四自由度平台伺服驱动
摘要：随着国民经济和生产发动机控制技术的快速发展，伺服驱动技术也有了巨大的进步。本次设计主要针对四自由度平台，希望能够搭建一个可以配合角位移传感器的伺服系统。所以本次选用的是卡因斯科HCSE系列交流伺服电机及驱动器，通过使用PIC12F675单片机进行编程，对串口通信接口进行驱动。关键词：PIC12F675单片机；卡因斯科HCSE系列伺服系统；四自由度平台目 录
1绪论 1
1．1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.2.1伺服系统的发展历程 1
1.2.2交流伺服系统的发展趋势 2
1.3伺服系统的作用 2
2 系统的软硬件设计 2
2.1伺服系统的构成 2
2.2本课题要完成的任务 3
2.3硬件设计电路图 3
2.4软件程序流程图 4
3 Cuinsico卡因斯科伺服电机驱动器接线与调试 5
3.1配线图 5
3.2伺服驱动器面板显示及操作 5
3.2.1面板各部功能 5
3.2.2驱动器参数设定流程 6
3.2.3状态显示 7
3.3辅助功能模式下的操作 8
3.3.1 辅助功能执行模式的用户参数一览及其功能 8
3.3.2显示伺服报警记录 8
3.3.3微动（JOG）模式运行 9
3.3.4用户参数设定值进行初始化 9
3.3.5位置指令 9
3.4串口通信部分 10
3.4.1MODBUS通讯协议 10
3.5调试 17
3.6运行 18
3.6.1试运行 18
3.6.2通用功能设定 18
4 伺服系统 19
4.1伺服系统的工作原理? 19
4.2伺服电机 20
4.3功率变换器 20
4.4传感器 20
4.5控制器 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 26
/> 3.6.1试运行 18
3.6.2通用功能设定 18
4 伺服系统 19
4.1伺服系统的工作原理? 19
4.2伺服电机 20
4.3功率变换器 20
4.4传感器 20
4.5控制器 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 26
附录： 27
1绪论
1．1 课题研究的背景和意义
随着国民经济和生产发动机控制技术的快速发展，在材料技术、传感器、微处理器和自动化技术基础发展起来时，伺服驱动技术也有了突破性的进步，这证明了高动态控制发动机扭矩交流是可以实现的，而且可以与直流电动机伺服系统相媲美，而且能够大大地提升伺服系统的机能。
目前，在伺服驱动系统中，使用永磁交流伺服电机的，主要有两种：一种是的无刷直流电动机，一种是三相永磁同步电动机。永磁同步电动机的特征是缠绕有永久磁铁励磁绕组替换转子的同步电机，而且不需要励磁线圈，滑环和电刷。三相永磁同步电动机和同步电机的定子绕组基本一致，进入三相正弦都需要定子电流。由于永磁同步电机转子有体积小、响应速度快、效率高、高功率密度的优势，所以在高性能的伺服系统中被广泛使用。
在最近几年，随着数字信号处理技术的高速发展，尤其是控制系统的全数字化交流伺服专用芯片的出现为系统提供了出色的硬件支持。当前，国外顶尖的伺服系统几乎都全数字化了。和欧美国家相比，虽然国内不少研究机构或公司都开发了属于自己的交流伺服系统，但是由于中国对交流伺服系统的研究起步较晚，所以与海外产品相对比，在速度串联、定位精度、反应时间等主要技术指标上还有很大的技术差距。由于科技的发展迅速，各种新的处理器被开发出来，全数字式伺服系统的发展空间还很大，特别是控制伺服电机的方式会有很大程度上的变化，所以研究高性能的伺服系统很有现实意义和物理价值。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1伺服系统的发展历程
1960年之前，伺服系统在这个阶段是以功率步进电机直接驱动为主要特征的，这个时候伺服系统的位置控制是开环控制。
1960到1980年，这个阶段是研究出直流伺服电机并疯狂被开发的时代。在工业领域和其他相关领域中直流伺服系统都得到了大量的使用，它的位置控制也变为了闭环控制。
自1980年至今，这一阶段是以机电一体化为背景的时代。由于伺服马达结构、永久磁铁材料和控制技术的突破性发展，大力推动了交流伺服驱动技术，使伺服传动装置经历了模拟、数模混合和全数字字化的发展历程，也使交流伺服系统的能力得到提升。
1990年以来，由于数字集成电路、微电子技术的发展，伺服驱动系统也有了喜人的进步。交流伺服检查系统从硬件管理转向计算机辅助软件控制，智能软件将成为伺服控制的一种趋势。
1.2.2交流伺服系统的发展趋势
2000年以来，伺服驱动系统完成了数字化的进步。国外的产品大约5年更新一次，计算机软件的算法每时每刻都在更新换代。由此可以看出伺服系统的发展趋势：
高性能化
集成化和模块化
通用化
网络化
智能化
1.3伺服系统的作用
整个伺服系统的作用是通过收到上位控制装置的指令，来操控被控对象跟着脉冲运作，同时保证整个流程快捷、准确。
2 系统的软硬件设计
2.1伺服系统的构成
图1 交流伺服系统结构组成
图1示出的是交流伺服系统组件的基本结构组成，包括功率驱动单元、速度控制单元、位置控制单元、电流控制单元、位置反馈单元、电流反馈单元、电机以及码盘。
功率驱动单元
功率驱动单位的结构是全桥型三相电压源逆变器。
控制单元
图1虚线框的部分是控制单元，这是整个交流伺服系统的中心,它包括了系统位置控制单元、速度控制单元和电流控制单元。
位置反馈装置
位置反馈装置是交流伺服系统的重要构成部件,正确合理的选择会使整个系统的性能得到提升。其传感器主要是光电编码器。
电流反馈单元
电流反馈单元可以反映出控制器性能。一般使用霍尔电流传感器，因为霍尔传感器的隔离性能强，它能够测量各种波形的电流。
2.2本课题要完成的任务
本课题研
1绪论 1
1．1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.2.1伺服系统的发展历程 1
1.2.2交流伺服系统的发展趋势 2
1.3伺服系统的作用 2
2 系统的软硬件设计 2
2.1伺服系统的构成 2
2.2本课题要完成的任务 3
2.3硬件设计电路图 3
2.4软件程序流程图 4
3 Cuinsico卡因斯科伺服电机驱动器接线与调试 5
3.1配线图 5
3.2伺服驱动器面板显示及操作 5
3.2.1面板各部功能 5
3.2.2驱动器参数设定流程 6
3.2.3状态显示 7
3.3辅助功能模式下的操作 8
3.3.1 辅助功能执行模式的用户参数一览及其功能 8
3.3.2显示伺服报警记录 8
3.3.3微动（JOG）模式运行 9
3.3.4用户参数设定值进行初始化 9
3.3.5位置指令 9
3.4串口通信部分 10
3.4.1MODBUS通讯协议 10
3.5调试 17
3.6运行 18
3.6.1试运行 18
3.6.2通用功能设定 18
4 伺服系统 19
4.1伺服系统的工作原理? 19
4.2伺服电机 20
4.3功率变换器 20
4.4传感器 20
4.5控制器 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 26
/> 3.6.1试运行 18
3.6.2通用功能设定 18
4 伺服系统 19
4.1伺服系统的工作原理? 19
4.2伺服电机 20
4.3功率变换器 20
4.4传感器 20
4.5控制器 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 26
附录： 27
1绪论
1．1 课题研究的背景和意义
随着国民经济和生产发动机控制技术的快速发展，在材料技术、传感器、微处理器和自动化技术基础发展起来时，伺服驱动技术也有了突破性的进步，这证明了高动态控制发动机扭矩交流是可以实现的，而且可以与直流电动机伺服系统相媲美，而且能够大大地提升伺服系统的机能。
目前，在伺服驱动系统中，使用永磁交流伺服电机的，主要有两种：一种是的无刷直流电动机，一种是三相永磁同步电动机。永磁同步电动机的特征是缠绕有永久磁铁励磁绕组替换转子的同步电机，而且不需要励磁线圈，滑环和电刷。三相永磁同步电动机和同步电机的定子绕组基本一致，进入三相正弦都需要定子电流。由于永磁同步电机转子有体积小、响应速度快、效率高、高功率密度的优势，所以在高性能的伺服系统中被广泛使用。
在最近几年，随着数字信号处理技术的高速发展，尤其是控制系统的全数字化交流伺服专用芯片的出现为系统提供了出色的硬件支持。当前，国外顶尖的伺服系统几乎都全数字化了。和欧美国家相比，虽然国内不少研究机构或公司都开发了属于自己的交流伺服系统，但是由于中国对交流伺服系统的研究起步较晚，所以与海外产品相对比，在速度串联、定位精度、反应时间等主要技术指标上还有很大的技术差距。由于科技的发展迅速，各种新的处理器被开发出来，全数字式伺服系统的发展空间还很大，特别是控制伺服电机的方式会有很大程度上的变化，所以研究高性能的伺服系统很有现实意义和物理价值。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1伺服系统的发展历程
1960年之前，伺服系统在这个阶段是以功率步进电机直接驱动为主要特征的，这个时候伺服系统的位置控制是开环控制。
1960到1980年，这个阶段是研究出直流伺服电机并疯狂被开发的时代。在工业领域和其他相关领域中直流伺服系统都得到了大量的使用，它的位置控制也变为了闭环控制。
自1980年至今，这一阶段是以机电一体化为背景的时代。由于伺服马达结构、永久磁铁材料和控制技术的突破性发展，大力推动了交流伺服驱动技术，使伺服传动装置经历了模拟、数模混合和全数字字化的发展历程，也使交流伺服系统的能力得到提升。
1990年以来，由于数字集成电路、微电子技术的发展，伺服驱动系统也有了喜人的进步。交流伺服检查系统从硬件管理转向计算机辅助软件控制，智能软件将成为伺服控制的一种趋势。
1.2.2交流伺服系统的发展趋势
2000年以来，伺服驱动系统完成了数字化的进步。国外的产品大约5年更新一次，计算机软件的算法每时每刻都在更新换代。由此可以看出伺服系统的发展趋势：
高性能化
集成化和模块化
通用化
网络化
智能化
1.3伺服系统的作用
整个伺服系统的作用是通过收到上位控制装置的指令，来操控被控对象跟着脉冲运作，同时保证整个流程快捷、准确。
2 系统的软硬件设计
2.1伺服系统的构成
图1 交流伺服系统结构组成
图1示出的是交流伺服系统组件的基本结构组成，包括功率驱动单元、速度控制单元、位置控制单元、电流控制单元、位置反馈单元、电流反馈单元、电机以及码盘。
功率驱动单元
功率驱动单位的结构是全桥型三相电压源逆变器。
控制单元
图1虚线框的部分是控制单元，这是整个交流伺服系统的中心,它包括了系统位置控制单元、速度控制单元和电流控制单元。
位置反馈装置
位置反馈装置是交流伺服系统的重要构成部件,正确合理的选择会使整个系统的性能得到提升。其传感器主要是光电编码器。
电流反馈单元
电流反馈单元可以反映出控制器性能。一般使用霍尔电流传感器，因为霍尔传感器的隔离性能强，它能够测量各种波形的电流。
2.2本课题要完成的任务
本课题研
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