【導(dǎo)讀】進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。答辯委員會(huì)委員：，，，師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。究所取得的研究成果。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交。流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。

　　

【正文】 頻器中使用的非智能控制方式有 V/f 協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 (1)V/f 控制 V/f 控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩 速 度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 采用這種控制方式。 V/f 控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 (2)轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在 V/f 控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安 裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。 (3)矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在 d、 q、 0 坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種 P WM 波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的 P WM 波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng) 用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。 基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標(biāo)變換對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流的相位進(jìn)行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動(dòng)。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動(dòng)機(jī)上安裝速度傳感器，因此，應(yīng)用范圍受到限制。 無速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對(duì)勵(lì)磁電流 和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓、電流辨識(shí)轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計(jì)算比較復(fù)雜，一般需要專門的處理器來進(jìn)行計(jì)算，因此，實(shí)時(shí)性不是太理想，控制精度受到計(jì)算精度的影響。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達(dá)到觀測定子磁河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控 制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。 (5)最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對(duì)某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。 (6)其他非智能控制方式 在實(shí)際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。 智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。 (1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式應(yīng)用在變頻器的控制中，一般是進(jìn)行比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制，這時(shí)對(duì)于系統(tǒng)的模型了解甚少，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既要完成系統(tǒng)辨識(shí)的功能，又要進(jìn)行控制。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時(shí)控制多個(gè)變頻器，因此在多個(gè)變頻器級(jí)聯(lián)時(shí)進(jìn)行控制比較適合。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過于復(fù)雜都會(huì)在具體應(yīng)用中帶來不少實(shí)際困難。 (2)模糊控 制 模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動(dòng)機(jī)的升速時(shí)間得到控制，以避免升速過快對(duì)電機(jī)使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關(guān)鍵在于論域、隸屬度以及模糊級(jí)別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)。 (3)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是利用所謂 “專家 ”的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個(gè)專家?guī)欤娣乓欢ǖ膶＜倚畔?，另外還要有推理機(jī)制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。專家?guī)炫c推理機(jī)制的設(shè)計(jì)是尤為重要的，關(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以 控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。 (4)學(xué)習(xí)控制 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 學(xué)習(xí)控制主要是用于重復(fù)性的輸入，而規(guī)則的 P WM 信號(hào) (例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這個(gè)條件，因此學(xué)習(xí)控制也可用于變頻器的控制中。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要 1~2 個(gè)學(xué)習(xí)周期，因此快速性相對(duì)較差，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個(gè)穩(wěn)定性的問題，在應(yīng)用時(shí)要特別注意。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制方式 今后將向以下幾個(gè)方面發(fā)展。 (1)數(shù)字控制變頻器的實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)在，變頻器的控制方式用數(shù)字處理器可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的運(yùn)算，變頻器數(shù)字化將是一個(gè)重要的發(fā)展方向，目前進(jìn)行變頻器數(shù)字化主要采用單片機(jī)MCS 51 或 80C196MC 等，輔助以 S LE4520 或 EP LD 液晶顯示器等來實(shí)現(xiàn)更加完善的控制性能。 (2)多種控制方式的結(jié)合 單一的控制方式有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并沒有 “萬能 ”的控制方式，在有些控制場合，需要將一些控制方式結(jié)合起來，例如將學(xué)習(xí)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，自適應(yīng)控制與模糊控制相結(jié)合，直接轉(zhuǎn)矩控 制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，或者稱之為 “混合控制 ”，這樣取長補(bǔ)短，控制效果將會(huì)更好。 (3)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使 “天涯若咫尺 ”，依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是一個(gè)發(fā)展方向。通過 RS 485 接口及一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣在有些不適合于人類進(jìn)行現(xiàn)場操作的場合，也可以很容易的實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。 (4)綠色變頻器 隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對(duì)于環(huán)境的保護(hù)越來越受到人們的重視。變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)會(huì)帶來污染，降低變頻器工作時(shí)的噪聲以及增強(qiáng)其工作的可靠性、安全性 等等這些問題，都試圖通過采取合適的控制方式來解決，設(shè)計(jì)出綠色變頻器。 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 第五章 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的工藝過程 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作示意圖，如圖下圖所示。機(jī)械手的工作均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它的上升、下降、左移、右移都是有電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)來完成的。 機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)后按扭后，機(jī)械手將下降 —— 加緊工件 —— 上升 —— 右移 —— 再 下降 —— 放松 工件 —— 在上 升 —— 左 移八 個(gè) 動(dòng)作，完成一個(gè)工作周期。機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動(dòng)作轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制的，而加緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是有時(shí)間來控制的。 為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無工件時(shí)才能下降，若上次搬到右工作臺(tái)上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。為此設(shè)置了一個(gè)光電開關(guān)，以檢測“無工件”信號(hào)。 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 圖 51 機(jī)械手的控制要求 (1)單步工作方式：從原點(diǎn)開始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。 ①手動(dòng) 工作方式：利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一步動(dòng)作進(jìn)行控制。例如，按下“下降”按鈕，機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升。手動(dòng)操作可用于調(diào)整工作位置和緊急停車后機(jī)械手返回原點(diǎn)。 ②單周期工作方式：按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手按工序自動(dòng)自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，返回原點(diǎn)后停止。 ③連續(xù)工作方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作，在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)： 正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手在完成最后一個(gè)周期的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。 緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時(shí)停車。按下緊急停車按鈕 ，機(jī)械手停止在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回到原點(diǎn)。 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 PLC 控制系統(tǒng) /輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 P LC 型號(hào) (1）輸入信號(hào) 位置檢測信號(hào)：下限、上限、右限、左限共 4 個(gè)行程開關(guān)，需要 4 個(gè)輸入端子。 “無工件檢測”信號(hào)：用光電開關(guān)作檢測元件，需要 1 個(gè)端子。 “工作方式”選擇開關(guān)：有手動(dòng)、單步、單周期和連續(xù) 4 種工作方式，需要 4 個(gè)輸如端子。 手動(dòng)操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松 6 個(gè)按鈕，也需要 6 個(gè)輸入端子。 自動(dòng)工作：尚需啟動(dòng)、正常停車、緊急停車 3 個(gè)按鈕，也需要 3 個(gè)輸入端子。以上共需要 18 個(gè)輸入信號(hào)。 (2）輸出信號(hào) P LC 的輸出用于控制機(jī)械手的下降、上升、右移、左移、加緊、放松以三個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制等，共需要 11 個(gè)輸出點(diǎn)。機(jī)械手從原點(diǎn)開始工作，需要一個(gè)原點(diǎn)指示燈，也需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)。所以，至少需要 6 個(gè)輸出點(diǎn)。 由于機(jī)械手的控制屬于開關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型號(hào)的小型 P LC 均可滿足要求。根據(jù)所需的 I/O 總點(diǎn)數(shù)并留有一定的備用量，可選用 F X2N48RM，其輸入和輸出各 24 點(diǎn)，繼電器輸出型。 F X2N 48RM 的各項(xiàng)工作參數(shù)已在第二章介紹，在此不在做介紹。 PLC 的輸入 /輸出端子 PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 52 所示。 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 為了方便編程，可將手動(dòng)和自動(dòng)程序分別編出相對(duì)獨(dú)立的程序段，用跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行選擇，控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖，如圖 53 所示。選擇手動(dòng)方式時(shí)， X3接同，跳過自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序；選擇自動(dòng)工作方式時(shí)， X3 斷開，執(zhí)行自動(dòng)程序。 （ 1）手動(dòng)程序 手動(dòng)操作不需要按工序順序進(jìn)行動(dòng)作，所以可按普通繼電器程序來設(shè)計(jì)。手動(dòng)操作的梯形圖，如圖 54 所示，手動(dòng)按鈕 X20X25 分別控制下 : 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 圖 52 輸入 /輸出分配接線圖 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 圖 53 總程 序結(jié)構(gòu)框圖 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 圖 54 手動(dòng)程序 降、上升、右移、左移、加緊和放松各個(gè)動(dòng)作。為了保證系統(tǒng)的的安全與進(jìn)行， 設(shè)置了一些必要的連鎖。其中在左、右移動(dòng)的電路中加