机电一体化教学设备电气控制部分设计.doc

华北科技学院（毕业设计）第 1 页共 35 页目录目录 ......................................................................1摘要 ......................................................................3摘要： ....................................................................31. 绪论 ...............................................................51.1 课题研究的意义 .....................................................51.2 课题研究的目的 .....................................................61.3 机电一体化系统概述 .................................................62 系统设计 ................................................................92.1 机电一体化实验教学设备总体结构 .....................................92.2 控制系统的总体方案确定 ............................................103 控制系统硬件结构设计 ...................................................123.1 控制系统组成结构及分类 ............................................123.1.1 控制系统组成结构 ............................................123.1.2 控制系统的分类 ..............................................133.3 PMAC 硬件结构及软件设计 ...........................................153.3.1 运动控制卡 ..................................................153.3.2 硬件结构特点 ................................................173.3.3 软件控制特点 ................................................183.3.4 系统控制环调整 ...............................................193.3.5 PID 调整原理简介 .............................................223.3.6 差补原理 ....................................................233.4 机电一体化系统检测元件选择 ........................................243.4.1 数控机床测量系统的分类与特点 ................................243.4.2 常用的测量元件 ..............................................253.4.2 码盘、光栅尺的选择 ..........................................273.4.2 编码器测速原理及保证回零精度的工作原理 ......................273.5 伺服电动机设计 ....................................................29机电一体化教学设备电气控制部分设计23.5.1 交流伺服电机的分类和特点 ....................................293.5.2 交流伺服电机的控制方式 ......................................303.6 系统电气电路的设计与实现 ..........................................313.7 控制系统的具体配置 ................................................324. 结论 ..................................................................335.参考文献 ...............................................................346．致谢 ..................................................................35华北科技学院（毕业设计）第 3 页共 35 页摘要本设计的主要工作是对机电一体化教学设备的控制系统的设计，由于教学设备属立式加工中心范畴，故此次设计以对加工中心的设计方法及步骤为主线展开设计，包括控制系统总体设计，系统软、硬件的选择，系统的调试等内容。

设计配置如下：信息处理和控制由美国 Deltatau 公司的 PMAC（可编程多轴运动控制器，型号为PMAC2A-PC104， ）完成；驱动元件为日本富士伺服驱动器（200W） ，执行机构是它的配套电机；机械本体为一个两维的 X-Y 工作平台，是工业应用中最典型的控制对象之一；反馈用检测元件为光栅尺关键词：PMAC 运动控制卡；系统控制环；检测元件；光栅尺机电一体化教学设备电气控制部分设计4AbstractThe design of the main work is the integration of teaching equipment, electromechanical control systems design, As teaching equipment is the vertical machining center areas, herefore, the current design of the processing center, the design method and steps to design the main line, including the control system design, System software and hardware choices, the system debugging content. Design configuration is as follows : Information management and control of the company by the United States Deltatau the PMAC (programmable multi-axis motion controller, Model for PMAC2A - PC104), completed; Driver components for Japan's Fuji servo actuator (200W), the executing agency is supporting its motor; Ontology machinery for a two-dimensional X-Y platforms, Industrial Application is the most typical one of the control object; Feedback detection components for grating feet. Keyword: PMAC sport controls card; The system controls wreath; Examine a component; Light grid Chinese foot华北科技学院（毕业设计）第 5 页共 35 页1.绪论1.1 课题研究的意义机电一体化技术是一项将机械、电子等技术有机结合综合运用的新兴技术。

该技术主要涉及精密机械、自动控制、检测传感、信息处理、伺服传动、计算机等相关领域，是高等学校教育和职业学校培训的重要内容机电一体化技术的日新月异使高等学校和职业学校在教学实践上面临着新的挑战传统的机电一体化教学理论教学内容很多，而学生实验很少甚至没有，即使有也是针对于使用和操作机电设备，学生缺少在实践动手中联系理论知识的机会比如讲到伺服控制中的三环：位置环、速度环、电流环的理论知识，老师讲了很多，但学生却缺少相应实验自己去操作从感性上认识加深这些理论知识，这样就使得毕业生走上社会以后面临重重困难，难以适应工作岗位的具体要求很多学校传统的实验教学采用的模式是购买一些数控及机电一体化的机床，然后让学生参观或在上面进行简单的零件加工实验这种实验教学方式当然可以在一定程度上培养学生学习的兴趣和动手操作能力，但这些实验很难让学生深入的掌握到机电一体化技术的核心内容，理论联系实际远远不够，因为没有一所学校开实验课会让学生把成套的数控设备拆散然后在分成各个环节刨析其中的重要技术细节为了达到在机电一体化实验教学中充分实现理论联系实际的教学目标，让培养出来的学生不仅仅只是一个会开数控设备的操作工，而成为一个在机电一体化技术方面有所特长的人才，设计机电一体化教学实验台尤为重要，本次设计的课题就是机电一体化教学用实验台的电气控制设计。

该机电一体化教学设备的特点是：1、去除真实机电一体化设备中的一些辅助器件和辅助功能，但机电一体化技术中各环节的核心仍然采用真实的工业器件和先进的技术，比如运动部件仍然采用真实数控设备采用的直线导轨和丝杠，但去掉了润滑等辅助设施；用一只笔代替了加工工件的刀具；使用工业场合真实应用的伺服驱动和电机，但却不将这些全部封闭而让学生可以直接操作连接等等这样做既减小了设备体积，增加了安全性和灵活性，又不象机电一体化教学设备电气控制部分设计6一些塑料教具（类似玩具）不能给学生以工业应用的真实感觉2、整个设备采用开放式的数控结构，这也是当今数控的流行趋势，学生使用后可以举一反三，一劳永逸，深入理解机电一体化技术的各个关键部分3、设备的硬件核心均采用世界上领先成熟的技术，比如控制器采用在运动控制界享有很高声誉的美国 Deltatau 公司的 PMAC（可编程多轴运动控制器） ，交流伺服采用日本松下的伺服驱动器和电机等等4、该设备体积小功能全，可以开展多项实验课程，而且可以作为项目开发的实验平台，解决既不能靠纯软件仿真解决又不能在（或没有）真实设备上直接操作的棘手问题，一机多用5、设备本身安全方便，经济可靠，除了做为学生实验的教具还可以用做为工业企业员工的培训设备。

1.2 课题研究的目的本课题研究的目的就是为了方便学生进行以下实验：1．伺服电机转矩控制实验2．全闭环调整实验3．PVT（厄米特样条）插补实验4．半闭环系统和开环系统的精度比较5．垂直度测量及软件修正安装误差实验1.3 机电一体化系统概述机电一体化技术涉及到传感器技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术等关键技术典型的机电一体化系统包含以下几个部分：华北科技学院（毕业设计）第 7 页共 35 页驱 动 元 件 执 行 机 构 机 械 本 体控 制 信 息 信 。