牛肉嫩度檢測機電一體化裝置研究

中文題目牛肉嫩度檢測機電一體化裝置研究摘要隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平越來越高，牛肉的市場需求量也越來越大。在評價牛肉品質(zhì)的過程中，牛肉的嫩度占有了很大的比重。目前，現(xiàn)有的檢測牛肉嫩度的方法為感官評鑒法和質(zhì)構儀檢測法，前者過程繁復，并且受到的評價者主觀意識影響嚴重；后者對檢測條件要求高，需要使用質(zhì)構儀等精密儀器，操作復雜。本文是根據(jù)現(xiàn)代機械自動化的思想，將機電一體化控制系統(tǒng)應用到牛肉嫩度檢測的過程中，形成牛肉嫩度檢測機電一體化裝置。根據(jù)已有研究內(nèi)容的基礎上，本文著重研究其控制電路中驅(qū)動系統(tǒng)部分，通過對單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動和細分驅(qū)動這四種驅(qū)動方式分別進行調(diào)試，選用合理、適宜的驅(qū)動控制方式，根據(jù)調(diào)試結果選擇相應的驅(qū)動器，應用于機電一體化裝置中，對整體裝置進行測試，并應用于實際牛肉嫩度檢測試驗中。同時，利用感官評鑒法和質(zhì)構儀檢測法分別檢測牛肉嫩度，將機電一體化裝置檢測得到的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)檢測方法的數(shù)據(jù)相比較，對牛肉嫩度檢測機電一體化裝置進行優(yōu)化設計。關鍵詞牛肉嫩度檢測機電一體化AbstractWiththedevelopmentoftheworldeconomic,people'slivingstandardsarehigherandhigher,demandingforbeefinthemarketisalsogrowing.Beeftendernesshasbecomeanimportantfactorinevaluatingthebeefqualitystandards.Atpresent,theexistingdetectionmethodsofbeeftendernessaretexturesensoryevaluationmethodandcytometrymethod,theformerprocessiscomplicatedandseriouslyimpactedbythesubjectiveawarenessoftheevaluator;theseconddemandingrequirethehightestconditions,theyneedtousetextureanalyzerandotherprecisioninstruments,hasthecomplicatedoperation.Thisarticleisbasedontheideaof??modernmachineryautomation,mechatronicscontrolsystemwillbeappliedtobeeftendernessdetectionprocess,theformationofbeeftendernessdetectionmechatronicdevices.Accordingtothebasisofexistingresearch,thispaperfocusesonthecontrolcircuitdrivesystemparts,drivenbyasinglevoltage,dualvoltagedrive,chopperconstantcurrentdriverandthedriverofthefoursegmentsweredrivingmodedebugging,usereasonablesuitabledrivecontrolmode,selectedaccordingtotheresultsofthecorrespondingdrivecommissioning,usedinmechatronicdevice,theentiredevicetobetestedandappliedtotheactualtestingofbeeftenderness.Meanwhile,theuseofsensoryevaluationmethodandtexturecytometrywereusedtodetectbeeftenderness,themechatronicdevicedetectsthedataobtainedwiththetraditionaldetectionmethodscomparedtobeeftendernessmechatronicdevicedetectiontooptimizethedesign.Keywordsbeeftendernessdetectmechatronic目錄TOC\o"1-3"\h\u1717摘要 130919目錄 5272第一章緒論 6109191.1概述 632551.2研究目的和意義 660111.3評價牛肉品質(zhì)的方法 7153681.3.1三項評價指標 7145321.3.2牛肉品質(zhì)的影響因素 762941.4國內(nèi)外牛肉嫩度的檢測方法 7305911.4.1基于計算機視覺技術的檢測方法 777651.4.2近紅外光譜（NIR）分析技術 8253631.4.3高光譜圖像技術 874991.4.4多光譜和熒光光譜分析技術 8309071.5機電一體化系統(tǒng)檢測牛肉嫩度的基本原理 876301.6研究方法及內(nèi)容 8182691.6.1理論依據(jù) 89061.6.2研究內(nèi)容 923267第二章控制電路（驅(qū)動系統(tǒng)）設計與調(diào)試 1199452.1混合式步進電機驅(qū)動系統(tǒng) 1295862.2驅(qū)動方式的調(diào)試 121992.2.1單電壓驅(qū)動方式 1289212.2.2雙電壓驅(qū)動方式 2218072.2.3斬波恒流驅(qū)動方式 3218652.2.4細分驅(qū)動方式 332603第三章檢測牛肉嫩度的驅(qū)動系統(tǒng)的建立與驗證 1117963.1驅(qū)動系統(tǒng)的選擇及安裝 1222533.2驅(qū)動系統(tǒng)的運行驗證 3197833.3本章小結 410167第四章牛肉嫩度檢測機電一體化裝置的應用 1285114.1質(zhì)構儀檢測牛肉嫩度 195174.1.1試驗原料 1267224.1.2試驗設備 141204.1.3試驗過程 1100844.1.4試驗結果 2201964.2感官評鑒方法評定牛肉嫩度等級 315744.2.1試驗原料 3136444.2.2實驗用具 3201074.2.3試驗過程 3241734.3機電一體化裝置檢測牛肉嫩度 3278644.3.1試驗原料 3216524.3.2實驗用具 4155814.3.3試驗過程 4236064.3.4試驗結果 44473結論 19210致謝 120750參考文獻 3

第一章緒論1.1概述縱觀牛肉市場的需求情況，如今的牛肉銷售量已經(jīng)遠遠大于從前，消費者對于牛肉的認可使得牛肉已然成為了肉制品消費中的新寵，牛肉的營養(yǎng)價值已經(jīng)得到一致的公認。牛肉的肉質(zhì)內(nèi)具有與人體更為相似的蛋白質(zhì)和氨基酸，所以更加能夠滿足人體對于營養(yǎng)和能量的攝取，同時牛肉也含有較多的抗病因子[1]，在抗病方面發(fā)揮出了極大的作用。由于牛肉含有豐富的蛋白質(zhì)，脂肪含量低，氨基酸組成比豬肉更接近人體需要，且能提高機體抗病能力[2]，許多消費者逐漸傾向于選擇牛肉。我國對牛肉質(zhì)量的檢測報告顯示，現(xiàn)生產(chǎn)的牛肉大多數(shù)都不能達到優(yōu)質(zhì)肉類的生產(chǎn)指標，生產(chǎn)得到的牛肉大多數(shù)屬于中低檔次，所以在餐飲行業(yè)中，所需要的高檔優(yōu)質(zhì)牛肉大多數(shù)還是由國外進口得到。但是，我國政府表明會加大中央財政的投入量，引進國外的優(yōu)良資源，同時，牛業(yè)的產(chǎn)業(yè)素質(zhì)也在不斷提高。然而，人們關注的重點還是牛肉的嫩度。因此，設計并規(guī)范一種客觀、快速、準確檢測牛肉嫩度的方法十分重要，同時建立一種以牛肉嫩度評價牛肉品質(zhì)的體系也十分具有研究意義及商業(yè)價值。1.2研究目的和意義牛肉質(zhì)量檢驗的一個標準就是對其進行牛肉品質(zhì)評價，牛肉品質(zhì)的評價對其的研究考察、保藏儲運、交易買賣都有著深遠的意義，并且對人類的健康、營養(yǎng)都有著一定的指導作用[3]。一般情況下，我們用感官評價或儀器分析評價的方法來對牛肉品質(zhì)做出評價?？墒歉泄僭u價的方法受到的評價人主觀影響較大，評價的結果不夠穩(wěn)定；儀器分析評價的方法和人們的感官評定效果差距較大，無法正確的表現(xiàn)出牛肉質(zhì)地的特性。到現(xiàn)在為止，檢查牛肉品質(zhì)的嫩度的手段主要通過牛肉的大理紋形態(tài)的紋理圖像的方法來檢查的[4]，并且對其進行嫩度的評價。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，食品的品質(zhì)對人們來說越來越重要，牛肉的品質(zhì)也凸顯的尤為重要，因此在銷售市場上，對牛肉嫩度準確、客觀的評價檢測方法變得很重要。該文主要討論的是如何設計并且認真牛肉嫩度機電一體化檢測設備，設計并生產(chǎn)一種高自動、高準確的快速評價設備。牛肉嫩度進行分級排列，可以做到減少經(jīng)濟投入，減少人力勞動。1.3評價牛肉品質(zhì)的方法1.3.1三項評價指標其外表、口味、結構等作為感官評定的參數(shù)以及加工的參數(shù)，隨著人們生活節(jié)奏的加快和對健康的日益重視,更多地采用衛(wèi)生、營養(yǎng)、保健和便利性等指標[5]。1.3.1.1感官指標感官指標是憑借視覺、味覺和觸覺等感覺器官對牛肉品質(zhì)作出評價的依據(jù)，主要包括：肉色、大理石花紋[6]、嫩度、脂肪的顏色及結構、汁液量、口味等。1.3.1.2理化指標理化指標主要是定性分析牛肉的化學組成成分，并且使用化學方法定量的測量各成分所占比例[7]。相比于豬肉而言，牛肉的酸堿值、含有重金屬的質(zhì)量、藥物的殘留量以及可揮發(fā)的鹽基氮的含量是其測量的主要目標。1.3.1.3微生物指標我們用來鑒定牛肉的污染程度的方法，是通過檢測微生物的指標來進行的，一般情況下是一下三項指標，如細菌的數(shù)量、大腸桿菌的數(shù)量和致病的菌種，其中具有評價的意義是能夠?qū)е氯祟惖募膊『鸵鹗澄镏卸镜牟≡次⑸铩?.3.2牛肉品質(zhì)的影響因素1.3.2.1年齡年齡對牛肉的品質(zhì)有影響。年齡小于2歲的牛，其牛肉上的大理石花紋無明顯關系特征，年齡在24-30個月的牛，其牛肉的嫩度最好[8]，咀嚼時最舒服。牛的年齡越大，相應的牛肉水份就會變少，通常來說年幼的動物肉中的水份比例要遠遠高于年老的動物。所以，我們可以發(fā)現(xiàn)肌肉中的水份與其動物的年齡有關，調(diào)查表明，結合水與自由水都存在于動物肌肉中，結合水的比例高，那么相應的肉的汁液量也就越多。1.3.2.2重量重量在500kg以下的牛大理石花紋并不明顯，也不均勻[9]，除了用高能量的飼料來喂養(yǎng)的。因此，我們可以看出活牛的重量對于牛肉品質(zhì)有著重要的影響。1.3.2.3日糧營養(yǎng)水平我們通?？梢哉J為，就其肉的品質(zhì)而言，用細糧喂大的動物要比用粗糧喂大的動物的肉質(zhì)嫩。脂肪的堆積量會影響肉的嫩度，且脂肪的堆積量與動物的營養(yǎng)狀況成正相關。營養(yǎng)水平低時，脂肪堆積量??；營養(yǎng)水平高時，脂肪堆積量大[10]，然而所含的蛋白質(zhì)和水分相對來說就比較少了。對于低熱量水平來說，為了提高牛肉的酸堿值，可以降低牛肉的血糖濃度。1.4國內(nèi)外牛肉嫩度的檢測方法1.4.1基于計算機視覺技術的檢測方法由于肉的紋理特征與其嫩度有直接關系[11]，然而肉制品的外觀特征為肉的紋理特征，假如我們能夠利用圖像技術進行一番操作，將其紋理特征顯示出來，就能總結出其間的數(shù)量關系，從而可以做到對牛肉不破壞并能對其進行評價，發(fā)現(xiàn)了一種省時，省力，準確的評價新方法。國內(nèi)，孫永海等[12]將牛肉歸分成兩大類別，對具有豐富的紋理牛肉進行紋理檢測，然而對不豐富的牛肉利用灰度空間矩陣法來測量牛肉的嫩化程度。1.4.2近紅外光譜（NIR）分析技術這幾年通過人們實驗研究可以看出紅外反射光譜可用于預測嫩度。通過對樣品進行近紅外光譜掃描，可以獲得樣品完整的分子鍵和化學成分信息[13]，所以我們可以知道近紅外光譜除了可以分辨食品，還能夠?qū)ζ溥M行品質(zhì)以及過程的控制。近紅外光反射率與剪切力值正相關，研究發(fā)現(xiàn)，用近紅外光譜預測嫩度值與用剪切力實測值存在正相關性[14]。所以用紅外光譜的方法對于牛肉嫩度的檢測是一種十分有效的方法。Prieto等[15]表明選擇什么樣的方法統(tǒng)計對NIR的精度的預測有著一定的影響，在建造模型的時候，如果選擇合適的統(tǒng)計方法那么就可以增加預測的精度。Liu[16]等人使用偏最小二乘以及主成分分析的方法來建造模型，并且將牛肉可以分成老肉和嫩肉之分。1.4.3高光譜圖像技術我們把光譜分析的方法和圖像處理的方法融合成一體變?yōu)楦吖庾V圖像的方法，這樣就可以一起獲得樣品的光譜消息和三維消息，同時應用其兩種優(yōu)點。就目前的情況來看，無損分析在各領域的應用越來越多，使得越來越多的專家學者關注無損分析方法[17]。高光譜技術又可以讀取牛肉的外表面特征性質(zhì)，又可以讀取牛肉內(nèi)部的性質(zhì)。Jackman等[18]通過研究表明光譜圖像方法為經(jīng)典的可見光系統(tǒng)提供了一種補充和增強的方法；高光譜成像技術作為增加機器視覺解決的最好方案。1.4.4多光譜和熒光光譜分析技術在波長為100～400nm時是紫外線的波長范圍，在該范圍內(nèi)具有一定的化學熒光效應。影響牛肉硬度的主要因素為結締組織，其主要組成成分為膠原蛋白，而激發(fā)膠原蛋白的熒光波長為380nm。多光譜分析技術是通過采集牛身上各部位肌肉的多光譜圖像[19]，分析其紋理的特征，建立牛肉嫩度預測模型，包括支持向量機模型和多元逐步回歸模型[20]。1.5機電一體化系統(tǒng)檢測牛肉嫩度的基本原理通過計算機系統(tǒng)的宏觀調(diào)控來組成機電一體化的機械系統(tǒng)，它用于用來完成能量流、運動以及機械力等動力學任務，并由多種機電部件相互配合、相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)所組成的系統(tǒng)[20]。該文利用AT89S51型單片能夠控制仿真牙的上下運動以及各部分協(xié)調(diào)工作來用于檢測牛肉嫩度的檢測。在驅(qū)動器型號為MA860H設備中，通過來自于脈沖信號發(fā)生器中的電流，利用環(huán)形分配器把脈沖分置于不同的機械系統(tǒng)組成部分中，再將其信號進行放大并且處理，促使兩個相混合步入點擊從而開始工作，然后各自帶動仿真牙的下部分的牙進行上下運動，然而上牙進行左右的運動。在牙進行咀嚼的過程時，信號傳遞到仿真牙的感受器，然后感受器將信號送回到用戶的電腦中，從而進行數(shù)據(jù)的處理操作。1.6研究方法及內(nèi)容1.6.1理論依據(jù)牛肉嫩度檢測的機電一體化裝置，其裝置執(zhí)行系統(tǒng)為仿真人體咀嚼牙齒，通過傳感器采集、輸出信號，將數(shù)據(jù)結果收集到控制以及信息處理的部分，進行數(shù)據(jù)的分析，測量牛肉的嫩度。其中，控制電路部分包括單片機的控制和驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)在單片機的控制指令分配下進行動作，脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖電流，經(jīng)過環(huán)形分配器將信號分布到不同部分，再經(jīng)過放大器將信號放大處理，使兩相混合式步進電機進行動作，帶動仿真牙齒進行上下、左右運動。1.6.2研究內(nèi)容本試驗主要是通過該裝置檢測的牛肉嫩度與人體牙齒咀嚼后，利用質(zhì)構儀檢測的牛肉嫩度進行比較，對裝置的各部分進行優(yōu)化設計。（1）對牛肉嫩度檢測機電一體化裝置電路控制部分進行調(diào)試，主要研究控制電路中驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)，從驅(qū)動方式的調(diào)試及脈寬調(diào)制技術著手，開發(fā)出適用于檢測牛肉嫩度的機電一體化裝置的驅(qū)動系統(tǒng)。（2）比較質(zhì)構儀測量人體牙齒咀嚼后的牛肉嫩度與該裝置仿真牙齒咀嚼后測量的牛肉嫩度，將機電一體化裝置測量與傳統(tǒng)方法測量牛肉嫩度進行對比分析。（3）對牛肉嫩度檢測機電一體化裝置機械系統(tǒng)部分進行優(yōu)化設計。第二章控制電路（驅(qū)動系統(tǒng)）設計與調(diào)試2.1混合式步進電機驅(qū)動系統(tǒng)步進電機的驅(qū)動系統(tǒng)是保證步進電機正常工作的必要裝置。步進電機在驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動下才能按照預想的工作過程運動，同時驅(qū)動系統(tǒng)的存在才能有效的檢測出步進電機的性能優(yōu)劣。因此，這就要求驅(qū)動系統(tǒng)在工作過程中必須平穩(wěn)運行，且工作時可靠性高，工作效率高。相反地，驅(qū)動系統(tǒng)性能的優(yōu)劣也需要步進電機來衡量，步進電機運行時表現(xiàn)出的性能說明著驅(qū)動系統(tǒng)工作過程中的能力。步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成包括脈沖信號發(fā)生器、環(huán)形分配器、信號放大與處理電路、推動級和功率驅(qū)動級以及保護電路等[21]，如圖2-1所示。圖2-1步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要組成部分步進電機其內(nèi)部各相繞組的導通與截止是通過在外部使用控制脈沖，且按照環(huán)形分配器所決定的方式進行分配。其中，使用推進級來對較弱的信號進行放大，形成較大的信號進入驅(qū)動部分。為了保證整個電路工作過程中的安全問題，采用保護電路來控制緊急時刻的通斷[22]。2.2驅(qū)動方式的調(diào)試2.2.1單電壓驅(qū)動方式使用單方向電壓給電機繞組供電，即為單電壓驅(qū)動。工作過程中，三極管被導通，繞組兩端電壓為全部的電源電壓。繞組中經(jīng)過的電流根據(jù)時間常數(shù)L/R增大至額定電流，其中L是繞組的電感，R是繞組的電阻[23]。單電壓驅(qū)動方式的整體性能比較低，很少應用在實際的系統(tǒng)中，然而它確實目前現(xiàn)有的驅(qū)動方式中最簡單最基礎的一個驅(qū)動系統(tǒng)。一般情況下，在電機內(nèi)繞組回路中加入一個改善電阻R，使得電機在高速轉動的過程中性能得到加強。電流在繞組的閉合回路中的增加速度得到加快，所以工作過程中產(chǎn)生的電流振蕩就會減小。該驅(qū)動方式存在很嚴重的缺點，它的效率很低，而且對能量的損耗也很大，工作中電源產(chǎn)生的功率有很大一部分都被串聯(lián)的改善電阻所消耗。因此，在使用較小功率的電機或者工作過程中的電機性能不需要很高的時候，可以考慮采用單電壓驅(qū)動方式。對于本文裝置來說，一號驅(qū)動器控制上牙的左右運動，二號驅(qū)動器控制下牙的上下運動。但是檢測牛肉嫩度的過程中需要下牙運動到與上牙接觸時，靜止不動，然后上牙再進行左右運動，上牙停止運動后，下牙再向下運動。如果使用單電壓驅(qū)動方式，可使高電壓控制下牙的向上運動、上牙的向左運動，低電壓控制下牙的向下運動、上牙的向右運動，但是單電壓驅(qū)動方式只會產(chǎn)生一種方向電壓，使得控制過程中牙齒只能往復運動，不能靜止。綜上所述，單電壓驅(qū)動方式并不適用于本裝置。2.2.2雙電壓驅(qū)動方式2.2.2.1雙電壓驅(qū)動方式原理當步進電動機運行狀態(tài)為低速、高速時，對應的使用低電壓、高電壓為其供電，就是所謂的雙電壓驅(qū)動。雙電壓驅(qū)動方式的工作原理如圖2-2所示。在電機低速運轉時，控制器使開關管T1獲得低電平，從而導致其關閉，此時打開或關閉開關管T2即可得到低壓脈沖電源+VL。在電機高速運轉時，控制器使開關管T1獲取高電平，使其導通[24]，此時打開或關閉開關T2即可使繞組得到高壓脈沖電源-VH。圖2-2雙電壓驅(qū)動方式工作原理圖2.2.2.2雙電壓驅(qū)動方式的驗證雙電壓驅(qū)動方式會產(chǎn)生兩種信號，分別為脈沖信號和方向信號。一號驅(qū)動器控制上牙的左右運動時，脈沖信號高電平使上牙開始動作，然后方向信號高電平使上牙向左運動，此時脈沖信號保持低電平，接著脈沖信號高電平使上牙開始動作，然后方向信號低電平使上牙向右運動，如此反復動作，其電流波形如圖2-3所示。二號驅(qū)動器控制下牙的上下運動時，脈沖信號高電平使下牙開始動作，然后方向信號高電平使下牙向上運動，此時脈沖信號保持低電平，接著脈沖信號高電平使下牙開始動作，然后方向信號低電平使下牙向下運動，如此反復動作，其電流波形如圖2-4所示。圖2-3一號驅(qū)動器電流波形圖圖2-4二號驅(qū)動器電流波形圖實際工作過程中，二號驅(qū)動器首先產(chǎn)生脈沖信號高電平，使下牙開始動作，然后方向信號高電平，下牙向上動作，此過程中一號驅(qū)動器脈沖信號保持低電平，使上牙靜止不動。接著一號驅(qū)動器產(chǎn)生脈沖信號高電平，使上牙開始動作，然后方向信號高電平，使上牙向左動作，再次產(chǎn)生脈沖信號高電平，使上牙開始動作，然后方向信號低電平，使上牙向右動作，此過程中，二號驅(qū)動器脈沖信號保持低電平，使下牙靜止不動。接著二號驅(qū)動器產(chǎn)生脈沖信號高電平，使下牙開始動作，然后產(chǎn)生方向信號低電平，使下牙向下運動，此過程中，一號驅(qū)動器脈沖信號保持低電平，使上牙靜止不動。綜上所述，雙電壓驅(qū)動方式可以應用到本裝置中，但是該種驅(qū)動方式過程中，高頻與低頻的變換會使電阻R明顯發(fā)熱，產(chǎn)生較大的能量消耗，所以雙電壓驅(qū)動方式只可以作為可應用的考慮因素之一。2.2.3斬波恒流驅(qū)動方式斬波恒流驅(qū)動脈沖電流波形如圖2-5所示。以一號驅(qū)動器的工作為例，如果采用斬波恒流驅(qū)動方式，首先脈沖信號產(chǎn)生高電平，使上牙開始動作，同時方向信號產(chǎn)生高電平，使上牙向左運動，然后方向信號產(chǎn)生低電平，使上牙向右運動，接著又是方向信號產(chǎn)生高電平，使上牙向左運動，如此反復動作，直至脈沖信號產(chǎn)生低電平，使上牙停止動作。顯然，其工作方式與本文裝置并不相符，所以不可以采用斬波恒流驅(qū)動方式。圖2-5斬波恒流驅(qū)動脈沖電流波形圖2.2.4細分驅(qū)動方式2.2.4.1細分驅(qū)動方式工作原理圖2-6整步工作4細分驅(qū)動電流波形圖2.2.4.2等步恒轉矩細分電機運行過程中，如果步距角不均勻，就會造成電動機的振蕩及失步，所以電機的平穩(wěn)性就會減小。所以，對步距角的均勻劃分是十分重要的。通過根據(jù)步距角和各步相應的磁場空間矢量的位置改變各階段的電流大小，可以實現(xiàn)等步距角恒轉矩細分控制，所以合成后的電流矢量在空間中做旋轉動作，同時幅值不會變化。如果通以正弦電流，可以達到此目的。將兩相混合式步進電機工作時的轉矩以圖例形式顯示，如圖2-6所示。圖2-9二相混合式步進電機的星形轉矩矢量圖步進電機均勻細分控制時，相電流的計算公式如下:（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）第三章檢測牛肉嫩度的驅(qū)動系統(tǒng)的建立與驗證根據(jù)前一章驅(qū)動系統(tǒng)的設計與調(diào)試，細分驅(qū)動方式可以實現(xiàn)步進電機在實際運行中將步距角劃分成較細等級，從而對步進電機的控制精細度進行提升。因為實際運行中的步距角被劃分的很細，所以各項繞組中通過的電流在升高或降低的過程中都不會立即升高或降低，而是會分步的升高或降低，因此實際運行中的轉矩脈動就會被減小，就不會產(chǎn)生較大的振蕩和噪音。綜上所述，本文選擇將細分驅(qū)動方式應用于所設計的牛肉嫩度檢測機電一體化系統(tǒng)中。3.1驅(qū)動系統(tǒng)的選擇及安裝根據(jù)設計要求，本文采用兩相混合式步進電機對整個裝置進行驅(qū)動，根據(jù)其特點選擇細分型兩相混合式步進電機驅(qū)動器MA860H，該型號驅(qū)動器由交流伺服驅(qū)動器的電流環(huán)提供細分控制，具有較高的啟動轉速，較大的高速力矩，具有過壓、欠壓、過流、相間短路保護以及脫機功能，采用平均控制電流，輸出為兩相正弦電流波形。運行過程中，電機的轉矩產(chǎn)生的波動較小，能夠保證低速平穩(wěn)運行，產(chǎn)生較小振動以及較低噪音。圖3-1為MA860H型兩相混合式步進電機細分型驅(qū)動器外觀圖。圖3-1MA860H型兩相混合式步進電機細分型驅(qū)動器外觀圖本型號驅(qū)動器產(chǎn)生6種控制信號，分別為PUL+（步進脈沖信號輸入正端）、PUL-（步進脈沖信號輸入負端）、DIR+（步進方向信號輸入正端）、DIR-（步進方向信號輸入負端）、ENA+（脫機使能復位信號輸入正端）、ENA-（脫機使能復位信號輸入負端）。其中脫機使能信號有效時，表示驅(qū)動器故障，則任何有效的脈沖信號都被禁止，驅(qū)動器的輸出功率元件被停止，電機不會保持扭矩。電路連接過程中，可保持高電平有效，也可保持低電平有效。當高電平有效時，將所有控制信號的負端連接在一起，作為信號地；當?shù)碗娖接行r，將所有控制信號的正端連接在一起，作為信號公共端。本文采用Tc55控制器對整個電路進行工作控制。根據(jù)工作要求，選擇兩個驅(qū)動器分別控制X軸與Y軸方向的運動，即一號驅(qū)動器控制X軸方向運動，二號驅(qū)動器控制Y軸方向運動。連接電路時，將一號和二號驅(qū)動器PUL+（脈沖）和DIR+（方向）輸入接口連接到控制器+5V輸出接口上；將一號驅(qū)動器PUL-（脈沖）輸入接口與控制器Xcp輸出接口連接，DIR-（方向）輸入接口與控制器Xdir輸出接口連接；將二號驅(qū)動器PUL-（脈沖）輸入接口與控制器Ycp輸出接口連接，DIR-（方向）輸入接口與控制器Ydir輸出接口連接。如圖3-2所示。圖3-3為驅(qū)動器與控制器連接實物圖。圖3-2脈沖接口與驅(qū)動器接線示意圖圖3-3驅(qū)動器與控制器接線實物圖驅(qū)動器與步進電機連接時，步進電機4條輸入線分別接在驅(qū)動器的脈沖信號發(fā)射器的A+、A-、B+、B-的輸出接口處，如圖3-4所示。圖3-4驅(qū)動器與步進電機接線示意圖線路連接完成后，檢查連接是否正確，同時檢查裝置各部位零件是否完整，機械系統(tǒng)是否運行正常。裝置整體示意圖如圖3-5所示。圖3-5裝置整體示意圖3.2驅(qū)動系統(tǒng)的運行驗證裝置連接完成后，再次檢查線路連接是否正確。首先，設置控制器參數(shù)?？刂茀?shù)頁面下，設置X、Y軸參考點，X軸分子和分母，Y軸分子和分母，升速時間（毫秒），點動增量（微米），X軸間隙（微米），Y軸間隙（微米）。速度參數(shù)頁面下，設置X、Y軸最高運行速度（mm/min），啟動最高速度（mm/min），手動最高速度（mm/min），手動最低速度（mm/min），點位速度（mm/min），回零最高速度（mm/min），回零最低速度（mm/min）。保存參數(shù)。X軸，Y軸的分子和分母由電機單向轉動一周所需的脈沖數(shù)以及電機單向轉動一周所移動的距離決定，計算公式如下：電機單向轉動一周所需的脈沖數(shù)電機單向轉動一周所移動的距離（微米）（3-1）設置步進電機驅(qū)動器細分為每轉1000步，電機單向轉動一周X軸移動1mm，減速比1:1，即1.0，則100011*1000*1.0=1（3-2）所以X軸分子為1，分母為1。設置步進電機驅(qū)動器細分為每轉1000步，電機單向轉動一周Y軸移動20mm，減速比1:1，即1.0，則1000120*1000*1.0=20（3-3）所以Y軸分子為1，分母為20。設置升速時間為500ms，降速時間為500ms，點動增量為100μm，X軸間隙為0μm，Y軸間隙為0μm。X軸最高運行速度為5000mm/min，Y軸最高運行速度為5000mm/min，啟動速度為0mm/min，手動最高速度為5000mm/min，手動最低速度為500mm/min，點位速度200mm/min，回零最高速度1000mm/min，回零最低速度200mm/min。其次，進行程序的編輯。在程序管理中，長按“F”3秒，新建一個程序，通過指令上翻與指令下翻修改動作方式，包括直線運動、循環(huán)和結束；通過增加一行和刪除一行來修改編寫錯誤的指令。完成如下的指令編輯，并保存程序。標號：0直線運動X：0.000Y：20.000F：2000標號：1直線運動X：1.000Y：F：500標號：2直線運動X：Y：-20.000F：2000標號：3循環(huán)循環(huán)次數(shù)：20目的標號：0標號：4結束X軸控制上牙在X軸方向上的運動，Y軸脈沖控制下牙在Y軸方向上的運動，F(xiàn)表示當前運行速度。運行過程中，通過指令上翻調(diào)整運動方式為直線運動，使Y軸首先正向運動20mm，即使下牙在Y軸方向上向上運動20mm，同時X軸方向上，即上牙保持不動，當前運行速度為2000mm/min；然后第二頁編輯為直線運動，使X軸正向運動1mm，即上牙在X軸方向上向左運動1mm，按“確定”鍵使Y軸運動改為“”，表示該指令下Y軸方向上無運動，即下牙保持靜止不動，當前運動速度為500mm/min；第三頁編輯為直線運動，按“確定”鍵使X軸運動改為“”，表示X軸方向上無運動，即上牙保持靜止不動，使Y軸負向運動20mm，即使下牙在Y軸方向上向下運動20mm，當前速度為2000mm/min；第四頁編輯為循環(huán)，使裝置重復上述動作，目的標號表示從該項開始重復，循環(huán)次數(shù)為20次；第五頁編輯為結束，表示程序運行到此終止動作。3.3本章小結根據(jù)調(diào)試后所選擇的兩相混合型步進電機細分型驅(qū)動器MA860H能夠合理驅(qū)動本文裝置，可以按照預想的工作方式進行驅(qū)動，與步進電機的配合度較高，工作中基本無振蕩，且噪音小。因此，本文裝置可以選用該型驅(qū)動器進行驅(qū)動。第四章牛肉嫩度檢測機電一體化裝置的應用4.1質(zhì)構儀檢測牛肉嫩度圖4-1牛肉咀嚼處理后的樣品圖4.1.4試驗結果表4-1咀嚼次數(shù)與各項試驗參數(shù)關系表咀嚼次數(shù)硬度H1硬度H2膠著性彈性咀嚼性內(nèi)聚性粘性05.595.153.043.61110.540.212.211.961.223.3240.58020.340.250.162.210.40.48030.340.250.162.730.40.48040.590.440.343.0410.58050.250.20.152.860.40.61060.20.150.180.810.10.88070.290.10.020.3300.08080.490.340.222.620.60.46090.250.25-0.80.79-0.6-3.321.4100.250.150.081.420.10.320110.20.20.147.2110.680120.290.10.051.430.10.160130.250.20.115.210.60.440140.20.150.051.290.10.230.1150.340.150.061.590.10.170.1160.340.250.132.780.40.380170.390.340.162.680.40.410180.20.150.041.0100.220190.150.150.051.830.10.320200.20.150.084.940.40.3804.2感官評鑒方法評定牛肉嫩度等級將冷卻之后的牛肉進行標號0-20號。隨機挑選21個試驗對象編號0-20，分別品嘗對應號碼的牛肉，填寫感官評鑒表，評定牛肉等級?？偣矊?0頭牛進行試驗，每頭牛的牛肉都分成21組，由相同的21位試驗對象進行品嘗評價。分別統(tǒng)計每頭牛的21張感官評鑒表，對各項評價等級進行總結，以圖表形式表現(xiàn)出來，如圖4-2所示。圖4-2牛肉嫩度感官評定分布圖4.3機電一體化裝置檢測牛肉嫩度4.3.1試驗原料將冷卻之后的牛肉樣品進行0-20標號。在機電一體化裝置中，分別建立21個文件，編號0001-0021。程序編輯中的循環(huán)次數(shù)分別對應為1-21次。則0號牛肉對應循環(huán)1次的文件，1號牛肉對應循環(huán)2次的文件依次對應。在仿真牙齒部位裝載壓力傳感器，進行電壓值的測定。共檢測30頭牛肉，每頭牛做三組平行試驗，取平均值后，產(chǎn)生30組數(shù)據(jù)。表4-2牛肉嫩度測定結果表等級感官評定生肉樣品輸出電壓（mV）平均值熟肉樣品輸出電壓（mV）平均值1嫩149.9227.32稍嫩182.1275.23中等嫩度231.4317.44稍老263.7386.15老303.8422.9圖4-3生肉輸出電壓測定結果圖4-4熟肉輸出電壓測定結果4.3.4試驗結果根據(jù)測定結果顯示，生肉與熟肉的輸出電壓均與牛肉嫩度有關。牛肉越嫩時，輸出電壓越?。慌Ｈ庠嚼?，輸出電壓越大。并且，相同嫩度的牛肉，熟肉的輸出電壓較生肉的輸出電壓大。結論本文是根據(jù)現(xiàn)代機械自動化的思想，將機電一體化控制系統(tǒng)應用到牛肉嫩度檢測的過程中，形成牛肉嫩度檢測機電一體化裝置。根據(jù)已有研究內(nèi)容的基礎上，本文著重研究其控制電路中驅(qū)動系統(tǒng)部分，通過對單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動和細分驅(qū)動這四種驅(qū)動方式分別進行調(diào)試，經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)雙電壓驅(qū)動與細分驅(qū)動均可應用于本文裝置中，但是鑒于雙電壓驅(qū)動方式能量消耗較大，且細分驅(qū)動能夠有效緩解脈沖的一步變化，很好的保護裝置的機械系統(tǒng)，最終選擇使用細分驅(qū)動方式。根據(jù)本文裝置要求，選用MA860H兩相混合式步進電機細分型驅(qū)動器應用于本文機電一體化裝置中。最終對整體裝置進行測試，并應用于實際牛肉嫩度檢測試驗中。根據(jù)試驗結果顯示，牛肉的嫩度與測量時牛肉的輸出電壓有關，無論是生肉還是熟肉，牛肉越嫩，輸出電壓越小；反之牛肉越老，輸出電壓越大。并且，熟肉的輸出電壓較生肉的輸出電壓大。本文牛肉嫩度檢測機電一體化裝置的建立，使牛肉嫩度的檢測更加準確、快速、便捷。致謝參考文獻[1]張凌，王笑丹，何冰，李哲，李志，王樊靜．吉林省牛肉品質(zhì)控制及評定[J]．林農(nóng)業(yè)科學，2008(5)[2]潘力.世界牛肉消費趨勢及影響因素分析[J].中國畜牧雜志,2012,48(16):20-23.[3]萬發(fā)春，張幸開，等.牛肉品質(zhì)評定的主要指標[J].中國畜牧醫(yī)，2004，31(5)：15-36.[4]KoohmaraieM，KentMP，ShackelfordSD，VeisethE，WheelerTL.Meattendernessandmusclegrowth：isthereanyrelationship?MeatScience，2002，62：345-352.[5]萬發(fā)春，張幸開，等.牛肉品質(zhì)評定的主要指標[J].中國畜牧獸醫(yī)，2004，31(12)：17-19[6]張鳳寬，程志立，等.高檔牛肉生產(chǎn)技術的探討[J].吉林農(nóng)業(yè)大學學[3]報，1998，20(2)：86-88.[7]靳燁，南慶賢，等.牛肉高理化性質(zhì)的研究[J].肉類工業(yè)，2001，245：85.[8]王海鷗，姜松．質(zhì)構分析(TPA)及測試條件對牛肉品質(zhì)的影響[J]．糧油食品科技，2004，12(3)：1-4