【正文】 Y7G2AG2BG1A0.....A126264A0 A18255 8155AD0.....AD7＋5 VCE CS CE10/MCE CS XFER8253 0832A0A1 18 為了防止強電干擾以及其他干擾信號通過 I/O 口控制電路進入計算機，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機與強電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導。 晶閘管輸出型光電耦合電路圖 這種電路的輸出部分為光控晶閘管，光控晶閘管由單向和雙向兩種形式，這種光電耦合器常用在大功率的隔離驅(qū)動場合，本系統(tǒng)功率較大，故采用此種光電耦合電路。 （ 2）信息轉(zhuǎn)換電路： 微機應用系統(tǒng)中的微 機發(fā)出的控制信號一般要經(jīng)過功率放大后，才能驅(qū)動各類執(zhí)行元件。本系統(tǒng)設計采用的是晶體管調(diào)制（ PWM）驅(qū)動直流伺服電機半閉環(huán)控制系統(tǒng)。微機應用系統(tǒng) I/O 控制回路中，還常用到 D/A、 A/D 轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)所采用的直流伺服電機控制回路中，就增加了 D/A 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。輸出控制時，微機每次都將運算后得到的以數(shù)字形式的控制參數(shù)輸入到數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路中進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號仍為弱電信號，還需要經(jīng)過功率放大電路放大，然后控制電動機運行 。機械系統(tǒng)中的位置反饋信號可以是數(shù)字量信號，也可以是模擬量信號，視被測傳感元件不同而異。若位置 反饋量是模擬量，則在位置反饋回路中應設置模 /數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。在位置信號進入微機前，完成模 /數(shù)轉(zhuǎn)換工作。 直流伺服電機的控制回路 驅(qū)動電路的設計 日本法拉克（ FANUC）公司生產(chǎn)的直流伺服電機，其中 H 系列屬于大慣量系列，是大慣量控制用電動機，它有較大的功率輸出，本系統(tǒng)中采用的是型號為 60H 的直流伺服電機 19 采用 晶閘管 脈寬 調(diào)制 驅(qū)動 （ PWM） 。 晶閘管 脈寬調(diào)制（ PWM）直流調(diào)速 驅(qū)動 原理：利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓 U （ cU ）轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓 aU ，施加于直流電動機電樞，通過對方波脈沖寬度的控制（ isUU? ），改變電樞平均電壓，從而使電動機的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。 PWM 直流調(diào)速驅(qū)動原理 圖 PWM 系統(tǒng)的 主回 路電氣原理 圖 繪制控制系統(tǒng)原理框圖 20 控制系統(tǒng)原理框圖 五、傳感器的選擇與設計說明 通常 選擇 傳感器的步驟： （ 1）借助于傳感器分類表按照被測 量的性質(zhì)從經(jīng)典應用中可以初步確定幾種可供選擇的傳感器類別； （ 2） 借助于幾種常用傳感器比較表，按被測量的檢測范圍，精度要求，環(huán)境要求等確定傳感器的結(jié)構(gòu)形式和傳感器最后的類別； （ 3） 借助于傳感器的產(chǎn)品目錄選擇樣本最后查出傳感器的規(guī)格型號。 選擇傳感器 本 數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進給系統(tǒng) 采用的是直流伺服電機驅(qū)動的半閉環(huán)控制系統(tǒng)，需連接傳感器，半閉環(huán)系統(tǒng)中通過傳感器檢測位于目標之前的中間環(huán)節(jié)部位的運動并進行反饋，我們這里需要檢測的是速度和位置，故需要選擇速度傳感器和位置檢測傳感器。 檢測的是模擬信號，在傳 給微機控制系統(tǒng)之前還需要進行 A/D 轉(zhuǎn)換， 計算機 只能識別數(shù)字量的信號，所以還需要設計一個進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路。 速度傳感器 分類 表 類型 精度 線性度 分辨力或靈敏度 特點 磁電感應式 5%～ 10% %～ % 靈敏度高，性能穩(wěn)定，使用方便，但是頻率下限受限制，體積較大，重量較重 電容式 177。 1 個脈沖 非接觸測量，結(jié) 21 構(gòu)簡單，可靠性高，靈敏度、分辨力高 ，可測量轉(zhuǎn)速。需要采取屏蔽措施 測速發(fā)電機 %～ 1% ～ 5() 線性度好，靈敏度高，輸出信號大， 性能穩(wěn)定 轉(zhuǎn)子陀螺 ＜177。 2%(176。 )/s %（滿度值） （ ～ 2） (176。 )/s 它是一種慣性傳感器，安裝簡單，使用方便，但較重，成本高，壽命短 從這幾個類別中，我們選擇速度傳感器類別為測速發(fā)電機。 它是一種能把機械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅?。它與一般的發(fā)電機相比有如下兩個特點： (1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴格地成線性關(guān)系； (2) 輸出電勢與轉(zhuǎn)速比的斜率大。 查取相關(guān)資料我們選擇型號為： ROTEX—BS70 電機 。 位置檢測傳感器 分類 表 類型 測量范圍 /mm 線性度 /% 分辨力 /μ m 優(yōu)點 缺點 電阻應變式 0～ 50 ～ 1 精度較高 動態(tài)范圍窄 電渦流式 1～ 5 1～ 3 ～ 5 結(jié)構(gòu)簡單并能防水和油污 靈敏度隨檢測對象的材料而變 感應同步式 200～ 4 104 精度 在機床加工和自動控制中應用較廣、動態(tài)范圍寬、精度高 安裝不便 光柵式 30～ 3000 精度可達～ 3μm/m ～ 10 從這幾個類別中，我們選擇位置傳感器類別為 光柵 式。 光柵測量裝置 是數(shù)控 機床和數(shù)顯系統(tǒng)常用的檢測元件。它具有精度高，響應速度較快等優(yōu)點 ， 光柵測量是一種非接觸式測量。 查取相關(guān) 資料我們選擇型號為： CSY2022B 型傳感器 。傳感器包括：（基本型 2022 型含 24 種傳感器，序號 。增強型 CSY2022B 型含 28 種傳感器，序號 ） 。 22 光柵 位置 傳感器 傳感器與 微機 的 接口 電路 傳感器與微機接口連接 （見上頁圖） 六 、 課程設計總結(jié)與心得體會 設計的過程中必須嚴肅認真，刻苦 專研 ，一絲不茍，精益求精，才能在設計思想，方法和技能各方面獲得較好的鍛煉與提高。 機電一體化 課程設計是在老師的指導下獨立完成的。 我們 必須發(fā)揮設計的主動性，主動思考問題分析問題和 解決問題。 設計中要正確處理參考已有資料和創(chuàng)新的關(guān)系。熟悉和利用已有的資料，既可避免許多重復的工作，加快設計進程，同時也是提高設計質(zhì)量的重要保證。善于掌握和使用各種資料，如參考和分析已有的結(jié)構(gòu)方案，合理選用已有的經(jīng)驗設計數(shù)據(jù)，也是設計工作能力的重要方面。 在 老 師的指導下訂好 設計進程計劃，注意掌握進度，按預定計劃保證質(zhì)量完成設計 23 任務。 課程 設計應邊計算，邊繪圖，邊修改，設計計算與結(jié)構(gòu)設計繪圖交替進行，這與按計劃完成設計任務并不矛盾，應從第一次設計開始就注意逐步掌握正確的設計方法。 整個設計過程中要注 意隨時整理計算結(jié)果，并在設計草稿本上記下重要的論據(jù)，結(jié)果，參考資料的來源以及需要進一步探討的問題，使設計的各方面都做到有理有據(jù)。這對設計正常進行，階段自我檢查和編寫計算說明書都是必要的。 作為整個學習體系的有機組成部分，課程設計雖然安排 理論課后 進行，但并不具有絕對獨立的意義。它的一個重要功能，在于運用學習成果，檢驗學習成果。運用學習成果，把課堂上學到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應用于實際設計工作，并從理論的高度對設計工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設想。檢驗學習成果，看一看課堂學習與實際工作到底有多大距 離，并通過綜合分析，找出學習中存在的不足，以便為完善學習計劃，改變學習內(nèi)容與方法提供實踐依據(jù)。 對我們 機械 設計制造及其自動化 專業(yè)的本科生來說，實際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學是遠遠不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預演和準備畢業(yè)設計工作。 通過課程設計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，并在以后的學習期間及時補充相關(guān)知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準備，從而縮短從校園走向社會的心理轉(zhuǎn)型期。課程設計促進了 人才 培養(yǎng)計劃的完善和課程設置的調(diào)整。課程設計達到了專業(yè)學習的預期目 的。在課程設計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對 機電一體化 設計流程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結(jié)合實際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進行更深入的學習。 由于時間緊迫，所以這次的 課程 設計存在許多缺點，比如結(jié)構(gòu) 復雜 ，重量也很大 ，負載分析也較大 。齒輪的計算不夠精確等等缺陷，我相信，通過這次 機電一體化的課程設計 ，能使我在以后的設計中避免很多不必要的工作，有能力設計出結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動更穩(wěn)定精確的機器。 七 、 參考資料 [1] 張建民等 .機電一體化系統(tǒng)設計 .3[M].北 京：高等教育出版社， 2022. [2] 濮良貴 ,紀明剛等 .機械設計 .8 版 [M].北京：高等教育出版社， 2022. [3] 吳宗澤 ,羅圣國 .機械設計課程設計手冊 .3 版 [M].北京：高等教育出版社， 2022. [4] 王茁 ,李穎卓 ,張波 .機電一體化系統(tǒng)設計 .北京 ：化學工業(yè)出版社， 2022. [5] 尚濤等 .機電控制系統(tǒng)設計 .北京：化學工業(yè)出版社， 2022. [6] 袁中凡等 .機電一體化技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社， 2022. [7] 現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會編 .機床設計手冊 .北京：機械工業(yè)出版社， 2022。 [8] 尹志強等 .機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2022。