电机编码器脉冲信号转换模块设计_开题报告

一、文献综述

（一）国内外研究现状

随着人民生活水平的日益的提高，消费不断攀升，随着认知度以及对自身生活品质的要求不断提高，消费者不仅对内在物质的品质提出了要求，还在包装上也提出了相应的要求，这就使生产厂商不得不将自己的生产设备更新换代，以加快生产，更高要求的满足人们的需求，所以自动化数控设备被引入了生产，同时伺服电机更是得到了广泛的应用。

伺服电机（servo motor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

《2015-2019年全球工业机器人伺服电机行业报告》显示，2013年开始，中国成为世界最大的工业机器人市场，2014年，中国市场上伺服电机的销量已飙升到全球伺服电机销量的55%。

目前，国外品牌占据了中国伺服电机市场近75%的市场份额，品牌市场主要来自日本和欧美。其中，日系产品以约45%的市场份额居首，其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等，其产品特点是技术和性能水平比较符合中国用户的需求，以良好的性价比和较高的可靠性获得了稳定且持续的客户源，在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势。虽然国产伺服系统在市场上的比重比较低，但近几年国产品牌伺服系统的发展也很迅速，获得了一定的市场认可，比较具有代表性的企业主要有华中数控、广州数控等。同时还有一大批相关企业也进入到了伺服系统行业，比如深圳的英威腾、汇川科技，大连的安迪等。国产伺服系统在技术与性能上与国外品牌有较大的差距，并且产品质量与稳定性也不能同国外品牌同日而语，但国产伺服系统厂商为中小型制造加工企业提供了价格低廉的伺服产品与快捷迅速的售后服务，很好的满足了经济型企业用户的需求。

按照Researchand Markets的预测，90%的工业机器人使用伺服电机。

机器人专用化的伺服电机和驱动器将成为发展趋势，即在普通通用伺服电机和驱动器的基础上，根据机器人的高速，重载，高精度等应用要求，增加驱动器和电机的瞬时过载能力，增加驱动器的动态响应能力，驱动增加相应的自定义算法接口单元，且采用通用的高速通讯总线作为通讯接口，摒弃原先的模拟量和脉冲方式，进一步提高控制品质（如安川，松下，伦茨等主流伺服厂商以将EtherCAT总线作为下一代产品的总线标准）。

随着现在工业的高速发展，一台电机控制已不能满足实际生产要求，如大功率如在大功率拖动系统中，当一台电机功率驱动能力不足时，需要两台或多台伺服电机进行同步拖动。多台电机同步控制技术在高速高精度机械传动系统中已得到广泛应用，协调控制的精度及同步性问题普遍存在于控制系统中。多电机同步控制关注于如何解决多轴运动之间的协调问题，以达到系统整体性能最优化。在传动控制系统中，一般多电机保持同步运行主要有以下几个方面：同步控制运行中多个电机之间的速度保持一定的比例或者相同，这是最简单的同步系统，它已经被广泛应用在冶金工业中的多轴辊道、大型同步轧机、大型闸门、纺织工厂的纱锭、煤球机、双滚筒驱动的带式输送机、造纸机、桥式或者龙门起重机等，另外在现代大型船舶实验及大型飞机控制系统中，单台电机驱动能力已严重不足，多台大功率电机协调同步驱动已被广泛应用；同步控制系统中多电机之间输出相同相位或者输出转轴转角保持恒定的误差，如数控加工设备、机器人控制等，在这些精密制造设备中，多电机的同步控制运行直接影响控制系统的可靠性、安全性及控制精度。所以如何保证多电机的同步控制是运动控制研究领域的重要课题之一，具有非常重要的现实意义和应用价值。

多电机同步控制是一个跨学科的综合性技术，包含了伺服技术、电力电子技术，电气传动技术，自动控制技术，机械技术等多学科的有机结合。

数字化技术的发展引发了一种信息工业革命，数字化已成为现代信息社会的基础。传统的模拟控制制约了现代控制理论的控制算法的实现，随着采用高性能DSP和高速微处理器的伺服控制单元的实现应用，伺服系统的数字化时代已经到来，现代先进智能控制算法进行软件实现成为可能，代替硬件实现的高昂代价及限制，从而将用软件伺服控制来代替硬件伺服控制，促进伺服控制技术全面数字化。

多电机同步控制系统是跨学科综合性的研究课题，保持多电机协调运行通常有两种方式:一种是传统的机械方式，通过一台大功率电机驱动系统总轴，所有驱动单元通过齿轮啮合在总轴上，则输出为同一个相位信号。由于其结构简单，机械连接可靠，早前应用较为广泛。但机械同步控制方式有很多缺点：首先由于靠齿轮传动则同步控制精度低，不能满足现代控制精度要求，其次机械控制主轴容易出现振荡现象，由于主轴在传动过程存在机械摩擦，齿轮磨损会产生机械谐振，当高速运行时谐振会影响系统稳定，极易产生共振，且噪音大。机械谐振是不可避免的，则系统动态性能不稳定，同步控制同步性差。还有机械传动中，主轴传输的转矩和传输距离成反比，要增加转矩则主轴的截面积随之增大，如果进行远距离传输，则对工艺要求较高，从而增加控制系统成本。总上，机械传动同步控 制适合控制精度低，成本不高的场合。另一种是电控方式，即通过控制多台电机的转角、相位、转速等参数，实现多电机之间的协调运行。与机械传动相反，电控方式的多电机协调控制更加灵活。

由于伺服电机在同步控制、印刷、印染等领域应用广泛，很多时候需要对电机编码器信号分多路控制，本文主要开发设计一款编码信号脉冲信号扩展设备，将编码脉冲信号进行多路同步分配，向用户提供多路脉冲信号。基于伺服电机应用广泛，本电机同步脉冲信号转换模块的研究有着很大的意义。

二、^范文提纲

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2课题研究主要内容

2方案选择

2.1单片机选择

2.2脉冲输入部分方案

2.3脉冲输出部分方案

2.4显示部分方案

2.5串口通讯部分方案

3硬件部分

3.1主要器件说明

3.2硬件电路设计

4软件部分

4.1简介Keil

4.2程序设计

5调试结果

三、参考文献

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