基于MC9S12DGl28單片機(jī)的快速位置伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　引言

　　本設(shè)計(jì)要求對(duì)某火炮的水平和高低角進(jìn)行控制，達(dá)到快速位置伺服系統(tǒng)的要求。而這個(gè)火炮角度控制系統(tǒng)首先要求有快速性，它的反應(yīng)時(shí)間大于或等于12°／s；角度轉(zhuǎn)動(dòng)控制精度小于或等于1’，水平角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍從一120°～+120°，高低角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍從0°～+85°；最后系統(tǒng)要有很好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。

　　由于位置伺服系統(tǒng)一般是以足夠的位置控制精度、位置跟蹤精度和足夠快的跟蹤速度作為它的主要控制目標(biāo)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)要求能以一定的精度隨時(shí)跟蹤指令的變化。所以對(duì)于這種快速位置伺服系統(tǒng)，要求整個(gè)系統(tǒng)各部分配合良好，其中的關(guān)鍵是控制器的選擇，綜合考慮高精度、抗干擾能力、靈活性、可靠性、實(shí)時(shí)性、性價(jià)比等各因素的情況下。選擇了Frees—cale公司的MC9Sl2DGl28B作為控制器。MC9Sl2DGl28B芯片是一款16位的單片機(jī)，功能強(qiáng)大，性能優(yōu)越。本文采用該型號(hào)的單片機(jī)保證了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

　　1 系統(tǒng)控制方案

　　由于設(shè)計(jì)的角度伺服系統(tǒng)的負(fù)載比較大，而且相對(duì)于工業(yè)控制要求而言系統(tǒng)精度和快速性要求高，所以整個(gè)系統(tǒng)采用混合閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，所謂混合閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，就是系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)存在半閉環(huán)和閉環(huán)。半閉環(huán)起到控制作用，而全閉環(huán)只用于穩(wěn)態(tài)誤差補(bǔ)償，兩者相結(jié)合可獲得較高的位置控制精度和跟蹤速度。包括：MJX40—14型光電編碼器、90LCX一3直流伺服電機(jī)、12A8型PWM直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)控制系統(tǒng)由MC9Sl2DGl28B單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，使用Code Warrior for HCl2 V4．6編譯器，采用C語(yǔ)言編程。由于水平角和高低角的控制是一樣的，而且共用一個(gè)單片機(jī)，以角度控制方框圖（圖1）來(lái)說(shuō)明。

　　如圖1所示，系統(tǒng)的任務(wù)是使光電編碼器測(cè)得的炮架轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ2與給出的指令θ1相等。當(dāng)θ1≠θ2時(shí)，θ1一θ2的偏差信號(hào)在單片機(jī)里進(jìn)行處理，放大后輸入到PWM直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由PWM驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)，伺服電機(jī)帶動(dòng)減速器，驅(qū)動(dòng)炮架向著減少偏差的方向移動(dòng)，直到θ1=θ2，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到目標(biāo)。同時(shí)，炮架要準(zhǔn)確的跟蹤目標(biāo)，必須減少在跟蹤過(guò)程中可能出現(xiàn)的速度變化（如風(fēng)速等原因），因?yàn)橹绷魉欧姍C(jī)本身帶有測(cè)速機(jī)端，可以把速度反饋信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋輸入到PWM伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，這樣使轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速度變化很小，起著穩(wěn)速的作用。