admin 管理员组文章数量: 1184232
2024年4月30日发(作者：hunter)
直线
数据
线圈回路电压平衡方程：
１．引言
Ｌ
ｄｉ
＋Ｒｉ 。ｉ～。ｈ （２．１）
传统的进给系统是“旋转伺服电机＋滚珠丝杆”，这种
ｄｔ
进给系统的定位精度不高，同时，由于从电动机主轴到工作
式中：Ｌ为电感，ｉ为线圈电流，Ｒ为线圈电阻，ｅ 为线圈感应
台之问存在一系列的中问传动环节，增加了制造及装配的
电动势，ｅ 为电机反电势。
困难，也加大了系统的惯性质量，影响了对运动指令的快速
电磁力方程：
响应，从而影响加工精度［Ｊ１。
Ｆｕ＝ｌ（Ｍｉ （２．２）
为了解决上述问题，直线电机便应运而生。用直线电机
式中：Ｋ 为力常数。
驱动的一些直线运动装置，不需要中间转换机构，使得整个
动子力平衡方程：
装置结构简单、运行可靠，并且其动静态性能更好［２１。而直线
ｍ ＋Ｂ －ＦＭ—ＦＮ （２．３）
电机的模型参数是直线电机进给系统精度的一个重要影响
因素，为了实现直线电机驱动机电系统的高性能闭环控制，
式中：ｍ为电机动子质量，ｘ为动子位移，Ｂ为阻尼常数，ＦＮ
获得系统的模型参数非常重要［３１。
为负载推力。
中断技术是控制领域中一种常用的方法，而定时中断
电机反电势：
又是中断技术中最常用的一种中断 。中断技术常用于Ｃ语
ｅｂ＝ｌ（ｂ—ｄｉｘ 『（２
．
４）
言编程的工控系统中，用来进行计时、数据采集、控制电压
式中： 为电机反电势常数
输出等。本文即是采用系统时钟中断编程技术，完成对直线
由于Ｌ ０，Ｂ＝０，ＦＮ＝Ｏ，电机动子质量ｍ、线圈电阻Ｒ
电机位移数据采集及控制电压的输出等工作，从而辨识出
已知，因此可以推出直线电机数学模型为：
直线电机系统模型参数。
２．直线电机系统建模
Ｇ（ｓ） 南 （２．５）
实验中用到的直线电机为永磁同步空芯动铁式直线电
３．实验硬件系统建立
机，其主要优点为：采取永磁励磁方式，省去了电机的励磁
３．１系统硬件
绕组，消除了励磁损耗，提高了效率，电机体积也大为减小，
整个系统的硬件系统主要由工控机、Ｄ／Ａ卡ＰＣＬ７２６、功
不会产生齿槽效应等。图ｌ为直线电机的实物图。
率放大器、永磁同步直线电机、光栅及ＧＳ．２０Ａ光栅数显仪、
数字Ｉ／Ｏ卡ＰＣＬ７３１、行程开关、直流稳压电源等组成。
ＰＣＬ７２６为６路独立模拟量输出，１２位分辨率的Ｄ／Ａ
卡，输出电压：１０Ｖ，５Ｖ等，实验中设置其Ｉ／Ｏ端口基地址为
ｏｘ２ｃ０，所用到的是ｐｏｒｔ ５和ｐｏｒｔ ６端口 功率放大器对
ＰＣＬ７２６卡输出电压放大２倍，驱动直线电机运动。使用光栅
检测工作台的位移，光栅的量程为１００ｍｍ，与光栅配套使用
的ＧＳ－２０Ａ光栅数显仪，分辨率为０．５ｐ．ｍ。光栅数显仪将光
栅输出的与测量位移成正比的光电信号进行处理后，输出到
图１实验中所用直线电机
工控机进行控制运算。ＰＣＬ７３ｌ为４８位数字量Ｉ／Ｏ卡，６个８
由电磁理论，直线电机满足以下四个方程：
位Ｉ／Ｏ端口Ａ０、Ｂ０、ＣＯ、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１，每个端口可通过程序设
作者简介：袁双云，女，四川攀枝花人，助教，研究方向：微机接口技术。
一
５５—
翮塌硬件技术与研兜
置为输入或输出，模拟８２５５工作方式０，提供中断处理，基
地址设置为０ｘ３００。
３．２硬件连接
系统硬件连接简图如图２所示。工控机给ＰＣＬ７２６送入
信号，ＰＣＬ７２６输出两路模拟电压，经功放进行电压放大，驱
动直线电机运动；光栅检测电机工作台位移数据，送入光栅
数显仪处理并显示，ＰＣＬ７３ｌ采集光栅数显仪数据，送入工
控机处理。在工控机中通过设计Ｃ程序，实现对直线电机的
运动控制。
图２系统硬件连接简图
图３为直线电机驱动精密工作台的具体实物连接图。
图３系统硬件连接实物图
４．实验软件系统设计
控制系统软件是实现控制算法的基础，主要完成传感器
信号的输入，以及控制算法的结果输出，并应当包括必要的
保护程序。
在程序运行中，我们需要以固定的周期采集光栅数据、
输出控制信号，实现此功能最准确和方便的方法就是采用
时钟中断技术。ＰＣ机中系统定时器的中断频率为１８。２Ｈｚ，
其最小定时精度约为５５ｍｓ，对精密工作台的控制来说，这样
的采样周期远远不能满足要求，一般我们希望定时采用周
期为ｌｍｓ，所以必须提高定时精度。
系统定时器的输入频率为Ｉ．１９３１８１６ＭＨｚ，经６５５３５分
频，产生一个１８．２Ｈｚ的连续中断，中断号为８。因此，可以通
过修改系统定时器的分频数就可以获得较高频率的时钟。
由分频数＝最高频率／要求的时钟频率，得到ｌｍｓ采样周期
对应的分频数＝１１９３１８１．６／１０００＝１１９３。
系统定时器８２５３的控制字寄存器地址为０ｘ４３，给控制
寄存器输入０ｘ３６。设置系统定时器后，新的中断程序每ｌｍｓ
执行一次采样和控制输出程序，设定每经过５５ｍｓ就执行原
中断程序。０ｘ２０是中断控制寄存器的入口地址，每次在中断
服务程序结束前要送中断结束命令字给中断控制寄存器，为
下次中断做好准备。
主程序主要完成的任务是初始化ｌＪＯ端口、Ｄ／Ａ端口，设
一
５６一
置工作台相位零点，设置中断定时器，初始化所需要的控制
变量以及程序结束前恢复系统定时器等。初始化完成以后，
程序进入等待。中断子程序完成数据采集，控制算法运算，控
制输出以及调用原系统定时器中断子程序等。其软件控制流
程如图４所示。
开始
１／Ｏ，Ｄ／Ａ端口初始化设置
等待
一
保存定时器Ｉ１３中断向量
结 ＝结束／ ＝＝＞ ＝
关中断
嘉ｎ关中断 Ｉ
修改系统定时器
恢复原定时器中断向量
设置新的定时器中断向量
开中断
开中断
结束
（ａ）主流程框图
（ｂ）中断子程序框图
图４程序流程图
５．电机模型参数辨识数据及处理
电机稳态运行时，加速度为０，存在平衡式：
Ｆ：ｆ＝Ｋｒｉ （５．１）
式中：ｆ为摩擦力。
则稳态时电枢电流为：
ｉ＝ （ ・２）
从而可得：
ｕ＝ ＋ ｆ （５．３）
测量出不同的输入电压下的工作台稳态运行速度，即可
辨识出电机的力常数。图５为实测的一组线圈电压与稳态速
度值关系曲线图，用最小二乘法拟合，得到其表达式为：
Ｕｍ－１３．１ｖ＋０．２６２ （５．４）
从图５可以看出，线圈电压与稳态速度之间保持良好的
线性关系。由式（５．４）得到电机的力常数为１３．１Ｎ／Ａ。而理论
计算值嘲为１６．３ Ｎ／Ａ，实测值与理论值能够较好的吻合。
将数值ＫＭ＝ｌ（ｂ＝１３．６９，ｍ＝１４．ｋｇ，Ｒ＝７．７１）代入式（２．５），
从而得到直线电机的数学模型为：
Ｇ（ｓ） （５．５）
望
Ｅ
Ｅ
、
磺
精
｛疃
图５线圈电压与稳态递度关系Ｉｔｔｌ线图
６．结论
本文推导了直线电机的数学模型，建立了直线电机驱动
单自由度工作台的硬件及软件系统，采用定时中断编程技
【５］罗俊航．用于精密工作台驱动的永磁直线直流电机的设计与
术，在ＤＯＳ下运行Ｃ语言程序，采集工作台位移数据，经数
实验研究【Ｄ】．西安交通大学硕士学位论文，２００５，３．
据处理，得到电机的力常数为１３．１Ｎ／Ａ，与理论值间的误差
Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｉｍｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ
Ｙｕａｎ Ｓｈｕａｎｇｙｕｎ Ｙａｎ Ｃｈｕｎｌａｉ
（１．Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｎ Ｚｈｉｈｕａ，６１７０００，ＳｉＣｈｕａｎ；
２．Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｎ Ｚｈｉｈｕａ，６１７０００，ＳｉＣｈｕａｎ）
【 ｂ—ｈｃｔ】Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｐｒｇｇｒａｍｍｉｎｇ，ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ
ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｈｔｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ａ ｏｎｅ－ＤＯＦ ｔａｂｌｅ ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ａ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ
ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｗｅ ｕｓｅ ｔｉｍｉｎｇ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｒｕｎ Ｃ ｐｒｏｇｒａｍ ｕｎｄｅｒ ＤＯＳ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｄａｔａ ｏｆ
ｔｈｅ ｔａｂｌｅ ｉｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｗｅ ｇｅｔ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｆｔｈｅ ｍｏｔｏｒ １３．ＩＮ／Ａ，ｗｈｉｃｈ ａｇｒｅｅ ｗｅｌｌ ｗｉｎ１ ｔｈｅ ｈｔｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ．
【 啊出】ｔｉｍｉｎｇ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ；ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ
（上接第５１页）
３．小结
系统。
上面讨论了基于Ｂ／Ｓ结构的信息系统的安全问题，并提
参考文献：
出了一些切实可行的抵御安全隐患的建议。当然，构建一个
【１】张守伟，宋文爱．基于Ｂ／ｓ模式的管理信息系统安全问题研究
真正安全的Ｂ／Ｓ结构的信息系统并不是简单地将上述技术
【Ｊ］．黑龙江科技信息，２００８，０５：７１．
添加进去，而是要在系统设计阶段就将安全性作为一个重
［２］王国欣，朱鲁华．Ｂ／Ｓ模式的管理信息系统的安全模型设计
要的方面来对待。尽量使系统的每一个部分都体现安全性，
［Ｊ】．计算机工程，２００４，３０（１２）：３１５—３１ ７．
将信息安全的概念融合到系统设计与实现的每一环节和过
【３】钟世芬，柳荣其．基于Ｂ／Ｓ模式的数据库安全访问方法［Ｊ］．西
程中，这样才能真正成为一个有安全保障的Ｂ／Ｓ结构的信息
华大学学报（自然科学版）。２４（３）：１卜１ ７．
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｔｅ Ｂ／Ｓ Ｍｏｄｅ
Ｌｉｎ Ｌｉｑｉａｏ
（Ｑｉｎｇｄａｏ Ｈｉｓｍｉｌｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１００，Ｓｈａｎｄｏｎｇ）
【Ｊ＾】ｂ螂】Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎＩｔｅｒｎｅｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｍｏｔｅｓ ｈｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｂ／Ｓ ｍｏｄｅ．Ｉｎ
ｈｔｅ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ｓｅｒｉｏｕｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｈｔｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｎａｌｙｚｅｓ
ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙｐｉｔｆａｌｌｉｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｏｍｅ ｃｏｐｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．
【 啊ｃ由】Ｂ／Ｓｍｏｄｅ；ｓｙｓｔｅｍ ｓａｆｅｔｙ；ＳＱＬＩｎｊｅｃｔｉｏｎ
一
５７—
版权声明：本文标题：基于定时中断编程的直线电机模型参数辨识研究 内容由网友自发贡献，该文观点仅代表作者本人， 转载请联系作者并注明出处：http://www.roclinux.cn/b/1714474803a681762.html， 本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容，一经查实，本站将立刻删除。
发表评论