文 献 综 述

【1】课题背景：

”伺服”一词最早出现在1873年法国工程师Jean Joseph Leon Farcot的一本书Le Servo-Motor on Moteur Asservi中。伺服控制系统也叫位置随动系统，由控制器、功率驱动和电动机三大要素组成。根本任务是实现执行机械对位置指令的准确跟踪，当给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量，运动要素包括位置、速度和力矩。随着电力电子技术、传感器技术、微电子技术以及控制理论的快速发展，特别是控制策略理论的成功应用，使得交流伺服系统在短短几十年间取得了令人瞩目的发展。交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和稳定性方面来衡量。低档的伺服系统调速范围在1:1000以上，一般的在1:5000-1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；定位精度一般都要达到#177;1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的稳速精度比如个顶1rpm时，一般的在#177;0.1rpm以内，高性能的可以达到#177;0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出波形的相位滞后不超过90度或者幅值不小于50%。如今，交流伺服系统调速范围宽、运行可靠、动态响应快以及稳态精度高等优点，几乎已经全面代替直流伺服系统。

【2】现代伺服控制系统在国内外发展动态：

信息时代的高新技术推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术：全闭环交流伺服驱动技术、网际开放式结构高性能DSP多轴运动控制系统技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等。

全闭环交流伺服驱动技术在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中的应用越来越广泛。该系统的伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件，作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙，补偿机械传动件的制造误差，实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越度多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采用这种伺服系统。

直线电机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起”直线电机热”。在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零。

基于先进控制理论和DSP技术实现手段的并行发展，越来越多的先进控制策略迅速的应用到工程实际中去，这使得复杂运动控制系统和高性能运动控制系统得到快速发展。

可编程计算机控制器就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器，他最大的特点就是类似大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计，应用程序的运行周期与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此将应用程序的扫描周期童外部的控制周期区别开来，满足了实时控制的要求。

运动控制卡是一种机遇工业PC机、用于各种运动控制场合的上位控制单元。它的出现主要是因为为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；在工业设备、国防设备、智能医疗设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；PC机的广泛应用也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。具备代表性的产品有美国的PMAC、PARKER等运动控制卡。在国内相应的产品也已出现，如成都步进机电有限公司的DMC300系列卡已成功的应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动化设备上。

【3】关于C语言和MFC编程：

根据TIOBE最新的编程语言排行榜，C语言是使用率仅次于Java语言的第二大编程语言，二者的占比均达到15％以上。但C语言有其特殊的优势：1)相比较于Java的解释执行，C语言的编译执行具有更高的时间效率；2)相比较于Java的自动内存控制，C语言的手动内存控制具有更好的空间利用率．因此，在实时系统，嵌入式系统，驱动程序等开发当中，C语言都会是更好的选择。

MFC类库是C 语言与Windows的接口，利用MFC编写程序的本质是选择该类库中合适的类，并调用其下相应成员函数来完成某个功能。整体上，MFC框架定义了应用程序

的轮廓。并提供了用户接1：3的标准实现方法。程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填人这个轮廓。

VS提供了相应的工具来完成该工作：AppWizard可以用来生成初步的框架文件(代码和资源等)；资源编辑器用于帮助用户直观地设计用户接口：ClassWizard用来协助添

加代码到框架文件；编译，则通过类库实现了应用程序特定的逻辑脚。

【4】课题研究意义：

绘图仪是一种能按照人们要求自动绘制图形的设备，也是作为计算机的一种的外部设备，具有将计算机内部数据输出为二维图形的功能。

本课题设计的平台式绘图仪是为高等学校提供的基于交流伺服系统的X-Y坐标教学绘图仪。该设备具有性能稳定、精度高、能有效消除误差，并且抗干扰能力强、结构紧凑、成本低的优点。

参考文献：

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[17]. 朱云龙等 针对C语言的面向方面语言设计与实现 小型微型计算机系统 2016

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课题研究难题：

本课题主要针对基于运动控制卡的二维交流伺服系统位置控制方式进行研究与应用，了解运用伺服控制技术和位置闭环控制技术X-Y二维坐标仪，通过硬件调试和软件编程实现伺服系统性能优化。

主要的研究工作

1. 熟悉交流伺服系统的构成，理解各部分模块的功能，包括伺服电机及其驱动器、运动控制卡等，完成交流伺服系统的硬件调试。

2. 熟悉交流伺服系统的软件调试，掌握控制方法，完成G代码调用。

3. 加深理解调节位置伺服系统的增益调整原理及其作用，掌握位置伺服系统增益的调试类型和方法。

4. 对交流伺服系统进行频率特性分析。

5.利用MFC编程实现运动轨迹的演示程序，开发人机交互运动控制软件。

研究手段：

1.硬件调试部分由交流伺服驱动器的电气接口切入，完成控制信号及主线路的接线；空载下试运行电机；基于运动控制卡用C语言编写函数发送脉冲，测试伺服电机的脉冲当量；控制伺服电动机一定速度运动一定的角度，测量速度和位移的控制精度。

2.软件调试部分通过调试手工调整和在线自动调整完成。

3.频率特性分析可用三频段的概念，由开环频率特性分析系统性能。低频段斜率和位置决定了系统的稳态误差；中频段斜率，开环截止频率及中频段长度表征了系统动态品质；高频段特性反映了系统动态响应起始段性能及抗干扰能力。

4.MFC编程制作步骤：新建一个基于对话框类型的MFC Appwizard工程，然后使用build命令生成命令程序并执行；选择为背景的图片导入工程，将其加载为对话框的背景；完成主对话框的创建和显示后，利用MFC工具箱提供的控件对子对话框进行制作，使其实现对应按钮的功能；通过按钮调用子对话框，并给按钮加载位图；最终对程序封装生成可执行文件。