要随着科学技术的进步，传统的运动控制系统由于本身的特性限制难以满足现代工业的要求，研究和开发具有开放式结构的高性能运动控制器已成为当前运动控制领域的重要发展方向。本论文以永磁交流同步伺服电动机为核心，对运动控制器的硬件结构进行了全面的改进，实现了运动控制单元和外围处理单元，研制了一种用常规芯片系列组成的运动控制器，提出了采用单稳态多谐振荡器和数据选择器的四倍频辨向电路。该系统硬件结构是基于普通PC机或工控机的ISA总线而开发，其功能集12位DAC转换、定时中断、脉冲接收、倍频辨向计数、零点检测及使能报警等于一体。该系统的软件结构通过对系统CMOS／实时时钟(RTC)编程实现高精度定时硬件中断， 对系统CMOS/实时时钟(RTC)编程实现高精度定时，在中断程序中加入PID控制算法，可以满足高精度的伺服电机位置控制的要求。关键字：伺服系统 实时钟 PID控制ABSTRACTWith the progress of the technology, it is diffcult for the traditional Motion ControlSystem to satisfy the demands of the modern industry. Currently, it has been an important trendin the motion control field to develop the high-capability Motion Controller with the openstructure.Motion controller composed of general chip series is developed and Quadruple differential Circuit utilizing dual monostable multivibra-tors with Sehmitt trigger inputs and dual 4_line to 1_line data selectors or multiplexers is put forward.Hardware framework of the system is basedon ISA buses of general PC or IPC,including 12_bit multiplying D/A conversion,time interruptpulse receiving,zero check and on-off and warning circuit.Software framework is put forward based on the technical programming the CMOS/Real Timer Clock,adopting VtoolsD to programme VxD and real-time position control of servo electromotor is realized.So the key problem of developing
NC in the Windows is solved.And,PID controller is designed,PID control arithmetic is programmed,parameters of control system are adjusted online，experiment is researched and the result is analyzed.Experimental result showed that programming CMOS／RTC,realizing high precision time through program VxD along with PID arithmetic in the interrupt can meet the requjre of high preci sion position control of servo electromotor.The paper firstly introduces the origin, research significance, related technical status and main contents of the task, and describes the system as a whole in detail, then discusses the hardware design, software design, and the algorithms design respectively. Finally, The paper brings forward the main contents of advanced research.Keyword:目
要 ................................................................ I 目
录 ............................................................. III第一章
论 ....................................................... 11.1 引言 ............................................................. 11.2位置伺服系统的构成 ............................................... 21.3伺服系统的发展历程 ............................................... 31.4 伺服系统的发展趋势 ............................................... 4第二章
永磁交流同步伺服电动机的工作原理及数学模型 .................... 72．1永磁交流同步伺服电动机的结构 .................................... 72．2永磁交流同步伺服电动机的工作原理 ................................ 72．3永磁交流同步伺服电动机的数学模型 ................................ 8第三章
伺服控制系统设计 ............................................. 103.1系统方案设计 .................................................... 103.2
I SA总线 ....................................................... 113.3总线驱动、数据锁存及译码电路 .................................... 123.4中断定时电路 .................................................... 143．5使能报警I／0电路 .............................................. 143．6倍频辨向电路与脉冲接收电路 ..................................... 153．7数模转换电路 ................................................... 17第四章
系统CMOS／实时时钟硬件中断定时 .............................. 204．1 WINDOWS系统中时钟的选择 ......................................... 204．2通过对系统CMOS／实时时钟(RTC)编程实现高精度定时 ................ 214．2．1系统CMOS／实时时钟简介 ...................................... 214.2.2 WINDOWS 98环境下实时钟的使用 ................................... 234.2.3对RTC编程的实现 .............................................. 234．3中断时间的测试 ................................................. 25第五章
P ID控制 .................................................... 275．1 P I D控制简介 .................................................. 275．2 P L D控制器设计 ................................................ 285.3 P I D控制器的软件编制 ........................................... 305.4控制系统参数的整定 .............................................. 30第六章
总结与展望 ................................................... 326.1总结 ............................................................ 32参考文献 ............................................................. 34伺服运动控制器的研究第一章
论1.1 引言随着科学技术的进步，传统的运动控制系统由于其自身的特性限制已不能满足现代工业和社会发展的要求。归纳起来，主要表现在以下几个方面:1、封闭式结构。提供给用户的只是特定环境下特定功能的目标作业，控制系统的内
部包括控制算法和底层的接口等对用户是一个“黑箱”。这种结构不便于对系统的功能进行扩展和改进，也不便于对系统资源进行共享和再利用。2、控制软件的兼容性差。控制软件的结构依赖于处理器硬件，在不同的系统间移植比较困难，同时也给软件的升级和更新带来了不便。3、容错性和可靠性差。由于采用了多片单片机并行的结构，使得系统的通讯和同步难以实现，同时数据相关性复杂，导致控制系统的容错性和可靠性变差。4、缺少网络功能。不利于构造大系统，无法实现多系统协调以及远程和漫游控制。针对传统运动控制系统的这些缺陷，研究和开发具有开放式结构的高性能运动控制器己成为当前运动控制领域的一个重要发展方向，引起了人们的广泛关注。1986年以来，世界工业界一直致力于在制造业中推广开放、积木式结构控制技术。1O多年来，这一技术己在计算机行业取得巨大成功。在开放式结构控制技术的指导下，计算机控制器完成了从造价昂贵的专业化大中型机到开放、积木式通用个人计算机的变革，使计算机技术很快地进入到各行业的各个部门和家庭。这为发展开放式结构的运动控制系统积累了经验，创造了良好的条件。现代通讯和网络控制技术日新月异，并在人们的生活中占据越来越重要的位置。发展智能运动控制系统也将是我国21世纪的发展战略。运动控制器利用高性能微处理器及大规模可编程逻辑器件实现伺服电机的多轴协调控制，将实现运动控制的底层软件和硬件集成在了一起，具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能。与传统的数控装置相比，运动控制器具有以下特点:1、技术更新。功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制。2、结构形式模块化。可以方便地组合，建立适用于不同场合的控制系统。3、操作简单。在PC机上经简单编程即可实现运动控制，不需要专门的数控软件。以运动控制器作为独立的标准部件可以明显缩短新产品的研制开发周期，有利于使用者创造自己的品牌产品。目前，运动控制器的应用日益广泛，可以说只要有伺服电机应用的场合就离不开运动控制器。运动控制器以其特有的灵活性和优异的轨迹控制能力使许多工业生产设备焕发出勃勃生机。尤其值得注意的是，运动控制器在随动系统、伺服跟踪平台、天线稳定平台和火炮系统等领域有着广泛的用途，对于我军武器装备的改造和研制具有重大的影响。因此，对运动控制器进行研究与开发具有重要的意义。1.2位置伺服系统的构成按伺服系统调节理论，机床伺服系统通常可分为开环、半闭环和闭环系统。开环系统没有测量反馈环节。半闭环和闭环系统有测量反馈环节，其中，半闭环系统只有安装在丝杠或驱动电机转轴上的测量元件，检测与角位移有关的物理量，而闭环系统具有安装在工作台上的测量元件，可检测与直线位移有关的物理量。开环系统没有反馈信号，其精度差，而半闭环和闭环系统，可根据检测器的反馈信号与指令信号的比较结果来进行速度和位置控制，有较高的控制精度。由于丝杠和工作台间传动误差的存在，半闭环系统的精度要比闭环系统的精度低，但比闭环系统简单，易调整。数控系统和其他位置伺服系统一样，是一个双闭环系统，如图卜l所示。内环是速度环，作为一个独立的控制单元，它是由速度调节器、电流调节及功率驱动放大器等部分组成。速度控制单元的外环是位置环。位置伺服系统是由位置控制模块、速度控制单元、位置反馈及检测等部分构成。其工作过程是，由CNC来的位置输入指令与位置反馈装置检测出的进给坐标的实际位移量进行比较，把比较得来的偏差信号，经过位置控制装置的运算，将结果输出到D／A转换器，经伺服放大器放大后变成电压信号，成为速度环给定信号，控制电机向消除偏差的方向旋转，直到偏差为零时，电机停止运动，到达指定位置。这样，进给坐标的实际位置就能跟随指令变化，构成一个位置伺服系统。1.3伺服系统的发展历程（1） 直流伺服系统 伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。（2）交流伺服系统 从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。 交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类:永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。其中，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低，发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。 系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM。为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM的安全工作。速度环和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。电流调节器若为比例形式，三个交流电流环都用足够大的比例调节器进行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。电流用比例调节，具有结构简单、电流跟随性能好以及限制电动机起制动电流快速可靠等诸多优点。（3）交直流伺服系统的比较 直流伺服驱动技术受电机本身缺陷的影响，其发展受到了限制。直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作量大等缺点，在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度，难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。 交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性。所以交流伺服系统在工厂自动化（FA）等各个领域得到了广泛的应用。 从伺服驱动产品当前的应用来看，直流伺服产品正逐渐减少，交流伺服产品则日渐增加，市场占有率逐步扩大。在实际应用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服产品已经成为主流产品。（4）伺服系统的发展趋势 从前面的讨论可以看出，数字化交流伺服系统的应用越来越广，用户对伺服驱动技术的要求越来越高。1.4 伺服系统的发展趋势1. 交流化伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。从目前国际市场的情况看，几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达国家，AC伺服电机的
市场占有率已经超过80%。在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多，正在逐步地超过生产DC伺服电机的厂家。可以预见，在不远的将来，除了在某些微型电机领域之外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。2. 全数字化采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元，从而实现完全数字化的伺服系统。全数字化的实现，将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法（如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）成为可能。3. 采用新型电力电子半导体器件目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）和绝缘门极晶体管（IGBT）等。这些先进器件的应用显著地降低了伺服单元输出回路的功耗，提高了系统的响应速度，降低了运行噪声。尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控制功率模块（Intelligent Power Modules，简称IPM）。这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容，与微处理器的输出可以直接接口。它的应用显著地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。4. 高度集成化新的伺服系统产品改变了将伺服系统划分为速度伺服单元与位置伺服单元两个模块的做法，代之以单一的、高度集成化、多功能的控制单元。同一个控制单元，只要通过软件设置系统参数，就可以改变其性能，既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统，又可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度的全闭环调节系统。高度的集成化还显著地缩小了整个控制系统的体积，使得伺服系统的安装与调试工作都得到了简化。5. 智能化智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势，伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置当然也不例外。最新数字化的伺服控制单元通常都设计为智能型产品，它们的智能化特点表现在以下几个方面:首先他们都具有参数记忆功能，系统的所有运行参数都可以通过人机对话的方式由软件来设置，保存在伺服单元内部，通过通信接口，这些参数甚至可以在运行途中由上位计算机加以修改，应用起来十分方便;其次它们都具有故障自诊断与分析功能，无论什么时候，只要系统出现故障，就会将故障的类型以及可能引起故障的原因通过用户界面清楚地显示出来，这就简化了维修与调试的复杂性;除以上特点之外，有的伺服系统还具有参数自整定的功能。众所周知，闭环调节系统的参数整定是保证系统性能指标的重要环节，也是需要耗费较多时间与精力的工作。带有自整定功能的伺服单元可以通过几次试运行，自动将系统的参数整定出来，并自动实现其最优化。对于使用伺服单元的用户来说，这是新型伺服系统最具吸引力的特点之一。6. 模块化和网络化在国外，以工业局域网技术为基础的工厂自动化（Factory Automation 简称FA）工程技术在最近十年来得到了长足的发展，并显示出良好的发展势头。为适应这一发展趋势，最新的伺服系统都配置了标准的串行通信接口（如RS-232Ｃ或RS-422接口等）和专用的局域网接口。这些接口的设置，显著地增强了伺服单元与其它控制设备间的互联能力，从而与CNC系统间的连接也由此变得十分简单，只需要一根电缆或光缆，就可以将数台，甚至数十台伺服单元与上位计算机连接成为整个数控系统。也可以通过串行接口，与可编程控制器（PLC）的数控模块相连。 综上所述，伺服系统将向两个方向发展。一个是满足一般工业应用要求，对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等。另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品—伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求。长春工业大学人文信息学院
毕业论文设计
伺服运动控制器的研制第二章
永磁交流同步伺服电动机的工作原理及数学模型2．1永磁交流同步伺服电动机的结构在数控机床中，交流伺服电机正在逐渐代替直流伺服电机，这是由于交流伺服电机本身结构简单，坚固耐用，体积较小，重量较轻，没有整流子机械换向，所以远比直流伺服电机便于维护。特别是由于近年来大功率电子器件，以及用高速微处理器与功率电子器件相结合发展出来的大功率交流逆变技术，使其静态与动态性能不仅已经达到了直流伺服电机的水平，在有些方面，比如输出转矩的平稳性方面，甚至超过了直流伺服电机的水平。永磁式交流伺服电动机主要有三部分构成，包括定子，转子和检测元件，如图2-1所示。转子为励磁，定子为电枢。转子上的永磁材料通常采用铁氧体或稀土材料制成，磁场强度高，矫顽磁力很强，而价格又比较适当，可以有效的减少转子的惯量，提高输出转矩和电机的功率比。由于转子上没有绕组，不通过电流，所以在运行时电机轴的温度不会升高，这样就避免了像直流伺服电机那样，由于温升引起与轴相连的减速器或滚珠丝杠的热变形，从而影响机床精度的现象。电机内部的发热，只取决于定子电枢电流。由于定子铁心直接暴露于外部空气之中，其散热条件较好，便于实现小型化。此外，由于在电机轴上没有直流伺服电机的整流子和电刷，电机的轴向尺寸可以小一些。永磁同步型交流伺服电机内部采用单一的角度位置传感器来连续检测，并以检测的结果为依据使三相电机电流实现正交控制。常用的检测传感器为光电脉冲编码器和旋转变压器，除了完成转子位置的检测任务之外，传感器通常还要负担速度以及位移检测的任务，以便简化机械部分和控制部分的结构。2．2永磁交流同步伺服电动机的工作原理永磁交流同步伺服电动机的工作原理可以通过图2-2来说明。永磁交流同步伺服内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度。永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。2．3永磁交流同步伺服电动机的数学模型条件：(1)忽略铁心饱和；(2)不计涡流和磁滞损耗；(3)动子上没有阻尼绕组，永磁体也没有阻尼作用。(4)电动势是正弦的。在磁场定向矢量控制条件下(I。=0)，永磁交流同步伺服电动机的数学模型可描述如下:1．机械运动方程Fe=M+Bv+Ff=Kfiq
(2-5) 式中，M为电动机动子质量，B为粘滞摩擦系数，Ff为负载阻力，Fe为电磁推力，τn为极距，φf为永磁体有效磁链，μ为动子线速度，且v=2τnf≈vs
(2-6)式中，f为逆变器输出的电源频率，vs为电动机同步速度，kf为推力系数。2．d-q轴电压电流方程ud=rdid-vφq+=-vφq+uq=rqiq+v(φf+φd)+=rqiq +vφf+式中，=Ldid
(2-9) =Lqi q
(2-10)式中，ud、uq分别为动手d轴、q轴电压；id、iq分别为动子d、q轴电枢电流；φd、φq分别为由动子d、q轴电枢电流产生的d、q轴磁链：rd、rq分别为动子d、q轴电阻；Ld、Lq分别为动子d、q轴电感。第三章
伺服控制系统设计3.1系统方案设计位置控制主要是对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行控制。例如：工作台前后左右移动，主轴箱的上下移动，围绕某一直线轴旋转运动等。轴控制是数控机床上要求最高的位置控制，不仅对单个轴的运动和位置精度的控制有严格要求，而且在多轴联动时，还要求各移动轴有很好的动态配合。位置伺服控制不同于普通电动机调速系统，它是以足够的位置控制精度(定位精度)、位置跟踪精度(位置跟踪误差)和足够快的跟踪速度作为主要的控制目标。系统工作原理框图如图3-1所示。该系统是以光电编码器作为位置检测元件的闭环位置伺服系统。编码器输出的脉冲必须由伺服控制卡的计数器进行加减计数，计算机在每个采样周期内，首先读取计数器的值作为坐标轴实际运动增量，然后与坐标轴的位置增量命令相比较，算出当前坐标轴的偏差，接着，对偏差进行数字PID控制运算，得到进给速度指令的数字量，通过D／A转换，电压放大，为伺服装置提供速度指令电压，去驱动坐标轴运动，实现偏差的位置控制。位置控制功能由软件和硬件两部分共同实现，软件负责偏差和进给速度指令数值的计算。硬件主要由伺服控制卡组成，接收进给指令，进行D／A转换，为速度单元提供命令电压；同时位置反馈信号被处理，与指令值进行比较。伺服控制卡硬件实现框图如图3-2所示。从该图可以看出，系统的硬件设计主要有以下部分组成：ISA总线、总线驱动、数据锁存及译码电路、中断定时电路、使能报警I/O电路、倍频辨向电路、脉冲接收电路、数模转换电路以及零点检测电路。3.2
I SA总线ISA总线是对XT总线的扩展，以适应8/16位总总线的要求。ISA总线共有98根信号线，它在XT总线62根线的基础上向前延伸了36根，它的插头、插槽有两部分组成：一部分为62根总线连接器，分A、B两面，每面31线；另一部分是新增的36线连接器，分C、D两面，每面18线。62线与36 线之间有凹槽隔开，如此保证了与XT总线的兼容性。1.ISA总线的特点：（1）ISA总线能支持16位I/O端口地址，24位存储地址，8/16位数据存取，15级可屏蔽中断，7级DMA通道及能产生I/O等待状态。ISA总线的数据传送率为8MB/s。（2）ISA总线是一种多主控（Multi master）总线，除CPU外，其他主控设备可以是DMAC、DRAM刷新控制器和一个代处理器的智能接口卡。（3）ISA总线可以支持8种类型的总线周期，即8/16位存储器读周期，8/16位存储器写周期，8/16位I/O读周期，8/16位I/O写周期，中断响应周期，DMA周期，存储器刷新周期和总线仲裁周期。目前，ISA总线的接口逻辑已有原多个独立功能芯片发展到大规模单片控制集成电路为主芯片，这种多功能芯片称为芯片组，如486SLC系统主板上使用的208脚的PC-chip2，该芯片组包括DMA控制器、存储器管理器、计数/定时器、中断控制器、总线控制器及支持CPU所需的各种控制逻辑及所有的总线缓冲、奇偶校验电路等。该控制系统采用ISA总线(PC／AT总线)实现计算机与控制卡之间的信息传递。ISA(Industry Staridard Architecture)的意思是工业标准结构。ISA总线就是IBM PC／AT机的系统总线，所以也称IBM AT总线，后被推荐为IEEE P996标准。ISA总线是针对80286 CPU在原IBM PC总线的基础上修改扩展而成的16位系统总线。
ISA总线设计成前62引脚和后36引脚的两个插座。它既可以利用前62引脚的插座插入与工BM PC总线兼容的8位接口电路卡，也可以利用整个插座插入16位接口电路卡。ISA总线的前62引脚的信号分布与功能基本同IBM PC总线，仅有两处改动。另外，ISA总线修改了部分总线信号的名称，但它们与原IBM PC总线信号保持完全的兼容。ISA总线的后36引脚扩展了8位数据线、7位地址线以及存储器和I／O设备的读写控制线，并有中断和DMA控制线、电源和地线等。所以，总线信号共包括数据线16根、地址线24根，支持16级中断和7个DMA通道。该标准的数据宽度为16位，工作频率为8MHz，数据传输率最高为8MHz。3.3总线及译码驱动、数据锁存电路当应用系统规模过大，扩展所接的外接芯片过多，超过总线的驱动能力时，系统将不能可靠工作，此时应加用总线驱动器来减少读数据的持续时间。而且，总线驱动器除了起到驱动作用外，还能对其后的负载的变化起隔离作用。总线驱动可以减少主机的负担，不管驱动器后面接多少块插件板或集成电路芯片，都能消除驱动器后的负载电路对主机芯片的影响。1.系统数据总线数据总线用的驱动器必须具有双向性，地址总线用的只单方向即可。系统数据总线通过三态双向缓冲器74LS245形成和驱动。双向总线驱动器74LS245有16个三态锁存器。每个方向是8个，是为在数据总线之间的异步双路通信设计的，应用其控制功能可使外部时间要求减至最小。在控制端G有效的情况下，由DIR端控制驱动方向，DIR=l时，方向A到B(允许输出)，DIR=0时，方向B到A(输入允许)。三态双向缓冲器74LS245的控制端由读写命令和一系列地址选择产生的信号控制。2.系统地址和控制总线系统地址总线采用一个三态单向缓冲器74LS244来驱动A0～A4、IOR、IOW、RESET。3.译码电路一路为片选译码。译码电路的核心器件采用一片集成译码器74Lsl38。A0～A2经74LS244驱动后分别连接138译码器的3个编码输入端A、B、c，控制输入端G1接+5V，瓦接读写命令，瓦接A2，当3个控制端同时有效时，译码器才进行正常译码。另一路译码电路为线选译码。A2、A3与从比较器出来的信号经基本逻辑与非门74LS38和74L,S00共同完成译码，决定选中两个8254定时器芯片中的一个。它们的可用地 址选择范围如表3—1所示。3.4中断定时电路在数控加工中，需要进行多任务的实时处理，包括输入、输出、插补运算、位置控制和数据传输等，都必须在确定时刻开始，在有效的截止时间内完成。因此，要完成实时控制任务，首先就是要能获得准确的时间。Windows 98环境下获得定时时钟的方法有利用Windows系统时钟和利用多媒体定时等方法。但是由于在wi r132多任务抢占式工作方式下，应用程序不能完全占有CPLJ，因此，wirldows环境下软件定时不准确。所以在实际应用中，常常采用外界专门的硬件时钟电路来获取可靠的时间触发信号，将外界的定时触发作为一个硬件中断，采用中断的方式来进行实时系统中各种任务的处理。这种方式既能够保证精确定时，又可随任务的不同而通过编程的方式将它们的定时周期进行更改。2MHz晶振经74LS74两分频产生1脉冲／微秒信号接入计数器8254的CLKO端，8254通道0工作在方式3下,OIJT0端输出方波信号至带预置端和清除端的D型触发器74LS74时钟端，再输出到ISA插槽的中断请求端IRQn。3．5使能报警I／0电路使能报警I／O主要任务就是完成电机的控制与状态的检测，这些功能由特殊的电机控制I／O部件实现。与常规工／O接口相比，应具有更高的可靠性，能够阻断或抑制工业现场的各种干扰经由I／0通路进入计算机，保证计算机的稳定工作。而且必须能在计算机与输入输出装置之间进行必要的信息形式转换。如电动机的启、停信号，开关量的开闭信号，零点检测信号等就必须经过信息形式的转换。通过使能控制电路可以接通和关断至伺服驱动器的模拟量输出，从而在紧急情况出现时停止电动机的运行。使能报警I/O部件主要由一片74LS244，一片74LS273加上光电隔离TLP52-4构成，主CPU可通过写命令接通和关断使能，并可查询使能状态。TLP52-4是TOSHIBA公司生产的16引脚DIP封装，能提供4个单独隔离电路。其主要作用有：(1)为了防止强电干扰以及其它干扰信号通过信号I／O控制回路进入计算机，将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电。(2)可以进行电平转换。3．6倍频辨向电路与脉冲接收电路倍频鉴向电路的功能有两个：一是鉴别方向，即根据整形环节输出的两路方波信号A和B的相位关系确定出电机的旋转方向；二是将A和B两路信号进行脉冲倍频，即将一个周期内的一个脉冲(方波)变为四个脉冲，这四个脉冲两两相距1／4周期。因一个周期内的一个脉冲表示工作台移动了一个栅距，这一个周期内的四个脉冲中的每一个则表示了工作台移动了1／4栅距，这样就提高了光栅测量装置的分辨率。图路、倍频3-2是脉冲接收电鉴向电路和零点检测电路的框图，实现脉冲接收电路、倍频鉴向电路和零点检测电路如图3—3所示。脉冲接收电路主要由带有3个输出通道的单片四路线性接收器75175构成，能满足RS-423，RS-485等标准协议。75175接收电机传来的A、A、B、B、Z、Z脉冲，同时输出A、B、Z三种脉冲到倍频电路。倍频电路由两片斯施密特触发输入双单稳多谐振荡器74LS221组成。这种倍频电路应用比较方便，工作也十分可靠。此外，从图3-2也可以看出，真正实现四倍频，M1，M2，M3和M4还需要“或”起来，这将由鉴向电路完成。鉴向线路实际上是由一个双“四选一”线路所组成。双“四选一”线路用专用的集成电路74LSl53构成，其真值表见表3-2。A、B、Z三种脉冲通过逻辑与门74LS21接入到触发器74LS74的时钟端CP来构成零点检测电路。 表3-2双“四选一”线路真值表如果我们用lY表示正向脉冲输出端，2Y表示反向脉冲输出端，根据“四选一”线路的真值表，可以画出方波A滞后于B(即电机正向旋转)和A超前于B(即电机反向旋转)时的波形图如图3-4所示。从图中可以看出：当电机正向旋转时，在1Y段输出了一系列代表移动距离的数字脉冲，而2Y端为低电平；反过来，当电机反向旋转时，在1Y端为低电平，而2Y端输出了一系列代表移动距离的数字脉冲。因次，只要1Y端有脉冲，就表示电机3-3 脉冲接收电路，倍频鉴向电路及零点检测电路正向旋转，若2Y端有脉冲，则表示电机反向旋转。伺服控制卡上的计数电路由一片可编程定时／计数器8254组成。8254包含三个独立的16位计数器。其中，通道0工作于方式3，用于对时钟源(频率为2Mt{z)进行分频，其输出作为中断定时器；通道1、通道2工作于方式3，用来接收倍频鉴向电路输出脉冲，进行加减计数，计算机在每个采样周期内，首先读取计数器的值作为坐标轴实际运动位置，然后与坐标轴的期望位置命令相比较，算出当前坐标轴的偏差，接着对偏差进行PID运算，得到进给速度的数字量，通过D／A转换，经过电压放大输出双极性控制信号，为伺服电机提供速度指令电压，实现位置控制。 3．7数模转换电路数模转换的主要任务是把比较器的数字量转变为电压信号。图3-5是数模转换电路框图。计算机将实际位置与反馈位置做减法运算，此位置误差经数字PID调节后送到数模转换器，经D／A转换为直流电压送到伺服电动机的控制输入端，驱动电动机旋转到指定的位置。本模块选用MAXIM公司生产的MX7545A。MX7545A是分辨率为12的乘法型DAC转换器，内部带有两级缓冲器。由于CPU的数据总线宽度小于D／A转换器的分辨率，因此必须分两次送出数据，先送高字节，后送低字节。因此，在电路中加了锁存器74LS273。数模转换电路如图3-6所示。MX7545A输入数据线的低8位DB7-DB0，连到数据总线的D7-D0，高4位DB11-DB8，接到锁存器74LS273的4Q-1Q。写信号WR直接连到系统的IOW线上，CS接Y4。Y3与IOW经过或运算接到锁存器74L8273的时钟端。当译码输出Y3=0，或者而矿有效(即lOW=0)，则向锁存器写入高4位数据；当Y4=0，此时若IOW=0，则12位数据一起写入MX7545A，开始D／A转换。为了增强驱动能力，需运算放大器来进行电压放大，驱动伺服电机。运算放大器采用的是OP07，经过两极放大，输出双极性控制信号。另外，由于存在零点偏移、非线性误差及温度漂移等原因，为了得到一定精度的D／A转换结果，外接了调零和调满刻度电位器。图3-6 数模转换电路第四章
系统CMOS／实时时钟硬件中断定时4．1 Windows系统中时钟的选择在数控加工中，需要进行多任务的实时处理，特别是在系统中必须选取一个时间精度高的定时器来进行位置控制。windows 98环境下获得定时时钟的方法有如下几种：1.利用Windows系统时钟Windows提供的定时器是建立在DOS的INT 1CH中断基础之上的。在IBM PC硬件中，有一个8253定时芯片，提供3个可编程的定时／计数器(T／C0—T／C2)。其中，T／C0是系统时钟定时器，INT 1CH中断每秒发生18.2次，中断周期约55ms。实时控制系统的中断周期一般都在l0ms以下，但可以对8253直接编程产生lOms以下的中断周期。修改系统的T／C0的方法如下：T／C0的输入频率为1．193180MHz，来自于系统晶体振荡器。经过65535分频，产生一个18．2Hz的时钟，因而，修改T／CO的预置计数器的值(分频数)，即可获得较高频率的时钟。计算公式为：分频数=1.19318/时钟频率×1000000
(5-1) 如果修改了T／C0的预置计数器值，即改变了时钟中断的中断频率，这样势必影响到Windows本身的时钟及其部分功能(如鼠标的双击功能等)。这样修改后的系统时钟中的时间单元的计数频率加快，使得编程中使用TIME命令得不到准确的时间，存文件所附的时间也不准确，特别是由于计数加快，对于长时间工作的数控系统势必引起新日标置位，导致日期也发生错误。所有这些对于欲记录时间的实时系统是很不利的。2.利用多媒体定时由于多媒体的需要，windows对系统的定时进行了重新编程，在它的多媒体扩展库NMSYSTEM.DLL中提供了更高精度的定时服务。Windows多媒体定时器是Window系统的32位应用接口(API)程序提供的多媒体定时服务。应用程序可以得到周期性服务。同时，Window 98系统是抢先式的操作系统，在多媒体定时到来时能打断当前的运行程序去执行Windows提供的多媒体定时函数如下：MMRESULTtimeSetEvent(UNITuDelay,UNIT uResolution，LPTIMECALLBACK IpTimeProc，DWORDdwUser，UNIT fuEvent)。其中的uDelay表示定时周期：uResolution表示定时分辨率，其值是越小越好，但在一般的计算机中其最小只能达到1ms；lpTimeProc为定时触发的函数回调地址；dwUser用户自定义的返回值；fuEvent为定时类型，可以取用的有TIME ONESHOT、TIME_PERIOD、TIME_CALLBACK_FUNCTION等值。其中TIME—PERIOD表示事件每uDelay毫秒发生一次。多媒体定时器是一种有限的全局资源，不能任意的创建。因而在用完定时器后要及时的终结这个定时器，可以采用系统提供的函数：MMRESULT timeKillEvent(UNIT uTimerID)：式中的uTimerID为由timeSetEvent返回的定时器编号。通过这些功能调用可以实现最高lms精度的定时服务，但是它们和系统计时器一样，工作在应用层上。由于Windows是一多任务的系统，它的CPU时间是根据20ms的时间片在各个线程间分配的。实际上，多媒体回调函数的定时精度只能达到lOms级。在实际应用中，误差较大，所以采用多媒体定时器提供的时间不能满足实际加工过程的需要。3.外界时钟电路定时由于在Win32多任务抢占式工作方式下，应用程序不能完全占有CPU，因此，Windows环境下软件定时不准确。所以在实际应用中，也可采用外界专门的硬件时钟电路来获取可靠的时间触发信号，将外界的定时触发作为一个硬件中断，采用中断的方式来进行实时系统中各种任务的处理。这种方式既能保证精确定时，又可随任务的不同而通过编程的方式将它们的定时周期进行更改。本课题在方案设计期间，综合考虑了以上的3种定式方法，利用计算机系统中的实时钟CMOS，最终采用了外界硬件定时的方式。采用VtoolsD开发工具通过编写虚拟设备驱动程序(VxD)对系统CMOS／实时时钟(RTC)进行硬件定时器编程，来接管IRQ8，实现高精度定时。 4．2通过对系统CMOS／实时时钟(RTC)编程实现高精度定时 4．2．1系统CMOS／实时时钟简介图4-1 实时钟工作原理示意从AT机开始，PC机中配置了RT／CMOS RAM芯片，该芯片装有后备电池，在PC机断电后，该芯片仍能继续工作。因此内部的时钟电路可永久地(只需按时更换电池)保持时钟的踪迹，即不仅支持每天时间的更新，而且支持日期(世纪、年、月、日)的更新，故而称其为实时钟。实时钟的部分电路如图4-1所示。现代系统把CMOS组合成芯片组或超级I／0芯片。其功能包括不挥发日历时钟、报警器、100年日历、可编程中断、方波发生器和50字节不挥发的SRAM。它的特点是：可通过软件编程方波输出信号，并且能分别屏蔽和测试3个中断。周期性中断发生频率的可编程范围是122.070μs～500ms。RTC的中断类型是IRQ8：基本I/O端口是0x70～0x71，0x70是地址索引口，0x7l是寄存器操作口。系统CMOS的内部寄存器有四个：A主要控制计时的基频和输出频率；B控制RTC的工作方式；C是一系列的标志，它反映了芯片向CPU的申请中断的情况，在读出此寄存器的内容之后，该寄存器将自动清零；D是RAM有效位的标记寄存器；要控制和接管实时钟，必须了解保存在CMOS RAM中的和实时钟有关的状态寄存器A、状态寄存器B中相关位的含义：(1)状态寄存器AUIP：周期更新标志DV2～DV0：选择22级分频器的输入基准频率，系统初始化为010，即32768Hz。
RS3～RSO：选择22级分频器的输出信号频率，系统初始化为0110，即1024Hz。其中PIE为周期中断允许位，P工E=1允许周期中断；PIE=O禁止周期中断。 4.2.2 Windows 98环境下实时钟的使用从上述分析中可以看出，只要设置状态寄存器B的PIE=1，就可以让实时钟通过IRQ8向系统申请外部中断，中断的频率由状态寄存器A的RS3～RS0的值决定，周期中断及输出方波频率(基频为32.768kHz)的选择见表5-1。表5-1周期中断及输出方波频率选择4.2.3对RTC编程的实现在windows系统中，是通过VxD来管理硬件设备或已安装软件等系统资源的。VxD和动态链接库一样是32位可执行程序，只是VxD工作在核心层(Ring0)上。VxD可以随VMM一起静态加载或卸载。正是由于VxD与VMM之间的紧密协作，才使得VxD具有应用程序所不具备的能力，诸如可以不受限制的访问硬件设备、任意查看操作系统数据结构(如描述符表、页表等)、访问任何内存区域、捕获软件中断、捕获I／O端口操作和内存访问等，甚至还可以截取硬件中断。VxD在与windows的链接工作中处理中断，并在不影响其它应用程序执行的情况下为特定的应用程序执行I／O操作。大多数VxD管理硬件设备，也有一些VxD管理或代替与之有关的软件，如ROM BIOS例程。VxD可以包含必须在相应设备上执行的设备相关代码，也可以依靠其它软件去执行这些对设备的操作。由于使用DDK开发VxD十分繁琐和复杂，需对Windows系统的硬件和结构有详细的了解，因而在实际的应用中易采用VtoolsD开发工具来编写VxD文件。下面是对RTC的编程和对IRQ8的截获，其部分代码如下：#define MY_IRQ 8class MyHwInt
：public VHardwareInt { public：MyHwInt ()：VHardwareInt(MY_IRQ,0,0,0){} virtual VOID OnHardwareInt(VMHANDLE); };class ClockDevice ：public VDevice { public：virtual BOOL OnSysDynamicDeviceInit (); virtual BOOL OnSysDynamicDeviceExit();VirtualDWORDOnW32DeViceIoControl(PIOCTLPARAMSpDIoCParams); };VOID MyHwInt：：OnHardwareInt(VMHANDLE hVM) {_outp(0x70，0xc);_inp(0x71);
／／中断处理VWIN32_QueueUserApc(CallBackApc，(DWORD)＆e，TheThread);SendPhysicalEO1();
／／通知VPICD中断结束 )BOOL ClockDevice：：OnSysDynamicDeviceInit() {pMyIRQ=new MyHwInt ();if(!pMyIRQ I I!pMyIRQ->hook ())
return FALSE;
_outp(0x70，0x0a);
a=_inp(0x71);
_outp(0x70，0x0a);_outp(0x71，a＆0x80 I 0x22);
／／中断频率为128Hz
_outp(0x70，0xb);
b=_inp(0x71);
_outp(0x70，0xb);
_outp(0x71，0x40 I b);
PMylRQ->physicalUnmask();
return TRUE：
}BOOL ClockDevice：：OnSysDynamicDeviceExit()
{_outp(0x70，0xb);
_outp(0x71，b);if(pMylRQ) delete pMylRQ;
return TRUE： )4．3中断时间的测试为了确定vxD的运行性能，在程序中获取时间值是必要的。如果中断时间误差较大，在中断中实施位置控制，就不能更好的控制伺服电机的运动。因此测试中断时间就显得尤为重要。在实例中通过使用Debug Monitor工具来测试中断。Debug Monitor是NuMeg伺服运动控制器的研制a
VtoolsD 3.0提供的开发工具之一，它可用来观察VxD和WDM在debug状态下的输出流，Debug Monitor有两个输出通道Monitor和Default。Monitor输出的是和命令相关的事件。Default输出的是VxD在debug状态下的输出流。测试部分程序相当简单，只要在进入中断时加入一条输出流，将Default Monitor所显示的相邻时间相减就是中断时间。如图4-2 Debug Monitor所显示的内容。图4-2 Debug Monitor在对RTC定时精度的检测中，设定的定时间隔为7．8125ms。除了中断服务响应时间，应用程序与VxD通信耗费时间，以及应用程序读写操作耗费时间，通过debt．1g Monitor测得定时精度平均为6 μs，可以满足高精度的电机控制，证明借助于VxD在windows环境下实现实时控制是可行的。第五章
P ID控制5．1 P I D控制简介PID控制是比例积分微分的简称。PID控制器早在30年代末期就已出现。除了在最简单情况下应用的开关控制外，它是当时唯一的控制方式。经过50多年来的不断更新换代，PID控制得到了长足的发展。特别是近年来，随着计算机技术的飞速发展，发生了由模拟PID控制到数字PID控制的重大转变。与此同时还涌现出了许多新型P工D控制算法和控制方式。例如，非线性PID控制、自适应PID控制、智能P工D控制等等“’。常规PID控制系统原理框图如图5-l所示。系统是由模拟PID控制器和被控对象组成。图5-1 常规PID控制系统原理框图PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t)=r(t)-c(t)
(6-1)将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下：1.比例环节
即时成比例的反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。2．积分环节
主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之越强。3．微分环节
能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得
太大之前，在系统中引入一个早期的修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。到目前为止，PID控制仍然是历史最久、生命力最强的基本控制方式。这是因为PID控制具有如下优点：(1)PID控制原理简单，使用方便，并且已经形成了一套完整的参数设计和参数整定方法，很容易为工程技术人员所掌握。(2)PID控制算法蕴含了动态控制过程中过去、现在、和将来的主要信息。通过对比例系数、积分时间常数和微分时间常数的适当调整，可以达到良好的控制效果。(3)PID控制适应性强，可以广泛用于电气传动、伺服控制、化工、热工、冶金、炼油、造纸、建材以及加工制造等各个生产部门。(4)PID控制鲁棒性较强，即其控制品质对控制对象特性的变化不十分敏感。(5)PID控制可以根据不同的需要，针对自身的缺陷进行改进，并形成了一系列改进的算法。正是由于PID控制具有上述许多优点，使得它仍然是在电气传动和过程控制中应最广泛的基本控制方式，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。5．2 P l D控制器设计本系统中采用的电机为三相永磁交流同步伺服电机，所选电机为Panasonic MDMA082AIC。其主要性能指标为：1．额定转矩Mn=3．57Nm2．最大转速nN3000r/min3．额定功率P=0．75KW长春工业大学人文信息学院
毕业论文设计
伺服运动控制器的研制4．光电编码器分辨率为pf=2500脉冲/rad，四倍频。(即每转可以检测到1 000个脉冲)。这种位置控制器工作流程是这样的：计数器8254由两个计数通道接收光电编码器反馈回来的脉冲信号，将两个计数通道的计数值相减作为反馈值，给定值减去反馈值，其差值通过数字调节器的PID运算，输出的值再通过12位数模转换芯片MX7545A转换，并且经电压放大，用它来驱动电机运动到需要的位置。为了研究参数PID调节器算法，我们首先来看一下数摸转换电路的二进制码表，见表5-2。下面以采样周期7.8125ms来推导参数PID调节器控制算法。已知输出电压6000mv，对应电机转速3000r/min，规定：偏差(e(k))=给定值(r(k))-反馈值(c(k))，单位：脉冲／7.8125ms因此，电压输出V(单位：mv)应该满足下边这一等式：=
(6-2)式中，u(k)是在采样时刻k输出的电机控制信号，在5-3节会进一步介绍。
2’s Complement Code Table化简之，电压输出为：V ==1.536×10000×dac=2048+=2048+(6-3)
从表6-1可以看出，数据位每增加1格，输出电压为 =4.8828125(单位：mv)
因此，参数PID调节器控制算法为：=5728×5.3 P I D控制器的软件编制
（6-5）PID控制器中断服务流程如图5-3所示。PID控制器的离散方程为式中，=Kp×e(K)+K1×+KD×[e(k-1)] 是在采样时刻k的位置误差；是在采样时刻足输出的电机控制信号；e(k-1)是在采样时刻k-1的位置偏差；Kp 、KI、KD是需要用户写入的控制器中比例项、积分项和微分项的系数 。5.4控制系统参数的整定目前在工业过程中，采用PID控制的回路仍占绝大部分比例。要使PID控制器达到良好的控制效果，必须对控制器的参数即比例、微分和积分系数进行调整。控制工程中应用较多的PID参数整定方法主要有手工经验法、临界比例度法以及利用经典最优控制规律的PID参数优化设计方法等。经分析，同一组控制器参数在不同的运动参数条件下，以及同组参数在不同控制器条件下，系统输出特性上都有一定差异。作为通用运动控制器，面对的负载情况会有很大差别，根据具体情况选取适当的控制参数是决定系统性能的关键。参数选择不当，严重时会导致系统激振，一般情况会使系统的响应速度和精度达不到应有的水平。所以控制参数。选择调整是决定系统性能的重要环节。为确保系统在高速条件下的稳定性和控制精度，在本交流伺服系统中，针对不同的工况调节系统参数，以达到最佳输出性能。为简化系统的设计，在实验过程中，本系统采取在线整定PID参数的方法，凭经验多次尝试寻得较好的PID参数。
PID参数的方法程序如下图：图 5-3 位置 式PID控制算法程序框图第六章
总结与展望6.1总结1．在对位置伺服系统结构介绍的基础上，分析了三相永磁交流同步伺服电动机的结构及工作原理，并以其作为被控对象进行数学建模。2．设计了伺服控制卡的硬件系统。该系统是基于普通PC机或工控机的ISA总线而开发，其功能集总线驱动、数据锁存及译码、中断定时、使能报警、12位DAC转换、脉冲接收、倍频辨向计数、零点检测等于一体。提出了采用单稳态多谐振荡器和数据选择器的四倍频辨向电路，不仅使得电路简单，而且工作可靠。3．该系统是以光电编码器作为位置检测元件的闭环位置伺服系统。编码器输出的脉冲必须由伺服控制卡的计数器进行加减计数，计算机在每个采样周期内，首先读取计数器的值作为坐标轴实际运动增量，然后与坐标轴的位置增量命令相比较，算出当前坐标轴的跟随误差，接着，对跟随误差进行数字PID控制运算，得到进给速度指令的数字量，通过D／A转换，为伺服装置提供速度指令电压，去驱动坐标轴运动，实现偏差的位置控制。4．该系统软件通过编写虚拟设备驱动程序来实现。VxD开发难度大，开发周期长，错误的VxD往往会造成整个系统的崩溃。本文在windows体系结构研究的基础上，说明了windows系统下实现实时控制的难度，分析了windows环境下虚拟中断机制，利用VxD的开发工具VtoolsD，编写了虚拟设备驱动中断程序，实现了VxD与应用程序的通信。5．windows系统为保证自身的稳定性，不提倡应用程序直接与硬件打交道，但在许多具体应用中，需要开发或利用专门的硬件设备来完成特定的任务，如进行中断响应、数据采集等。为了使所开发的应用程序能访问系统底层资源，控制硬件中断、访问物理地址等，就必须利用Windows系统的虚拟设备驱动程序(VxD)的机制，通过编写VxD来获得对系统底层资源的访问权限。6．分析了Windows环境下获得定时时钟的方法，通过对系统CMOS／实时时钟(RTC)编程实现高精度定时硬件中断，并对实时中断时间进行了测试。测试结果表明，在Windows系统下，通过编写虚拟设备驱动程序(VxD)，对系统CMOS／实时时钟(RTC)编程实现高精度定时，可以满足高精度的伺服电机位置控制的要求。7．设计了PID控制器，编写了PID控制程序，在线整定了系统参数，并进行了实验验证和实验结果分析。实验结果表明，在Windows系统下，对系统CMOS／实时时钟(RTC)编程实现高精度定时，在中断程序中加入PID控制算法，设计方法简单可靠，实时性能良好，具有很大的通用性。6．2展望本文采用常规系列芯片研制出了伺服控制器，电路设计简单，价格便宜，可以满足中小型数控机床使用。但是与采用单片机，新型高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)或高性能的专用运动控制处理器芯片为核心所设计的如美国Delta Tau公司的PMAC，香港科技大学的MC628等运动控制器相比，运行速度较慢，功能不甚齐全，控制精度还需进一步提高。因此，随着计算机技术和微电子技术广泛应用于数控系统，深一步的研究很有必要，应用现代控制理论和智能控制理论的先进算法如最优控制、人工智能、模糊控制、神经网络等是形势必然。全面发展交流化、全数字化、小型化、微型化、智能化、模块化、网络化和高度集成化的伺服系统。参考文献【1】
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