技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種用于伺服系統控制，能夠在線克服電機擾動的控制系統。
背景技術
[0002] 在工業上，隨著控制精度的要求，交流伺服的控制成為主流，為了提高交流伺服電
機的精度，各種新型的控制算法不斷涌現。目前，為了克服負載、模型參數的大范圍變化和
非線性的影響，克服在電機低速時出現的爬行現象，在傳統PID 算法的基礎上，出現了模糊
控制、神經網絡、滑模變結構控制、自適應控制等等。選擇的控制芯片有DSP、FPGA 系列。運
行成本較高。
[0003] 但是這些算法都是在傳統控制的基礎上附加這些控制算法，有各自的缺陷。模糊
控制算法精度不高，神經網絡學習訓練的時間較長，難以在線控制，滑模控制在進入滑動態
后出現抖振，也就是在滑動面附件高頻顫動。自適應控制是對于變化較快的參數難以得到
好的控制效果。有些算法還是僅限于仿真，因為在線辨識花費的時間長，難以在線控制。在
低速控制時，電機會出現爬行現象，爬行現象將會給電機帶來一定的損耗，控制精度更難以
保證。
實用新型內容
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種交流伺服電機速度控制系統，該控制系統結構新
穎，使用效果較好。
[0005] 本實用新型為了實現上述目的，采用的技術解決方案是：
[0006] 交流伺服電機速度控制系統，包括依次形成閉環連接的電機、編碼器、控制器及驅
動器，控制器接收編碼器的信號，之后輸出控制信號至驅動器，驅動器將控制信號放大后，
輸出至電機。
[0007] 進一步，所述控制器采用型號為STM32F103RBT6 的單片機。
[0008] 進一步，所述控制器包括PID 控制模塊、CMAC 控制模塊、PI 控制模塊及逆變模塊，所述PID 控制模塊和CMAC 控制模塊相并聯，之后依次連接PI 控制模塊及逆變模塊。
[0009] 本實用新型的有益效果：
[0010] 此種交流伺服電機速度控制系統，可靠性較高，控制系統較為簡單，易于維護，體
積小，對于不同的控制精度要求，可編程選擇時鐘參數進行控制，方便靈活，系統設計較為
簡單，降低了維護成本。采用STM32F103RBT6 單片機結合模糊CMAC 算法實現的PID 控
制器，能夠克服PID 的參數不易設定，抑制意外干擾，有效提高了電機的控制性能。采用
STM32F103RBT6 作為主控芯片，所需的功耗小，運行速度快，成本較低。
附圖說明
[0011] 圖1 是交流伺服電機速度控制系統硬件連接圖。
[0012] 圖2 是交流伺服電機速度控制系統的框圖。
具體實施方式
[0013] 下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明：
[0014] 結合圖1、圖2，交流伺服電機速度控制系統，包括依次形成閉環連接的電機、編碼
器、控制器及驅動器，控制器接收編碼器的信號，之后輸出控制信號至驅動器，驅動器將控
制信號放大后，輸出至電機。所述控制器采用型號為STM32F103RBT6 的單片機，控制器包括
PID 控制模塊、CMAC 控制模塊、PI 控制模塊及逆變模塊，所述PID 控制模塊和CMAC 控制模
塊相并聯，之后依次連接PI 控制模塊及逆變模塊。
[0015] 如圖2 所示，電源輸入是220V 的市電，整流電路是由變壓器、整流主電路和濾波器
等組成。變壓器的大小選擇根據電機功率的大小可改變，整流電路選擇的是全波整流。濾
波是選擇3300uF 的電容，起到旁路、通低頻的作用。三相逆變器選用的MOSIRF540，該元件
耐電流****值30A，耐壓值為100V，共有6 個MOSIRF540，它們的開關是由控制器PWM 輸出的
信號加以控制。
[0016] 在保護電路中主要是選擇兩類傳感器，分別為電流傳感器ACS712ELC-20A 線性電
流傳感器，該電流傳感器是基于霍爾效應的線性電流傳感器，其銅制的電流路徑靠近晶片
的表面，5.0 伏特單電源操作，66 至185mVA 輸出靈敏度，輸出電壓與交流或直流電流成比
例。電流傳感器信號的輸出范圍轉換到0-3.3V 之間，經過STM32F103RBT6 內部的12 位AD轉換器，其是3.3 供電，兩相或三相電流輸入，選用AD 兩路通道。
[0017] 電壓傳感器選擇的模塊能夠對單相電壓進行測量，選用的型號為SPT204A，輸入范
圍為50-1000V，輸出為0.05-8V (運放輸出)。該電壓互感器后面接上一個限流電阻，使電
流在互感器規定的范圍內，后面接上OP07 運放電路，使用單電源供電，電源為15V，為了和主芯片電壓相對應，對其進行電路進行量程變換，轉換為0-3.3V 的電路。
[0018] 選擇的控制器的輸出是SVPWM，即空間矢量控制算法，其輸出是通過
STM32F103RBT6 內部的PWM 輸出信號，在其和功率放大器之間加上光隔6N137，5V 供電，這是
一款轉換速率到10M 的光電隔離芯片。
[0019] 電機速度是通過光電編碼器測量，編碼器為增量型，1000 線，通過光電隔離，進入
主控芯片，選用的是計數器對其進行測速，使用芯片的捕獲功能。
[0020] 電流速度是通過電流傳感器進入AD 轉換器，再進入主控制器。
[0021] 對于電動機驅動模塊設計，即PWM 輸出經過光隔，再選擇功放，讓其信號放大到能
驅IRF540 即可。
[0022] 對于控制器來說，使用的是雙閉環控制方法，外環是速度環，內環是電流環。外環
的輸入信號是速度差信號，即額定速度與實測的電機速度之差，經過相應的算法運算，進行
輸出，該輸出信號是電流環的輸入信號。電流輸入信號可進行歸一化處理，電流環同樣經過相應的算法運算，給一個輸出，輸出信號經過逆變換，作為空間矢量變換輸出。
[0023] 此種交流伺服電機速度控制系統，可靠性較高，控制系統較為簡單，易于維護，體
積小，對于不同的控制精度要求，可編程選擇時鐘參數進行控制，方便靈活。系統設計較
為簡單，降低了維護成本。采用STM32F103RBT6 單片機結合模糊CMAC 算法實現的PID 控
制器，能夠克服PID 的參數不易設定，抑制意外干擾，有效提高了電機的控制性能。采用
STM32F103RBT6 作為主控芯片，所需的功耗小，運行速度快，成本較低。
[0024] 當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，
本技術領域的技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應
屬于本實用新型的保護范圍。
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