基于單片機(jī)系統(tǒng)的脈沖式運(yùn)動控制器的開發(fā)與研究

1、機(jī)械設(shè)計(jì)與審l造114MachineryDesign&Manufacture第8期2011年8月文章編號：1001—3997(201I)08—0I14—02基于單片機(jī)的脈沖式運(yùn)動控制器的開發(fā)與研究術(shù)韓軍常瑞麗(內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，包頭014010)(內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，包頭014010)ResearchanddevelopmentofmotioncontrollerofpulsestypebasedonSCMHANJun

2、CHANGRui—li(MechanicalEngineeringSchoo1UniversityofScienceandTechnologyinnerMongolia，Baotou014010，China)(2InformationEngineeringSchool，UniversityofScienceandTechnologyInnerMongolia，Baotou014010，China)【摘要】運(yùn)動控制器作為機(jī)電一體化的核心，

3、在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，在科技進(jìn)步的同時(shí)，市場需求決定了高性能、低成本的運(yùn)動控制器將具有廣闊的發(fā)展前景。在分析數(shù)控系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，以具有DSP功能的16位單片機(jī)SPCEO61A作為核心處理器，以松下數(shù)字式交流伺服電機(jī)及配套驅(qū)動器為控制對象，設(shè)計(jì)了一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的脈沖式多軸運(yùn)動控制器。結(jié)合單片機(jī)外圍定時(shí)計(jì)數(shù)器，通過脈沖方式對電機(jī)進(jìn)行控制，可同時(shí)對四軸伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、

4、性價(jià)比高，可用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動導(dǎo)航小車等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：運(yùn)動控制器；倍頻電路；數(shù)控系統(tǒng)；電機(jī)控制【Abstract】Beingacoremachineryandelectronic，motioncontrolleriswidelyusedinindustrialproductionWiththedevelopment0廠scienceandtechnology，motioncontrollerwith慟perfmanceandlo

5、wcostisforeseenwithbrightprospectbecauseofmarketDemandsBasedontheanalysisofNCsystemaneconomicalandpracticalmultiaxismotioncontrollerofpulsestypeisdesignedinwhichSPCE061A，a16bitMCUwithfunctionoDSPshallbeasthecoreCPU，andPa

6、nasonicdistalservomotorsandthematcheddriversshallbeasthecontrolobjectsCombiningperipheraltimersfouraxialsen)omotororstep—permotorcanbecontrolledsimuhaneouslybysendingpulseTheexperimentalresuhhasprovedthatthecircuitsdesig

7、nisreasonable，thestructureissimpleandtheoperationisstableandreliablewithhighcostpeformanceThismotioncontrollercanbeappliedinfieldssuch∞CNCrobotsandautopilottrolleyetcKeywords：Motioncontroller；Frequencydoublingcircuit；Num

8、ericalcontrolsystem；Motorconitrol●●nh、r、1●1n1、舢，t●舢i1中圖分類號：TH16，TP33212文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A————1刖舌在工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)的控制過程一般由運(yùn)動控制器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動控制器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大腦，在整個(gè)系統(tǒng)中處于核心地位，其從存儲器中取出或接受輸入設(shè)備送來的指令及數(shù)據(jù)，經(jīng)過邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分協(xié)調(diào)工作。用戶只有通過和它的

9、信息交互才能實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算，如直線圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、故障診斷等功能。同時(shí)，運(yùn)動控制器作為機(jī)電一體化的核心，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備等眾多領(lǐng)域。在科技進(jìn)步的同時(shí)，市場需求決定了高性能、低成本的運(yùn)動控制器將具有廣闊的發(fā)展前景。由單片機(jī)組成的運(yùn)動控制器對電機(jī)控制功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、編程靈活，并且可根據(jù)要求修改程序以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動軌跡，因此可用于各種中小型數(shù)控系統(tǒng)及自動導(dǎo)航小車等領(lǐng)域。2控制器的總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一款純數(shù)字式運(yùn)動控制器，總

10、體結(jié)構(gòu)如圖1所示。它32KLASH、2KSRAM、32位可編程多功能I／O端口、14個(gè)中斷源和2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入。本運(yùn)動控制器可通過發(fā)脈沖的方式同時(shí)對四臺伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，其中串口通訊電路用于對電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，I／O擴(kuò)展電路用于伺服使能、電機(jī)轉(zhuǎn)向、報(bào)警等信號的輸入輸出；32位的計(jì)數(shù)電路對電機(jī)反饋回來的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，PROBE接口用于下載凋試程序。串口通訊—1計(jì)數(shù)電路／I倍頻鑒向電路卜電PROBE接口CPU＼，rIⅡf下

11、，LFut：hleftlI／O口擴(kuò)展—譯碼電路圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)31脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì)通過外部定時(shí)計(jì)數(shù)器8254產(chǎn)生脈沖，如圖2所示。以某公司的l6位單片機(jī)SPCE061A為核心，SPCE061A內(nèi)置8254的l、3通道作為電機(jī)的控制通道，產(chǎn)生用來驅(qū)動電機(jī)的方★來稿日期：2010一l0—08★基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2009NC029)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造l16MachineryDesign&Manufacture

12、第8期2011年8月文章編號：1001—3997(2011)08一Ol1603混合動力變速箱液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與動態(tài)仿真倪金鵬韓兵(江蘇大學(xué)汽車與交通學(xué)院，鎮(zhèn)江212013)(上海華普汽車有限公司，上海201501)DesignanddynamicsimulationofhydraulicsystemoftransmissionforhybridpowerNIJinpeng|HANBing’。(SchoolofAutomobileEngine

13、ering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)(ShanghaiMapleAutomobileCo，Ltd，Shanghai201501，China)【摘要】針對某款混合動力汽車變速箱設(shè)計(jì)出一個(gè)液壓系統(tǒng)。以液壓系統(tǒng)功能要求作為依據(jù)，經(jīng)理論計(jì)算得到各個(gè)閥體的參數(shù)。根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原理圖，采用模塊化思想在仿真軟件ITI—SimulationX環(huán)境下建立液壓系統(tǒng)的動態(tài)仿真模型，并對每個(gè)閥體元件

14、進(jìn)行了動態(tài)性能仿真。通過仿真，驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性；同時(shí)對液壓系統(tǒng)的供油調(diào)壓和流量控制系統(tǒng)、制動器元件操控系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)的壓力和流量進(jìn)行了動態(tài)分析。研究方法與結(jié)果可應(yīng)用于混合動力汽車變速箱液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：混合動力汽車變速箱；液壓系統(tǒng)；動態(tài)仿真【Abstract】ecifictothetransmissionstructureQ廠HybridElectricVehicle(HEV)，ahydraulicsys—temWOo

15、3designedInthelightoffunctionalrequirementso／’hydraulicsystemparametersofeachvalvecanbeobtainedthroughtheoreticalcalculationOnthebasisofthedesignscheme，hydraulicsystemmodelcartbesimulatedinthesqftwareSimulationXbyadoptin

16、gmodulardesignideaanddynamicsimulationforeachvalvecomponentwascarriedoutwhichmsuhsconfinthecorrectneoftheoreticalcalculationMean—while，dynamicanalysisinpressureregulatingroilsupplyingofthehydraulicsystemandflowcontrolsys

17、tembrakecontrolsystemwellpressureandflowofcoolantandlubricationsystemhavebeencⅡr—riedoutTheallalysismethodandresuhscanbeappliedtodesignofhydraulicsystemofHEVKeywords：TransmissionofHEV；Hydraulicsystem；Dynamicsimulation中圖分

18、類號：THI6，U4632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A——jL一1日U舌混合動力和燃料電池在技術(shù)上取得了一系列重大突破，是汽車近、中期發(fā)展的重點(diǎn)ll?；旌蟿恿囕v(HEV)按照能量合成方式不同，可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種不同的結(jié)構(gòu)方式pI混聯(lián)式一般采用行星齒輪來連接發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和驅(qū)動軸，實(shí)現(xiàn)無級變速和轉(zhuǎn)矩分配。發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和發(fā)電機(jī)通過行星齒女來稿日期：2010—10—055結(jié)論采用具有DSP功能的I6位單片機(jī)SPCE061A作為核心處理器

19、，以松下數(shù)字式交流伺服電機(jī)及配套驅(qū)動器為控制對象，設(shè)計(jì)了一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的脈沖式多軸運(yùn)動控制器，町同時(shí)對四個(gè)伺服或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。采用SPCE061A單片機(jī)是考慮到它不僅具有較大的存儲容量，更重要的是它的工作頻率可達(dá)到50MHz，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，避免_r采用DSP所帶來的較高成本。硬件設(shè)計(jì)時(shí)為了能實(shí)現(xiàn)絕對位置計(jì)數(shù)，在參考部分市場上成熟計(jì)數(shù)器產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了32位可逆計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)值鎖存控制電路，試驗(yàn)結(jié)果表明，計(jì)數(shù)器工作穩(wěn)定可靠，

20、達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。只是若改用可編程邏輯器件可大大縮小電路板的體積，進(jìn)一步完善其輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成的電子無級變速機(jī)構(gòu)一方面可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)、電動機(jī)的扭矩來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)無級變速器的功能，另一方面利用蓄電池減輕車輛行駛狀況對發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況的影響，使車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能得到大幅度提高141。某款混合動力汽車變速箱采用行星齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成的電子無級變速機(jī)構(gòu)。在分析該結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種混合動力汽控制功能，再加上低廉的開發(fā)成本，將使其進(jìn)一步實(shí)用化。參

21、考文獻(xiàn)[1]康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京：高等教育出版社，1998(7)12jKSLowKWLira，MFRahmen，AmicroprocessorbasedfullydigitalACselNodriveMicroprocessorsandMierosystems1997(20)：429—436[3]E曉明l電動機(jī)的單片機(jī)控制[M]一E京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003(9)[4]楊金巖，等8051單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)展技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例