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1、word目录摘要3Abstract40文献综述51 引言8本文研究的背景8本文研究的意义82 随动控制系统92.1 随动系统的分类92.2 随动系统的结构组成102.3 随动系统的控制要求112.4 应用随动系统的目的123 总体设计方案与论证123.1 设计任务与根本要求123.2 设计总体方案123.3 微处理器选择133.3.1 MCS52系列单片机部结构133.3.2 DSP系列微处理器143可编程控制器143.4 检测环节的方案论证163.5 外围电路设计203.6 系统设计总框架图214 硬件电路设计214.1 系统主控电路214.2 电动机驱动芯片选择235 系统软件设计245.
2、1 数字控制器设计245.2 系统的主程序框图与程序清单255.3 数字触发器的软件设计266 数字随动系统控制精度分析276.1 检测误差276.2 系统误差28扰动误差29总结29附录局部程序清单301.1 主程序清单301.2 T0中断服务程序31参考文献33致34数字随动系统的实验装置设计林西南大学工程技术学院， 400716摘要：在控制系统中，假如给定的输入信号是预先未知且随时间变化的，并且系统的输出量随输入量的变化而变化，这种系统就称为随动系统。快速跟踪和准确定位是随动系统的两个重要技术指标。传统的伺服控制系统通常采用模拟随动系统，即用运算放大器与外围电阻、电容元件实现比例、微分、
3、积分校正网络，来改善系统的动态与静态特性。实际工作中我们感到模拟伺服随动系统具有算法呆板，电路调试繁琐，系统响应慢等诸多不足。随着计算机技术、现代控制理论的迅猛开展，由数字控制装置组成的随动系统即数字随动系统应运而生。数字随动系统 是输出量以一定精度复现输入量变化的自动控制系统, 它在对生产过程和运动对象的控制中, 以与在定位、瞄准、跟踪等装置中都占有显著的地位, 现己成为各种自动调节系统的组成局部。本文的研究对象是数字随动系统,并结合数字随动系统的原理设计一个比拟简单的数字随动系统实验装置。关键词：快速跟踪；准确定位；伺服控制系统；数字控制装置；数字随动系统DesignExperimenta
4、l Instrument Of Digital ServoLIN YangCollege of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400716, ChinaAbstract：In the control system, if a given input signal is known in advance and change over time, and the output of the system varies with the change in the amount of input, such
5、a system is called servo system. Fast tracking and accurate positioning servo system are two important technical indicators. The traditional servo control system is usually analog servo system, operational amplifier and external resistors, capacitors, ponents achieve proportional, differential and i
6、ntegral correction network to improve the dynamic and static characteristics. Practical work, we feel the the analog servo servo system algorithm dull, circuit debug cumbersome, system response slow, and many other deficiencies. With the rapid development of puter technology, modern control theory,
7、digital control unit of the servo system digital servo system came into being.Digital servo system changes by the amount of output to a certain precision plex now enter the amount of the automatic control system in the control of the production process and movement object, as well as in positioning,
8、 targeting, tracking and other devices are occupies a significant position, has bevarious automatic adjusting ponents of the system now.The object of this paper is a digital servo system, and bined with digital servo system design principles of a relatively simple digital servo system experimental d
9、evice.Key Words：Fast-track；Accurate positioning；Servocontrolsystem；Digital control unit；Digital Servo System0文献综述随动系统也叫伺服系统是自动控制系统中的一类，是用来控制被控对象的某种状态，使其能够自动地、连续地、准确地重复输入信号的变化规律1。随着科学技术的飞速开展，特别是微电子技术、计算机技术和电力电子技术以与其他技术的开展，伺服技术更是开展迅速，它的应用几乎遍与社会生产各领域2。在控制系统中，假如给定的输入信号是预先未知且随时间变化的，并且系统的输出量随输入量的变化而变化，这种系
10、统就称为随动系统。快速跟踪和准确定位是随动系统的两个重要技术指标。传统的伺服控制系统通常采用模拟随动系统，即用运算放大器与外围电阻、电容元件实现比例、微分、积分校正网络，来改善系统的动态与静态特性1。实际工作中我们感到模拟伺服随动系统具有算法呆板，电路调试繁琐，系统响应慢等诸多不足。随着计算机技术、现代控制理论的迅猛开展，由数字控制装置组成的随动系统即数字随动系统应运而生。数字随动系统通常以微处理器为核心器件，通过数学模型计算实现比例、微分、积分控制算法，从而快速而有效地实现被控对象的准确定位。与传统的模拟系统相比，数字随动系统控制是从计算机接收控制命令，它具有设计简单，体积小，修改方便，精度
11、高，可靠性高等优点2。数字随动控制系统应用领域非常广泛，主要是机械制造行业，运输行业，冶金工业，军事上。这就使得我们对数字随动系统进展学习和研究变得尤为重要，尤其是对其应用进展了解和学习。数字式随动系统的根本类型有以下三种：1、数字式相位控制随动系统8如图1-1所示，这是数控机床上广泛采用的一种随动系统，实质上是一个相位闭环又称锁相环的反锁控制系统。其位置环由数字相位给定、数字相位反锁和数字相位比拟三个局部组成。图1-1 数字式相位控制随动系统原理框图Fig 1-1 Digital phase diagram of control servo system2、数字式脉冲控制随动系统在数字式脉冲
12、随动控制系统中，主给定信号是指令脉冲数D*，作为位置检测用的光栅如此发出位置反应脉冲数D，它们分别进入可逆计数器的加法端和减法端。经运算后得到脉冲的误差量D= D*-D+D0，其中是为了克制后级模拟放大器零飘影响而在计数器中预置的常数值。此误差信号经过数模转换后，作为速度控制器的给定信号，再经过功率放大，便使电机和机床工作台消除偏差的方向运动。由于数字光栅的精度可以做得很高，从而能保证这种系统获得很高的控制精度。3、数字式编码控制随动系统在这种系统中，给定往往是二进制数字码信号。检测元件一般是光电编码盘或其它的数字反应发送器，借助于转换得到二进制码信号，二者联合构成“角度数码转换器或“线位移数
13、码转换器。不管是模拟式还是数字式的随动系统，其闭环结构都可以有不同的形式。位置随动系统按其组成中反应闭环的多少和结构复杂程度，一般可有五种控制方案：单环位置随动系统、双环位置随动系统、三环位置随动系统、变结构控制位置随动系统和复合控制位置随动系统。其中单环位置随动系统是系统中有一个位置负反应闭环，它由位置给定反应、位置比拟、检测变换、相敏整流与滤波电路、位置调节器、可逆功放、伺服电动机、减速器与负载等环节组成；双闭环随动系统由两个闭环组成，可以构成两种不同形式的双环位置随动系统，即位置-加速度双环随动系统和带速差校正的位置-电流双闭环随动系统；三环位置随动系统是在位置-速度双闭环，再增加一个电
14、流环，这就构成了所谓位置-速度-电流三环随动系统；变结构控制位置随动系统是指在高速时由速度环工作，而在低速时如此由位置环工作的特殊随动系统和调速与电轴两用系统；复合控制位置随动系统是指在前述各种反应控制位置随动系统的根底上，如果其动、稳态性能难以协调，在系统闭环稳定的前提下，可以利用速度信号进展前馈控制，构成前馈控制和反应控制相结合的复合控制位置随动系统9。1 引言1.1 本文研究的背景随动系统是自动控制系统中的一类，1934年第一次提出了伺服机构Servomechanism，1944年世界上第一个随动系统由麻省理工学院成功研制，随着自动控制理论的开展，到 20世纪中期，数字随动系统的理论和实
15、践均趋于成熟。在近几年新技术的推动下，特别是伴随着微电子和计算机技术的开展，数字随动系统应用几乎遍与社会的各个领域。它的开展初期是以反应理论为根底的自动调节原理，随着工业生产和科学技术的开展，现在已开展成为一门独立的学科控制论。在18世纪人们发明了两类机器：机器发电机和机器发动机，来代替人手和体力，开始实现机械化；在上世纪40、50年代即第二次世界大战期间与以后，由于军事和生产上的需要，自动控制技术开始迅速开展，发明了第三类机器机器控制器，来代替人的局部简单的管理工作，形成了自动控制系统；到50年代末，自动控制理论已经形成比拟完整的理论体系，由于电子计算机技术的飞速开展，在客观上提供了必要的技术手段。随动系统作为自动化系统的一种，其研究和应用已较为广泛。从早期的模拟直流系统，到80年代后期的数字交流系统，随动系统大量应用于工业和国防领域。虽然新的控制结构和控制器不断出现，同时像自适应控制、最优控制、模糊控制、智能控制、神经网络控制等新算法也不断涌现。从实现手段上看,用单片机、可编程逻辑器件手段实现的较多，用专门嵌入式控制计算机实现的还不多见。实时控制应用是计算机应用的一个重要而极富潜力的方面。【1】随着计算机技术的开展，实时计算机系统在工业控制、航空航天、交通管理、作战指挥控制系统的应用正越来
