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工作臺(tái)直流伺服系統(tǒng)控制部分(一)
目 錄
畢業(yè)任務(wù)書(shū) 1
摘 要 5
ABSTRACT 6
前 言 7
第一章 工作臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)部分 9
1.1選擇滾珠絲杠副 9
1.1.1 滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理 9
1.1.2 滾珠絲杠副的特點(diǎn) 9
1.1.3 滾珠絲杠副的安裝 10
1.1.4 根據(jù)已知條件設(shè)計(jì)滾珠絲杠副 11
1.2 選擇減速器 14
1.3 伺服電機(jī)的選擇 14
1.3.1 執(zhí)行元件的特點(diǎn) 14
1.3.2 直流伺服電機(jī) 14
1.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 16
⒈4.1 聯(lián)軸器的特點(diǎn) 16
1.4.2減速器與電機(jī)間的聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 16
1.4.3 減速器與絲杠間的聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 17
1.5 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì) 17
1.6 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 18
1.6.1 導(dǎo)軌的特點(diǎn) 18
1.6.2 導(dǎo)軌的基本要求 18
1.6.3 根據(jù)要求設(shè)計(jì)導(dǎo)軌 19
1.7 機(jī)床工作臺(tái)即總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
第二章 工作臺(tái)的控制設(shè)計(jì)部分 21
2.1 閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21
2.1.1 關(guān)于伺服系統(tǒng) 21
2.1.2 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23
2.2 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——閉環(huán)脈寬直流調(diào)速 24
2.3 檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——光柵 29
2.3.1 數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)組成 29
2.3.2 多路信號(hào)采集細(xì)分 29
2.3.3 檢測(cè)信號(hào)的采集與預(yù)處理 32
第三章 接口設(shè)計(jì) 34
3.1 接口的功能與分類(lèi) 34
3.2 信息采集接口 35
3.2.1 ADC0809的結(jié)構(gòu) 35
3.2.2 ADC0809的接口設(shè)計(jì) 37
3.3 控制輸出接口 38
3.3.1 DAC0832結(jié)構(gòu) 39
3.3.2 D/A輸出接口電路設(shè)計(jì) 40
第四章 結(jié) 論 41
結(jié) 束 語(yǔ) 42
致 謝 43
參考文獻(xiàn) 43
附 錄 44
附錄1： ADC0809的程序設(shè)計(jì) 44
附錄2：8031的執(zhí)行程序 44
摘 要
設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)工作臺(tái)的控制部分。要求是切削力是15千克，工作臺(tái)的重量是10千克，伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電機(jī)，伺服系統(tǒng)為閉環(huán)伺服系統(tǒng)，單坐標(biāo)，脈寬調(diào)速，工作臺(tái)的行程為300毫米，工作臺(tái)傳動(dòng)精度為±0.03毫米,檢測(cè)元件為光柵，其每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖代表的位移量是0.005毫米。
本設(shè)計(jì)包括兩大部份，第一部分為工作臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)。根據(jù)給定的工作臺(tái)的切削力、傳動(dòng)精度、行程等確定絲杠為滾珠絲杠副FC1-2004-2.5,由絲杠的尺寸及轉(zhuǎn)矩，選擇減速器為XB1-50型的諧波減速器，本根據(jù)諧波減速器的輸入力矩尺寸及減速比，選擇伺服電機(jī)為直流伺服電機(jī)110SZ07，其轉(zhuǎn)速為10000rpm，然后設(shè)計(jì)元器件間的聯(lián)軸器，包括減速器與電機(jī)軸間的半圓鍵套筒聯(lián)軸器、減速器與絲杠間的平鍵套筒聯(lián)軸器，設(shè)計(jì)軸承，導(dǎo)軌為HJG-D25的滾動(dòng)導(dǎo)軌，及工作臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)。
第二部分為工作臺(tái)的控制部分。伺服系統(tǒng)為閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)為閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)為矩形光柵，最后設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)，接口設(shè)計(jì)主要是機(jī)電接口的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)巫鴺?biāo)，直流伺服電機(jī)，脈寬調(diào)速，閉環(huán)，矩形光柵
ABSTRACT
In this paper, a part of controlling of plates is designing. The cutting force demanded is 15 kg. The weight of the plates is 10 kg. The appliance of servo system which is closed loop servo system is direct current servo electromotor. The servo system whose velocity is modulated by the width of pulse(PWM) is single coordinate. The unilateral maximum length of excursion of plates is 300 mm. The transmission precision of plates is ±0.03 mm. The inspect appliance is rectangular raster, whose each pulse taken count of represents 0.05mm placement
In the first part, in the basis of the cutting force , the transmission precision , the excursion and so on which are demanded , we can confirm the thread bar whose type is ball bearing thread bar FC1-2004-2.5 . Then basing the selective thread bar, we can select the speed reducer whose model is XB1-50 . Basing the selective harmonies waves speed reducer ,we can confirm the servo electromotor whose type is 110SZ07 . Then we can design the spindles of every component ,which conclude the spindle of between the speed reducer and electromotor axis, which is a round bond sleeve spindle and the spindle between the speed reducer and the thread bar, which is flat bond sleeve spindle , the bearing , the track whose type is roll track HJG-D25, and the collective structure of the plate.
In the second part, first, we can design the servo system, which is closed loop direct current servo system. Second, we can design the speed modulated system, that is PWM. Third , we can design the inspect system ,which is rectangular raster system. In the last, we need design the interfaces of each components, in which the mechatrony interfaces are more important.
KEYWORDS: single coordinate, direct current servo electromotor, PWM, closed-loop, rectangular raster
前 言
本論文的目的在于學(xué)會(huì)使用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》等重要參考資料，以便于將來(lái)工作時(shí)能夠駕輕就熟。論文的側(cè)重點(diǎn)在于機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)。既要設(shè)計(jì)工作臺(tái)的機(jī)械部分，如絲杠、軸承、導(dǎo)軌等，又要設(shè)計(jì)工作臺(tái)的控制部分，如調(diào)速系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)。其中又以控制部分為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。
隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機(jī)械、電子技術(shù)為主的多門(mén)技術(shù)相互滲透相互結(jié)合過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)一門(mén)新的邊緣技術(shù)——機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是建立在機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感與測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)群體基礎(chǔ)上的一種高新技術(shù)。機(jī)電一體化的目的是使產(chǎn)品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同時(shí)又能省材料、省能源，并使產(chǎn)品向輕、薄、細(xì)、小、巧的方向發(fā)展，以不斷滿足人們生活的多樣化要求和生產(chǎn)的省力化、自動(dòng)化需求。機(jī)電一體化產(chǎn)品是具有搞技術(shù)含量的產(chǎn)品，其技術(shù)附加值隨機(jī)電結(jié)合程度的加深而提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品一般都需具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動(dòng)力功能、計(jì)測(cè)功能、控制功能和構(gòu)造功能。其五個(gè)基本要素示：
機(jī)械本體 本設(shè)計(jì)包括絲杠、聯(lián)軸器、導(dǎo)軌、軸承等支持結(jié)構(gòu)，屬于基礎(chǔ)部分，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的構(gòu)造功能。
動(dòng)力源 本設(shè)計(jì)包括直流伺服電機(jī)、電源等執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)電路，向系統(tǒng)提供能量，并將輸入的能量轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能。
檢測(cè)與傳感裝置 本設(shè)計(jì)包括光柵、單片機(jī)8031、0809及其信號(hào)檢測(cè)電路用于對(duì)工作臺(tái)運(yùn)行時(shí)的速度位移等進(jìn)行檢測(cè)，提供運(yùn)行控制所需的各種信息，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。機(jī)電一體化要求傳感器能夠快速精確地獲取信息并經(jīng)受各種嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)。但是由于目前檢測(cè)與傳感技術(shù)還不能與機(jī)電一體化的發(fā)展相適應(yīng)，使得不少機(jī)電一體化產(chǎn)品不能達(dá)到滿意的效果或無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。因此，大力開(kāi)展檢測(cè)與傳感技術(shù)的研究對(duì)發(fā)展機(jī)電一體化具有十分重要的意義。
控制與信息處理裝置 本設(shè)計(jì)包括脈寬調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求以及傳感器的反饋信息，進(jìn)行處理運(yùn)算和決策，對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行是以相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)控制功能。這一要素目前正向著高可靠性柔性和智能化方向發(fā)展。
執(zhí)行結(jié)構(gòu) 包括機(jī)械傳動(dòng)和操作機(jī)構(gòu)，在控制信息作用下完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。本工作臺(tái)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)在此將不再涉及。
機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求是高精度、快速反應(yīng)、良好的穩(wěn)定性。其機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)包括三大部分：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（本設(shè)計(jì)是滾珠絲杠副）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（本設(shè)計(jì)是導(dǎo)軌）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（在此不涉及）。對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求是精度、靈敏度和分辨率，線性穩(wěn)定性和重復(fù)性好，抗干擾能力強(qiáng)，靜、動(dòng)態(tài)特性好。
控制系統(tǒng)是由控制裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象及傳感與檢測(cè)裝置所構(gòu)成的整體�？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)首要解決的問(wèn)題是建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。目前在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，多數(shù)是以微型機(jī)為核心構(gòu)成控制裝置�？刂破魇强刂葡到y(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制功能的核心，在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，采用以控制算法及相應(yīng)的控制軟件為主的數(shù)字控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能。
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