機電傳動單向控制平臺設(shè)計zx

1、 目錄 1. 前言22. 設(shè)計任務(wù)和意義23. 總體方案設(shè)計及選型確定34.機械傳動系統(tǒng)設(shè)計3 4.1 機電傳動裝置的組成及原理4 4.2 主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算5 4.2.1 滾動導(dǎo)軌的計算5 4.2.2螺旋絲杠初選6 4.2.3直流伺服電機的選型10 4.2.4聯(lián)軸器和鍵的選用125.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計13 5.1控制系統(tǒng)的的基本組成13 5.2電器元件的選型計算13 5.2.1控制芯片選擇13 5.2.2電機驅(qū)動芯片選擇13 5.2.3旋轉(zhuǎn)式編碼器選擇14 5.2.4顯示器選擇15 5.3電氣控制電路的設(shè)計15 5.3.1晶振電路設(shè)計15 5.3.2復(fù)位電路15 5.3.3顯示電路和鍵盤電

2、路16 5.3.4直流電機驅(qū)動電路設(shè)計16 5.4控制程序的計算及說明16 程序流程圖16 5.4.2 PWM直流調(diào)速原理17匯編語言設(shè)計18 6.整體方案確定21 7.設(shè)計心得總結(jié)22 8.參考書目23 【一前言】 當(dāng)今科技不斷發(fā)展，伴隨著微電子技術(shù)向機械行業(yè)滲透，特別是精密機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)的相互融合，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。機電一體化的形勢下，數(shù)控技術(shù)及裝備作為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)備，其技術(shù)革新影響著整個高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的發(fā)展。課程設(shè)計任務(wù)為單向數(shù)控工作臺，主要包括機械傳動系統(tǒng)設(shè)計和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計兩部分，整個裝置由導(dǎo)軌座、移動滑塊、工作絲杠螺母副以及伺服電動機等

3、部件構(gòu)成，以絲杠傳動為主傳動，以數(shù)控裝置為控制核心，用伺服電機驅(qū)動控制，閉環(huán)系統(tǒng)為反饋環(huán)節(jié)，基本原理概括為直流伺服電動機做執(zhí)行元件來驅(qū)動滾珠絲杠，絲杠驅(qū)動螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運動，來完成單方向速度可控的簡單直線移動。通過翻閱設(shè)計手冊及相關(guān)公式進行選型計算校核，完成整套設(shè)備的最終裝配，得出相應(yīng)的裝配圖和電控系統(tǒng)圖，最終達到理論設(shè)計上要求。但在實際生產(chǎn)中，仍然會有相關(guān)問題有待改進，對于課堂上的理論設(shè)計與學(xué)習(xí)，有待我們在今后的學(xué)習(xí)工作中結(jié)合親身實踐進一步的檢測。 【二設(shè)計任務(wù)和意義】【設(shè)計任務(wù)】 設(shè)計題目：機電傳動單向數(shù)控平臺設(shè)計 任務(wù)分配:機電傳動控制平臺的設(shè)計有多個組成部分，通過不同的

4、電機驅(qū)動，機械傳動，電氣控制，功能控制可以實現(xiàn)不同方案的選型設(shè)計，設(shè)計過程要求本小組同學(xué)選擇不同的設(shè)計方案和參數(shù)獨立完成單自由度的平臺設(shè)計，主要的設(shè)計形式： (1)電機驅(qū)動方式：步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機； (2)機械傳動方式：螺旋絲杠、滾珠絲杠、同步皮帶、鏈傳動等； (3)電氣控制方式：單片微機控制、PLC控制； (4)功能控制要求：速度控制、位置控制； (5)主要設(shè)計參數(shù)： 單向工作行程1800、1500、1200 mm；移動負(fù)載質(zhì)量100、50 kg； 負(fù)載移動阻力100、50 N；移動速度控制3、6 m/min.【設(shè)計意義】 通過機電傳動單向數(shù)控平臺設(shè)計，可以使我們對數(shù)控裝置

5、的基本組成及工作原理細節(jié)上有了更深刻的認(rèn)識，對運作模式及工作原理也有了更深層次的研究。通過這次課程設(shè)計可以培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識的技能、提高分析和解決實際問題能力，課程設(shè)計結(jié)合于專業(yè)方向課，結(jié)合我們所學(xué)專業(yè)課程進行工程基本訓(xùn)練，在獨立進行機電控制系統(tǒng)(產(chǎn)品)初步設(shè)計工作過程中，進一步鞏固和擴大了知識領(lǐng)域。整個設(shè)計過程中，尤其可以鍛煉的是我們搜集、閱讀和綜合分析參考資料，以及運用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍和編寫技術(shù)文件的能力，另外也進一步提高了計算、繪圖等基本技能，掌握了機電產(chǎn)品設(shè)計的一般程序和方法，也是對我們作為未來工程師的基本素質(zhì)訓(xùn)練。 【三總體方案設(shè)計及選型】【總體方案設(shè)計】 結(jié)合傳動設(shè)計實現(xiàn)原

6、理，設(shè)計傳動方案原理圖如下： 總體方案確定，系統(tǒng)工作方式及參數(shù)如下：電機驅(qū)動方式：直流伺服電機機械傳動方式：滾珠絲杠電氣控制方式：單片機控制功能控制要求：速度控制主要設(shè)計參數(shù)： 單向最大工作行程-1800mm；工作臺重量-100kg 移動負(fù)載質(zhì)量-100kg； 負(fù)載移動阻力-100N； 移動速度控制-3 由現(xiàn)代機電一體化手冊2.9-1初選直線運動滾動導(dǎo)軌副；工作臺滑動摩擦系數(shù)；絲杠材料初選鋼材為，其HRC為58-60,絲杠兩端為固定支撐（E-F），每個支座安裝兩個15°的角接觸球軸承，面對面安裝，進行預(yù)拉伸?！具x型及方案對比】 （1）針對機電傳動單向數(shù)控平臺設(shè)計的速度位置控制,選用伺

7、服系統(tǒng)控制，伺服系統(tǒng)控制能夠跟蹤輸入指令信號進行動作，從而獲得精確地位置、速度或力矩輸出； （2）平臺設(shè)計采用直流伺服電機閉環(huán)控制，直流伺服電機主要靠脈沖來定位，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位。其缺點是轉(zhuǎn)子上安裝了具有機動性質(zhì)的電刷換向器，需要定期維修和更換電刷，使用壽命短、噪聲大，電機功率不能太大

8、等；步進電機是開環(huán)控制，沒輸入一個脈沖，轉(zhuǎn)過一個角度，精度較低，有時會發(fā)生丟步現(xiàn)象。啟動較慢，不具備過載能力。 （3）平臺設(shè)計選用滾珠絲杠傳動是一種新型的螺旋傳動機構(gòu)，螺紋間的摩擦為滾動摩擦，絲杠和螺母之間裝有中間傳動原件滾珠，隨著機電一體化的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各種精度的數(shù)控機床和加工中心。與帶傳動和鏈傳動相比較有以下特性傳動效率高，可達80%95%；傳動平穩(wěn)性、同步性好；經(jīng)過預(yù)緊后，可消除軸向間隙，提高傳動精度；磨損小，壽命長；不自鎖，在垂直升降中要采用防逆措施；結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造困難，成本高。滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。 兼具高精度、可逆性和高效率的

9、特點：與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3 ；高精度的保證 ；微進給可能，啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給；無側(cè)隙、剛性高； 高速進給可能 。 （4）單片機是一種可編程的集成芯片，系統(tǒng)設(shè)計要從底層開發(fā)，設(shè)計較繁瑣。應(yīng)用系統(tǒng)廣泛，開發(fā)成本低，開發(fā)周期短，可靠性高。PLC（可編程邏輯控制器）實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，是單片機的特例，采用模塊化設(shè)計，使用方便，編程簡單，可靠性高，抗干擾能力強,本設(shè)計中采用單片機控制。 (5)采用PWM調(diào)速，PWM變換器調(diào)壓與晶閘管相控調(diào)壓相比有許多優(yōu)點，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動機

10、的損耗和發(fā)熱較小、動態(tài)響應(yīng)快、開關(guān)頻率高、控制線路簡單等。 采用以上方案可以很好地滿足機電傳動單向數(shù)控平臺設(shè)計設(shè)計要求，實現(xiàn)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、可靠地控制。 【 四機械傳動系統(tǒng)設(shè)計】【4.1 機械傳動裝置的組成及原理】 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)組成：滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)分為內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)(以插管為代表)兩種。這兩種結(jié)構(gòu)也是最常用的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)性能沒有本質(zhì)區(qū)別，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸??；外循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)已有10多種，但比較常用的主要有：內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)；外循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu)。 原理：設(shè)計平臺采用滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運

11、動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。 采用內(nèi)循環(huán)式【4.2主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算】 4.2.1 滾動導(dǎo)軌的計算 導(dǎo)軌要求主要包括：導(dǎo)向精度；耐磨性；剛度；工藝性。 計算及說明 結(jié)果（1）已知條件：單向行程長度：ls1800mm1.8m移動速度 ：3m/min移動負(fù)載質(zhì)量： 100kg假定設(shè)計平臺壽命要求 ：每天開機8h，一年按300個工作日，壽命5年以上; 設(shè)計結(jié)構(gòu): 兩根導(dǎo)軌，四個滑座，工作臺總質(zhì)量100kg（2） 計算動載荷： 作用

12、在滑塊上的力=（ m1 +m2 ）g = 2000N則單個滑座受力F0= 500N（3）額定工作時間壽命 (4)額定行程長度壽命 n = 設(shè)計平臺上共有四個滑塊，兩個導(dǎo)軌， 由現(xiàn)代 K為壽命系數(shù)取 K=50 ，fH為硬度系數(shù)取fH=1，fT為溫度系數(shù)取fT=1,fC為接觸系數(shù)取fC=0.81，fw負(fù)載系數(shù)取 fw=1.5,則有額定動載荷： （5） 選擇導(dǎo)軌副： 查手冊選南京軸承有限公司GGC12BA輕載型滾動直線導(dǎo)軌副。 Ls 1.8m m1 = 100kg m2 = 100kg v = 3m/min = 2000N F0 = 500N Th =12000h n = 0.83次/min Ts

13、= 2151.36h K=50 fH=1 fT=1 fC=0.81 fw=1.5 Ca=3244.57N4.2.2螺旋絲杠初選 絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)，它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。滾珠絲杠的尺寸參數(shù)如下圖： 計算及說明 結(jié)果（1） 螺旋傳動類型和種類： 螺旋傳動類型：滾動螺旋傳動 滾動螺旋副接觸形式：內(nèi)循環(huán) 初始條件：由機械設(shè)計手冊（新編軟件版）2008 精密螺桿：材料42CrMo 熱處理：高、中頻加熱， 表面淬火 螺母材料：ZCuSn10Zn2 熱處理：滲氮，淬火 返回器材料：60Mn 熱處理：高、中頻加熱，表面淬火 (2)導(dǎo)軌摩擦力 m1為工作臺質(zhì)量

14、，m2為移動載荷質(zhì)量（3） 初選絲杠的導(dǎo)程 Ph n= 由現(xiàn)代機械設(shè)計手冊表22-4-17，在公稱直徑一定的條件下，可選Ph5mm (4)軸向載荷 = Fm K=1.1負(fù)載系數(shù) 負(fù)載移動阻力 = F 為等效軸向載荷 （5） 計算動載荷 = 壽命系數(shù) 工作壽命 綜合系數(shù) 轉(zhuǎn)速系數(shù) 機電一體化手冊2-8-25得，由2.8-58-2.8-62系數(shù) = 1 = 1 = 1 = 0.53 =1.3(6)初選滾珠絲杠 查現(xiàn)代設(shè)計手冊表22-4-26，初選南京工藝裝配制造有限公司FFZD25053，內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，額定動載荷 Ca 預(yù)緊力F0 = 0.25Ca =2550 =136

15、.67N 滿足條件（7） 絲杠的螺紋部分長度 工作臺的最大行程 + 螺母長度 + 兩端余程 = 1800 + 150 + 40 = 1990mm(8) 支承距離l 支承距離l大于lu (9) 臨界轉(zhuǎn)速校核 Lc = 由機電一體化表2.8-66，f2 = 4.73，d0 =25mm, Dw = 3.5mm (10)壓桿穩(wěn)定校核 兩端為固定支撐，絲杠不受壓縮，因而不需校核穩(wěn)定性（11）預(yù)拉伸計算 溫升引起的伸長量= 絲杠全長伸長量 = 11 預(yù)拉力 按拉伸公式=（12） 軸承的選擇，由機電一體化手冊 軸承號36203，查機械設(shè)計手冊為7203C 由表2.839，確定各參數(shù)d ，D ，B ，Z，Dw

16、 , Ca ，F(xiàn)0 最大軸向載荷=Ft + F0 滿足條件 疲勞壽命計算額定動載荷 由軸承負(fù)載計算公式校核： C= 由表2.8-64，滿足校核條件（13） 定位精度校核，取阻力F=Fm 最大彈性位移：= 絲杠與螺母接觸變形：= 軸承接觸變形：= K= 總變形： +（14）傳動效率 = 91 要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格 綜上，設(shè)計結(jié)果： 選用絲杠副FFZD25053，軸承型號7203C，d= 17mm，D=40mm , B=12mm m1 = 100kg m2 = 100kg Fu = 300N n = 600r/min Ph =5mm Fm = 410N =15000h Kh=3

17、.11 =0.408 Kn= 0.38 Ca= 8224.33N Ca =10.2KNF0 1990mm l = 2150mm d2 = 0.0208m nc =1096.3r/min Lc = 2.05m = 78m = 89m = 300.5Nd = 20 mm，D = 47mm，B =14mm，Z = 15， Dw=5.953 , Ca=10800N ， F0 =2300N =505.5N C = 2459.4Ca = 1.11m = 0.35m = 1.52m K = 270.2N 2.97 m = 3.64° = 914.2.3直流伺服電機的選型 直流伺服電機具有響應(yīng)迅速、

18、精度和效率高、高速范圍寬、負(fù)載能力大、控制特性優(yōu)良等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中,結(jié)合現(xiàn)代機械設(shè)計手冊表25-2-3進行選型。 計算及說明 結(jié)果（1）等效轉(zhuǎn)動慣量 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（滾珠絲杠材料為鐵） 工作臺等效到電機輸出軸上 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 根據(jù)滾珠螺桿和電動機輸出軸的直徑，選擇YLD1聯(lián)軸器，其轉(zhuǎn)動慣量為Jl等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 選擇傳動比為i=1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 負(fù)載總的合力計算等效到電動機的轉(zhuǎn)動慣量 (2)初選電動機型號 Tl = 0.36NM Jt = 9.05 kg.m 由現(xiàn)代機械設(shè)計手冊表25-2-53，電機型號110SZ55， 最大轉(zhuǎn)矩 TMax,，轉(zhuǎn)速no , 功率

19、P0 ,電壓：24V(3) 電動機外形尺寸： 總長232mm，外徑110mm，軸徑10mm(4) 動作模式的決定 工作平臺移動速度 工作行程l=1800mm 行程時間ts = 35.8s 加減速時間定位精度（5） 轉(zhuǎn)矩計算 穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)矩T1 ，加速轉(zhuǎn)矩Ta L = fm載荷系數(shù)，取1.1 必要的瞬時最大轉(zhuǎn)矩 T1=T1+Ta T2=T1 T3=T1-Ta （6）編碼器分辨率R 即所選編碼器分辨率必須大于R Js = 5.98kg.m Jw = 1.27kg.m Jl = 1.8 kg.m Tl = 0.36Nm Jt = 9.05 kg.m TMax = 0.98NM no = 3000r/m

20、in P0 = 308W F=410N =0.28NM t = ta =0.2s T=12000h T1= 0.64NM T2= 0.36NM T3= 0.08NM R=500 P/R 4.2.4聯(lián)軸器和鍵的選用 聯(lián)軸器和鍵用于滾珠絲杠與直流伺服電機輸出軸的連接 計算及說明 結(jié)果（1）聯(lián)軸器的選用 根據(jù)直流伺服電動機輸出軸的直徑和滾珠絲杠的直徑，由機械設(shè)計手表14-5，可選用YLD1式凸緣聯(lián)軸器 相關(guān)參數(shù)： 公稱轉(zhuǎn)矩 Tn ，許用轉(zhuǎn)速np 軸孔直徑d 軸孔長度l0螺栓數(shù)量3個，采用M6螺栓 Y型L0 轉(zhuǎn)動慣量JL（2）鍵的選用選A型普通平鍵，d=10mm查表GB/T1095-2003 選鍵：b

21、=4mm,h=4mm,L=20mm 鍵的強度較合，驗算其擠壓強度 ，查表得其許用壓應(yīng)力 ： 鍵的工作長度，則=100-200MPA 符合要求； 鏈接聯(lián)軸器和滾珠絲桿上的鍵與鏈接電機輸出軸與聯(lián)軸器的鍵采用相同的鍵，對于同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩同樣能夠達到設(shè)計要求，但受電機輸出軸長度的限制選取輸出軸鍵長l=14mm Tn = 10NM np = 13000r/min d = 10 mm L0 = 54 mm L- b = 16mm T1 = 28.7Nmm =0.179N/mm 【 五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計】5.1控制系統(tǒng)的的基本組成 控制系統(tǒng)的核心為反饋調(diào)節(jié)，反饋裝置是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機床的檢測環(huán)節(jié)，該裝置可

22、以包括在伺服系統(tǒng)中由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測數(shù)控機床坐標(biāo)軸的實際移動速度和位移，并將信息反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。5.2電器元件的選型計算 5.2.1控制芯片選擇 結(jié)合單片機原理及接口技術(shù)，AT89C51簡介：89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼

23、容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案，各管腳功能參見參考書。5.2.2電機驅(qū)動芯片選擇 直流伺服電機必須在驅(qū)動裝置驅(qū)動作用下才能完成相應(yīng)的執(zhí)行功能，L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，3-46V，輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏

24、輯電平信號控制，與單片機管腳直接連接；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作，有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。VS 位電機驅(qū)動電源，VSS為邏輯控制電源。下圖中PA0-PA3為單片機的I/O腳，控制兩個DC電機M1,M2正反轉(zhuǎn) L298管腳圖 ATM85C51管腳圖5.2.3旋轉(zhuǎn)式編碼器選擇 速度編碼器通過編碼，輸出的是標(biāo)準(zhǔn)脈沖，由其分辨率為600P/R可知，每一個脈沖可以使電機軸轉(zhuǎn)1/600轉(zhuǎn)。通過計算1

25、s的輸出脈沖值，乘以1/600，就可以得到電機軸的實際轉(zhuǎn)速，通過與額定轉(zhuǎn)速（25r/s）比較，得出差值，再進行調(diào)速，即可完成速度的反饋控制。閉環(huán)伺服系統(tǒng)通常是位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)3環(huán)聯(lián)合的反饋系統(tǒng).因此，選擇檢測元件就是選擇位置傳感器和速度傳感器。常用的位置檢測傳感器有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光電編碼器、光柵尺等。在伺服系統(tǒng)中，為了獲得良好的性能，往往還要對執(zhí)行元件的速度進行反饋控制，因而還要選用速度傳感器。交直流伺服電機常用的速度傳感器，選擇增量式編碼器，分辨率精度根據(jù)電機選型時確定的最小分辨率400，保證編碼器分辨率不小于500， 電機的額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，保證容許最大旋轉(zhuǎn)數(shù)不

26、低于此值。根據(jù)以上參數(shù)，選擇歐姆龍生產(chǎn)的增量式旋轉(zhuǎn)式編碼器E6C2-C。 旋轉(zhuǎn)式編碼器5.2.4顯示器選擇顯示器選擇LCD1602，可顯示16*2個字符，芯片工作電壓為4.55.5V，工作電流為2.0mA（5.0V時）。接口說明信號5.3電氣控制電路的設(shè)計電氣控制電路主要包括單片機，鍵盤電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路。 5.3.1晶振電路設(shè)計 對系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運行環(huán)境苛刻情況?？紤]到單片機本身用在控制，并非高速信號采樣處理，要選取合適的頻率。合適頻率的晶振對于選頻信號強度準(zhǔn)確度都有好處，本次設(shè)計選取12.0MHz無源晶振接入XTAL1和XTAL2引腳。并聯(lián)2個30pF陶瓷電容幫

27、助起振。 5.3.2復(fù)位電路 復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動復(fù)位，有時系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動復(fù)位。所以本次設(shè)計選用手動復(fù)位。 晶振電路 復(fù)位電路 顯示電路 鍵盤電路5.3.3顯示電路和鍵盤電路見上圖5.3.4直流電機驅(qū)動電路設(shè)計由單片機轉(zhuǎn)換成PWM信號，并由P3.0、P3.1輸出，經(jīng)驅(qū)動電路輸出給電機，從而控制電機得電與失電。P3.0為高電平實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)，P3.1為高電平時實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比，實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。5.4控制程序的設(shè)計及說明: 程序流程圖 流程圖實現(xiàn)直流伺服電機選型，加速勻速減速的過程，以及正反轉(zhuǎn)控制，從K1K5，分別

28、實現(xiàn)電機的啟停，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速。并通過驅(qū)動芯片驅(qū)動，在顯示器上顯示出運動狀態(tài)，實現(xiàn)速度反饋，另外K2和K3，起限位開關(guān)的作用，能實現(xiàn)精確地位置控制開始 設(shè)置定時計數(shù)器低高K1，啟停啟動停止K3 K2K2，K3反轉(zhuǎn)信號正轉(zhuǎn)信號NK4，加速Y增加計數(shù)器NK5，減速Y減小計數(shù)器 5.4.2 PWM直流調(diào)速原理 脈寬調(diào)制的基本原理：脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation），是利用電力電子開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)的直流脈沖序列，并通過控制脈沖的寬度或周期達到變壓的目的。所采用的電力電子器件都為全控型器件，如電力晶體管（GTR）、功率MOSFET、IGBT等。通常P

29、WM變換器是用定頻調(diào)寬來達到調(diào)壓的目的。 采用定頻調(diào)寬法來利用51單片機產(chǎn)生PWM信號的軟件實現(xiàn)方法，從而改變占空比D，進而達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。Tt1t2最大值Vmax平均值Vd最小值Vmin 在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 在脈沖作用下，當(dāng)電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為，

30、占空比為，則電機的平均速度為電機的平均速度； 電機全通電時的速度(最大)； ， 定頻調(diào)寬法的頻率一般在800HZ-1000HZ之間比較合適。匯編語言設(shè)計【單片機I/O口分配】 選1000MHZ PWM脈沖進行編程控制： P0.0P0.7：LCD1602數(shù)據(jù)I/O口 P1.0：電機起停開關(guān) P1.1：電機正轉(zhuǎn)開關(guān)（接左限位開關(guān)） P1.2：電機反轉(zhuǎn)開關(guān)（接右限位開關(guān)） P1.3：電機加速調(diào)節(jié)開關(guān)（0.2S） P1.4：電機減速調(diào)節(jié)開關(guān)（0.2S） P2.0：LCD1602數(shù)據(jù)/命令選擇端 P2.1：LCD1602讀/寫選擇端 P2.2：LCD1602使能信號端 P2.7：傳感器讀數(shù)據(jù)端 P3.0

31、：直流伺服電機接入端 P3.1：直流伺服電機接入端 P3.7：L298n使能端【匯編程序】 S EQU R1 ；速度反饋變量 COUNT EQU R2 PWMH EQU 30H ；調(diào)寬值，定時器所賦值PWML EQU 31H CLK BIT P1.5 ；速度控制信號 K1 BIT P1.0 ；啟停鍵K2 BIT P1.1 ；正轉(zhuǎn)鍵K3 BIT P1.2 ；反轉(zhuǎn)鍵K4 BIT P1.3 ；加速鍵K5 BIT P1.4 ；減速鍵ORG 0000HLJMP MAINORG 000BH ；定時器T0控制周期LJMP TIMER1ORG 001BH ；定時器T1控制脈寬LJMP TIMER2ORG 00

32、30HMAIN: MOV B ， #04H ；設(shè)置循環(huán)次數(shù)4 MOV PWMH， #00H MOV PWML， #FFH MOV TMOD， #11H ；定時器都工作在方式1 MOV TH0, #3CH ；T0定時50ms MOV TL0, #B0H MOV TH1, PWMH ；脈寬 MOV TL1, PWML SETB EA ；CPU允許中斷 SETB ET0 ；允許定時器T0中斷 SETB ET1 ；允許定時器T1中斷 SETB TR0 ；定時器T0計數(shù) CLR CLKLOOP: JB K1, LOOP ；電機開關(guān)LOOPK1: JB K2 , LOOPK2 ；高電平正轉(zhuǎn) LJMP LO

33、OPKA LOOPKA: JB K3, LOOPK2 ；高電平反轉(zhuǎn) LJMP LOOPK1 LOOPK2: JB K4, TIMER1 ；K4按下加速 LCALL DELAY ；調(diào)用延時程序 MOV A, PWML ADD A, #1 ；調(diào)寬值低4位加1 MOV PWML, A MOV A, PWMH ADDC A, #0 ；調(diào)寬值高4位加1 MOV PWMH,A JNC LOOPK2 ；最大值時 MOV PWMH, #0FFHLOOPK4: JB K5, OVER ；K4按下減速 LCALL DELAY MOV A, PWML CLR C SUBB A, #1 ；調(diào)寬值低4位減1 MOV P

34、WML, A MOV A, PWMH SUBB A, #0 ；調(diào)寬值高4位減1 MOV PWMH, A JNC OVER MOV PWMH, #00H ；最小值時OVER: LJMP LOOP TIMER1: CLR TR1 MOV TH0 , #3CH MOV TL0, #B0H MOV TH1, PWMH ；賦調(diào)寬值 MOV TL1, PWML SETB TR1 CLR CLK RETITIMER2: CLR TR1 SETB CLK RETIMOV A R0 ；速度反饋MOV B #93HDIV ABCJNE A， # 19H ，LOOP0LOOP0： JC L1 ADDC A ，#01 CJNE A， # 19H，LOOP0 L1 ： SUBB A ，#01 CJNE A， # 19H ，L1 DELAY: MOV R4,#10H ；延時環(huán)節(jié)D1: DJNZ R4,D1 RET END 【六整體方案選型確定】 整體方案選型最終確定如下：（1）導(dǎo)軌：