精密工作臺(tái)的光柵位移測量和控制系統(tǒng)-資料下載頁
2025-08-02 21:31本頁面
【正文】 行機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)定位，直到達(dá)到所要求的定位精度為止。 單片機(jī)直線電機(jī)工作臺(tái)反饋裝置根據(jù)上圖中的原理框圖，先由人為的給定一初始位移W0，通過單片機(jī)轉(zhuǎn)換為脈沖信號，電信號通過前置放大電路，直流電機(jī)接受脈沖信號，使直線直流電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，工作臺(tái)移動(dòng)位移為W1。光柵傳感器通過測量，將測量的W1與W0進(jìn)行比較，形成反饋量 Q=（W2W1）*K反饋量再次通過單片機(jī)轉(zhuǎn)為脈沖信號，直流電機(jī)通過矯正，達(dá)到原定的位移W0。 執(zhí)行元件定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精密定位的關(guān)鍵技術(shù)之一，選擇合適的方案顯得尤為重要。由于我們要求微動(dòng)工作臺(tái)具有高速度、高精度，而高速度、大行程勢必給工作臺(tái)帶來較大的慣性，很難達(dá)到較高的定位精度。為了解決高速度和高精度的矛盾，我們采用伺服電機(jī)來執(zhí)行工作臺(tái)之間的連接來實(shí)現(xiàn)微位移的移動(dòng) 直流電機(jī)，定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。下圖為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路原理：圖中有R1起著總的限流作用，而且引腳內(nèi)部有上拉電阻，這樣保證電路不會(huì)通過太大的電流，在R2的選擇上，R2的上拉作用不但對Q1有影響，而且對Q2的導(dǎo)通也有影響。， 。 控制裝置 直流電機(jī)作為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置，是整個(gè)控制系統(tǒng)中重要的一部分，但是，直流電機(jī)還是需要控制裝置來實(shí)現(xiàn)。PC微機(jī)單片機(jī)放大電路電機(jī)反饋信號控制裝置的簡要框圖如圖所示，微機(jī)作為上位機(jī)，通過通用總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。單片機(jī)作為控制裝置的核心部分，由它來具體執(zhí)行工作臺(tái)的精密微位移控制。單片機(jī)主要控制與PC之間的通信和驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。通信模塊主要完成與上位機(jī)的通信，即接收上位機(jī)發(fā)出的位移信號和返回完成狀態(tài)信息，控制功率放大電路驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成工作臺(tái)的移動(dòng)。 控制裝置的流程圖如下中斷路口現(xiàn)場保護(hù)讀取位移信息完成位移移動(dòng)返回狀態(tài)信息恢復(fù)現(xiàn)場退出中斷YN5 測控電路測控電路總方案框圖單片機(jī)放大電路直線電機(jī)濾波整流電路光柵傳感器濾波電路20細(xì)分電路D/A轉(zhuǎn)換器20細(xì)分電路計(jì)數(shù)器PC微機(jī)產(chǎn)生位移 系統(tǒng)先由PC微機(jī)給定一個(gè)初始位移信號，初始信號經(jīng)過單片機(jī)8051轉(zhuǎn)化成電信號，電信號中可能有其他噪聲，垃圾信號的干擾，需要濾波電路去除不必要的信號，由于信號比較小，為了方便直流電機(jī)的讀取，在直流電機(jī)前添加放大電路，放大后的信號驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，直流電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)的微位移移動(dòng)，因?yàn)槲灰频囊苿?dòng)，是工作臺(tái)上的光柵傳感器接受到光柵的變化，光柵傳感器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，形成脈沖信號，一個(gè)脈沖為一個(gè)柵距，由于精度的要求，需要將此脈沖信號進(jìn)行400細(xì)分，達(dá)到更高的精度，脈沖信號經(jīng)過濾波整流后通過一個(gè)5倍頻和4細(xì)分電路聯(lián)級的20細(xì)分電路，此時(shí)的信號為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過一個(gè)D/A轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為模擬信號，模擬信號再次通過20細(xì)分電路，達(dá)到四百細(xì)分。細(xì)分后的信號有1個(gè)16位的計(jì)數(shù)器接受，計(jì)數(shù)器上顯示此時(shí)的位移量。此時(shí)信號反饋回單片機(jī)，單片機(jī)將此時(shí)的位移量與初始位移進(jìn)行比較，將比較后的差值再次送入直流電機(jī)，進(jìn)行更進(jìn)一步的校正。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)起著不可或缺的作用，單片機(jī)需要接受并發(fā)送原始信號，還要控制計(jì)數(shù)器對位移信號的測量，測量后的信號再次經(jīng)過單片機(jī)，與初始信號進(jìn)行比較，比較后重新發(fā)送新的信號，矯正系統(tǒng)的產(chǎn)生誤差。計(jì)數(shù)時(shí)，單片機(jī)的程序原理如下所示開始接受 信號是否一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1結(jié)束計(jì)數(shù)YN計(jì)數(shù)器達(dá)到25000YN控制驅(qū)動(dòng)時(shí)，單片機(jī)的原理如下單片機(jī)接受信號A單片機(jī)發(fā)送信號A接受反饋信號BB=A結(jié)束YNA=AB6 展望和總結(jié)在對這次課程設(shè)計(jì)的題目有了一定的了解后，查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)和課本后，初步確定了精密工作臺(tái)的光柵定位測量和控制系統(tǒng)的總體方案。確定了以單片機(jī)為控制裝置，直流電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，測量系統(tǒng)選用光柵傳感器測量系統(tǒng)。確定了總體方案后，根據(jù)各部分的系統(tǒng)逐步完成本次課程設(shè)計(jì)。在測量系統(tǒng)部分，在選擇了250線對/mm的光柵后，細(xì)分電路要達(dá)到400細(xì)分，在結(jié)合課本和文獻(xiàn)的知識(shí)后，拋棄了一些比較煩雜和不能理解的細(xì)分方案后，最后確定了由5倍頻細(xì)分電路和4細(xì)分辨向電路級聯(lián)的方式達(dá)到20細(xì)分，信號在經(jīng)過電阻鏈的五倍細(xì)分后，形成了2個(gè)相位差為90176。的方波信號，四細(xì)分辨向電路對輸入信號的要求是要有一定的相位差，因此，經(jīng)五倍頻的細(xì)分后的信號滿足四細(xì)分辨向電路的輸入要求，而經(jīng)四細(xì)分辨向電路的信號輸出信號為一脈沖信號，在電路通過信號的轉(zhuǎn)換，再次通過20細(xì)分電路，達(dá)到了設(shè)想的400細(xì)分。在控制部分，對于適合此次測量系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行比較后，為了實(shí)現(xiàn)高精度的微位移運(yùn)動(dòng)，保證控制的質(zhì)量，使系統(tǒng)獲得良好穩(wěn)定性、精確性和快速性，選擇了直線直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。直線電動(dòng)機(jī)的自身質(zhì)量小，產(chǎn)生的推力由于直接作用在移動(dòng)物體上，故可得到高效率的驅(qū)動(dòng)特性。由于直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅由兩個(gè)互不接觸部件組成，沒有低效率的中間傳動(dòng)部件，也無機(jī)械滯后以及螺距誤差，從而可達(dá)到高的效率，且其精度完全取決于反饋系統(tǒng)和軸承，當(dāng)用全數(shù)字伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)直線電動(dòng)機(jī)時(shí)，可達(dá)到高剛度和高固有頻率，從而達(dá)到極好的伺服性能。再確定了驅(qū)動(dòng)裝置后，選擇了最熟悉的mcs51單片機(jī)作為控制裝置。在控制系統(tǒng)部分，單片機(jī)主要負(fù)責(zé)對信號的傳輸和對計(jì)數(shù)器的控制。在這次課程設(shè)計(jì)中，由于在細(xì)分電路方面的知識(shí)貧乏，對于細(xì)分電路的選擇上花費(fèi)許多時(shí)間，普通的細(xì)分方法難以實(shí)現(xiàn)，對于那些可以實(shí)現(xiàn)高精度的細(xì)分電路，對于我是比較難理解的，因此在細(xì)分電路的選擇上，選擇了電路連線較多，且比較麻煩的4*5*4*5的400細(xì)分電路，但是，如此大量的元件組成的電路圖是非常大的，圖片沒有放大的情況下，很難辨認(rèn)，所以在測量方面的細(xì)分電路只畫了5倍頻細(xì)分和4細(xì)分辨向電路，其余部分只是用文字帶過。在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)花費(fèi)了大量的時(shí)間，以至于對于后面控制部分的投入時(shí)間不夠，在測控電路方面只是用原理框圖帶過，沒有把系統(tǒng)所需要的程序?qū)懗鰜怼? 在測控電路部分，對于各種元器件不完全熟悉，在各個(gè)管腳以及之間的電路圖沒有詳細(xì)的說明，對于放大電路的倍數(shù)以及一些細(xì)小的部分都沒有說明，只是用文字帶過。
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