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工作臺直流伺服系統(tǒng)控制部分(一)
目 錄
畢業(yè)任務(wù)書 1
摘 要 5
ABSTRACT 6
前 言 7
第一章 工作臺的機械設(shè)計部分 9
1.1選擇滾珠絲杠副 9
1.1.1 滾珠絲杠副傳動機構(gòu)的工作原理 9
1.1.2 滾珠絲杠副的特點 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)計滾珠絲杠副 11
1.2 選擇減速器 14
1.3 伺服電機的選擇 14
1.3.1 執(zhí)行元件的特點 14
1.3.2 直流伺服電機 14
1.4 聯(lián)軸器的設(shè)計 16
⒈4.1 聯(lián)軸器的特點 16
1.4.2減速器與電機間的聯(lián)軸器的設(shè)計 16
1.4.3 減速器與絲杠間的聯(lián)軸器設(shè)計 17
1.5 滾動軸承的設(shè)計 17
1.6 導軌的設(shè)計 18
1.6.1 導軌的特點 18
1.6.2 導軌的基本要求 18
1.6.3 根據(jù)要求設(shè)計導軌 19
1.7 機床工作臺即總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 20
第二章 工作臺的控制設(shè)計部分 21
2.1 閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)設(shè)計 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 23
2.2 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計——閉環(huán)脈寬直流調(diào)速 24
2.3 檢測系統(tǒng)的設(shè)計——光柵 29
2.3.1 數(shù)字信號檢測系統(tǒng)組成 29
2.3.2 多路信號采集細分 29
2.3.3 檢測信號的采集與預處理 32
第三章 接口設(shè)計 34
3.1 接口的功能與分類 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 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 40
第四章 結(jié) 論 41
結(jié) 束 語 42
致 謝 43
參考文獻 43
附 錄 44
附錄1： ADC0809的程序設(shè)計 44
附錄2：8031的執(zhí)行程序 44
摘 要
設(shè)計的目的是設(shè)計一個工作臺的控制部分。要求是切削力是15千克，工作臺的重量是10千克，伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電機，伺服系統(tǒng)為閉環(huán)伺服系統(tǒng)，單坐標，脈寬調(diào)速，工作臺的行程為300毫米，工作臺傳動精度為±0.03毫米,檢測元件為光柵，其每個計數(shù)脈沖代表的位移量是0.005毫米。
本設(shè)計包括兩大部份，第一部分為工作臺的機械設(shè)計。根據(jù)給定的工作臺的切削力、傳動精度、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，選擇伺服電機為直流伺服電機110SZ07，其轉(zhuǎn)速為10000rpm，然后設(shè)計元器件間的聯(lián)軸器，包括減速器與電機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)計軸承，導軌為HJG-D25的滾動導軌，及工作臺的總體結(jié)構(gòu)。
第二部分為工作臺的控制部分。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)，檢測系統(tǒng)為矩形光柵，最后設(shè)計接口設(shè)計，接口設(shè)計主要是機電接口的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：單坐標，直流伺服電機，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會使用《機械設(shè)計手冊》等重要參考資料，以便于將來工作時能夠駕輕就熟。論文的側(cè)重點在于機電一體化的設(shè)計。既要設(shè)計工作臺的機械部分，如絲杠、軸承、導軌等，又要設(shè)計工作臺的控制部分，如調(diào)速系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)。其中又以控制部分為主要設(shè)計目標。
隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機械、電子技術(shù)為主的多門技術(shù)相互滲透相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來一門新的邊緣技術(shù)——機電一體化技術(shù)。機電一體化技術(shù)是建立在機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感與測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(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，同時又能省材料、省能源，并使產(chǎn)品向輕、薄、細、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、自動化需求。機電一體化產(chǎn)品是具有搞技術(shù)含量的產(chǎn)品，其技術(shù)附加值隨機電結(jié)合程度的加深而提高。機電一體化產(chǎn)品一般都需具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、計測功能、控制功能和構(gòu)造功能。其五個基本要素示：
機械本體 本設(shè)計包括絲杠、聯(lián)軸器、導軌、軸承等支持結(jié)構(gòu)，屬于基礎(chǔ)部分，實現(xiàn)產(chǎn)品的構(gòu)造功能。
動力源 本設(shè)計包括直流伺服電機、電源等執(zhí)行元件及其驅(qū)動電路，向系統(tǒng)提供能量，并將輸入的能量轉(zhuǎn)換成需要的形式，實現(xiàn)動力功能。
檢測與傳感裝置 本設(shè)計包括光柵、單片機8031、0809及其信號檢測電路用于對工作臺運行時的速度位移等進行檢測，提供運行控制所需的各種信息，實現(xiàn)計測功能。機電一體化要求傳感器能夠快速精確地獲取信息并經(jīng)受各種嚴酷環(huán)境的考驗。但是由于目前檢測與傳感技術(shù)還不能與機電一體化的發(fā)展相適應(yīng)，使得不少機電一體化產(chǎn)品不能達到滿意的效果或無法實現(xiàn)設(shè)計。因此，大力開展檢測與傳感技術(shù)的研究對發(fā)展機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，進行處理運算和決策，對產(chǎn)品運行是以相應(yīng)的控制，實現(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) 包括機械傳動和操作機構(gòu)，在控制信息作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。本工作臺的執(zhí)行結(jié)構(gòu)在此將不再涉及。
機電一體化對機械系統(tǒng)的基本要求是高精度、快速反應(yīng)、良好的穩(wěn)定性。其機械系統(tǒng)應(yīng)包括三大部分：傳動機構(gòu)（本設(shè)計是滾珠絲杠副）導向機構(gòu)（本設(shè)計是導軌）執(zhí)行機構(gòu)（在此不涉及）。對檢測系統(tǒng)的基本要求是精度、靈敏度和分辨率，線性穩(wěn)定性和重復性好，抗干擾能力強，靜、動態(tài)特性好。
控制系統(tǒng)是由控制裝置、執(zhí)行機構(gòu)、被控對象及傳感與檢測裝置所構(gòu)成的整體�？刂葡到y(tǒng)設(shè)計首要解決的問題是建立被控對象的數(shù)學模型。目前在機電一體化產(chǎn)品中，多數(shù)是以微型機為核心構(gòu)成控制裝置�？刂破魇强刂葡到y(tǒng)中實現(xiàn)控制功能的核心，在微型機控制系統(tǒng)中，采用以控制算法及相應(yīng)的控制軟件為主的數(shù)字控制器來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制功能。
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