光機(jī)電一體化 沈陽(yáng)理工大學(xué)

1、光機(jī)電一體化光機(jī)電一體化主講：陳白寧主講：陳白寧第第1章章 總論總論1.1機(jī)電一體化的基本概念機(jī)電一體化的基本概念1.1.1概念概念 Mechantronics 從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用機(jī)械、電子、信息等有關(guān)技術(shù)，對(duì)機(jī)械、電子、信息等有關(guān)技術(shù)，對(duì)他們進(jìn)行有機(jī)的組織和整合，實(shí)現(xiàn)他們進(jìn)行有機(jī)的組織和整合，實(shí)現(xiàn)整體最佳化。整體最佳化。1.1.2 機(jī)電一體化的劃分機(jī)電一體化的劃分 1.機(jī)械電子化產(chǎn)品機(jī)械電子化產(chǎn)品 1）機(jī)械本身的主要功能被電子取代（如相機(jī)快）機(jī)械本身的主要功能被電子取代（如相機(jī)快門(mén)）門(mén)） 2）機(jī)械信息處理機(jī)構(gòu)被電子元件取代（如手表）機(jī)械信息處理機(jī)構(gòu)被電子元件

2、取代（如手表） 3）機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)被電子式取代（機(jī)械凸輪）機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)被電子式取代（機(jī)械凸輪） 4）采用微電子技術(shù)，增加控制功能（如數(shù)控機(jī)）采用微電子技術(shù)，增加控制功能（如數(shù)控機(jī)床）床） 2. 機(jī)電融合產(chǎn)品機(jī)電融合產(chǎn)品 機(jī)器人、復(fù)印件等機(jī)器人、復(fù)印件等 1.2 機(jī)電一體化的技術(shù)體系機(jī)電一體化的技術(shù)體系 1.機(jī)電一體化的構(gòu)成要素機(jī)電一體化的構(gòu)成要素 人的五大要素人的五大要素機(jī)電一體化的五大要素機(jī)電一體化的五大要素人的五大要素人的五大要素機(jī)電一體化的五大要素機(jī)電一體化的五大要素人的五大要素人的五大要素人的五大要素人的五大要素人的五大要素人的五大要素機(jī)電一體化的五大要素機(jī)電一體化的五大要素 2.機(jī)

3、電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù) 1）機(jī)械技術(shù)）機(jī)械技術(shù) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 重量輕重量輕 材料材料 體積小體積小 性能性能 精度高精度高 2）計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)）計(jì)算機(jī)與信息技術(shù) 信息處理、人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理、人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 3）自動(dòng)控制技術(shù)）自動(dòng)控制技術(shù) 定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、 4）傳感檢測(cè)技術(shù)）傳感檢測(cè)技術(shù) 5）伺服傳動(dòng)技術(shù)）伺服傳動(dòng)技術(shù)-電、氣、液電、氣、液 6）系統(tǒng)技術(shù)（接口）系統(tǒng)技術(shù)（接口） 以整體的概念，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)以整體的概念，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù) 1.3 機(jī)電一體化的發(fā)展前景機(jī)電一體化的發(fā)展前景 1.

4、機(jī)械技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)機(jī)械技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì) 1）作業(yè)功能）作業(yè)功能-機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 2）動(dòng)力功能）動(dòng)力功能-蒸汽動(dòng)力、電動(dòng)機(jī)、水力、風(fēng)力蒸汽動(dòng)力、電動(dòng)機(jī)、水力、風(fēng)力 3）測(cè)量功能）測(cè)量功能-傳感器、伺服系統(tǒng)傳感器、伺服系統(tǒng) 4）智能功能）智能功能-大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)、接口大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)、接口 2.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向 1）智能化）智能化 2）規(guī)模化：由一組特定模塊，在一定范圍內(nèi)組成不同功）規(guī)?；河梢唤M特定模塊，在一定范圍內(nèi)組成不同功 能，或同一功能性能不同的產(chǎn)品。能，或同一功能性能不同的產(chǎn)品。 3）網(wǎng)絡(luò)化：有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)化：有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng) 4）微型化）微

5、型化 5）綠色化：從設(shè)計(jì)、制造、使用、銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中環(huán)）綠色化：從設(shè)計(jì)、制造、使用、銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中環(huán)保保 6）系統(tǒng)化）系統(tǒng)化 .機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)機(jī)械工業(yè)的影響 .機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想1） 集成化：將機(jī)械、電子、電氣納入一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)整集成化：將機(jī)械、電子、電氣納入一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)整體考慮、統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)進(jìn)行。體考慮、統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)進(jìn)行。 2）自動(dòng)化：核心是控制）自動(dòng)化：核心是控制 3）信息處理）信息處理 信息采集信息采集 信息處理信息處理 信息傳送信息傳送 傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品與機(jī)電一體化產(chǎn)品的比較傳統(tǒng)機(jī)械

6、產(chǎn)品與機(jī)電一體化產(chǎn)品的比較 比較內(nèi)容比較內(nèi)容 傳統(tǒng)產(chǎn)品傳統(tǒng)產(chǎn)品 機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品 外形外形 結(jié)構(gòu)龐大結(jié)構(gòu)龐大 結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊 內(nèi)部?jī)?nèi)部 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)方式 運(yùn)動(dòng)周期不可調(diào)運(yùn)動(dòng)周期不可調(diào) 可編程可編程 驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式 恒速恒速 無(wú)級(jí)變速無(wú)級(jí)變速 同步方式同步方式 機(jī)械同步機(jī)械同步 電子同步電子同步 連接方式連接方式 剛性剛性 柔性柔性 精度精度 由機(jī)械允差決定由機(jī)械允差決定 有反饋、高精度有反饋、高精度 操作方法操作方法 人工或半自動(dòng)人工或半自動(dòng) 自動(dòng)化、無(wú)人化自動(dòng)化、無(wú)人化 2.機(jī)電一體化系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 1）結(jié)構(gòu)

7、化設(shè)計(jì)）結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì) 將待設(shè)計(jì)系統(tǒng)分成一系列模塊，模塊間組成自上而下的結(jié)構(gòu)。將待設(shè)計(jì)系統(tǒng)分成一系列模塊，模塊間組成自上而下的結(jié)構(gòu)。 （1）工作環(huán)境模塊：溫度、載荷、尺寸等）工作環(huán)境模塊：溫度、載荷、尺寸等 （2）系統(tǒng)（機(jī)械）本體模塊：結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)、連接、外觀）系統(tǒng)（機(jī)械）本體模塊：結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)、連接、外觀 （3）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊：各種電機(jī)、氣、液）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊：各種電機(jī)、氣、液 （4）執(zhí)行模塊：結(jié)合驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)）執(zhí)行模塊：結(jié)合驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)運(yùn)動(dòng) （5）測(cè)量模塊：信號(hào)采集與傳送）測(cè)量模塊：信號(hào)采集與傳送 （6）通信模塊：數(shù)據(jù)傳送）通信模塊：數(shù)據(jù)傳送 （7）處理器模塊：參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處

8、理）處理器模塊：參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理 （8）接口模塊：各種機(jī)、電接口）接口模塊：各種機(jī)、電接口 （9）軟件模塊：算法）軟件模塊：算法 2）虛擬設(shè)計(jì)）虛擬設(shè)計(jì) 用計(jì)算機(jī)完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程。用計(jì)算機(jī)完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程。 三維造型三維造型 裝配裝配 靜、動(dòng)態(tài)性能分析靜、動(dòng)態(tài)性能分析 運(yùn)動(dòng)干涉檢查運(yùn)動(dòng)干涉檢查 改進(jìn)再檢查改進(jìn)再檢查 3）數(shù)字化設(shè)計(jì)）數(shù)字化設(shè)計(jì) 建立機(jī)械本體的幾何模型（功能、外觀）、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)建立機(jī)械本體的幾何模型（功能、外觀）、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型（控制算法）模型（控制算法） 計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真 參數(shù)優(yōu)化參數(shù)優(yōu)化 產(chǎn)品產(chǎn)品 4）反求工程設(shè)計(jì)）反求工程設(shè)計(jì) 以先進(jìn)的產(chǎn)品

9、設(shè)備實(shí)物、軟件作為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)出同類(lèi)的先進(jìn)以先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)備實(shí)物、軟件作為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)出同類(lèi)的先進(jìn)產(chǎn)品產(chǎn)品 5）優(yōu)化設(shè)計(jì)）優(yōu)化設(shè)計(jì) 尋找限制因素下的最優(yōu)參數(shù)值，可用于各個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。尋找限制因素下的最優(yōu)參數(shù)值，可用于各個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。 6）相似設(shè)計(jì)）相似設(shè)計(jì) 把個(gè)別現(xiàn)象的研究成果推廣到所有相似現(xiàn)象中去把個(gè)別現(xiàn)象的研究成果推廣到所有相似現(xiàn)象中去 7）創(chuàng)新設(shè)計(jì)）創(chuàng)新設(shè)計(jì) （1）無(wú)重要新技術(shù)，形式上翻新）無(wú)重要新技術(shù)，形式上翻新 （2）開(kāi)發(fā)了新技術(shù)，使產(chǎn)品性能大大提高）開(kāi)發(fā)了新技術(shù)，使產(chǎn)品性能大大提高 可以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力可以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 3.機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 1）搜集分

10、析，整理原始信息和原始資料。）搜集分析，整理原始信息和原始資料。 2）明確問(wèn)題）明確問(wèn)題 3）可行性研究）可行性研究 環(huán)境、政策、資源與同類(lèi)系統(tǒng)比較環(huán)境、政策、資源與同類(lèi)系統(tǒng)比較 （1）經(jīng)濟(jì)可行性）經(jīng)濟(jì)可行性 （2）技術(shù)可行性）技術(shù)可行性 （3）社會(huì)可行性）社會(huì)可行性 4）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)）確定設(shè)計(jì)目標(biāo) （1）詳細(xì)描述產(chǎn)品的功能、性能、達(dá)到的目標(biāo)）詳細(xì)描述產(chǎn)品的功能、性能、達(dá)到的目標(biāo) （2）合理劃分模塊，準(zhǔn)確定義邊界條件）合理劃分模塊，準(zhǔn)確定義邊界條件 （3）對(duì)于大系統(tǒng)，要分層次進(jìn)行。大）對(duì)于大系統(tǒng)，要分層次進(jìn)行。大 小小 5）備選方案設(shè)計(jì)）備選方案設(shè)計(jì) 不同的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路，形成不同的方案不

11、同的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路，形成不同的方案 6）方案分析，找出最優(yōu)方案）方案分析，找出最優(yōu)方案 7）詳細(xì)設(shè)計(jì)）詳細(xì)設(shè)計(jì) 4.機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用 1）數(shù)控機(jī)械類(lèi)：）數(shù)控機(jī)械類(lèi)：NC機(jī)床、機(jī)床、Robot等。等。 特點(diǎn)特點(diǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝置 2）電子設(shè)備類(lèi)：電火花機(jī)床、線切割等。）電子設(shè)備類(lèi)：電火花機(jī)床、線切割等。 特點(diǎn)特點(diǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置 3）機(jī)電結(jié)合類(lèi)：自動(dòng)探傷、形狀識(shí)別等）機(jī)電結(jié)合類(lèi)：自動(dòng)探傷、形狀識(shí)別等 特點(diǎn)特點(diǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械電子有機(jī)結(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械電子有機(jī)結(jié)合 4）電液伺服類(lèi)：）電液伺服類(lèi)： 特點(diǎn)特點(diǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械本體執(zhí)

12、行機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械本體 控制機(jī)構(gòu)是接受電信號(hào)的液壓閥控制機(jī)構(gòu)是接受電信號(hào)的液壓閥 5）信息控制類(lèi)：）信息控制類(lèi)：CD、傳真等、傳真等 特點(diǎn)特點(diǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作完全由信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作完全由信息控制第第2章章 機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)2.1機(jī)械系統(tǒng)建模中基本物理量的描述機(jī)械系統(tǒng)建模中基本物理量的描述 2.1.1質(zhì)量和慣量的轉(zhuǎn)化質(zhì)量和慣量的轉(zhuǎn)化 直線部件的動(dòng)能：直線部件的動(dòng)能： 旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)能：旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)能： 對(duì)對(duì)k個(gè)直線部件和個(gè)直線部件和n-k個(gè)旋轉(zhuǎn)部件個(gè)旋轉(zhuǎn)部件 總的動(dòng)能：總的動(dòng)能：例：已知圖中例：已知圖中z1、 z1、 z2、 z3、 z4，絲杠螺距，絲杠螺距 =12mm，求工作臺(tái)，求工作臺(tái)

13、6的轉(zhuǎn)化質(zhì)量的轉(zhuǎn)化質(zhì)量 2.1.2彈簧系數(shù)的轉(zhuǎn)化彈簧系數(shù)的轉(zhuǎn)化 拉壓簧：拉壓簧： 扭簧：扭簧： 對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)： 對(duì)直線運(yùn)動(dòng)：對(duì)直線運(yùn)動(dòng)： 串聯(lián)：串聯(lián)： 并聯(lián)：并聯(lián)：2.1.3減速齒輪傳動(dòng)鏈的基本物理量計(jì)算減速齒輪傳動(dòng)鏈的基本物理量計(jì)算 1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算： 軸方程：軸方程： 軸方程：軸方程： 軸方程：軸方程： 折算到折算到軸：軸： 2.1.3減速齒輪傳動(dòng)鏈的基本物理量計(jì)算減速齒輪傳動(dòng)鏈的基本物理量計(jì)算 1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算： 軸方程：軸方程： 軸方程：軸方程： 軸方程：軸方程： 折算到折算到軸：軸： 2.1.3減速齒輪傳動(dòng)鏈的基本物理量計(jì)算減速齒輪傳動(dòng)鏈

14、的基本物理量計(jì)算 1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算： 軸方程：軸方程： 軸方程：軸方程： 軸方程：軸方程： 折算到折算到軸：軸： 2. 質(zhì)量的折算：質(zhì)量的折算： 絲杠的動(dòng)力學(xué)方程：絲杠的動(dòng)力學(xué)方程： 依據(jù)：依據(jù)：速度與轉(zhuǎn)速、螺距的關(guān)系速度與轉(zhuǎn)速、螺距的關(guān)系和和轉(zhuǎn)矩做功與驅(qū)動(dòng)力做功相等轉(zhuǎn)矩做功與驅(qū)動(dòng)力做功相等 折算以后的方程：折算以后的方程： 3. 傳動(dòng)剛度的折算：傳動(dòng)剛度的折算： 1）扭轉(zhuǎn)剛度的折算）扭轉(zhuǎn)剛度的折算 I軸：軸： 從從I軸看：軸看： II軸：軸： 從從II軸看：軸看： 依據(jù)：依據(jù)：2與與1的關(guān)系和的關(guān)系和T與與Z的關(guān)系的關(guān)系 推導(dǎo)結(jié)果：推導(dǎo)結(jié)果： I軸總剛度：軸總剛度： II軸

15、總剛度：軸總剛度： 2）軸向剛度的折算）軸向剛度的折算 設(shè)絲杠與工作臺(tái)間彈性變形量為設(shè)絲杠與工作臺(tái)間彈性變形量為，對(duì)應(yīng)附加轉(zhuǎn)角為，對(duì)應(yīng)附加轉(zhuǎn)角為， 絲杠螺距為絲杠螺距為l 依據(jù)：依據(jù)：速度與轉(zhuǎn)速、螺距的關(guān)系速度與轉(zhuǎn)速、螺距的關(guān)系和和轉(zhuǎn)矩做功與彈力做功相等轉(zhuǎn)矩做功與彈力做功相等 推導(dǎo)結(jié)果：推導(dǎo)結(jié)果： 4. 速度阻尼負(fù)載的折算：速度阻尼負(fù)載的折算： I軸：軸： II軸：軸： 依據(jù)：依據(jù)：轉(zhuǎn)矩與齒數(shù)的關(guān)系和角速度與齒數(shù)的關(guān)系轉(zhuǎn)矩與齒數(shù)的關(guān)系和角速度與齒數(shù)的關(guān)系 折算轉(zhuǎn)矩方程：折算轉(zhuǎn)矩方程： 2.2 機(jī)械系統(tǒng)中的制動(dòng)與加速控制機(jī)械系統(tǒng)中的制動(dòng)與加速控制 1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、轉(zhuǎn)矩及其動(dòng)力學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、轉(zhuǎn)矩及

16、其動(dòng)力學(xué)關(guān)系 1）多級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）多級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 k根旋轉(zhuǎn)部件根旋轉(zhuǎn)部件 n1， n2， n3 ， nk J1， J2， J3 ， Jk n-k根直線部件根直線部件 mk+1， mk+2， mk+3 ， mn Jk+1， Jk+2， Jk+3 ， Jn 由動(dòng)能守恒：由動(dòng)能守恒： 折算到折算到i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2）多級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩）多級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩 將將1軸的軸的TL1折算到折算到i軸上（軸上（兩者單位時(shí)間內(nèi)做功（功率）相兩者單位時(shí)間內(nèi)做功（功率）相等）等） 由由 有有 將多根軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到將多根軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到i軸上軸上 3）機(jī)械系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)方程）機(jī)械系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)方

17、程 當(dāng)當(dāng)T、J為常量時(shí)為常量時(shí) 當(dāng)當(dāng)T、J為變量時(shí)為變量時(shí) 2. 機(jī)械系統(tǒng)中的制動(dòng)控制機(jī)械系統(tǒng)中的制動(dòng)控制 在一定時(shí)間內(nèi)，將機(jī)械裝置減速到預(yù)定速度或停在一定時(shí)間內(nèi)，將機(jī)械裝置減速到預(yù)定速度或停止止 1）制動(dòng)力矩）制動(dòng)力矩TB（在（在t內(nèi)，由內(nèi)，由n0減到減到n所需所需TB（為負(fù)為負(fù)值值 ） 2）制動(dòng)時(shí)間）制動(dòng)時(shí)間t （在（在TB （絕對(duì)值絕對(duì)值）作用下，由）作用下，由n0減減到到n所需所需 t ） 3）制動(dòng)距離（加）制動(dòng)距離（加 TB （絕對(duì)值絕對(duì)值）后，在）后，在t秒秒內(nèi)轉(zhuǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角，過(guò)的轉(zhuǎn)角，n（r/min） 對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)對(duì)于直線運(yùn)動(dòng) 在在t秒內(nèi)，由秒內(nèi)，由v0減到減到v（m/min），

18、制動(dòng)距離為），制動(dòng)距離為SB 例：已知例：已知nm=n0=720m/min, n1=180r/min, n2=102r/min, v=90m/min, mA=180r/min, TB=50Nm, JZ1=0.0028kgm2, JZ2=0.0008kgm2, JZ3=0.017kgm2, JZ4=0.153kgm2, J1=0.0008kgm2, J2=0.0008kgm2, Jm=0.0403kgm2, JB=0.0055kgm2, 求：求：1） J0 2）不考慮摩擦的停止距離）不考慮摩擦的停止距離 3）=0.05時(shí)的停止距離時(shí)的停止距離 3. 機(jī)械系統(tǒng)中的加速控制機(jī)械系統(tǒng)中的加速控制 在一

19、定時(shí)間內(nèi)，將機(jī)械裝置從靜止加速到預(yù)定速在一定時(shí)間內(nèi)，將機(jī)械裝置從靜止加速到預(yù)定速度度 1）加速時(shí)間）加速時(shí)間t（在（在TM作用下，由作用下，由0加到加到n所需時(shí)間）所需時(shí)間） （1）當(dāng)加速力矩）當(dāng)加速力矩TM為常值時(shí)為常值時(shí) 凈加速力矩凈加速力矩 （2）當(dāng)加速力矩）當(dāng)加速力矩TM為變值時(shí)為變值時(shí)-計(jì)算平均加速力矩計(jì)算平均加速力矩 方法一：方法一： 方法一：方法一： 按按Tm-n和和TL-n曲線求曲線求 2）加速距離）加速距離 由由n0(v0)加速到加速到n(v) 總轉(zhuǎn)角總轉(zhuǎn)角 加速的直線距離加速的直線距離第第3章章 機(jī)電一體化集成電路的應(yīng)用機(jī)電一體化集成電路的應(yīng)用與微機(jī)接口技術(shù)與微機(jī)接口技術(shù)3

20、.1集成電路的應(yīng)用基礎(chǔ)集成電路的應(yīng)用基礎(chǔ) 3.1.1基本邏輯運(yùn)算電路的應(yīng)用基本邏輯運(yùn)算電路的應(yīng)用1. 非與門(mén)的應(yīng)用非與門(mén)的應(yīng)用 2. 與門(mén)的應(yīng)用與門(mén)的應(yīng)用 3. 異或門(mén)的應(yīng)用異或門(mén)的應(yīng)用 3.1.2觸發(fā)器及其應(yīng)用觸發(fā)器及其應(yīng)用RS觸發(fā)器觸發(fā)器 1）基本）基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器高有效：高有效：低有效：低有效： 2）同步）同步RS觸發(fā)器（具有同步時(shí)鐘）觸發(fā)器（具有同步時(shí)鐘）CP高電平有效：高電平有效：CP高有效：高有效：CP低有效低有效 2. JK觸發(fā)器觸發(fā)器 高電平有效高電平有效 高有效高有效 低有效低有效 1)J=1,K=0,則則Q=1 2)J=0,K=1,則則Q=0 3)J=1,K=1,則則Q

21、翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn) 4)J=0,K=0,則則Q不變不變 3. D觸發(fā)器觸發(fā)器 高電平有效高電平有效 高有效高有效 低有效低有效 帶置位復(fù)位的帶置位復(fù)位的D觸發(fā)器觸發(fā)器 Qn+1=D 4. T觸發(fā)器觸發(fā)器 高電平有效高電平有效 高有效高有效 低有效低有效 帶置位復(fù)位的帶置位復(fù)位的D觸發(fā)器觸發(fā)器 T=0,Q不變；不變； T=1,Q翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn) 5. 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 1）攪拌機(jī)葉片折斷報(bào)警電路）攪拌機(jī)葉片折斷報(bào)警電路模擬葉片模擬葉片攪拌葉片攪拌葉片 2）D觸發(fā)器搶答器電路觸發(fā)器搶答器電路 CP 2）用）用JK觸發(fā)器組成計(jì)數(shù)器觸發(fā)器組成計(jì)數(shù)器 異步加計(jì)數(shù)器異步加計(jì)數(shù)器 2）用）用JK觸發(fā)器組成計(jì)數(shù)器觸發(fā)器組成計(jì)數(shù)

22、器 異步減計(jì)數(shù)器異步減計(jì)數(shù)器 3.2單片機(jī)接口電路應(yīng)用及其抗干擾單片機(jī)接口電路應(yīng)用及其抗干擾3.2.1數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入/輸出通道輸出通道 1. 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù) 反相器反相器光電耦合光電耦合2. 數(shù)字量輸入接口技術(shù)數(shù)字量輸入接口技術(shù) 1）小功率信號(hào)輸入接口）小功率信號(hào)輸入接口 2）大功率信號(hào)輸入接口）大功率信號(hào)輸入接口 3）多路開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入接口）多路開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入接口 （1）擴(kuò)）擴(kuò)8255 （2）帶使能的八）帶使能的八D觸發(fā)器觸發(fā)器 當(dāng)允許控制端當(dāng)允許控制端/E 為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，CP脈沖上升沿作用下，輸出端脈沖上升沿作用下，輸出端Q與數(shù)據(jù)端與數(shù)據(jù)端D 相一

23、致；相一致；當(dāng)當(dāng)CP 為高電平或者低電平時(shí)，為高電平或者低電平時(shí)，D 對(duì)對(duì)Q 沒(méi)影響。沒(méi)影響。 使能端使能端OE為低電平時(shí)，為低電平時(shí)， 當(dāng)當(dāng)G=“1”時(shí)，時(shí)，74LS373輸出端輸出端1Q8Q與輸入端與輸入端1D8D相同；相同； 當(dāng)當(dāng)G為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。（3）帶使能的八）帶使能的八D鎖存器鎖存器 （4）擴(kuò)）擴(kuò)D鎖存器鎖存器 （5）并串轉(zhuǎn)換）并串轉(zhuǎn)換 74LS165 TTL 八位并行入八位并行入/串行輸出移位寄存器串行輸出移位寄存器 （6）串并轉(zhuǎn)換）串并轉(zhuǎn)換 74LS164 TTL 串行入串行入/八位并行輸出移位寄存器八位并行輸出移位寄存器 （7）74LS

24、164 的級(jí)聯(lián)的級(jí)聯(lián) 3. 數(shù)字量輸出接口技術(shù)數(shù)字量輸出接口技術(shù) 1）繼電器輸出接口）繼電器輸出接口 2）固態(tài)繼電器（）固態(tài)繼電器（Solid State Relay, SSR)輸出接口輸出接口 3）用直流型）用直流型 SSR控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)控制三相交流異步電動(dòng)機(jī) 4）用直流型）用直流型 SSR控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 5）用交流型）用交流型 SSR控制單相交流電動(dòng)機(jī)控制單相交流電動(dòng)機(jī) 6）用用雙向可控硅控制交流負(fù)載）用用雙向可控硅控制交流負(fù)載 3.2.2模擬量輸入通道模擬量輸入通道 1. 組成組成 傳感器傳感器1 傳感器傳感器1I/V變換、信號(hào)調(diào)理變換、信號(hào)調(diào)理I/V變換、信號(hào)調(diào)理

25、變換、信號(hào)調(diào)理多多路路開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)采采樣樣保保持持A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換CPU 2. I/V變換變換 2. I/V變換變換 -+R1R2R31-+R1-+inUOUTUOUTUOUTR1inin 3. 多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān) INH=1 通道斷開(kāi)通道斷開(kāi) INH=0 通道由地址決定通道由地址決定 AOUT/INCINHB01234567IN/OUT（8路）路）CD4051 4. 采樣保持器采樣保持器 采樣時(shí)，輸出跟隨輸入變化采樣時(shí)，輸出跟隨輸入變化 保持時(shí)，輸出保持在命令發(fā)出時(shí)的輸入值保持時(shí)，輸出保持在命令發(fā)出時(shí)的輸入值 （有些（有些A/D本身具有采樣保持功能）本身具有采樣保持功能） 5. A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

26、輸入：輸入：0-10V -5V-+5V -10V-+10V 輸出：輸出：4、8、10、12、16 1）A/D轉(zhuǎn)換的相關(guān)參數(shù)、術(shù)語(yǔ)及其典型電路轉(zhuǎn)換的相關(guān)參數(shù)、術(shù)語(yǔ)及其典型電路 （1）絕對(duì)誤差）絕對(duì)誤差: 是指對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬輸入電壓和理是指對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬輸入電壓和理想的模擬輸入電壓之差的最大值，通常以數(shù)字量的最低有效位想的模擬輸入電壓之差的最大值，通常以數(shù)字量的最低有效位(LSB)的分?jǐn)?shù)值的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示來(lái)表示. =LSB=最大輸入值最大輸入值/2n 對(duì)于滿量程輸入范圍為對(duì)于滿量程輸入范圍為4.096V的情況，一個(gè)的情況，一個(gè)12位轉(zhuǎn)換器對(duì)位轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)的應(yīng)的LSB大小為大小為

27、1mV 。 如果誤差為如果誤差為+8LSB (+3LSB失調(diào)誤差失調(diào)誤差) + (+5LSB增益誤差增益誤差) 的一個(gè)的一個(gè)12位轉(zhuǎn)換器可能輸出的編碼范圍為位轉(zhuǎn)換器可能輸出的編碼范圍為0 至至 4,088。 D+1DD-1A-AA+D+1DD-1A-AA+/2/2D+1DD-1A-AA+/4/4 （2）相對(duì)誤差度）相對(duì)誤差度 是指整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬是指整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬輸入量理論曲線與實(shí)際曲線的最大差值再除以理論值，輸入量理論曲線與實(shí)際曲線的最大差值再除以理論值，用用%表示。表示。 （3）分辨率）分辨率 1個(gè)數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬量，個(gè)數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬量，

28、LSB 2）A/D轉(zhuǎn)換芯片的典型應(yīng)用轉(zhuǎn)換芯片的典型應(yīng)用 （1）0801-0805-單路單路8位位A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片 CS、WR有效有效-啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 INTR、CS、RD有效有效-讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)P0RDWRINT1P1.0RDWRINTRCSDB0-DB7單片機(jī)單片機(jī)0801-0805 CLR P1.0 MOVX DPTR,AWEIT: AJMP WEIT . . .INT0: MOV 20H,P0 RETI （2）0808-0809-8通道通道8位位A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片 IN0 IIN78031P0INT0RDP2.0WRGD0-D7Q0-Q7OEABCEOCOEALESTARTDB

29、0-DB7111ALEADC080974LS3738838A0-A2 （2）0808-0809-8通道通道8位位A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片;初始化程序初始化程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP EX_1 ORG 0050H；主程序；主程序MAIN: SETB IT0；邊沿觸發(fā)；邊沿觸發(fā) SETB EA；開(kāi)中斷；開(kāi)中斷 SETB EX0；允許中斷；允許中斷BEGIN: MOV R0,#78H；數(shù)據(jù)暫存區(qū)首地址；數(shù)據(jù)暫存區(qū)首地址 MOV R2,#08H；8路計(jì)數(shù)初值路計(jì)數(shù)初值 MOV DPTR,#0FEF8H LP: MOVX DPTR,A SJMP $ DJNZ

30、 R2,LP SJMP BEGIN；重復(fù)讀取；重復(fù)讀取 ；中斷服務(wù)程序；中斷服務(wù)程序EX_1: MOVX A,DPTR MOV R0,A INC DPTR INC R0 RETI END （3）AD574-單通道單通道12位位A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片 CECSR/C12/8A01000X0000X111111X接地接地+5V接地接地12位位A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換8位位A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)為并行輸出數(shù)據(jù)為并行12位位高高8位位低低4位尾隨位尾隨000010101啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，STS高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束變低電平，高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束變低電平，所以所以STS可以接可以接I/O口查詢(xún)，也可以接中斷口查詢(xún)，也

31、可以接中斷 （3）AD574-單通道單通道12位位A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片 DB4DB5A0DB7DB8DB9DB10DB11DB0DB1DB2DB3CESTSCSDB6R/C12/8Q1Q0Q774LS373D0D7AD5748031P0.0P0.7WRRDP1.0+5V+V （3）AD574-單通道單通道12位位A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片;初始化程序初始化程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0050H；主程序；主程序MAIN: MOV R0,#20H MOV DPTR,#0FF7CH MOVX DPTR,ALP: JB P1.0,LP INC DPTR MOVX A,DPTR

32、MOV R0,A INC R0 MOV DPTR,#0FF7FH MOVX A,DPTR MOV R0,AHERE: AJMP HERE 3.2.3模擬量輸出通道模擬量輸出通道 8、10、12、16位，位，0-10V、-5V-+5V、0-5V 1. 相關(guān)參數(shù)和術(shù)語(yǔ)相關(guān)參數(shù)和術(shù)語(yǔ) （1）絕對(duì)精度）絕對(duì)精度 同同A/D （2）相對(duì)誤差）相對(duì)誤差 同同A/D （3）分辨率）分辨率 同同A/D 2. 常用常用D/A轉(zhuǎn)換芯片的特性轉(zhuǎn)換芯片的特性 1）電壓輸出）電壓輸出 2）電流輸出）電流輸出 常用電流輸出芯片實(shí)現(xiàn)電壓輸出常用電流輸出芯片實(shí)現(xiàn)電壓輸出D/VD/IUOUTIOUTRS電壓源電壓源電流源電流源

33、 2. 常用常用D/A轉(zhuǎn)換芯片的特性轉(zhuǎn)換芯片的特性 3）反向輸出）反向輸出 4）同向輸出）同向輸出D/I-+-RUOUT 2. 常用常用D/A轉(zhuǎn)換芯片的特性轉(zhuǎn)換芯片的特性 3）反向輸出）反向輸出 4）同向輸出）同向輸出+-UOUTRR1R21D/ 2. 常用常用D/A轉(zhuǎn)換芯片的特性轉(zhuǎn)換芯片的特性 5）單極性輸出）單極性輸出 同反向輸出同反向輸出 6）雙極性向輸出）雙極性向輸出UREFD/I-+UOUT+-+R1R2012R3R4A 3. D/A轉(zhuǎn)換芯片的應(yīng)用轉(zhuǎn)換芯片的應(yīng)用+-+15KA+-+7.5K15K+5VUOUTUREFRFOUT1OUT2DI0DI7CSXFERWR1WR2P0P2.7

34、WR8031DAC0832UA=0-5V3.2.4接口電路抗干擾接口電路抗干擾 1. 干擾信號(hào)的分類(lèi)干擾信號(hào)的分類(lèi) 1）傳導(dǎo)型）傳導(dǎo)型 （1）供電干擾：來(lái)自交流電源）供電干擾：來(lái)自交流電源 （2）強(qiáng)電干擾：強(qiáng)電元件通斷產(chǎn)生）強(qiáng)電干擾：強(qiáng)電元件通斷產(chǎn)生I、U沖擊。沖擊。 （3）接地干擾：不同接地點(diǎn)形成環(huán)路，產(chǎn)生電位）接地干擾：不同接地點(diǎn)形成環(huán)路，產(chǎn)生電位差。差。 2）輻射型）輻射型 （1）電磁干擾）電磁干擾 （2）靜電干擾）靜電干擾 3.2.4接口電路抗干擾接口電路抗干擾 2. 抗干擾的措施抗干擾的措施 1）供電系統(tǒng)的抗干擾措施）供電系統(tǒng)的抗干擾措施 （1）交流穩(wěn)壓電源）交流穩(wěn)壓電源 （2）低通

35、濾波器：濾掉高頻）低通濾波器：濾掉高頻 （3）隔離變壓：阻斷傳導(dǎo)通路）隔離變壓：阻斷傳導(dǎo)通路 2）接口電路的抗干擾措施）接口電路的抗干擾措施 （1）強(qiáng)電干擾的吸收電路）強(qiáng)電干擾的吸收電路 交流交流 直流直流220VRC+- （2）芯片配置與抗干擾）芯片配置與抗干擾 (a) 數(shù)字電路不用端的處理數(shù)字電路不用端的處理 不用端不用端接高電平接高電平 不用端不用端與輸入信號(hào)并在一起與輸入信號(hào)并在一起 UO+VUiTTLUO+VUiCMOSUO+VUiTTL （2）芯片配置與抗干擾）芯片配置與抗干擾 (b) 存儲(chǔ)器布線存儲(chǔ)器布線 AB、CB、DB應(yīng)盡量短，減小對(duì)地電容應(yīng)盡量短，減小對(duì)地電容 電源入口處接

36、去耦電容電源入口處接去耦電容 電源線、地線加粗電源線、地線加粗 （3）譯碼器抗干擾）譯碼器抗干擾 (a) 線譯碼線譯碼-具有不確定性，造成地址重疊具有不確定性，造成地址重疊 A0A12A0PSENA12D0OED7A13D0D7CE27640A13A14A15000101001100000-1FFFH4000-5FFFH8000-9FFFHC000-DFFFH （3）譯碼器抗干擾）譯碼器抗干擾 (b) 全譯碼全譯碼-地址確定，不會(huì)造成地址重疊地址確定，不會(huì)造成地址重疊 A0A12A0PSENA12D0OED7Y0D0D7CE276474LS138A13A14A15ABC （4）單片機(jī)系統(tǒng)的中斷

37、保護(hù)）單片機(jī)系統(tǒng)的中斷保護(hù) (a) 利用堆棧進(jìn)行中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)利用堆棧進(jìn)行中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) PUSH POP (b) 利用寄存器保護(hù)寄存器利用寄存器保護(hù)寄存器 根據(jù)根據(jù)RS1、RS0的狀態(tài)可以選擇的狀態(tài)可以選擇0-3不同區(qū)的不同區(qū)的R0-R7 不同的優(yōu)先級(jí)可以使用不同的區(qū)不同的優(yōu)先級(jí)可以使用不同的區(qū) CYACF0RS1RS0OV-P程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器PSWRS1RS000110101寄存器組寄存器組第第0組組第第1組組第第2組組第第3組組片內(nèi)片內(nèi)RAM地址地址00H-07H08H-0FH10H-17H18H-1FH寄存器組選擇表寄存器組選擇表 (c) 公用數(shù)據(jù)區(qū)的保護(hù)公用數(shù)據(jù)區(qū)的保護(hù) 設(shè)某

38、子程序設(shè)某子程序BIND占用占用RAM30H-40H作為臨時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，作為臨時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)， 會(huì)使會(huì)使30H-40H的數(shù)據(jù)被破壞的數(shù)據(jù)被破壞 應(yīng)該先將數(shù)據(jù)搬到不同的數(shù)據(jù)區(qū)，中斷返回應(yīng)該先將數(shù)據(jù)搬到不同的數(shù)據(jù)區(qū)，中斷返回時(shí)再還原。時(shí)再還原。 BIND中斷中斷INT0CALL BIND 3）RAM數(shù)據(jù)掉電保護(hù)數(shù)據(jù)掉電保護(hù) 采用采用WOTCHDOG芯片，芯片，MAX690A/MAX691A 8031VCC1RESET11R4R1R2R3PEIRESETVBAITPFOWDI+5VINT0P1.0備用電池備用電池GND-+R2R1UOUT-IN+IN 4）測(cè)量單元配置與抗干擾）測(cè)量單元配置與抗干擾 （a）測(cè)量

39、放大器）測(cè)量放大器 共模干擾共模干擾 ：信號(hào)兩端加入完全相同的干擾信號(hào)信號(hào)兩端加入完全相同的干擾信號(hào) 4）測(cè)量單元配置與抗干擾）測(cè)量單元配置與抗干擾 （a）測(cè)量放大器）測(cè)量放大器 差動(dòng)式運(yùn)算放大器抗共模干擾差動(dòng)式運(yùn)算放大器抗共模干擾 -+R2R1RuR3u0uiupi1i2干擾干擾干擾干擾 4）測(cè)量單元配置與抗干擾）測(cè)量單元配置與抗干擾 （a）測(cè)量放大器）測(cè)量放大器 雙運(yùn)放測(cè)量放大器雙運(yùn)放測(cè)量放大器 -+R1R5R6R2u0uV1uV2R4R3+-+-+RGIGIGIGIGIGVAVBV4V3 4）測(cè)量單元配置與抗干擾）測(cè)量單元配置與抗干擾 （b）V/I變換變換 電流信號(hào)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，

40、適于智能儀表的長(zhǎng)電流信號(hào)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適于智能儀表的長(zhǎng)距離傳輸。距離傳輸。 V/I變換變換I/V變換變換UinUout長(zhǎng)距離長(zhǎng)距離+5VR1R3Uin-+R2IOUT 6）測(cè)量單元配置與抗干擾）測(cè)量單元配置與抗干擾 （3）I/V變換變換 -+R1R2R31-+R1-+inUOUTUOUTUOUTR1inin 7）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾 線屏蔽：雙絞線、屏蔽電纜線屏蔽：雙絞線、屏蔽電纜 信號(hào)隔離：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離信號(hào)隔離：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離 （1）數(shù)字信號(hào)負(fù)邏輯傳送）數(shù)字信號(hào)負(fù)邏輯傳送 正邏輯正邏輯 負(fù)邏輯負(fù)邏輯 +5VR1R2CK74LS2

41、448255+5VR1R2CK74LS2448255 7）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾 （2）提高數(shù)字信號(hào)的電壓等級(jí)）提高數(shù)字信號(hào)的電壓等級(jí) +5VD1R2CSB74LS2448255+24V+5VR3R1D2VT1VT2BA 7）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾 （3）光電隔離）光電隔離 V0+5VR2VT2AD1+24VSBR1R3 7）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾 （4）數(shù)字輸入信號(hào)的）數(shù)字輸入信號(hào)的RC阻容濾波阻容濾波 CR測(cè)測(cè)控控C2R測(cè)測(cè)控控C1C2測(cè)測(cè)控控C1R1R2 7）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾）數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾 （5）輸入開(kāi)關(guān)抖動(dòng)干擾的抑制）輸入開(kāi)關(guān)抖動(dòng)

42、干擾的抑制軟件延時(shí)法軟件延時(shí)法 設(shè)晶振為設(shè)晶振為6MHZ，則，則T=2ST2T+5V+5VR3R3R2R1P1.0P1.1KSTART: CLC P1.1LOOP1:JB P1.0,START MOV R6,#32HLOOP2:MOV R7,#0FAHLOOP3:DJNZ R7,LOOP3 DJNZ R6,LOOP2 JB P1.0,LOOP1 SET P1.1 SJMP LOOP1 8）輸出功率接口電路與抗干擾技術(shù)）輸出功率接口電路與抗干擾技術(shù) （1）繼電器）繼電器 輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路 （2）繼電器）繼電器-接觸器接觸器 輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路 +24VKAKA75452P1.0KA

43、KA75452P1.0+24V 220VKMMKM380V （3）光電耦合器）光電耦合器-晶閘管晶閘管 輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路 （4）采用隔離變壓器的）采用隔離變壓器的 輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路 （5）采用固態(tài)繼電器的）采用固態(tài)繼電器的 輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路 9）電源的干擾與抑制）電源的干擾與抑制 （1）電源干擾的類(lèi)型）電源干擾的類(lèi)型 (a) 電源線路中的高頻干擾電源線路中的高頻干擾 (b) 感性負(fù)載產(chǎn)生的瞬變?cè)肼暩行载?fù)載產(chǎn)生的瞬變?cè)肼?(c) 晶閘管通斷時(shí)產(chǎn)生的干擾晶閘管通斷時(shí)產(chǎn)生的干擾 (d) 電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)下降干擾電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)下降干擾 (e) 拉閘過(guò)程形成的高頻干擾拉閘過(guò)程形成的

44、高頻干擾 9）電源的干擾與抑制）電源的干擾與抑制 （2）電源抗干擾的方法）電源抗干擾的方法 (a) 交流電源供電抗干擾交流電源供電抗干擾 配電箱分開(kāi)供電配電箱分開(kāi)供電 電源變壓器分開(kāi)供電電源變壓器分開(kāi)供電 9）電源的干擾與抑制）電源的干擾與抑制 （2）電源抗干擾的方法）電源抗干擾的方法 (b) 供電直流側(cè)抑制干擾措施供電直流側(cè)抑制干擾措施-濾波濾波 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （1）指令冗余技術(shù)）指令冗余技術(shù) 當(dāng)當(dāng)PC受干擾使程序亂飛到雙字節(jié)或三字節(jié)指令的操作受干擾使程序亂飛到雙字節(jié)或三字節(jié)指令的操作數(shù)時(shí)，便會(huì)出錯(cuò)死機(jī)。數(shù)時(shí)，便會(huì)出錯(cuò)死機(jī)。 (a) 在雙字節(jié)或三字節(jié)指令后插入在雙字節(jié)

45、或三字節(jié)指令后插入2個(gè)個(gè)NOP (b) 在程序轉(zhuǎn)向指令（在程序轉(zhuǎn)向指令（RET、ACALL、DJNZ等）前插入等）前插入2個(gè)個(gè)NOP 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （2）軟件陷阱技術(shù)）軟件陷阱技術(shù) (a) 在陷阱區(qū)，由引導(dǎo)指令將亂飛的程序強(qiáng)制引向復(fù)位入口地址在陷阱區(qū)，由引導(dǎo)指令將亂飛的程序強(qiáng)制引向復(fù)位入口地址0000H LJMP 0000H (b) 非非EPROM空間空間 可以通過(guò)中斷程序?qū)⒖梢酝ㄟ^(guò)中斷程序?qū)C指針修改為指針修改為0000H 若程序飛到非若程序飛到非EPROM空間，則空間，則Y0為為1 ：PUSH 00HPUSH 00HRETI通過(guò)中斷，將通過(guò)中斷，將PC指針修改為指

46、針修改為0000HY0A1CCSOEBINT0PSEN74LS13827641 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （c）在中斷程序中通過(guò)判別）在中斷程序中通過(guò)判別PC指針的范圍指針的范圍 判斷程序是否正常判斷程序是否正常 設(shè)主程序地址區(qū)間：設(shè)主程序地址區(qū)間：0100H-1000H 當(dāng)當(dāng)PC1000H，則程序已亂飛，則程序已亂飛， 應(yīng)強(qiáng)行回到應(yīng)強(qiáng)行回到0000H POP 2FHPOP 2EHPUSH 2EHPUSH 2FHCLCMOV A,2EHSUBB A,#00HMOV A,2FHSUBB A,#01HJC LOPNMOV A,#00HSUBB A,2EHMOV A,#10HSUBB A

47、,2FHJC LOPN . .RETILOPN:POP 2FH POP 2EH PUSH 00H PUSH 00H RETI 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （3）看門(mén)狗技術(shù)）看門(mén)狗技術(shù) 8031VCC1RESET11R4R1R2R3PEIRESETVBAITPFOWDI+5VINT0P1.0備用電池備用電池GND開(kāi)始開(kāi)始初始化初始化CLR P1.0CLR P1.0主應(yīng)用程序主應(yīng)用程序SETB P1.010）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （4）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序 (a1) 上電標(biāo)志設(shè)定上電標(biāo)志設(shè)定PSW.5 上電時(shí)上電時(shí)PSW.5=0開(kāi)始開(kāi)始PSW.5=0PSW

48、.5置置1系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理正常程序正常程序YN ORG 0000H AJMP STARTSTART:MOV C,PSW.5 JC LH0 SETB PSW.5 LJMP START0;初始化入口初始化入口LH0: LJMP START1;出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （4）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序 (a2) 上電標(biāo)志設(shè)定上電標(biāo)志設(shè)定 -SP 上電時(shí)上電時(shí)SP=07H (a3) 上電標(biāo)志設(shè)定上電標(biāo)志設(shè)定 內(nèi)部?jī)?nèi)部RAM 上電后上電后56H設(shè)為設(shè)為55H 57H設(shè)為設(shè)為0AAH ORG 0000H AJMP STARTSTART: M

49、OV A,SP CJNE A,#07H,LOOP1 LJMP START0;初始化初始化LOOP1: LJMP START1;出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理 ORG 0000H AJMP STARTSTART: MOV A,56H CJNE A,#55H,LOOP1 MOV A,57H CJNE A,#0AAH,LOOP1 LJMP START1;出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理LOOP1: MOV 56H,#55H MOV 57H,#0AAH LJMP START0;初始化初始化 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （4）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序 (a4) 上電標(biāo)志設(shè)定上電標(biāo)志設(shè)定 硬件上電標(biāo)志硬件上

50、電標(biāo)志 上電瞬間，上電瞬間，P1.7高高 經(jīng)經(jīng)R2C2后，后，P1.7低低 。 R2C2R1C1 +5V1K22F18031RESET+5V10K22F1P1.7 ORG 0000H AJMP STARTSTART: JB P1.7,LOOP1 LJMP START1;故障故障LOOP1: LJMP START0;正常正常 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （4）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序）故障自動(dòng)恢復(fù)處理程序 (b) RAM中數(shù)據(jù)冗余保護(hù)與糾錯(cuò)中數(shù)據(jù)冗余保護(hù)與糾錯(cuò) 將將RAM中重要數(shù)據(jù)備份與保護(hù)中重要數(shù)據(jù)備份與保護(hù) 取第一數(shù)據(jù)取第一數(shù)據(jù)與第二數(shù)據(jù)相同否與第二數(shù)據(jù)相同否與第三數(shù)據(jù)相同否與第三數(shù)據(jù)

51、相同否與第三數(shù)據(jù)相同否與第三數(shù)據(jù)相同否取第一數(shù)據(jù)取第一數(shù)據(jù)取第二數(shù)據(jù)取第二數(shù)據(jù)以第二數(shù)據(jù)為準(zhǔn)以第二數(shù)據(jù)為準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)自救進(jìn)行數(shù)據(jù)自救返回返回?cái)?shù)據(jù)自救失敗數(shù)據(jù)自救失敗YYYNNN 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （5）數(shù)字濾波）數(shù)字濾波 (a) 剔除粗大誤差剔除粗大誤差 30H：本次采樣值：本次采樣值 31H：上次采樣值：上次采樣值 32H：結(jié)果：結(jié)果 MOV A,30H CLR C SUBB A,31H JNC LP0 CPL A ADD A,#01HLP0: CLR C CJNE A,#01H,LP2LP1: MOV 32H,30H JMP LP3LP2: JC LP1 MOV 32H,

52、31HLP3: RET 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （5）數(shù)字濾波）數(shù)字濾波 (b) 中位值濾波法中位值濾波法 對(duì)某一被測(cè)參數(shù)，連續(xù)采樣對(duì)某一被測(cè)參數(shù)，連續(xù)采樣N次（奇數(shù)）次（奇數(shù)） 排序排序-取中間值為采樣值取中間值為采樣值 (c) 算術(shù)平均濾波法算術(shù)平均濾波法 (d) 遞推平均濾波法遞推平均濾波法N個(gè)個(gè)X X X . . . X XN個(gè)個(gè) 10）軟件抗干擾技術(shù)）軟件抗干擾技術(shù) （5）數(shù)字濾波）數(shù)字濾波 (e) 防脈沖干擾平均值濾波法防脈沖干擾平均值濾波法 N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉最大、最小，個(gè)數(shù)據(jù)，去掉最大、最小，N-2個(gè)數(shù)據(jù)平均個(gè)數(shù)據(jù)平均 (f) 均方差濾波法均方差濾波法 對(duì)對(duì) 和和 之

53、間的值求均值之間的值求均值 第第4章章 機(jī)電一體化檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)電一體化檢測(cè)系統(tǒng)4.1檢測(cè)系統(tǒng)的組成檢測(cè)系統(tǒng)的組成 多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)采樣保持采樣保持 A/D采樣保持采樣保持光電隔離光電隔離 模擬量模擬量輸入信號(hào)輸入信號(hào) 數(shù)字量數(shù)字量輸入信號(hào)輸入信號(hào) 開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)輸入信號(hào)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)4.2幾種常用的檢測(cè)傳感器幾種常用的檢測(cè)傳感器4.2.1 位移檢測(cè)位移檢測(cè) 1. 模擬量位移傳感器模擬量位移傳感器 1）電渦流傳感器）電渦流傳感器 4.2.1 位移檢測(cè)位移檢測(cè) 1. 模擬量位移傳感器模擬量位移傳感器 2）自感式電磁傳感器）自感式電磁傳感器 4.2.1 位移檢測(cè)位移檢測(cè) 1. 模擬量位移傳感器模擬

54、量位移傳感器 3）互感式電磁傳感器）互感式電磁傳感器-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器 4.2.1 位移檢測(cè)位移檢測(cè) 2. 數(shù)字量位移傳感器數(shù)字量位移傳感器 1）光柵位移傳感器）光柵位移傳感器 P w 4.2.1 位移檢測(cè)位移檢測(cè) 2. 數(shù)字量位移傳感器數(shù)字量位移傳感器 2）光電編碼器）光電編碼器絕對(duì)式絕對(duì)式 4.2.1 位移檢測(cè)位移檢測(cè) 2. 數(shù)字量位移傳感器數(shù)字量位移傳感器 3）光電編碼器）光電編碼器-相對(duì)式相對(duì)式 4.2.2開(kāi)關(guān)量位置檢測(cè)傳感器開(kāi)關(guān)量位置檢測(cè)傳感器 1.光電開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān) 2.接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān) 4.2.3速度、加速度檢測(cè)傳感器速度、加速度檢測(cè)傳感器 1.速度傳感器速度傳感器 1）直流測(cè)

55、速發(fā)電機(jī)測(cè)速）直流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速 2）增量式光電編碼器測(cè)速）增量式光電編碼器測(cè)速 2.加速度檢測(cè)加速度檢測(cè)-壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器 利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。 4.2.4力、力矩檢測(cè)傳感器力、力矩檢測(cè)傳感器 1.應(yīng)變片應(yīng)變片 2.膜壓壓力傳感器膜壓壓力傳感器 用于測(cè)量液體壓力用于測(cè)量液體壓力 4

56、.3.4 傳感器前級(jí)信號(hào)處理傳感器前級(jí)信號(hào)處理 1.測(cè)量放大器測(cè)量放大器 放大倍數(shù)放大倍數(shù)AD522集成芯片集成芯片-+R1R5R6R2u0uV1uV2R4R3+-+-+RGIGIGIGIGIGVAVBV4V34.3.4 傳感器前級(jí)信號(hào)處理傳感器前級(jí)信號(hào)處理 2.程控增益放大器程控增益放大器 R1R2R3UOUTRRU+IN-IN-+4.3.4 傳感器前級(jí)信號(hào)處理傳感器前級(jí)信號(hào)處理 3.隔離放大器隔離放大器 隔離放大器是一種輸入電路和輸出電路隔離放大器是一種輸入電路和輸出電路之間電氣絕緣的放大器，一般采用變壓器或之間電氣絕緣的放大器，一般采用變壓器或光耦合傳遞信號(hào)光耦合傳遞信號(hào) 4.4 傳感器

57、接口傳感器接口 -多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān) 采樣保持采樣保持 A/D 4.5 傳感器非線性補(bǔ)償傳感器非線性補(bǔ)償 1. 計(jì)算法：輸出與輸入有確定的函數(shù)關(guān)系計(jì)算法：輸出與輸入有確定的函數(shù)關(guān)系 采樣、濾波、標(biāo)度變換采樣、濾波、標(biāo)度變換 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 擬合方式擬合方式 2. 查表法：計(jì)算復(fù)雜，或無(wú)表達(dá)式查表法：計(jì)算復(fù)雜，或無(wú)表達(dá)式 3. 插值法：根據(jù)傳感器的曲線，分段插值插值法：根據(jù)傳感器的曲線，分段插值 第第5章章 常用驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制常用驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制5.1穩(wěn)態(tài)控制要求穩(wěn)態(tài)控制要求 1.負(fù)載的機(jī)械特性負(fù)載的機(jī)械特性 1）恒轉(zhuǎn)矩特性）恒轉(zhuǎn)矩特性 （1）位能負(fù)載）位能負(fù)載 （2）反抗負(fù)載）反抗負(fù)載 2) 恒

58、功率負(fù)載恒功率負(fù)載2.穩(wěn)態(tài)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 1）靜差度靜差度S： 2）調(diào)速范圍）調(diào)速范圍D：minmaxnnD 000nnnnnSee nn01nmaxn02nminnNnNTNT3.動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 從一種穩(wěn)定速度變化到另一種穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)所經(jīng)過(guò)的一段過(guò)渡過(guò)程，從一種穩(wěn)定速度變化到另一種穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)所經(jīng)過(guò)的一段過(guò)渡過(guò)程，稱(chēng)為稱(chēng)為動(dòng)態(tài)過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程。 n2nnmaxn10(0.05-0.02)n2trts 5.2.1 晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)的不同：按結(jié)構(gòu)的不同：?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可逆系統(tǒng)可逆系

59、統(tǒng) 一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 1. 有靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)有靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) 1) 基本組成基本組成 按靜態(tài)誤差的不同：按靜態(tài)誤差的不同：無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)：任務(wù)： 調(diào)節(jié)速度；調(diào)節(jié)速度； 擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。分類(lèi)：分類(lèi)：5.2直流電動(dòng)機(jī)及其控制直流電動(dòng)機(jī)及其控制 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)M同軸相連，即兩者的速度相同軸相連，即兩者的速度相同，測(cè)速發(fā)電機(jī)用來(lái)測(cè)量電動(dòng)同，測(cè)速發(fā)電機(jī)用來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速度，稱(chēng)檢測(cè)元件；機(jī)的速度，稱(chēng)檢測(cè)元件； 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：

60、將測(cè)速：將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)以便與給定電壓信號(hào)以便與給定電壓進(jìn)行比較。電壓進(jìn)行比較。 給定電位器：給定電位器：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Rg的位置可的位置可改變給定電壓改變給定電壓Ug的大小的大小 。 放大器：放大器：將外加電將外加電壓和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后壓和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓之差進(jìn)行放大。的電壓之差進(jìn)行放大。 觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：將放大器放大后將放大器放大后的電壓信號(hào)變?yōu)槊}沖型號(hào)去控的電壓信號(hào)變?yōu)槊}沖型號(hào)去控制整流電路的輸出大小。制整流電路的輸出大小。整流電路整流電路：變交流：變交流電壓為直流電壓，電壓為直流電壓，輸出電壓大小由觸輸出電壓大小由觸發(fā)電路輸出脈沖信發(fā)電路輸出脈沖信