實驗一-數(shù)控加工仿真試驗

實驗一

機電一體化系統(tǒng)組成及元部件應(yīng)用實驗機電一體化技術(shù)（1）理解典型機電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和各常用功能部件，對系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容和流程建立總體的認(rèn)識，確立機械與電子及相關(guān)技術(shù)的相互滲透和有機融合觀念；（2）理解數(shù)字增量編碼器的角度測量、T法測速的工作原理以及數(shù)字和模擬測量信號的處理方法；（3）掌握編碼器回原點方式及其對回原點重復(fù)精度的影響，從而確保XY工作臺的控制精度。一、實驗?zāi)康模?）AS-100交流伺服教學(xué)設(shè)備一套；（2）計算機一臺，PEWIN軟件；（3）位置檢測工具一臺（光柵尺）。二、實驗器材內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的功能部件完善的機電一體化系統(tǒng)包括：機械本體、動力系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。三、實驗原理執(zhí)行裝置機械部分傳感器機電一體化系統(tǒng)的組成動力源控制裝置機電一體化系統(tǒng)主功能：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的功能部件內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的功能部件機械部分：用于支撐和連接其他要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來，形成有機的整體，可以像數(shù)控工作臺和機器人那樣實現(xiàn)目標(biāo)軌跡和動作；內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的功能部件執(zhí)行裝置：將信息轉(zhuǎn)化為力和能量，以驅(qū)動機械部分運動；內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的功能部件傳感檢測部分：用于對輸出端的機械運動參數(shù)進行測量、監(jiān)控和反饋；內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的功能部件信息處理與控制系統(tǒng)：是對機電一體化系統(tǒng)的控制信息和來自傳感器的反饋信息進行處理，向執(zhí)行裝置發(fā)出動作指令。內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的功能部件編碼器工作原理光電編碼器是利用光電原理把機械角位移變成電信號，可以非常方便的測量電機軸的角位移，還可以測量軸的轉(zhuǎn)速。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用按輸出信號與對應(yīng)位置（角度）的關(guān)系，光電編碼器通常分為：增量式光電編碼器絕對式光電編碼器混合式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用增量式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用增量式光電編碼器的分辨角為：分辨率R=P

，P為每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，即圓盤上的條紋數(shù)或稱線數(shù)。增量式光電編碼器絕對式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用混合式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用編碼器測速原理：在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，根據(jù)脈沖計數(shù)來測量轉(zhuǎn)速的方法有以下三種：①在規(guī)定時間內(nèi)測量所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)來獲得被測速度，稱為M法測速；②測量相鄰兩個脈沖的時間來測量速度，稱為T法測速；③同時測量檢測時間和在此時間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖個數(shù)來測量速度，稱為M/T法測速。以上三中測速方法中，M法適合于測量較高的速度，能獲得較高分辨率；T法適合于測量較低的速度，這時能獲得較高的分辨率；而M/T法則無論高速低速都適合測量。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用編碼器測速原理：T法測速；

nM=60fc/Pm1(r/min)內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用編碼器測速原理：T法測速分辨率：當(dāng)對應(yīng)轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2時則分辨率Q的定義為Q=n2-n1，Q值越小說明測量裝置對轉(zhuǎn)速變化越敏感即分辨率越高?？梢缘玫絋法測速的分辨率為：由上式可見隨著轉(zhuǎn)速nM的降低，Q值越小，即T法測速在低速時有較高的分辨率。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用回零精度的保證：原點是系統(tǒng)的基準(zhǔn)，回零精度對于系統(tǒng)來說非常重要，回原點的重復(fù)精度十分重要，若每次回原點的位置總是差別很大，那系統(tǒng)無精度可言。用普通的機械開關(guān)、光電開關(guān)、磁力開關(guān)作為原點開關(guān)是無法保證回原點的重復(fù)精度的，所以在許多精密定位系統(tǒng)中通常采用原點開關(guān)和編碼器的C信號組合使用以保證回原點的精度。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用W1W0編碼器C脈沖機械原點信號原點開關(guān)和編碼器C信號組合保證回原點的精度內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的組成及功能部件通過對典型機電一體化系統(tǒng)的功能及組成的認(rèn)識實驗及分析。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用（一）編碼器辨向及T法測速實驗（二）編碼器C信號作用及倍頻譯碼四、實驗內(nèi)容內(nèi)容一、機電一體化系統(tǒng)的組成及功能部件（1）認(rèn)真分析系統(tǒng)操作目的，確定系統(tǒng)的操作功能；（2）然后根據(jù)系統(tǒng)操作功能確定系統(tǒng)的工作機構(gòu)和運動組合順序；（3）確定操作力的大小和方向，并據(jù)此確定動力源和驅(qū)動裝置；（4）選擇并確定控制所需檢測參數(shù)的各種傳感器；（5）確定控制算法和控制系統(tǒng)，用框圖或流程圖來表達所要控制的目標(biāo)；（6）對上述各項進行機械、電氣、硬件和軟件的設(shè)計；（7）必要時進行模擬仿真，對算法和系統(tǒng)進行檢驗。五、實驗步驟（一）編碼器辨向及T法測速實驗（1）將AS-100控制柜的所有電纜同X-Y平臺連接好（包括電機動力線、碼盤反饋線、限位回零線、光柵反饋線）。（2）在控制面板將“控制卡輸出”的“脈沖正、脈沖負(fù)、方向正、方向負(fù)”同“驅(qū)動器輸入”相對應(yīng)端子連接，將“控制卡輸入”的“碼盤A+、碼盤A-、碼盤B+、碼盤B-、碼盤C+、碼盤C-”同“驅(qū)動器輸出”相對應(yīng)端子連接。（3）運行PEWIN軟件，打開位置窗口和監(jiān)視窗口。（4）在監(jiān)視窗口加入M106變量對它進行監(jiān)視，此變量存放的即相鄰兩個脈沖之間計數(shù)器的讀數(shù)m1。（5）X軸電機停轉(zhuǎn)后，在終端窗口鍵入“I122”并回車，查看它的數(shù)值，改變此數(shù)值即改變X軸手動速度，單位cts/ms，I122*1000*60/P后單位變?yōu)檗D(zhuǎn)/分，其中P為碼盤反饋線數(shù)，可以經(jīng)過計算后同伺服驅(qū)動器上的速度反饋值進行比較。（6）然后將I122的數(shù)值逐步增大或者減小，幅度為每次加2。重復(fù)步驟8共9次后填寫表1。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用（一）編碼器辨向及T法測速實驗表1內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用驅(qū)動器顯示的轉(zhuǎn)速（RPM）計數(shù)器中脈沖個數(shù)m1（M106的數(shù)值）時鐘脈沖頻率fc（MHz）編碼器分辨率（線）利用公式計算所得轉(zhuǎn)速nM（RPM）測速分辨率Q10在PEWIN32的終端窗口中鍵入“#1J：8192”向X軸電機發(fā)送8192個計數(shù)，并在示波器中查看C信號脈沖的個數(shù)（2048為電機編碼器一圈反饋到PMAC控制器中的計數(shù)個數(shù)，經(jīng)過4倍細(xì)分后為8192）。在終端窗口中鍵入“I910”查看X軸電機碼盤譯碼方式及倍頻關(guān)系，當(dāng)I910為3或7時，編碼器經(jīng)過了4倍頻譯碼，即轉(zhuǎn)一圈需要8192個指令脈沖（電機編碼器反饋到PMAC的線數(shù)為2048線）。將X軸電機移動到中間位置，在PEWIN終端窗口鍵入“J：8192”讓電機轉(zhuǎn)動，查看電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)并做記錄。將I910號參數(shù)改為2或6（注意如果原來為3就改成2，原來為7就改為6，切不可搞錯，否則電機將因為編碼器譯碼方向錯誤而開環(huán)失去控制），使X軸碼盤的譯碼方式變成2倍頻正交譯碼。重復(fù)步驟4，讓電機轉(zhuǎn)動并記錄運動圈數(shù)。將I910號參數(shù)改為1或5（注意如果原來為2就改成1，原來為6就改為5，切不可搞錯，理由同步驟5），使X軸碼盤的譯碼方式變成1倍頻正交譯碼。（二）編碼器C信號作用及倍頻譯碼7、在PEWIN終端窗口鍵入“I912”，查看回零模式。在本教學(xué)設(shè)備中I912=3，為編碼器C信號上升沿和X軸原點信號高電平組合回原點。然后在終端窗口鍵入“#3HMZ”，將光柵反饋值清零。8、按操作面板的“回原點”按鈕，將X軸回到原點。在PEWIN終端窗口鍵入“I123”，查看X軸回原點的速度并記錄。9、將X軸平臺移動到中間位置，然后按“回原點”鍵使X軸回原點。此時記錄#3通道窗口顯示的位置值（光柵反饋值）。10、在終端窗口改動“I123”的值（減小或者加大），此值為X軸電機回零速度，注意不要將此值改的過大，過大由于磁力開關(guān)和電路的反應(yīng)時間限制將會沖過原點。11、將電機運行到中央，重復(fù)步驟12、13、14。來回做5次，記錄每次回原點后光柵的反饋結(jié)果。12、在終端窗口改變I912值為2，回零模式變?yōu)橐栽c開關(guān)的高電平有效，并且發(fā)送“#3HMZ”將光柵反饋清零，然后重復(fù)步驟12、13、14，記錄結(jié)果，并與上一次所記錄的結(jié)果進行比較，然后總結(jié)出結(jié)論，填寫表2。13、還可以繼續(xù)改變I912=1，以編碼器C脈沖信號上升沿作為回零標(biāo)志，按“回原點”按鈕，看看運行情況。（二）編碼器C信號作用及倍頻譯碼回零模式（I912值）回零速度（I123值，單位：cts/ms）回零絕對值（第三通道—原點處光柵反饋值）3（碼盤C信號同原點開關(guān)組合回零）2（原點開關(guān)回零）1（碼盤C信號回零）（二）編碼器C信號作用及倍頻譯碼

表2實驗前要首先了解機電一體化系統(tǒng)組成的有關(guān)知識。熟悉AS-100教學(xué)設(shè)備的使用及