【正文】 刷 A、 B 接在電壓為 U 的直流電源上，那么會(huì)發(fā)生什么樣的情況呢？可以看出，電刷 A 是正電位， B 是負(fù)電位，在 N 極范圍內(nèi)的導(dǎo)體 ab 中的電流是從 a 流向 b，在 S 極范圍內(nèi)的導(dǎo)體 cd中的電流是從 c 流向 d。接通外電路時(shí)，電流仍然是從電刷A 經(jīng)負(fù)載流入電刷 B，與線圈一起構(gòu)成閉合的電流通路。從圖 可以看出，當(dāng)線圈的 ab 邊在 N 極范圍內(nèi)按逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng) 時(shí)，應(yīng)用發(fā)電機(jī)右手定 12 則，這時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是從 b 指向 a。從上述原理可見(jiàn)，任何電機(jī)都體現(xiàn)著電和磁的相互作用，是電、磁這兩個(gè)矛盾著的對(duì)立面的統(tǒng)一。在控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)還有其它的用途，例如測(cè)速電機(jī)、伺服電機(jī)等。對(duì)于模擬量輸入輸出以及簡(jiǎn)單的控制，一般是利用 PLC 的主 CPU 和一定的硬件支持，通過(guò)相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；其它情況由于牽涉到比較的計(jì)算量 和 CPU 運(yùn)算時(shí)間，以及 PLC 掃描周期的限制，一般采用自帶CPU 的專用模板，由模板系統(tǒng)軟件完成相應(yīng)的控制任務(wù)。因?yàn)槔^電器控制中各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般超過(guò) 100ms，因此只要 PLC 運(yùn)行整個(gè)用戶程序的時(shí)間“掃描周期 ”小于 100ms，其運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制就沒(méi)有什么差別。圖 中當(dāng) PLC 方式開(kāi)關(guān)置于 RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開(kāi)關(guān)置于 STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后 3 個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對(duì)PLC 聯(lián)機(jī)或離線編程。 CPU 的主要功能： ① 從存儲(chǔ)器中讀取指令 ② 執(zhí)行指令 ③ 順序取指令 ④ 處理中斷 2）存儲(chǔ)器 CPU存 儲(chǔ)器電源 178。另外，斯特拉斯堡（ Strasbourg）試驗(yàn)中心、英國(guó)國(guó)防部門的研究、美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國(guó)麻省理工學(xué)院、韓國(guó)理工大學(xué)對(duì)智能車輛也有較多的研究。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的研究。 MOB－ LAB 是開(kāi)放“移動(dòng)試驗(yàn)室”的代名詞，后來(lái)用來(lái)研發(fā)車載實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)車道軌跡，實(shí)現(xiàn)車輛自主駕駛。車內(nèi)的環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出道路狀況，測(cè)量前方車輛的距離和相對(duì)速度，相當(dāng)于駕駛 員的眼睛；車載主控計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)提供的道路信息、車前車輛情況以及自身的行駛狀態(tài)，決定是沿道路前進(jìn)還是換道準(zhǔn)備超車，相當(dāng)于駕駛員的大腦；接著，自動(dòng)駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動(dòng)力學(xué)，向方向盤控制器、油門控制器和剎車控制器發(fā)出動(dòng)作指令，操縱汽車按規(guī)劃好的路徑前進(jìn)，起到駕駛員的手和腳的作用。智能車輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動(dòng)完成將給 人類社會(huì)的進(jìn)步帶來(lái)巨大的影響，例如能切實(shí)提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率、降低車輛的燃油消耗量，尤其是在改進(jìn)道路交通安全等方面提供了新的解決途徑。一般說(shuō)來(lái)，檢測(cè)系統(tǒng)中還集成有其他一些設(shè)備，它們是視覺(jué)系統(tǒng)、 X 射線裝置、超聲波探測(cè)儀或其他類似儀器。 mechanical transmission 目錄 第一章 緒論 ......................................................................................... 1 課題在理論和實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值 ........................................ 1 主要研究?jī)?nèi)容 ........................................................................... 2 第二章 智能小車的研究現(xiàn)狀 ................................................................ 3 國(guó)內(nèi)智能小車的研究現(xiàn)狀 ....................................................... 3 國(guó)外智能小車的研究現(xiàn)狀 ....................................................... 4 第三 章 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) ................................................ 6 PLC 的選擇及工作原理 ........................................................... 6 直流電機(jī)與接近開(kāi)關(guān) ............................................................. 10 直流電 機(jī)的基本工作原理 .................................................................. 10 接近開(kāi)關(guān)的工作原理： .................................................................... 14 機(jī)械傳動(dòng)原理和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) ............................................. 15 機(jī)械 傳動(dòng)原理 .................................................................................... 15 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) .................................................................................... 16 第四章 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................................... 19 硬件電路的設(shè)計(jì) ..................................................................... 19 實(shí)驗(yàn)器材 ............................................................................................ 19 控制要求 ............................................................................................ 23 實(shí)驗(yàn)步驟 ............................................................................................ 24 梯形圖的設(shè)計(jì) ......................................................................... 24 結(jié) 論 ................................................................................................... 32 致 謝 ................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ............................................................................................... 34 1 第一章 緒論 課題在理論和實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，也就是最簡(jiǎn)單的輪式機(jī)器人，最適合在那些人類無(wú)法工作的環(huán)境中工作，它們已在許多工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹 。 1 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究 摘要： 小車運(yùn)動(dòng)控制Ⅰ型實(shí)物教學(xué)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)由絲桿、滑桿等機(jī)械部件組成；電氣方面有直流減速電機(jī)、傳感器、開(kāi)關(guān)電源等電子器件組成；可編程控制器可采用目前市面上比較流行的各類 PLC，如西門子、三菱或歐姆龍等。 用 PLC 繼電器邏輯實(shí)現(xiàn)小車的智能控制具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義，可以將此技術(shù)廣泛應(yīng)用于車間物料的傳送。它們可以比人類工作得更好并且成本低廉。 醫(yī)療應(yīng)用 由于要求機(jī)器人完成的許多操作（如切開(kāi)顱骨、在骨體上鉆孔等）比人工操作更為準(zhǔn)確， 因此手術(shù)中許多機(jī)械操作部分都由機(jī)器人來(lái)完成。 2 主要研究?jī)?nèi)容 1） 國(guó)內(nèi)外智能小車的研究現(xiàn)狀 2） 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)（ PLC 控制的基本原理、直流電機(jī)、傳感器等器件的原理及使用等） 3） 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（硬件電路設(shè)計(jì)與 PLC 梯形圖的設(shè)計(jì)） 3 第二章 智能小車的研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)智能小 車 的研究現(xiàn)狀 吉林大學(xué)智能車輛課題組長(zhǎng)期從事智能車輛自主導(dǎo)航機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)研究。 另外，我國(guó)清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位也正在研發(fā)智能車輛。 MOBLAB 有以下主要特點(diǎn)：車輛前后裝備彩色攝像機(jī)，用來(lái)檢測(cè)輛外部環(huán)境；兩個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)字圖像處理器（利用相應(yīng)算法結(jié)構(gòu)，以 200ms一幅圖像速度分析圖像）； 4 個(gè)車載傳感器 來(lái)測(cè)量橫向和縱向車輛加速度；在車輛左右側(cè)安裝的毫米波雷達(dá)感知道路左右兩側(cè)環(huán)境；兩個(gè) PC 處理器處理雷達(dá)和其他融合的傳感器數(shù)據(jù)；德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)智能交通研究所所研發(fā)的三輛智能原型車輛，配備不同的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)：基于視覺(jué)的系統(tǒng)；雷達(dá)系統(tǒng)（檢測(cè)與車道的橫向位置）；激光掃描測(cè)距器（障礙物檢測(cè)）；其他傳感器，如側(cè)向雷達(dá)、轉(zhuǎn)向陀螺儀。 6 第三章 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) PLC 的選擇及工作原理 本系統(tǒng)采用歐姆龍公司 CP1H 系列 PLC。 糠 ?輸入單元輸出單元編程器或其他設(shè)備按鈕 接觸器電磁閥指示燈行程開(kāi)關(guān)繼電器觸點(diǎn) 7 只讀存儲(chǔ)器 ROM 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 3）輸入輸出單元 輸入接口電路 輸出接口電路 通常 PLC 的輸入類型可以是直流、交流和交直流。 可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過(guò)程的原理如圖 所示。 建立 I/O 映像區(qū)： PLC 在輸入輸出操作上采用定時(shí)采樣、定時(shí)輸出的方式。這樣，這些模板與 PLC主 CPU 并行工作，兩者之間通過(guò)總線接口進(jìn)行聯(lián)系，主 CPU 定期向模板發(fā)送命令，模板也定期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給主 CPU。雖然直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的用途各不同，但是它們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。我們?cè)谶@一章里討論直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機(jī)中的 “ 磁 ” 和 “ 電 ” 如何相互作用，相互制約，以及體現(xiàn)兩者之間相互關(guān)系的物理量和現(xiàn)象（電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率、電樞反應(yīng)等）。這時(shí)線圈的 cd 邊則是在 S 極范圍內(nèi)按逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，依據(jù)發(fā)電機(jī)右手定則可以判斷， cd 邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是從 d 指向 c。不過(guò)，要注意到這時(shí)線圈內(nèi)的電流已經(jīng)反向了。前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，因此， ab 和 cd 兩導(dǎo)體都要受到電磁力 Fde 的作用。 從以上的分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問(wèn)題是當(dāng)導(dǎo)體從一個(gè)磁極范圍內(nèi)轉(zhuǎn)到另一個(gè)異性磁極范圍內(nèi)時(shí)（也就是導(dǎo)體經(jīng)過(guò)中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時(shí)改變。 接近開(kāi)關(guān)的工作原理： (1)概述 接近傳感器可以不與目標(biāo)物實(shí)際接觸情況下檢測(cè)靠近傳感器金屬目標(biāo)物。 ●所有金屬型：相同檢測(cè)距離內(nèi)檢測(cè)任何金屬。目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，目標(biāo) 物金屬種類如何，振蕩頻率都會(huì)提高。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制開(kāi)關(guān)信號(hào)。缺點(diǎn)就是軸向受力大傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保證。 2） 靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)，包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等。現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過(guò)程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成 本低的特點(diǎn) :具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求 ,還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢(shì)。 互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng) 18 總線，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì) 安全防爆要求等。常用光耦器件及其外圍電路組成。這樣，雖然兩個(gè)光接受電 路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過(guò)反饋通路的非線性來(lái)抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。 21 1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無(wú)論加上何種控制信號(hào)，何種無(wú)源負(fù)載，電路都是安全的。那這么簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)