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工作臺直流伺服系統控制部分(一)
目 錄
畢業任務書 1
摘 要 5
ABSTRACT 6
前 言 7
第一章 工作臺的機械設計部分 9
1.1選擇滾珠絲杠副 9
1.1.1 滾珠絲杠副傳動機構的工作原理 9
1.1.2 滾珠絲杠副的特點 9
1.1.3 滾珠絲杠副的安裝 10
1.1.4 根據已知條件設計滾珠絲杠副 11
1.2 選擇減速器 14
1.3 伺服電機的選擇 14
1.3.1 執行元件的特點 14
1.3.2 直流伺服電機 14
1.4 聯軸器的設計 16
⒈4.1 聯軸器的特點 16
1.4.2減速器與電機間的聯軸器的設計 16
1.4.3 減速器與絲杠間的聯軸器設計 17
1.5 滾動軸承的設計 17
1.6 導軌的設計 18
1.6.1 導軌的特點 18
1.6.2 導軌的基本要求 18
1.6.3 根據要求設計導軌 19
1.7 機床工作臺即總體結構設計 20
第二章 工作臺的控制設計部分 21
2.1 閉環控制的伺服系統設計 21
2.1.1 關于伺服系統 21
2.1.2 閉環伺服系統的設計 23
2.2 調速系統的設計——閉環脈寬直流調速 24
2.3 檢測系統的設計——光柵 29
2.3.1 數字信號檢測系統組成 29
2.3.2 多路信號采集細分 29
2.3.3 檢測信號的采集與預處理 32
第三章 接口設計 34
3.1 接口的功能與分類 34
3.2 信息采集接口 35
3.2.1 ADC0809的結構 35
3.2.2 ADC0809的接口設計 37
3.3 控制輸出接口 38
3.3.1 DAC0832結構 39
3.3.2 D/A輸出接口電路設計 40
第四章 結 論 41
結 束 語 42
致 謝 43
參考文獻 43
附 錄 44
附錄1： ADC0809的程序設計 44
附錄2：8031的執行程序 44
摘 要
設計的目的是設計一個工作臺的控制部分。要求是切削力是15千克，工作臺的重量是10千克，伺服系統的執行元件為直流伺服電機，伺服系統為閉環伺服系統，單坐標，脈寬調速，工作臺的行程為300毫米，工作臺傳動精度為±0.03毫米,檢測元件為光柵，其每個計數脈沖代表的位移量是0.005毫米。
本設計包括兩大部份，第一部分為工作臺的機械設計。根據給定的工作臺的切削力、傳動精度、行程等確定絲杠為滾珠絲杠副FC1-2004-2.5,由絲杠的尺寸及轉矩，選擇減速器為XB1-50型的諧波減速器，本根據諧波減速器的輸入力矩尺寸及減速比，選擇伺服電機為直流伺服電機110SZ07，其轉速為10000rpm，然后設計元器件間的聯軸器，包括減速器與電機軸間的半圓鍵套筒聯軸器、減速器與絲杠間的平鍵套筒聯軸器，設計軸承，導軌為HJG-D25的滾動導軌，及工作臺的總體結構。
第二部分為工作臺的控制部分。伺服系統為閉環直流伺服系統，調速系統為閉環脈寬調速系統，檢測系統為矩形光柵，最后設計接口設計，接口設計主要是機電接口的設計。
關鍵詞：單坐標，直流伺服電機，脈寬調速，閉環，矩形光柵
ABSTRACT
In this paper, a part of controlling of plates is designing. The cutting force demanded is 15 kg. The weight of the plates is 10 kg. The appliance of servo system which is closed loop servo system is direct current servo electromotor. The servo system whose velocity is modulated by the width of pulse(PWM) is single coordinate. The unilateral maximum length of excursion of plates is 300 mm. The transmission precision of plates is ±0.03 mm. The inspect appliance is rectangular raster, whose each pulse taken count of represents 0.05mm placement
In the first part, in the basis of the cutting force , the transmission precision , the excursion and so on which are demanded , we can confirm the thread bar whose type is ball bearing thread bar FC1-2004-2.5 . Then basing the selective thread bar, we can select the speed reducer whose model is XB1-50 . Basing the selective harmonies waves speed reducer ,we can confirm the servo electromotor whose type is 110SZ07 . Then we can design the spindles of every component ,which conclude the spindle of between the speed reducer and electromotor axis, which is a round bond sleeve spindle and the spindle between the speed reducer and the thread bar, which is flat bond sleeve spindle , the bearing , the track whose type is roll track HJG-D25, and the collective structure of the plate.
In the second part, first, we can design the servo system, which is closed loop direct current servo system. Second, we can design the speed modulated system, that is PWM. Third , we can design the inspect system ,which is rectangular raster system. In the last, we need design the interfaces of each components, in which the mechatrony interfaces are more important.
KEYWORDS: single coordinate, direct current servo electromotor, PWM, closed-loop, rectangular raster
前 言
本論文的目的在于學會使用《機械設計手冊》等重要參考資料，以便于將來工作時能夠駕輕就熟。論文的側重點在于機電一體化的設計。既要設計工作臺的機械部分，如絲杠、軸承、導軌等，又要設計工作臺的控制部分，如調速系統、檢測系統、伺服系統。其中又以控制部分為主要設計目標。
隨著生產和技術的發展，在以機械、電子技術為主的多門技術相互滲透相互結合過程中逐漸形成和發展起來一門新的邊緣技術——機電一體化技術。機電一體化技術是建立在機械技術、微電子技術、計算機技術和信息處理技術、自動控制技術、傳感與測試技術、電力電子技術、伺服驅動技術、系統總體技術等現代高新技術群體基礎上的一種高新技術。機電一體化的目的是使產品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同時又能省材料、省能源，并使產品向輕、薄、細、小、巧的方向發展，以不斷滿足人們生活的多樣化要求和生產的省力化、自動化需求。機電一體化產品是具有搞技術含量的產品，其技術附加值隨機電結合程度的加深而提高。機電一體化產品一般都需具備五種內部功能，即主功能、動力功能、計測功能、控制功能和構造功能。其五個基本要素示：
機械本體 本設計包括絲杠、聯軸器、導軌、軸承等支持結構，屬于基礎部分，實現產品的構造功能。
動力源 本設計包括直流伺服電機、電源等執行元件及其驅動電路，向系統提供能量，并將輸入的能量轉換成需要的形式，實現動力功能。
檢測與傳感裝置 本設計包括光柵、單片機8031、0809及其信號檢測電路用于對工作臺運行時的速度位移等進行檢測，提供運行控制所需的各種信息，實現計測功能。機電一體化要求傳感器能夠快速精確地獲取信息并經受各種嚴酷環境的考驗。但是由于目前檢測與傳感技術還不能與機電一體化的發展相適應，使得不少機電一體化產品不能達到滿意的效果或無法實現設計。因此，大力開展檢測與傳感技術的研究對發展機電一體化具有十分重要的意義。
控制與信息處理裝置 本設計包括脈寬調速系統根據產品的功能和性能要求以及傳感器的反饋信息，進行處理運算和決策，對產品運行是以相應的控制，實現控制功能。這一要素目前正向著高可靠性柔性和智能化方向發展。
執行結構 包括機械傳動和操作機構，在控制信息作用下完成要求的動作，實現產品的主功能。本工作臺的執行結構在此將不再涉及。
機電一體化對機械系統的基本要求是高精度、快速反應、良好的穩定性。其機械系統應包括三大部分：傳動機構（本設計是滾珠絲杠副）導向機構（本設計是導軌）執行機構（在此不涉及）。對檢測系統的基本要求是精度、靈敏度和分辨率，線性穩定性和重復性好，抗干擾能力強，靜、動態特性好。
控制系統是由控制裝置、執行機構、被控對象及傳感與檢測裝置所構成的整體�？刂葡到y設計首要解決的問題是建立被控對象的數學模型。目前在機電一體化產品中，多數是以微型機為核心構成控制裝置。控制器是控制系統中實現控制功能的核心，在微型機控制系統中，采用以控制算法及相應的控制軟件為主的數字控制器來實現對整個系統的控制功能。
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