唐义浩 基于ARM控制的交流伺服系统设计 2.doc

课程设计报告
（运动控制模块）

学 院：电气工程与自动化学院
题 目：基于ARM控制的交流伺服系统设计
专业班级：自动化111班
学 号：03
学生姓名：唐义浩
指导老师：朱文虎老师

2014 年 1 月 28 日

摘 要

运动控制技术能够快速发展得益于计算机、高速数字处理器、自动控制、网络技术的发展。基于ARM的控制器逐步成为自动化控制领域的主导产品之一。高速、高精度以及具有良好可靠性始终是运动控制技术追求的目标。
随着自动化水平的不断提高，越来越多的工业控制场合需要精确的位置控制。因此，如何更方便、更准确地实现位置控制是工业控制领域内的一个重要问题。伺服系统是以机械运动的驱动设备，伺服电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统,这类系统控制电动机调转速，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。
本文介绍了基于ARM控制的交流伺服系统设计。该控制系统采用Cortex-M3芯片作为控制核心，经keil编程控制伺服电机驱动器，从而对电机的转速位移进行智能化，精确化控制。

关键词：运动控制；ARM；Cortex-M3；伺服电机；驱动器

Abstract

The development of motion control technology can be due to the rapid development of computer, high-speed digital processor, automatic control, network technology. The ARM controller has gradually become one of the leading products based on automation control field. High speed, high precision and good reliability is object motion control.
With the automation level of the continuous improvement, more and more industrial applications require accurate position control. Therefore, how to more convenient, more accurate position control is an important issue in the field of industrial control. Servo system is the drive equipment of mechanical motion, servo motor as the control object, the controller as the core, with the power electronics device as the actuator, automatic control system of electric drive component in automatic control theory, electric machine adjustable speed control system of this kind, converting electrical energy into mechanical energy, realize the motion of mechanical motion requirements.
This paper introduces the design of the AC servo system based on ARM. The control system uses Cortex-M3 chip as the control core, the Keil programming to control the servo motor drive, intelligent and the rotational speed of the motor displacement, precise control.

Keywords: motion control; ARM; Cortex-M3; servo motor; drive

目 录

摘 要 1
Abstract 2
第1章 绪论 6
1.1嵌入式系统研究现状及发展趋势 6
1.2伺服控制系统研究及应用现状 7
第2章 相关技术简介 8
2.1 交流伺服电机的控制原理简介 8
2.2 ARM Cortex-M3简介 10
2.3 空气开关 11
2.4光耦 12
第3章 系统硬件设计 13
3.1总体设计 13
3.2硬件布局设计 13
3.3强电电路连线设计 14
3.3.1强电部分的连线如图所示 14
3.3.2电机与伺服电机电源接线 14
3.3.3编码器与伺服电机的接线 15
3.4 ARM核心板电路图 15
第4章 系统软件设计 16
4.1 交流伺服系统程序框图 17
4.2 测速方式及原理 18
4.2.1 M法数字测速 18
4.2.3 M/T法数字测速 19
第5章 系统调试及注意事项 19
5.1系统的调试 20
5.2系统的注意事项 20
第6章 总结与鸣谢 21
参考文献 22
附录1 23
附录2 23

第1章 绪论

随着科学技术的发展，基于嵌入式技术的控制系统在工业领域得到越来越广泛的应用，并日益起着越来越重要的作用。工业控制技术的进步对伺服控制系统的功能要求越来越复杂化、多样化，某些应用于特殊场合的伺服控制系统既要求实现系统的在线自动控制，又要求能够实现现场数据的存储用于科学分析、总结生产规律，还要有可视化的人机接口界面，以实现人机的友好互动。选择本课题的出发点在于为了解决工程实际问题、满足工程实际应用的需要。位置伺服控制系统与其它伺服控制系统相比较既具有相似性又具有差异性，相似性表现为课题研究所用的技术、理论知识相同或相似，差异性主要表现为系统实现功能不同、使用的场合不同。本文运用电子技术、测控技术、嵌入式技术以及机械设计的相关原理和方法，通过分析嵌入式位置伺服控制系统应用平台的各种工况、控制精度及其它要求，在满足国家工业控制标准的基础上进行控制系统的设计，然后制作原理样机，以达到对二维角位移的精确伺服控制。位置伺服控制系统的功能需求主要包括：具有可视化的人机接口功能、具有数据存储功能、具有对存储数据的搜索功能、系统运行状态实时语音报数功能、具有多种定位调节方式功能、采集数据的液晶实时显示等功能。由于本项研究所形成的系统具有良好的经济性、高度的系统稳定性、集成性、灵活而快捷的多种控制方式，将使课题研究的嵌入式位置伺服控制系统具有良好的应用前景。本文讨论了一种基于ARM微处理器的交流伺服电机控制器设计。

我们这儿的伺服电机选择交流伺服电机，交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

1.1嵌入式系统研究现状及发展趋势
嵌入式应用系统早已走进了我们的日常生活，在消费电子、航空航天、汽车电子、医疗保健、网络通信、工业控制等各个领域已经得到了广泛应用，它正在以各种不同的形式悄悄地影响着、改变着人们的生产、生活方式。
嵌入式系统最大的特点是系统功能目标明确，所用的软硬件资源与系统任务相比，性价比非常高，不会出现软硬件资源的冗余，也正是基于此，导致嵌入式系统外观和形式各异。但是通过分析和研究嵌入式系统内部结构形式发现，一个嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行机构组成。其中嵌入式计算机是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。执行机构也称控制对象，它可以接收嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。根据执行任务的不同，执行机构可以分为功能单一型和复杂型。简单的如手机的来电震动，复杂的如嫦娥一号位置定位调节系统等。
2l世纪，嵌入式系统已经成为计算机应用领域的一个亮点，正展示着其强大的生命力。尤其是最近几年，嵌入式计算机系统不断进入新的应用领域，如PDA、手持设备、智能家庭设备、智能电话等，并将在更大范围内影响着人们的工作与生活。
伺服系统隶属于自动控制的一个组成部分，早先是以经典的频率法进行分析和设计的，以传递函数、拉普拉斯变换和奈奎斯特稳定理论为基础。60年代发展的、适用于多变量时变系统的现代控制理论，为计算机在伺服系统中的应用奠定了理论基础，而嵌入式控制芯片功能的集成、丰富和发展又促进了嵌入式自动控制系统的发展。
1.2伺服控制系统研究及应用现状
随着控制技术的发展，对伺服系统性能不断提出新的要求，数字技术的飞速发展，将计算机与伺服控制系统结合，使计算机成为伺服系统一个环节已成为现实。其中微处理机的广泛使用，使现代控制理论在伺服系统中应用得到了有力的支持，大大改善了控制性能。基于嵌入式技术的位置伺服控制系统一般用在数控机床、工业机器人的伺服控制中，通常由伺服控制计算机(可以采用MCU、MPU、DSP、FPGA等)及其接口电路组成。如采用单片机作为控制器的电液位置伺服控制系统，由于具有功率大、响应速度快、系统刚度大和控制精度高等优点，在各类机床、重型机械、大型实验设备、航空航天、船舶和武器装备等领域获得了广泛应用。
位置伺服控制技术同样被广泛应用于智能机器人领域，从20世纪90年代，英国和日本已成功地将位置伺服控制系统技术运用在仿生人工腿上，从而改善了残疾者生存条件。我国中南大学在国家自然科学基金和教育基金博士点基金的资助下，从2001年开始研究采用基于DSP的位置伺服控制智能仿生人工腿，并成功研制出国内首个基于嵌入式位置控制技术的智能仿生人工腿原型机。
现代控制理论的发展和电力电子学的最新成就，极大地促进了伺服系统的发展。展望未来，新器件、新理论、新技术必将驱使伺服系统朝“智能化”方向发展，赋予人工智能特性的伺服系统以及智能控制器在近几年内必将获得广泛应用。

第2章 相关技术简介
2.1 交流伺服电机的控制原理简介
交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。
交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2~0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。
交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。
交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：
1、起动转矩大；
由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。
2、运行范围较广;
3、无自转现象。
正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）。
交流伺服电动机的输出功率一般是0.1~100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。
交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。
与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动gS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。交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。
当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相180°，+旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。
为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率Sk大于1。在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线运行。由于转子的惯性，运行点由A点移到B点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。
普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。
就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快;位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。
对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢(比如PLC，或低端运动控制器)，就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率(比如大部分中高端运动控制器);如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。因此伺服电机的控制方式下面三类：
1.转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm，如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
2.位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。
3.速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。
2.2 ARM Cortex-M3简介
Cortex-M3处理器是一个低功耗的处理器，具有门数少, 中断延迟小, 调试容易等特点。它是为功耗和价格敏感的应用领域而专门设计的、具有较高性能的处理器，应用范围可从低端微控制器到复杂SoC。 
Cortex-M3处理器使用了ARM v7-M体系结构，是一个可综合的、高度可配置的处理器。它包含了一个高效的哈佛结构三级流水线，可提供1.25DMIPS/MHz的性能。在一个具有32个物理中断的标准处理器实现上（0.13um Metro @50MHz），达到了突出的0.06mW/MHz能效比。 
为降低器件成本，Cortex-M3处理器采用了与系统部件紧耦合的实现方法，来缩小芯片面积，其内核面积比现有的三级流水线内核缩小了30%。Cortex-M3处理器实现了Thumb-2指令集架构，具有很高的代码密度，可降低存储器需求，并能达到非常接近32位ARM指令集的性能。 
对于系统和软件开发，Cortex-M3处理器具有以下优势。小的处理器内核、系统和存储器，可降低器件成本。完整的电源管理，很低的功耗； 
突出的处理器性能，可满足挑战性的应用需求。快速的中断处理，满足高速、临界的控制应用。可选的存储器保护单元（MPU），提供平台级的安全性；增强的系统调试功能，可加快开发进程。没有汇编代码要求，简化系统开发；宽广的适用范围：从超低成本微控制器到高性能SoC。  
Cortex-M3处理器在高性能内核基础上，集成了多种系统外设，可以满足不同应用对成本和性能的要求。处理器是全部可综合、高度可定制的（包括物理中断、系统调试等），Cortex-M3还有一个可选的细粒度的（fine-granularity）存储器保护单元（MPU）和一个嵌入式跟踪宏单元（ETM）。
2.3 空气开关
空气开关（英文名：Air switch），又名空气断路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。
开关的脱扣机构是一套连杆装置。当主触点通过操作机构闭合后，就被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生故障，则有关的脱扣器将产生作用使脱扣机构中的锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。按照保护作用的不同，脱扣器可以分为过电流脱扣器及失压脱扣器等类型
2.4光耦
光耦合器亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。
耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大提高计算机工作的可靠性。
又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

第3章 系统硬件设计
3.1总体设计
本文介绍了基于ARM控制的交流伺服系统设计。该控制系统采用Cortex-M3芯片作为控制核心，经keil编程控制伺服电机驱动器，从而对电机的转速位移进行智能化，精确化控制。
本系统可以分为弱电电路，强电电路两大部分，弱电电路指ARM控制部分，强电模块主要是控制伺服控制器通电部分。

Cortex-M3

弱电/强电
显示
键盘
伺服控制器
伺服电机

3.2硬件布局设计
由于交流伺服系统中的模块较多，为了更好的调试，我们按如下布局进行排布。
行程开关
行程开关
正反转开关

ARM控制板
显示

Cortex-M3
及显示
交流电
空开
交流接触器
直流继电器
电源灯（红）
运行灯（绿）
启动按钮（绿）
停止按钮（红）
伺服控制器
伺服电机

3.3强电电路连线设计
3.3.1强电部分的连线如图所示

绿
A1
A2
红
ON
绿
红
交流接触器
空开

3.3.2电机与伺服电机电源接线

3.3.3编码器与伺服电机的接线

3.4 ARM核心板电路图
A5伺服电机的电源是220V交流点，而ARM核心板的供电电源是12V，为了防止A5伺服电机220V烧毁ARM核心板，我们采用光电隔离，我们用PC817光耦来实现强电与弱电的隔离。测速模块，我们采用LM324运放，利用伺服控制器X4口的OA+，OA-，OB+，OB-，OZ+，OZ-来检测A，B，Z脉冲。
原理图如下:

PCB如图:

第4章 系统软件设计
4.1 交流伺服系统程序框图
伺服电机靠PWM脉冲控制，测速靠伺服电机后的光电编码器的A，B，Z脉冲。
Y
N
开始
设置定位点
启动定位
返回
结束
判断是否定位
设置速度并启动
测速并显示

4.2 测速方式及原理
光电编码器的输出脉冲信号有三种测速方法。一种方法是在固定的时间间隔内对脉冲进行计数，实际上测量的是脉冲的频率，这种方法称为M法；另一种方法是计算两个脉冲之间的时间间隔，亦即脉冲信号的周期，这种方法称为T法；综合以上两种方法则产生第三种方法M/T法。

4.2.1 M法数字测速

　 M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。计算公式为：时钟Z = 倍频系数 x 编码器光栅数。M法测速的分辨率：
M法测速误差率：
在上式中，Z 和 Tc 均为常值，因此转速 n 正比于脉冲个数。高速时M1大，量化误差较小，随着转速的降低误差增大。所以，M法测速只适用于高速段。

4.2.2 T法数字测速

T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。计算公式为：
T法测速的分辨率
Ｔ法测速误差率
低速时，编码器相邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲个数M2多，所以误差率小，测速精度高，故T法测速适用于低速段

4.2.3 M/T法数字测速

从原理上M法和T法都可以折算出转速，但是从转速测量的精度、分辨率和实时性考虑，前者适用高速下的转速测量，而后者则适合低速下的转速测量，而综合了两者特点的则是M/T法。
M/T法把M法和T法结合起来，即检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1 又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，以此来计算转速。其计算公式： 由于其中的M1和M2都随转速的变化而变化高速时自动进入M法，低速时自动进入T法，它适用的测速段范围最宽。 第5章 系统调试及注意事项
5.1系统的调试
系统上电后，开启启动按钮，对伺服电机供电，按下液晶屏启动键，电机转动；按下正反转，可以实现正反转；按下加减速，可以实现加减速；同时，可以测速，进一步，可以定位启停。
5.2系统的注意事项
1. 我们对于伺服控制器，我们应该先对L1C，L2C通电，即将之连接到空气开关；然后再对L1，L2通电，即将之连接到交流接触器输出端。
2. X4接口焊接时，要用热塑套，防止启动后铜线相互接触，烧毁伺服控制器。
3. 若X4接口安常规方法不能驱动电机，我们可以反过来尝试一下。即“高”接“0”，“0”接“负”。
第6章 总结与鸣谢

历时三周的课程设计让我们回顾了本学期的关于电力电子，电机拖动，运动控制以及ARM嵌入式编程技术的课程内容，将理论用于实践。同时，让我们接触到了从设计电路，制作，布局线路，强电弱点隔离，智能控制的工业制作流程。真正意义上的完成了一项控制工程，从而获得更多的认识。从开始的迷茫到后来一步步的解决各种问题到最终完成设计离不开指导老师辛勤的教育，特此鸣谢朱文虎老师，王祖麟老师，汤清波老师和翁发禄老师，值新年之际 ，祝各位老师身体健康，心想事成，马上成功，阖家欢乐。
参考文献
[1] 基于S7-200伺服电机控制系统设计. 西安邮电大学毕业设计论文，2012
[2] 郭海亮. 基于ARM的伺服电机控制器设计. 河北工业大学毕业生毕业论文，2009
[3] 林瑞光. 电机与拖动基础. 浙江大学出版社，2010
[4] 王兆安，刘进军. 电力电子技术. 机械工业出版社，2009
[5] 陈伯时 电力拖动自动控制系统 机械工业出版社，2008
[6] 刘凯.ARM嵌入式接口技术[M].北京：清华大学出版社，2009
[7] 周立功.ARM嵌入式系统[M].广州：北京航空航天大学出版社，2008
附录1

附录2
/*******************************************************************************************************
*** (CP)SCK--P0.6 DAT--P0.9(这两个是已经设置好的)
*** (STR)RCK--P0.3 KEY--P0.4(用户自己随机设定的值)
*** PWM--P1.4
*** P0.2编码盘脉冲捕获计数
*** P1.5高频时钟计数触发捕获
*******************************************************************************************************/
#include "..\config.h"

/*********************************************************************************************************
宏定义 A5接口

*********************************************************************************************************/

#define CS (1ul << 3)
#define CS_INIT() GPIO0DIR |= CS /* 设置为输出模式 */
#define CSON() GPIO0DATA |= CS /* 高电平 */
#define CSOFF() GPIO0DATA &= ~CS /* 低电平 */

#define INH (1ul << 0)
#define INH_INIT() GPIO2DIR |= INH /* 设置为输出模式 */
#define INH_H GPIO2DATA |= INH /* 高电平 */
#define INH_L GPIO2DATA &= ~INH /* 低电平 */

#define CL (1ul << 1)
#define CL_INIT() GPIO2DIR |= CL /* 设置为输出模式 */
#define CL_H GPIO2DATA |= CL /* 高电平 */
#define CL_L GPIO2DATA &= ~CL /* 低电平 */

#define SRV_ON (1ul << 2)
#define SRV_ON_INIT() GPIO2DIR |= SRV_ON /* 设置为输出模式 */
#define SRV_ON_H GPIO2DATA |= SRV_ON /* 高电平 */
#define SRV_ON_L GPIO2DATA &= ~SRV_ON /* 低电平 */

#define A_CLR (1ul << 3)
#define A_CLR_INIT() GPIO2DIR |= A_CLR /* 设置为输出模式 */
#define A_CLR_H GPIO2DATA |= A_CLR /* 高电平 */
#define A_CLR_L GPIO2DATA &= ~A_CLR /* 低电平 */

#define NOT (1ul << 4)
#define NOT_INIT() GPIO2DIR |= NOT /* 设置为输出模式 */
#define NOT_H GPIO2DATA |= NOT /* 高电平 */
#define NOT_L GPIO2DATA &= ~NOT /* 低电平 */

#define POT (1ul << 5)
#define POT_INIT() GPIO2DIR |= POT /* 设置为输出模式 */
#define POT_H GPIO2DATA |= POT /* 高电平 */
#define POT_L