在伺服系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，需要能夠準(zhǔn)確發(fā)送各種測(cè)試信號(hào)的正弦機(jī)。但通常使用的機(jī)電正弦機(jī)具有難以克服的機(jī)械傳動(dòng)空回、死區(qū)及波形失真和漂移、裝訂參數(shù)可重復(fù)性差等缺點(diǎn)。

　　為了克服以上缺點(diǎn)，作者開(kāi)發(fā)了8098數(shù)字正弦機(jī)。

　　1　硬件組成

　　8098數(shù)字正弦機(jī)采用MCS-96系列8098單片機(jī)［1，2］(也可選用兼容的80C196單片機(jī))和5VASZZ系列DSC模塊，以軟件方法產(chǎn)生階躍、等速、周期等速和正弦等信號(hào)，通過(guò)8255直接16位數(shù)字輸出，或分精粗各12位數(shù)字量分送兩個(gè)DSC轉(zhuǎn)化為三相模擬電壓雙通道輸出。在此過(guò)程中，利用8279顯示和控制正弦機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。8098數(shù)字正弦機(jī)的硬件組成框圖如圖1。

圖1　8098數(shù)池正弦機(jī)硬件組成框圖

　　2　軟件實(shí)現(xiàn)

　　8098數(shù)字正弦機(jī)的大部分功能是利用8098的匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)的，其軟件功能框圖如圖2所示。

圖2　8098數(shù)字正弦機(jī)軟件功能框圖

　　2.1　信號(hào)的產(chǎn)生

　　下面以正弦信號(hào)的產(chǎn)生為例說(shuō)明這部分的設(shè)計(jì)思想。

　　2.1.1　算法　

　　正弦運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是按給定周期的正弦函數(shù)值，在單位時(shí)間送位置偏移置y，然后加上正弦的基值y0，即可得到繞基值按正弦規(guī)律變化的位置量A0。由于內(nèi)存有限，且為了簡(jiǎn)化程序，設(shè)計(jì)中采用先計(jì)算出1/4個(gè)周期的正弦曲線，再通過(guò)銜接處理得到整個(gè)周期正弦曲線的方法。其中位置偏移量的計(jì)算是根據(jù)裝訂的正弦周期值T，計(jì)算出單位幅值標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，然后用裝訂的正弦幅值M乘以每個(gè)計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正弦值x，即可得到按正弦規(guī)律變化的位置偏移量。

　　2.1.2 　正弦引導(dǎo)　

　　為保證被測(cè)伺服系統(tǒng)按正弦幅值平穩(wěn)變化，在正弦運(yùn)動(dòng)起始段與結(jié)束段均設(shè)計(jì)了正弦幅值的引導(dǎo)程序。下面以起始引導(dǎo)為例加以說(shuō)明：根據(jù)裝訂的正弦周期值T計(jì)算出需要引導(dǎo)的點(diǎn)數(shù)N，從第一點(diǎn)(n=0)開(kāi)始，正弦的幅值m從0開(kāi)始按比例線性增加，直至最后一點(diǎn)(n=N)，恰好使得此時(shí)的m等于裝訂的正弦幅值M，這就完成了引導(dǎo)(結(jié)束引導(dǎo)是反過(guò)來(lái)從M開(kāi)始線性遞減至0)。8098數(shù)字正弦機(jī)規(guī)定引導(dǎo)一個(gè)周期。正弦引導(dǎo)的算法公式為

　　N=400T,    (1)

　　m=Mn/N，(n由0到N變化),    (2)

　　y=mx,    (3)

　　A0=y0±y。    (4)

　　在引導(dǎo)的正半個(gè)周期，式(4)“+”號(hào)有效；負(fù)半個(gè)周期“-”號(hào)有效。正弦引導(dǎo)曲線示意圖如圖3所示。

圖3　正弦引導(dǎo)曲線示意圖

　　2.2　限位工作方式

　　在階躍、等速(包括周期等速)及正弦等運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中，均可采用限位工作方式。用戶可在0～360°的范圍內(nèi)，任意裝訂上、下兩個(gè)限位值α,β，則正弦機(jī)只能在從β逆時(shí)針至α的范圍內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行到限位值時(shí)，正弦機(jī)送數(shù)便自動(dòng)停止在限位位置。這種限位工作方式為角度受限伺服系統(tǒng)的調(diào)試提供了保護(hù)作用。

　　3　調(diào)　試

　　8098數(shù)字正弦機(jī)的調(diào)試分為實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)兩個(gè)階段。在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試中，為了檢驗(yàn)正弦機(jī)是否工作正常，采用了兩種不同的方式：

　�、� 用ATD98D單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的繪圖功能。ATD98D單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)具有繪圖功能，能將內(nèi)存0～FFFFH中的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單描繪出來(lái)。調(diào)試時(shí)，在程序16位數(shù)字量輸出之前，將其先存儲(chǔ)于從C000H開(kāi)始的單元中。這樣每執(zhí)行完一種運(yùn)動(dòng)，便能描繪出輸出的位置曲線，可以直觀地觀察這種運(yùn)動(dòng)曲線是否正確。如有錯(cuò)誤，可及時(shí)修改程序再次執(zhí)行，重新繪出曲線觀察，直至無(wú)誤。這種方法應(yīng)用于調(diào)試前期非常方便。

　�、� 用示波器測(cè)量結(jié)合圖解法。利用日立V-134可記憶型示波器可以方便地觀測(cè)到正弦機(jī)在執(zhí)行各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，精粗雙通道DSC模塊的三相輸出電壓隨時(shí)間變化的波形。根據(jù)裝訂的各參數(shù)值，可以得到正弦機(jī)在各種運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置量隨時(shí)間變化的曲線以及DSC模塊的三相輸出電壓隨位置量變化的曲線，這樣就可以用圖解法求出理論的DSC模塊三相輸出電壓值與時(shí)間之間的變化規(guī)律曲線。通過(guò)比較示波器實(shí)際觀測(cè)到的波形與圖解出的理論曲線是否一致，便可確定正弦機(jī)是否工作正常。正弦運(yùn)動(dòng)參數(shù)為M=90°，T=6s時(shí)，利用圖解法得到的粗通道DSC模塊的輸出電壓隨時(shí)間變化的曲線圖(A相、B相)如圖4所示。

(a)DSC三相輸出電壓隨位置變化曲線

(b)位置量隨時(shí)間變化曲線

(c)DSC輸出隨時(shí)間變化曲線

圖4　正弦粗通道DSC輸出與時(shí)間之間的曲線圖解原理

　　4　結(jié)　論

　　經(jīng)兩種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試正常后，8098數(shù)字正弦機(jī)于1996年7月在重慶望江機(jī)器總廠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)。結(jié)果表明，8098數(shù)字正弦機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求，且發(fā)送信號(hào)的誤差明顯小于機(jī)電正弦機(jī)，并克服了原有機(jī)電正弦機(jī)的許多缺點(diǎn)，功能齊全、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)便、通用性強(qiáng)、體積小、重量輕，是調(diào)試、驗(yàn)收伺服系統(tǒng)特性的一種理想工具。