伺服電機屬於控制電機，它分為直流伺服電機和交流伺服電機兩種。由於交流伺服電機具有體積小，重量輕，大轉矩輸出，低慣量和良好的控制效能等優點，已廣泛應用於自動控制系統和自動檢測系統中作為執行元件，將控制電訊號轉換為轉軸的機械轉動。由於伺服電機的定位精度相當高，現代位置控制系統已越來越多地採用以交流伺服電機為主要部件的位置控制系統。
這裡的設計也正是通過控制繼電器的閉合、斷開，而達到控制脈寬大小的目的，通過閉環控制非標準交流伺服電機的滑動磁塊的位移，利用磁場變化達到控制電機轉速的目的。
1 交流伺服電機控制系統設計方案
系統使用的交流伺服電機為三相交流電機；驅動器控制u／v／w三相電形成電磁場；轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機由接近感測器將轉速訊號反饋給驅動器；驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電訊號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。
2 系統硬體設計
本專案實質上採用stc89c52rc微控制器構建乙個最小系統，實現脈寬可調輸出控制兩個繼電器，實現電機正反轉智慧型控制，從而實現伺服電機的精確位移控制。控制系統組成如圖1所示。
通過按鍵輸入電機所需的轉速值並與轉速感測器反饋回來的電機轉速相比較，採用pid演算法，經微控制器處理後，轉化成相應的脈衝訊號，再經光電耦合器調節繼電器的開度，通過調節繼電器的脈衝寬度，達到脈寬的調製，從而控制伺服電機上的磁塊正負位移，使電機達到給定的轉速值，同時微控制器接受固定在伺服電機轉軸上的轉速感測器隨著電機轉動而產生的反饋脈衝訊號，並在led實時顯示電機的實際轉速。
2．1 微控制器控制器的硬體設計
在此開發了一套運動控制器的軟體系統。該系統的硬體結構是基於微控制器而開發的，所用功能為外部中斷、定時中斷、檢測感測器脈衝訊號、及輸入／輸出等。stc89c52rc的p0．0，p0．1，p0．2埠分別作為按鍵set、按鍵move、按鍵up的輸入口，通過stc89c52定時器t0的定時中斷控制脈衝傳送頻率，進而控制電機的轉速。
系統原理圖如圖2所示。
2．2 驅動部分電路的硬體設計
由於微控制器屬於ttl電路(邏輯1和0的電平分別為2．4 v和0．4 v)，其i／o口輸出的開關量控制訊號電平無法直接驅動電機，所以在p2．6口控制公升速訊號輸出端需加入驅動電路；同理該驅動電路也應用於p2．7口的降速輸出端。系統採用光耦耦合器和電晶體作驅動，由光電耦合器輸出通道傳入控制電機，所以具有很強的抑制雜訊干擾能力，起隔離作用，可防止強電磁干擾；電晶體主要起功率放大作用。電機驅動電路如圖3所示。
3 系統軟體設計
控制器的軟體主要完成led顯示，接受鍵盤輸入，實現伺服電機勻速執行和繼電器控制幾項功能，包括主程式、按鍵中斷服務程式、定時器t0中斷服務程式及led顯示子程式。在交流伺服電機控制系統中，微控制器的主要作用是產生脈衝序列，它是通過stc89c52rc的p3．2口傳送的。系統軟體編制採用定時器定時中斷產生週期性脈衝序列，不使用軟體延時，不占用cpu。
cpu在非中斷時間內可以處理其他事件，惟有到了中斷時間，才驅動伺服電機轉動一步。系統程式流程圖如圖4所示。
3．1 按鍵預置子程式
面板上有3個鍵與該子程式相關，它們是set，move和up，其功能分別是：set用來確定設定位，共有4位，包括個位、十位、百位和千位；move用來選擇那一位；up控制被控位的增加，每次增加，在0～9之間迴圈。當使用者確定其輸入時可按鍵set，程式便根據輸入的值確定伺服電機工作時的給定轉速，最後，將設定值存人對應的變數中，按鍵子程式流程如圖5所示。
3．2 定時中斷服務子程式
電機每轉動1圈，微控制器就中斷1次。通過檢測兩次中斷的時間間隔，即通過定時器的計數，就可以算出電機轉速。為了實現轉速檢測需將轉速中斷配置為最高中斷優先順序into。
中斷計數的程式框圖如圖6所示。
3．3 轉速的pid控制演算法
作為模糊控制和pid控制相結合的產物，模糊自適應pid控制除具有調速範圍寬，調節速度快和不要求掌握受控物件的精確數學模型等優點外，還具備結構簡單、容易實現的特點。根據直線電機位置運動規律，模糊自適應pid控制的基本思想是：當誤差大時，需加大誤差控制作用的權重，以快速消除誤差，提高系統響應速度；當誤差小時，需加大誤差變化量控制作用的權重，以避免超調使系統盡快進入穩態。
根據上述規律，可設計模糊自適應pid控制系統的模糊推理規則表。表1給出kp的模糊調整規則例項。其中，e(k)和△e(k)分別為位置誤差及其變化量。
模糊推理規則形式為：
模糊自適應pid控制的原理如圖7所示。
模糊pid的引數調整值為：
式中：j為規則條件語句的條數，j=1，2，…，n；ukxy(cx)為各規則語句中kx的隸屬度；cx為引數x所取得的模糊子集模糊論域的中心值。
在實現了電機轉速的實時檢測之後，就可以採用閉環控制來調節電機的轉速。轉速的控制框圖如圖8所示。其計算如式(2)所示：
式中：nr為由按鍵設定的轉速；n為實際的轉速輸出值。pi控制器由stc89c52rc微控制器通過程式設計實現實際轉速與設定轉速之間的控制偏差△n。
4 結語
該系統研究以微控制器作為控制器，對非標準交流伺服電機進行控制，有效利用微控制器內部資源以及詳細了解相應電機運動控制系統的執行特性，在生產調速電機的配套裝置實際應用中，降低了系統的成本，提高了系統的效能。
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