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淺談機(jī)電一體化課程的仿真設(shè)計(jì)論文
1 計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)介紹
PROTEUS 與 Keil C51 軟件是兩個(gè)計(jì)算機(jī)仿真與編程軟件。兩者可以結(jié)合在一起，開發(fā)基于仿真電路的控制系統(tǒng)。機(jī)電一體化技術(shù)這門課程是機(jī)電一體化專業(yè)的必修課程。課程除了正常的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)之外，需要進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。以往的做法是布置課題后，由學(xué)生進(jìn)行機(jī)電結(jié)合設(shè)備的參數(shù)設(shè)計(jì)和CAD繪圖設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)內(nèi)容熟練掌握。通過答辯驗(yàn)證學(xué)生的課程設(shè)計(jì)結(jié)果。在建立仿真實(shí)驗(yàn)室后，在課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容上，增加了利用仿真軟件進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真的環(huán)節(jié)。其做法是，教師布置并講解電機(jī)驅(qū)動(dòng)的相關(guān)電路，學(xué)生根據(jù)驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相配套的驅(qū)動(dòng)電路，然后進(jìn)行仿真。使用獨(dú)立式鍵盤控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電路設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，采用PROTEUS 完成。按下S1、S2、S3 鍵盤，電機(jī)分別完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)控制。學(xué)生在設(shè)計(jì)前，必須復(fù)習(xí)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理。就是步進(jìn)電機(jī)是將單片機(jī)的電脈沖轉(zhuǎn)換成步距角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。而脈沖的頻率決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖是分時(shí)由脈沖分配器供給的。因此，學(xué)生要設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形脈沖分配表。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生需要?jiǎng)邮志幹齐娐夫?qū)動(dòng)所用的驅(qū)動(dòng)程序。步進(jìn)電機(jī)脈沖驅(qū)動(dòng)電路的控制程序流程圖
機(jī)電一體化仿真設(shè)計(jì)過程
學(xué)生設(shè)計(jì)好教師要求的軟件和電路圖后，必須使用PROTEUS程序調(diào)用KEIL C51 程序進(jìn)行聯(lián)調(diào)。見圖4。KEIL C51 可以根據(jù)PROTEUS 程序的調(diào)試結(jié)果進(jìn)行修改，直到兩軟件將PROTEUS 所設(shè)計(jì)的硬件電路和KEIL C51 程序所代表的軟件程序完美地被結(jié)合到一起，并符合所要求的設(shè)計(jì)要求后，整個(gè)設(shè)計(jì)過程結(jié)束。學(xué)生要能夠完整地設(shè)計(jì)所要求的電路，并根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行編程。所謂的電路特點(diǎn)的掌握，就是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中自動(dòng)控制理論所需達(dá)
到和掌握的知識(shí)。這些知識(shí)中，確定為核心與必須學(xué)生掌握的部分，包括步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向原理的掌握、步距角與電機(jī)脈沖數(shù)的關(guān)系、步進(jìn)電機(jī)與直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)的控制特點(diǎn)上的區(qū)別與聯(lián)系、步進(jìn)電機(jī)環(huán)形脈沖分配的順序和特點(diǎn)、C 程序設(shè)計(jì)流程圖與編程語句中需要解決與注意的幾大問題等等。
學(xué)生在設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新性的變化設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)也要與之前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念相匹配。這樣，通過增加機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的仿真設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使學(xué)生的機(jī)電結(jié)合的知識(shí)更加鞏固，同時(shí)對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解也更趨向于立體化，也使課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容更為豐富。學(xué)生在進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)時(shí)，不僅僅對(duì)機(jī)電設(shè)備結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型、機(jī)械零件參數(shù)校核，同時(shí)也動(dòng)手進(jìn)行控制環(huán)節(jié)的過程進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。通過這樣增加的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使此課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容更加豐富。大大鍛煉了學(xué)生的機(jī)電結(jié)合的設(shè)計(jì)能力。增加這樣的仿真環(huán)節(jié)，對(duì)同樣有此課程的同行們，會(huì)有一定的啟示作用。
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