个规格）和稀土永磁的SE系列（8个规格）交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器。 美国着名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部（Motion Control Division），生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服 驱动器。后合并到AEG，恢复了Gettys名称，推出A700全数字化的交流伺服系统。 美国A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。 I.D.（Instrial Drives）是美国着名的科尔摩根（Kollmorgen）的工业驱动分部，曾生产BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹣盗袛（Goldline）永磁交流伺服电动机，包括B（小惯量）、M（中惯量）和EB（防爆型）三大类，有10、20、40、60、80五种机座号，每大类有42个规格，全部采用钕铁硼永磁材料，力矩范围为0.84～111.2N.m，功率范围为0.54～15.7kW。配套的驱动器有BDS4（模拟型）、BDS5（数字型、含位置控制）和Smart Drive（数字型）三个系列，最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。 爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部，现合并到AEG，以生产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。 法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列（长型）和GC系列（短型） 交流伺服电动机共14个规格，并生产AXODYN系列驱动器。 原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永磁，有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度，各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩范围为7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6个机座号17个规格，力矩范围为0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。 近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统，其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型，功率从0.03～5kW，共18种规格；中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列，功率从0.75～4.5kW，共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.5～5kW，有7种规格。 韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统，其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号，功率从15W～5kW。 现在常采用（Powerrate）这一综合指标作为伺服电动机的品质因数，衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续（额定）力矩和转子转动惯量之比。 按功率变化率进行计算分析可知，永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D 的Goldline系列为最佳，德国Siemens的IFT5系列次之。 伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显着特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线） 交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。 交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。

E. 伺服是什么

“伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名——伺服系统。

伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出，能够跟随输入量（或给定值）的任意变化而变化的自动控制系统。在自动控制系统中，能够以一定的准确度响应控制信号的系统称为随动腊亏系统，亦称伺服系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求，对早孙功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制得非常灵活方便。

(5)单片机伺服系统讲解扩展阅读：

通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。

1、故障原因

①电源未通（至少两相未通）；

②熔丝熔断（至少两相熔断）；

③过流继电器调得过小；

④控制设备接陆局链线错误。

2、故障排除

①检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；

②检查熔丝型号、熔断原因，换新熔丝；

③调节继电器整定值与电动机配合；

④改正接线。

F. 单片机如何控制伺服的速度

可以控制。
用S52定时计数器2，设置为可编程时钟输出，特方便
12M的晶振
振荡频率/（4*（65536-初装值））

汇编代码：
MOV C9H,#00000010B ;定时器2设为时钟输出
MOV CAH,#F9H ;T2寄存器低8位装入初值
MOV CBH,#FFH ;T2寄存器高8位装入初值
MOV C8H,#00000100B ;开定时计数器T2
运行此代码P1.0口输出500k方波
改变初装值改变速度
关闭脉冲输出命令，电机停止转动
MOV C8H,#00000000B ;关定时计数器T2

加入停止开关和运转指示灯

MOV C9H,#00000010B ;定时器2设为时钟输出
MOV CAH,#F9H ;T2寄存器低8位装入初值
MOV CBH,#FFH ;T2寄存器高8位装入初值
MOV C8H,#00000100B ;开定时计数器T2
CLR P1.3 ;开指示灯
1: JB P1.5，1；检测停止按键
MOV C8H,#00H ;关定时计数器T2
SETB P1.3 ;关指示灯

加入启动、停止、方向转化开关和运转指示灯
；P1.0运行脉冲信号输出
;P1.1方向信号
;P1.2（脱机使能信号）不明白你要干什么用
;P1.3运转指示灯
；P1.4启动按键开关
；P1.5停止按键开关
；P1.6方向按键开关
变初装值 0000H—FFFFH输出频率50HZ—3MHZ之间自由设定

MOV C9H,#00000010B ;定时器2设为时钟输出
MOV CAH,#F9H ;T2寄存器低8位装入初值
MOV CBH,#FFH ;T2寄存器高8位装入初值
KGJC:
JNB P1.4，KS；检测启动按键
JNB P1.5，TZ；检测停止按键
JNB P1.6，HX；检测方向按键
AJMP KGJC
TZ:MOV C8H,#00H ;关定时计数器T2
SETB P1.3 ;关指示灯
AJMP KGJC
KS:MOV C8H,#03H ;开定时计数器T2
CLR P1.3 ;开指示灯
AJMP KGJC
HX:CPL P1.1;方向信号

G. 伺服系统的原理介绍

伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变信棚换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。
伺服电机工作原理:
伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，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。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，滑判则产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，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。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
一、交流伺服电动机
交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组rf，它始终接在交流电压uf上；另一个是控制绕组l，联接控制信号电压uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。
交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电冲好阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。
交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

H. 我知道用PLC 控制伺服电机，单片机又如何控制伺服的速度

PLC是模块化的产品..底层的控制算法是已经做好的..你的指令就相当于调用一个API..这个API对于你来说就是黑盒，输入一组期望值，然后输出实际的被控量。现在用空白的单片机就是要粗基把这个API实现了..你说的伺服电机看具体什么电机了..不同电机驱动方法不一样，驱动电路也不同，然而编码器的原理是一样，你可以在单片机中设置一个固定的周期，如用定时器或者固定频率的PWM中断实现，这个周期作为控制周期，计数编码器在这个周期内指拍输出的脉冲数就是电机的表征速度，这个速度通过你的这个周期和编码器的线数能够换算岩逗谨成实际速度，然后对这个速度积分，在离散的数字系统中就是累加，就可求得转过的角度即绝对位置。。

I. 各位大侠，，，能否告知如何用单片机控制一部伺服电机

同学,老实说,不用伺服驱动器基本不可能,因为单片机要直接驱动一部交流伺服电机需要大量数字信号处理(乘除,三角变换).
如果系统里包含伺服驱动器,你有两个办法.
一.让伺服驱动器工作在位置模式(CP脉冲/DIR方向接口),单片机只要能用定时器产生脉冲就可以了,硬件上用光耦,集电机开路输出给伺服驱动器.
二.让伺服驱动器工作在速度模式(ANALOG模拟量接口),单片机+DAC产生-10v~+10V模拟量控制电机方向(模拟量极性)和速度(模拟量幅值). 速度控制上还有2种方法,可以用软件来做PID控制,缺点速度慢,受单片机速度影响大,也可以用运放电路来做PID缺点,Kp Ki Kd参数一旦固定,不易改变,但速度最快.

J. 伺服系统的基本概念是什么具体点最好 谢谢大家了

伺服控制系统主要是为了达到下面几个目的：
1).以小功率指令信号控制大功率的负载。火炮控制和船舶控制就是典型的例子。
2).在机械没有连接的情况下，由输入轴控制远处的输出轴，实现远距离同步传送。
3).使输出机械位移能够精确的跟踪电信号，如记录和指示仪表等。
衡量伺服控制系统性能的主要指标有频带宽度(简称带宽)和精度。频带宽度由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的老亩带宽主要受控制对象和执行机构的惯性限制。惯性越大，带宽越窄。侍春森一般的伺森烂服系统的带宽小于15赫，大型设备的伺服系统的带宽在1~2赫一下