基于单片机的伺服电机控制系统分析
随着时代的发展社会的进步，科学技术水平日益提高，电动机被普遍应用到了人民的日常生活及工农业生产过程中，发挥了重要作用。其中较为典型的控制电机应该是步进电机，在当前多个领域如打印机、加工中心、自动化生产线等均可得到有效应用。本篇文章通过对系统软件的相关程序的设计、调试以及控制有关的参考数，对单片机的伺服电机的控制系统进行分析。通过大量的实验和对比，来展现了单片机的伺服电机的控制情况良好。
标签：单片机;伺服电机;控制系统分析
引言：当自动控制的系统启动时，单片机的伺服电机的马达能够发挥的主要作用是将电压的控制信号转化为机械位置，然后，接下来再把所收集到的电压信号转化为伺服电机的角位移，又或者是一定的转速。因此，工作人员可以通过使用单片机来控制伺服电机。单片机的伺服电机具有灵活、轻巧、体积小、控制方便等方面的优势，所以，伺服电机在现如今的生活之中深受到人们的热爱，从而在控制系统中可以得到广泛的应用。
一、单片机以及伺服电机的总论
单片机本质上是一种集成电路芯片，又称微型控制器，单片机是一种由中央处理机、计时器、各种接口组合而成的集成电路芯片，简单来说，单片机就是一台小型的电脑，虽然体积小，但计算机和单片机的差别不是很大，并且，单片机具有的价格低廉的优势，所以作为小型家电控制器来说，单片机具有很高的性价比，单片机的运行是依靠程序来进行的，程序可以人为的进行修改[1]。相比之下，单片机具有结构简单、灵活性强、体积小、储存方便、能耗少等优势，它在各种恶劣条件下都可以正常的运行，具有较强的环境适应力[2]。近几年来，我国的计算机随着信息技术和尖端技术的快速发展，单机技术也得到了快速发展，它在家电、电子产品、机械产品等领域也得到了扩大和先进。
伺服电机是由控制部件运行的发动机，是其中的一种变速装置，伺服电机可以调节发动机的转动速度，以电压信号来控制，伺服电机的转动速度和输入信号有着密切的关系。伺服电机主要分为交流电气和直流电机分为两种，一般伺服电机是通过脉冲来进行定位的，电机在接受脉冲时，它会相应地旋转。伺服电机本身会产生脉冲，当伺服电机移动位置时，就会产生相对应位移的脉冲，因此，接收电机和发出来的脉冲会形成一个闭锁环。
二、总体设计方案
本次的研究中，采用的是松下交流伺服电机。根据单片机的工作原理，来对松下伺服交流电机进行一定的控制，利用键盘来输入准确的速度参数，单片机在接收具体的速度参数后，然后把信号转化为脉冲信号，在通过差动驱动器将脉冲信号转化为差动脉冲信号之后，然后在传送到伺服电机的驱动器中;接下来，编
码器传回来的信号由驱动器接受，然后再将系统反馈数据和目标值进行比较，其后，调整电机旋转的角度类型，实现单片机有效的控制交流伺服电机。
三、在控制系统方面的分析
3.1硬件设计分析
本次探讨和分析中，为了实现了单片机的伺服电机的控制过程。因此选择使用型号为STC12C5A 60S2的单片机成为系统的处理器。同时，把单片机的模式可以设置成1T的模式，这样的操作可以使单片机的运算速度变高，工作速度变快，整体更容易，效率更好[3]。单片机上具有1280字节的内存，60K闪存程序设计存储器和电子涂抹式可复写只读存储器，本次的研究中，SONAMOOMSMD5AZG1U是本次选择的单片机的伺服电机的型号，其额定输出的功率是50W时，增量式光电编码器是20位的编码器。选择的驱动程序和单片机都是松下品牌。
在本次的研究中，單片机对伺服电机的控制主要是通过以下三个方面来进行的。方式如下：
（1）为了控制交流伺服电机的位置，
（2）为了控制交流伺服电机的速度，
（3）为了控制交流伺服电机的转矩。
控制交流伺服电机位置时，当接到位置控制指令后，通过驱动器收到的传送回来信号以及电子齿轮分倍频信号之间产生的信号误差，然后形成了变信号，调整位置偏差和速度信号之后，形成了转矩电流，然后可以实现把交流伺服电机进行控制的目的。此外，伺服电机的编码器种类也是十分的繁杂，以绝对式光电编码器以及增量式光电子编码器为主。在这个研究中，我们采用的是交流伺服电机，内含的增量式光电编码器是2 0位的编码器。宽泛的编码器结构容易让人们有一个更好的理解，并且使用时间还非常的长，不容易受到损坏，还具有很高的分辨率。
3.1.1单片机的控制器硬件分析
STC12C 5 A60S 2控制器的硬件与单片机控制系统的核心部分的外部电路相吻合，以便能够完成对伺服电机的控制，P3口是单片机的独立键盘输入口，液晶模块的控制口是P0、P1.0、P1.1、P1.2，P2.6以及P2.7是脉冲信号的发送口。
3.1.2伺服电机驱动器和差分驱动器的硬件分析
这次所选用的单片机是I/O口，通信的输出开关可以在不直接驱动外部设备的情况下控制信号电平，因此，需要在信号的输入端以及信号的控制端方面，分
别增加相应的驱动器[4]。伺服电机的驱动器的连接器在控制信号方面，是以差动的方式进行输入的，全部都是使用的型号是SN 75174差动驱动器。
3.2软件的设计分析
（1）0点定位;
（2）控制交流伺服电机的匀速运行;
（3）控制交流伺服电机减速和加速。
软件设计主要包括主程序、中止服务程序和交流伺服电机运行速度控制程序几个部分，系统面板上有包括启动、暂停，校准零，设定6个速度的设置按键。
在内的8个按键。
3.2.1零点位置确认
系统的零点位置判断原点的确定条件是编码器的Z脉冲信号E2和原点附近的信号ORG。E2信号就是编码器的Z脉冲，在同一情况下，电动机在旋转360度之后就会制造1个Z脉冲[5]。
3.2.2升降频率的相关控制分析
普通步电机的升降频率分为直线路型、S型、指数型的提速方式，但是在本系统中所使用的升速方式是直线型模式。
3.2.转速的控制分析
运用定时器可以实现伺服电机的在转速方面的控制，所以，确定整个系统的一个很重要的版块就是熟悉定时装置的时间。
结语：综上所述，要想更好的控制交流伺服电机，就必须对其系统结构软件进行必要的程序调试、程序编程以及相关的参数控制。经过数次的实验对此，我们可以轻松看出在控制交流伺服电机方面单片机的效果会更好一点，控制系统的实际转速保持在每分钟0-10000转范围之内，定位精准到0.1度。除此之外，本文中所采用的硬件设施里，电路均较简易，程序也是相当简便，不会太过繁琐复杂，系统不仅可以独立运转，还能做到精准定位，转台运转过程平稳，所成像像素高、质感好、还不模糊。经过以上数据研究，我们可以更好的得出只有将单片机当做交流伺服电机的控制器，才能最大限度的发挥系统软件的功能，不仅可以在一定程度上有效降低系统运行成本，还可以有效提高经济效益。
参考文献
