張玲玲

（郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南郴州，423000）

0 引言

伺服電機(jī)（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

本文介紹了基于ARM的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，該控制系統(tǒng)采用ARM926為控制核心，采用脈沖控制方式控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)電機(jī)0-5000轉(zhuǎn)/分鐘的任意轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，且控制精度高，響應(yīng)速度快。

1 系統(tǒng)設(shè)計

該伺服電機(jī)控制系統(tǒng)以ARM926為核心，同時還有觸摸屏，LCD顯示、 RS485通信電路、伺服電機(jī)驅(qū)動電路、伺服電機(jī)、傳動系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成。如圖1所示，其中電機(jī)系統(tǒng)包括高速伺服電機(jī)，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分鐘，功率400W。觸摸屏顯示控制單元包括RS232、RS485、以太網(wǎng)、USB、編碼器、觸摸屏這些功能模塊組成的，伺服電機(jī)的控制可以通過6.5寸觸摸屏輸入，發(fā)送命令給控制器，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 電路及原理

2.1 主芯片介紹

本系統(tǒng)所用CPU是德國赫優(yōu)訊（Hilscher）自動化系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的netX500，其內(nèi)部包含了：ARM926EJ-S/200MHz中央處理器；集成了32KB的ROM、144KB的RAM；并有可擴(kuò)展的外部總線供使用；2路集成了PHY的實時以太網(wǎng)；3路串行通信接口；1路USB V1.1(Host或Device)；2路可配置現(xiàn)場總線接口；LCD接口（支持640×480）；JTAG；共計8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換；3路PWM輸出。主芯片系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

其中CPU的外接晶振為25MHz，內(nèi)部PLL電路會產(chǎn)生200MHz頻率給ARM926。CPU的供電為1.5VDC和3.3VDC。

2.2 顯示功能部分

顯示部分主要是采用6.5寸的LCD，使用4線制的電阻觸摸屏，輸入電源為12VDC。顯示部分的應(yīng)用軟件采用QT4.7開發(fā)，可以根據(jù)具體要求訂制界面，控制通信協(xié)議等。

圖2 主芯片系統(tǒng)框圖

2.3 電機(jī)控制電路

現(xiàn)有的伺服電機(jī)的控制方式有脈沖控制、模擬信號控制兩種比較常用的控制方式，模擬信號控制方式對于速度變化不確定，而且在精度要求很高的場合缺乏靈活性。故本設(shè)計采用脈沖控制的方式，如圖3所示。

圖3 電機(jī)控制電路

電機(jī)的頻率信號由MCU的PWM_IN引腳輸出,U7（AM26LS31C）的第一腳輸入，然后通過U7芯片的2腳與3腳輸出PWM1、PWM2兩路差分信號輸入到伺服電機(jī)的控制器中控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速度。電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的控制信號由MCU輸出的DIR信號到U7的第7腳輸入，根據(jù)需要選用DIR1或者DIR2來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。電機(jī)信號的反饋脈沖，由電機(jī)控制器采集的來自電機(jī)的脈沖信號FBACKOUT輸出到控制電路的U8，可以根據(jù)需要采用FRBACK1或者FRBACK2來監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 頻率輸出

本系統(tǒng)中伺服電機(jī)的控制方式為脈沖控制方式。PWM信號的產(chǎn)生有許多種方式，比較常用的有模擬電路、單片機(jī)I/O端口的輸出及單片機(jī)PWM部件的輸出。由于本設(shè)備控制精度要求比較高，MCU的性能比較強(qiáng)，我們就采用了內(nèi)部定時器產(chǎn)生PWM信號，部分關(guān)鍵代碼如下：

3 小結(jié)

本文介紹了通過使用ARM9芯片產(chǎn)生的脈沖信號來控制伺服電機(jī)，具有成本低，控制靈活等特點(diǎn)。可以應(yīng)用于各種場合。