精密工作臺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】 行機構(gòu)進行移動定位，直到達到所要求的定位精度為止。 單片機直線電機工作臺反饋裝置根據(jù)上圖中的原理框圖，先由人為的給定一初始位移W0，通過單片機轉(zhuǎn)換為脈沖信號，電信號通過前置放大電路，直流電機接受脈沖信號，使直線直流電機開始正轉(zhuǎn)，直流電機驅(qū)動工作臺，工作臺移動位移為W1。光柵傳感器通過測量，將測量的W1與W0進行比較，形成反饋量 Q=（W2W1）*K反饋量再次通過單片機轉(zhuǎn)為脈沖信號，直流電機通過矯正，達到原定的位移W0。 執(zhí)行元件定位執(zhí)行機構(gòu)作為工作臺實現(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。由于我們要求微動工作臺具有高速度、高精度，而高速度、大行程勢必給工作臺帶來較大的慣性，很難達到較高的定位精度。為了解決高速度和高精度的矛盾，我們采用伺服電機來執(zhí)行工作臺之間的連接來實現(xiàn)微位移的移動 直流電機，定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當(dāng)它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。下圖為直流電機的驅(qū)動電路原理：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 直流電機作為系統(tǒng)的驅(qū)動裝置，是整個控制系統(tǒng)中重要的一部分，但是，直流電機還是需要控制裝置來實現(xiàn)。PC微機單片機放大電路電機反饋信號控制裝置的簡要框圖如圖所示，微機作為上位機，通過通用總線與單片機進行通信。單片機作為控制裝置的核心部分，由它來具體執(zhí)行工作臺的精密微位移控制。單片機主要控制與PC之間的通信和驅(qū)動直流電機的運轉(zhuǎn)。通信模塊主要完成與上位機的通信，即接收上位機發(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)動伺服電機完成工作臺的移動。 控制裝置的流程圖如下中斷路口現(xiàn)場保護讀取位移信息完成位移移動返回狀態(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放大電路直線電機濾波整流電路光柵傳感器濾波電路20細分電路D/A轉(zhuǎn)換器20細分電路計數(shù)器PC微機產(chǎn)生位移 系統(tǒng)先由PC微機給定一個初始位移信號，初始信號經(jīng)過單片機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，為了方便直流電機的讀取，在直流電機前添加放大電路，放大后的信號驅(qū)動直流電機的轉(zhuǎn)動，直流電機帶動工作臺的微位移移動，因為位移的移動，是工作臺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，一個脈沖為一個柵距，由于精度的要求，需要將此脈沖信號進行400細分，達到更高的精度，脈沖信號經(jīng)過濾波整流后通過一個5倍頻和4細分電路聯(lián)級的20細分電路，此時的信號為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過一個D/A轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為模擬信號，模擬信號再次通過20細分電路，達到四百細分。細分后的信號有1個16位的計數(shù)器接受，計數(shù)器上顯示此時的位移量。此時信號反饋回單片機，單片機將此時的位移量與初始位移進行比較，將比較后的差值再次送入直流電機，進行更進一步的校正。在本系統(tǒng)中，單片機起著不可或缺的作用，單片機需要接受并發(fā)送原始信號，還要控制計數(shù)器對位移信號的測量，測量后的信號再次經(jīng)過單片機，與初始信號進行比較，比較后重新發(fā)送新的信號，矯正系統(tǒng)的產(chǎn)生誤差。計數(shù)時，單片機的程序原理如下所示開始接受 信號是否一個脈沖計數(shù)器加1結(jié)束計數(shù)YN計數(shù)器達到25000YN控制驅(qū)動時，單片機的原理如下單片機接受信號A單片機發(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)計的題目有了一定的了解后，查閱了相關(guān)的文獻和課本后，初步確定了精密工作臺的光柵定位測量和控制系統(tǒng)的總體方案。確定了以單片機為控制裝置，直流電機為驅(qū)動裝置，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。在測量系統(tǒng)部分，在選擇了250線對/mm的光柵后，細分電路要達到400細分，在結(jié)合課本和文獻的知識后，拋棄了一些比較煩雜和不能理解的細分方案后，最后確定了由5倍頻細分電路和4細分辨向電路級聯(lián)的方式達到20細分，信號在經(jīng)過電阻鏈的五倍細分后，形成了2個相位差為90176。的方波信號，四細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)五倍頻的細分后的信號滿足四細分辨向電路的輸入要求，而經(jīng)四細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細分電路，達到了設(shè)想的400細分。在控制部分，對于適合此次測量系統(tǒng)的驅(qū)動裝置進行比較后，為了實現(xiàn)高精度的微位移運動，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作為驅(qū)動元件。直線電動機的自身質(zhì)量小，產(chǎn)生的推力由于直接作用在移動物體上，故可得到高效率的驅(qū)動特性。由于直線電動機驅(qū)動機構(gòu)僅由兩個互不接觸部件組成，沒有低效率的中間傳動部件，也無機械滯后以及螺距誤差，從而可達到高的效率，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)動直線電動機時，可達到高剛度和高固有頻率，從而達到極好的伺服性能。再確定了驅(qū)動裝置后，選擇了最熟悉的mcs51單片機作為控制裝置。在控制系統(tǒng)部分，單片機主要負責(zé)對信號的傳輸和對計數(shù)器的控制。在這次課程設(shè)計中，由于在細分電路方面的知識貧乏，對于細分電路的選擇上花費許多時間，普通的細分方法難以實現(xiàn)，對于那些可以實現(xiàn)高精度的細分電路，對于我是比較難理解的，因此在細分電路的選擇上，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，所以在測量方面的細分電路只畫了5倍頻細分和4細分辨向電路，其余部分只是用文字帶過。在這個領(lǐng)域內(nèi)花費了大量的時間，以至于對于后面控制部分的投入時間不夠，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，在各個管腳以及之間的電路圖沒有詳細的說明，對于放大電路的倍數(shù)以及一些細小的部分都沒有說明，只是用文字帶過。
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