湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料
湖 南 工 业 大 学
本科毕业设计（论文）开题报告
（2015届）
学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 刘鹏斐 班 级： 电自1105 学号 11401300111 指导教师姓名： 王兵 职称 副教授
2014年3月10日
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题目：基于单片机的同步随动系统 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述 位置随动系统又称伺服系统, 主要用于解决位置跟随的控制问题[ 1]。系统要求具有足够的控制精度。位置随动系统在对生产过程和运动对象的控制以及在定位、瞄准、跟踪等装置中都占有显著的地位[ 2], 已经广泛应用于自动控制、机械加工、通讯、雷达、火炮、航空航天等领域[ 3]。 位置角、位置角速度、角加速度的测量是各种导航系统、大型雷达设施以及一些位置随动控制系统[1-4］感知自身状态的一种途径。在如今的位置控制系统中,位置角测量一般采用编码器、旋转变压器、自整角机[5-7］等位置传感器，所使用的传感器适用的环境条件各有优缺点，在一些特定的环境中必须使用自整角机为位置传感器，而自整角机作为角度传感器，其输出是三相与位置相关的模拟电压，不能直接被数字化处理设备直接处理，必须对自整角机三相模拟电压进行数字化处理。因此对自整角机信号的数字化问题展开分析，并得出确实可行的解决处理方案，对位置随动控制系统实现数字化处理具有重要的现实意义。传统的自整角机系统结构中，数字化处理是采用国外产的自整角机—数字转换器(SDC)来完成。通过对自整角机信号进行分析，利用国产 16ZSZ349B －02/4 系列自整角机转换器，通过单片机 MSP430Fe427［8-10］采样转换器转换之后的数字信号，并通过软件滤波等软件处理，实现了自整角机位置信号的数字化。 伺服电机属于一类控制电机, 分为直流伺服电机和交流伺服电机两种。由于交流伺服电机具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性能等优点, 故被广泛地应用于自动控制系统和自动检测系统中作为执行元件, 将控制电信号转换为转轴的机械转动。由于伺服电机定位精度相当高, 现代位置控制系统已越来越多地采用以交流伺服电机为主要部件的位置控制系统. 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电 2
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机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
自整角机对工作在变压器状态下作为测量元件, 其中发送机的转子轴由交流两伺服电动机驱动, 作为系统的给定轴; 接收机的转子轴与直流伺服电动机经过减速器相连, 作为输出轴。若给定轴不动, 当给定轴的转角与输出轴转角处于协调位置时, 系统处于平衡状态,直流伺服电动机不转。当给定轴转过一定角度, 则给定轴与输出轴之间出现偏差角, 经转换和相敏整流滤波变成直流信号, 再经同相或反相放大器与触发器, 产生触发脉冲以触发可控硅, 驱动直流伺服电动机, 经减速器带动接收机的转子旋转, 使偏差角减小, 直至与发送机同步, 系统处于新的平衡状态。当给定轴以某一恒定速度连续旋转时, 输出轴也将以相同的速度随其旋转[8]。为了提高随动系统的稳态精度和动态品质, 原系统中加入了串联或并联模拟PID 校正装置。
利用AT89S51单片机编程控制步进电机产生前进、后退、加速、减速等动作，步进电机控制自整角机的发送机产生角度变化信号，自整角机接收机接收到信号，用嵌入MSP430Fe427的SD16模块采样到自整角机的定子三相电压的数字信号后，利用这三个数字量计算出此时转子位置角θ，计算方法主要有两种：三相法和两相法。三相法准确度稍高，但较复杂，考虑到单片机计算能力有限，因此，在准确度允许的情况下，通常采用二相法。二相法需要将自整角机定子的三相输出转化为两相电压，在传统的模拟电路测量系统中，这种三相电压到二相的转化是由斯科特(Scott)变压器完成的，现在由单片机软件计算。依据自整角机工作原理，采用带有三路16位AD的单片机MSP430Fe427能 够 代 替 自 整 角 机 —数 字 转 换 器SDC，同时由于单片机软件编写具有较高的灵活性，能够实现 SDC不具有的自整角机故障检测等功能，还可以根据实际需要进行一定范围内对采样次数及精度的提高。由于SDC模块价格昂贵，因而利用此方法能够节省成本。自整角机产生的信号经过放大电路、驱动电路，驱动电路驱动伺服电动机产生和发送机相同的动作，并且经光电编码器反馈到单片机进行比较，校正误差，直至动作完全一致，达到同步随动的目的。 参考文献：
[1] 曾乐生, 施妙和. 随动系统[ M] . 北京: 北京工业学院出版社,1988. [2]高岩, 黄志兴. 数字随动控制实验系统的开发[ J] . 北京: 实验技术与管理, Vol. 22, No. 11.
[3] 李文秀, 赵乃真. 数字控制系统[ M ] . 哈尔滨: 哈尔滨船舶工程学院出版社, 1991.
[4] 郭庆鼎，王成元． 交流伺服系统 ［M］． 北京: 机械工业出版社，1994． 3