課程設(shè)計(jì) 機(jī)電傳動(dòng)數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

1、目錄一.設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義21.2設(shè)計(jì)任務(wù)21.3設(shè)計(jì)參數(shù)明細(xì)2二總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)基本依據(jù)32.2總體方案確定，參數(shù)初設(shè)4三機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.0機(jī)械傳動(dòng)裝置的組成及原理53.1導(dǎo)軌的選擇53.2直流伺服電機(jī)的選型63.3同步皮帶的選擇及校核83.4聯(lián)軸器的選用103.5鍵的校核103.6滾動(dòng)軸承的選用與校核11四電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)的基本組成134.2電器元件的選型計(jì)算134.3電器元件的選型計(jì)算144.4電器控制電路的設(shè)計(jì)184.5 控制程序的設(shè)計(jì)及說(shuō)明20五.結(jié)束語(yǔ)30六.參考文獻(xiàn)30一設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技

2、能、提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設(shè)計(jì)是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)上的，是學(xué)生根據(jù)所學(xué)課程進(jìn)行的工程基本訓(xùn)練，課程設(shè)計(jì)的目的在于：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)(產(chǎn)品)的初步設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)或試驗(yàn)研究課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大知識(shí)領(lǐng)域。（2）培養(yǎng)學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書(shū)籍以及編寫(xiě)技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。（3）培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序和方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。（4）樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)內(nèi)容為機(jī)電控制系統(tǒng)（典型機(jī)電產(chǎn)品）設(shè)計(jì)，其

3、主要內(nèi)容包括：1）機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2）電氣測(cè)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)內(nèi)容必須包括一個(gè)模擬量控制。1.3設(shè)計(jì)參數(shù)明細(xì)詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械傳動(dòng)方式電氣控制方式功能控制要求直流伺服電機(jī)同步皮帶PLC控制位置控制表1：設(shè)計(jì)參數(shù)單向最大工作行程ls移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量m1負(fù)載移動(dòng)阻力Fj移動(dòng)速度控制v1500 mm100kg100N6 m/min表2：設(shè)計(jì)參數(shù)二 總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)基本依據(jù)直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理與一般直流電動(dòng)機(jī)基本相同。其用途是將電信

4、號(hào)（控制電壓或相位）轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有過(guò)載能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、損耗小、機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性的線性度好、體積小、重量輕等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生無(wú)線電干擾及摩擦轉(zhuǎn)矩較大。同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)帶齒與輪的齒槽相嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力。 傳輸用同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無(wú)滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大，一般可達(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50m/s，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，不需潤(rùn)滑，無(wú)污染，

5、因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下正常工作。 傳輸產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機(jī)械傳動(dòng)中。同步帶具有以下特點(diǎn)（1）傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；（2）傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；（3）傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯；（4）維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低；（5）速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；（6）可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。（7）相對(duì)于V型帶傳送，預(yù)緊力較小，軸和軸承上所受載荷??；可編程序控制器PL

6、C可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，能抗諸如電噪聲、電源波動(dòng)、振動(dòng)、電磁干擾等的干擾，能抗1000V、1s脈沖的干擾，能在高溫、高濕以及空氣中存有各種各種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣環(huán)境下可靠地工作，PLC能夠承受電網(wǎng)電壓的變化，即使在電源瞬時(shí)斷電的情況下，仍可以正常工作。另外PLC是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制的，其控制程序編在軟件中，實(shí)現(xiàn)程序軟件化，因而對(duì)于不同的控制對(duì)象都可以采用相同的硬件配置。PLC 提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。而且PLC體積小、能耗低、便于機(jī)電一體化。通過(guò)PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)際上控制時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)受脈沖控制。利用PLC產(chǎn)生高速脈沖串，調(diào)節(jié)脈沖頻率，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)

7、機(jī)啟動(dòng)加速、恒速運(yùn)行、減速停止過(guò)程。本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了啟動(dòng)、停止、設(shè)置行程等按鈕。還采用了直流伺服電動(dòng)機(jī)的專門(mén)控制芯片PMM8713，利用單片機(jī)定時(shí)中斷的方法輸出脈沖給PMM8713芯片，通過(guò)PMM8713芯片和功率放大器把脈沖分配給直流伺服電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。再通過(guò)帶動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)滑動(dòng)平臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)于位置控制，在平臺(tái)始末兩端安裝2個(gè)行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)竭_(dá)始末2端時(shí)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)的方向旋轉(zhuǎn)，使平臺(tái)方向運(yùn)行。同時(shí)還增加了平臺(tái)行程的設(shè)置功能，當(dāng)需要改變平臺(tái)的行程，通過(guò)擴(kuò)展的鍵盤(pán)就可以實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)的總體工作原理如下圖所示：指令脈沖發(fā)生器脈沖分配器脈沖放大器直流伺服電機(jī)工作機(jī)構(gòu)2.2總體方案確定，

8、參數(shù)初設(shè)如下：電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：直流伺服電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)方式：同步皮帶電氣控制方式：PLC控制功能控制要求：位置控制主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蜃畲蠊ぷ餍谐?500mm； 移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量m1100kg；工作臺(tái)重量m250kg； 負(fù)載移動(dòng)阻力100N；移動(dòng)速度控制6選用矩形導(dǎo)軌；工作臺(tái)滑動(dòng)摩擦系數(shù)；三機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.0機(jī)械傳動(dòng)裝置的組成及原理本機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)，由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作臺(tái)、同步皮帶傳動(dòng)裝置以及直流伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)同步皮帶，同步皮帶帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、同步皮帶和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門(mén)廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)

9、只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。姓名設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和過(guò)程結(jié)果3.1導(dǎo)軌的選擇1.已知條件本設(shè)計(jì)選擇同步帶單向工作行程ls=1500mm移動(dòng)速度v=6m/min 負(fù)載質(zhì)量m1=100kg采用2根導(dǎo)軌、4個(gè)滑塊，工作平臺(tái)和滑塊的質(zhì)量m2假設(shè)為50kg.壽命要求：每天開(kāi)機(jī)8h，一年按300個(gè)工作日，壽命8年以上初選矩形滑動(dòng)導(dǎo)軌2動(dòng)載荷的計(jì)算作用在滑塊上的力F=m1+m2×g=1500N則單個(gè)滑座受力F=F4=20004=375N導(dǎo)軌壽命Th=8×300×8=19200h行程長(zhǎng)度壽命：Ts=2Thls

10、n103其中n為每分鐘運(yùn)行的次數(shù)n=v2ls=62×1.5=2Ts=2×19200×1.5×60×21000=6912m設(shè)計(jì)平臺(tái)上共有滑塊4個(gè)，每根導(dǎo)軌2個(gè)滑塊。有Ts=kfHfTfcfwCaF3k壽命系數(shù)取k=50fH硬度系數(shù)取fH=1fT溫度系數(shù)取fT=1fc接觸系數(shù)取fc=0.81fw負(fù)荷系數(shù)取fw=1.5則動(dòng)載荷有：Ca=F3Ts/kfwfHfTfc=375×36912/50×1.51×1×0.81=3590.72N已知?jiǎng)虞d荷Ca=3590.72N查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)導(dǎo)軌選擇型號(hào)：HSR 15TA

11、滾動(dòng)導(dǎo)軌基本額定載荷為7600N每個(gè)滑塊的質(zhì)量為0.2kg3.2直流伺服電機(jī)的選型SZ系列直流伺服電機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、力能指標(biāo)高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)牢固等特點(diǎn)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件或小功率驅(qū)動(dòng)原件。直流伺服電機(jī)的選擇要滿足慣量匹配和容量匹配原則。同時(shí)，由于直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性較軟，常用于閉環(huán)控制，因此對(duì)于直流伺服電機(jī)的選擇，還應(yīng)考慮固有頻率和阻尼比等。這里，只考慮容量匹配原則。1）電機(jī)功率計(jì)算：取工作臺(tái)滑動(dòng)摩擦系數(shù)=0.15電機(jī)拖動(dòng)力：FT=F+Fj=0.15×100+50×10+ 100=325N其中:FZ運(yùn)載負(fù)荷 Fj負(fù)載移動(dòng)阻力電機(jī)功率：PL=FT×v12

12、3=343254×60.99×0.98×1×60=33.5W其中：1撓性聯(lián)軸器效率，取0.99 2同步帶效率，取0.98 3導(dǎo)軌效率，取1根據(jù)PNPL，查機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)表31-58，選擇90SZ57型電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)。額定功率PN=500W，額定輸出轉(zhuǎn)矩TN=3250Nm，轉(zhuǎn)速1500r/min，電壓V=220V，電樞電流不大于3.7A，勵(lì)磁電流不大于0.13A，機(jī)座外徑Dj=90mm。3.3同步皮帶的選擇及校核取傳動(dòng)比i=1，n1=nN=1500r/min1）設(shè)計(jì)功率Pd 由手冊(cè)查得Pd=(K0+K1+K2)PN=1.8×0.5KW=0.

13、9KW 其中：K0為工況系數(shù)，取1.7； K1為張緊輪影響系數(shù)，取0.1； K2為增速傳動(dòng)系數(shù)，取0； 2）選定帶型和節(jié)距根據(jù)Pd=0.9KW和n1=1500r/min查手冊(cè)確定為 L型，節(jié)距pb=9.525mm 3）小帶輪齒數(shù)z1根據(jù)帶型L和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由手冊(cè)查得小帶輪的最小齒數(shù)z1min=14此處取z1=60 4）小帶輪節(jié)圓直徑d1d1=z1pb=60×9.525mm=181.91mm5）大帶輪齒數(shù)z2 z2=iz1=1×60=60，按手冊(cè)取z2=60 6）大帶輪節(jié)圓直徑d2d2=z2pb=60×9.525mm=181.91mm7）帶速vv=d1n160&#

14、215;1000=×181.91×150060×1000=14.3m/s<vmax 8）初定軸間距a00.7d1+d2=0.7181.91+181.91=254.67mm2d1+d2=2181.91+181.91=727.64mm由于0.7d1+d2<a0<2d1+d2取a0=700mm 9）帶長(zhǎng)及其齒數(shù)L0=2a0+2d1+d2+d2-d124a0=2×700+2181.91+181.91+181.91-181.9124×500mm=1971.49mm查表得應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為863的L型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)Lp=2190.75mm

15、,節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù)zb=230。10）實(shí)際軸間距a此結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整aa0+Lp-L02=700+2190.75-1971.492=810mm11）小帶輪嚙合齒數(shù)zmzm=z121-pbz2-z12a=6021-9.52560-603.142×514=30 12）基本額定功率P0P0=Ta-mv2v1000Ta寬度為bs0的帶的許用工作拉力（N） m寬度為bs0的帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量（kg/m）由手冊(cè)查得bs0=25.4mm，Ta=244.46N，m=0.095kg/mP0=244.46-0.095×14.32×14.31000kW=3.2kW13）所需帶寬bsbs=

16、bs01.14PdKzP0按zm=30查得Kz=1bs=25.4×1.140.91×3.2=8.35mm由手冊(cè)查得，應(yīng)選帶寬代號(hào)為100的L型帶，其bs=25.4mm14)作用在軸上的力Fr Fr=Pdv×1000=0.914.3×1000=62.94N 3.4 聯(lián)軸器的選用90SZ57型直流伺服電動(dòng)機(jī)輸出軸的直徑為d=10mm，根據(jù)手冊(cè)選用HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器。其許用轉(zhuǎn)矩Tn=160Nm許用轉(zhuǎn)速np=7100r/min軸孔直徑d=12mm軸孔長(zhǎng)度L=32mm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.0064kgm23.5鍵的校核1）連接伺服電機(jī)與聯(lián)軸器上鍵的校核選A型普通平鍵

17、，d=11mm查手冊(cè)，選鍵：b=4mm，h=4mm，L=30mm平鍵的主要失效形式是工作面的過(guò)度磨損，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，驗(yàn)算其擠壓強(qiáng)度，對(duì)于鋼軸，承受輕微沖擊，查表得其許用壓應(yīng)力p=120MPa強(qiáng)度條件為：p=2T×103kldp鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=30-4=26mm，T=FTd12=325×181.91×10-32=29.56Nm，k=0.5h=2mm，則p=2×29.56×10002×26×11=103.36MPap<p，符合要求2）連接聯(lián)軸器和同步帶輪的鍵的校核連接伺服電機(jī)與聯(lián)軸器的鍵與連接聯(lián)軸器與同步帶輪的鍵

18、采用相同的鍵，對(duì)于同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩同樣能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3）同步帶輪上鍵的校核選A型普通平鍵，d=20mm查手冊(cè)，選鍵：b=6mm，h=6mm，L=20mm強(qiáng)度條件為：p=2T×103kldp鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=20-6=14mm，T=FTd12=325×181.91×10-32=29.56Nm，k=0.5h=3mm，則p=2×29.56×1033×14×20=70.38MPap<p，符合要求3.6滾動(dòng)軸承的選用和校核根據(jù)以上數(shù)據(jù)作出帶輪軸的簡(jiǎn)圖：初選軸承為深溝球軸承，型號(hào)為6002基本額定載荷為Cr=5.58kN，

19、C0r=2.85kN受力情況如下圖FrR1 R2軸承支反力為Fr=62.94N軸承支反力R1=R2= Fr2=31.47N軸承當(dāng)量動(dòng)載荷為P=fp(XFr+YFa)取fp=1.1，P=1.1×1×31.47=34.62N計(jì)算軸承壽命：取溫度系數(shù)ft=1，故Ln=10660nftCP3=10660×15001×558034.623=46524198h因?yàn)長(zhǎng)n19200h，所以軸承符合要求。 6002軸承基本尺寸：內(nèi)圈直徑 d=15mm外圈直徑 d=32mm軸承寬度 B=9mm軸承質(zhì)量 W=0.031kg靜載荷Cr=5.58kN，動(dòng)載荷C0r=2.85kNl

20、s=1500mv=6m/minm1=100kgm2=50kgF=1500N=375NTh=19200hn=2Ts=6912mk=50fH=1fT=1fc=0.81fw=1.5Ca=3590.72N型號(hào) HSR 15TA=0.15FT=325NPL=33.5WPN=500WTN=3250NmnN=1500r/minDj=90mmi=1n1=1500r/minPd=0.9KWpb=9.525mmz1=60d1=181.91mmz2=60d2=181.91mmv=14.3m/sa0=700mmL0=1971.49mmLp=2190.75mmzb=230a810mmzm=30P0=3.2kWbs=25

21、.4mmFr=62.94NTn=160Nmnp=7100r/mind=12mmL=32mmJ=0.0064kgm2b=4mmh=4mmL=30mmp=120MPa符合要求b=6mmh=6mmL=20mm符合要求Cr=5.58kNC0r=2.85kNFr=62.94NR1=R2=31.47NP=34.62N符合要求d=15d=32B=9mW=0.031Cr=5.58kNC0r=2.85kN四 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電器系統(tǒng)的控制要求在本設(shè)計(jì)中我要做的是數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的位置控制，由于工作臺(tái)的移動(dòng)速度已給定，根據(jù)工作行程的計(jì)算可算出單向行程的行走時(shí)間，通過(guò)PLC的計(jì)時(shí)器功能，控制其正反轉(zhuǎn)，由可編程控

22、制器通過(guò)PTO/PWM控制，輸出脈沖和方向控制信號(hào)，控制直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，進(jìn)而控制工作臺(tái)的前進(jìn)和后退，達(dá)到對(duì)工作臺(tái)位置的控制。而且通過(guò)選擇合適的伺服驅(qū)動(dòng)器和在可編程控制器中把高速計(jì)數(shù)指令和PTO/PWM控制結(jié)合實(shí)用實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。需要驅(qū)動(dòng)器來(lái)連接電機(jī)和PLC，這里選用BDMC3606S 直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器。PLC種類繁多。通過(guò)分析功能要求，我選擇德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的SIMATIC S7-224PLC。4.2控制系統(tǒng)的基本組成伺服電機(jī)是一種特殊的機(jī)電元件，不能直接接到直流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動(dòng)器。直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性較軟，常用于閉環(huán)控制。閉環(huán)系統(tǒng)是負(fù)反饋控制系統(tǒng)。檢測(cè)元件將執(zhí)行

23、部件的位移、轉(zhuǎn)角、速度等量變換成電信號(hào)，反饋到系統(tǒng)的輸入端并與指令進(jìn)行比較，得出誤差信號(hào)的大小，然后按照減小誤差大小的方向控制驅(qū)動(dòng)電路， 直到誤差減小到零為止。反饋檢測(cè)元件一般精度比較高，系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的誤差、閉環(huán)內(nèi)各元件的誤差以及運(yùn)動(dòng)中造成的誤差都可以得到補(bǔ)償， 從而大大提高了系統(tǒng)的跟隨精度和定位精度。閉環(huán)系統(tǒng)的定位精度可達(dá)0.001-0.003mm。根據(jù)檢測(cè)元件的安裝位置，閉環(huán)系統(tǒng)分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。位置檢測(cè)元件直接安裝在最后的移動(dòng)部件上，形成全閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示。伺服電動(dòng)機(jī)速度比較位置比較 指令 4.3 電器元件的選型計(jì)算4.3.1驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)4.31.1 工作模式和輸

24、入控制源說(shuō)明本伺服驅(qū)動(dòng)器可以工作在電流控制器，速度控制器和位置控制器模式。這幾種模式可以和不同的輸入控制源進(jìn)行組合。輸入源可以通過(guò)SOR指令指定，目前有以下幾種輸入源：SOR0：設(shè)為模擬電壓輸入源SOR1：設(shè)為RS232輸入源SOR2：設(shè)為PWM輸入源SOR4：設(shè)為PPM輸入源SOR5：設(shè)為脈沖/方向輸入源（僅用于位置模式）而目前支持的工作模式有以下幾種：C：電流控制器模式V：速度控制器模式M：位置控制器模式U：電壓調(diào)節(jié)器模式對(duì)于特定的工作模式，只能選擇特定的輸入控制源，比如電流控制器模式目前只能選擇RS232輸入源；而某些輸入控制源，也只能用于特定的工作模式，比如脈沖/方向輸入源只能用于位置

25、模式。目前可以搭配的工作模式和輸入控制源如下表所示：使用前的初始設(shè)置本伺服驅(qū)動(dòng)器出廠時(shí)，默認(rèn)設(shè)置的編碼器分辨率為512線（ENCRES2048）。在設(shè)置位置，速度和加速度等參數(shù)之前，必須先設(shè)置編碼器的分辨率。編碼器設(shè)置指令功能詳細(xì)說(shuō)明ENCRES設(shè)置編碼器分辨率設(shè)置編碼器分辨率，輸入值應(yīng)為實(shí)際分辨率的4倍。默認(rèn)設(shè)置：ENCRES2048 GENCRES查看所設(shè)置的編碼器分辨率查看所設(shè)置的編碼器分辨率4.3.1.2位置控制器工作模式通過(guò)選擇位置控制源，并給出位置命令。采用脈沖方向位置控制，曲線發(fā)生器或直接從外部輸入的位置信號(hào)作為設(shè)定位置，通過(guò)位置控制環(huán)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。位置控制器的控制源選擇：

26、脈沖/方向控制在脈沖/方向控制(仿步進(jìn)電機(jī)控制方式)下，在脈沖輸入端 Pulse 每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)將按程序設(shè)定的角度值（步進(jìn)角）前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)方向可以由方向控制引腳 DIR確定。R7(Pulse)作為脈沖輸入端，R6(DIR)作為方向輸入端，SGND可以選擇L5或R5。與普通步進(jìn)電機(jī)相比，這種工作方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：􀂋 每轉(zhuǎn)步數(shù)和步寬可編程設(shè)定，分辨率非常高；􀂋 沒(méi)有由于齒槽效應(yīng)而引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p失；􀂋 電機(jī)實(shí)際位置動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不會(huì)產(chǎn)生“丟步”現(xiàn)象；􀂋 到達(dá)目標(biāo)位置后電機(jī)不再耗電；模式和輸入源設(shè)置要工作在脈沖方向位置控制模式下，需

27、要設(shè)置控制器模式為位置控制器模式，且輸入控制源為脈沖方向輸入。設(shè)置如下：指令功能詳細(xì)說(shuō)明M設(shè)置控制器為位置控制器模式設(shè)置電機(jī)控制模式為位置控制模式，后面不可帶參數(shù)。 SOR5設(shè)置脈沖方向控制模式設(shè)置脈沖方向控制模式，該模式可以和位置控制模式組合為脈沖方向位置控制。控制參數(shù)說(shuō)明最高輸入頻率：400KHz。這種工作模式能同時(shí)實(shí)現(xiàn)位置和速度控制。由于允許設(shè)置步寬（STW）與步數(shù)（STN），輸入頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速的比率可以根據(jù)需要設(shè)置。下面的公式表明了轉(zhuǎn)速和脈沖頻率之間的關(guān)系：電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)=輸入脈沖數(shù)×STWSTN電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)： 電機(jī)輸出端所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)；輸入脈沖數(shù)： 在輸入端所接收到的脈沖總數(shù)；STW:

28、 步寬（每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)所走的步數(shù)）；STN: 步數(shù)（每旋轉(zhuǎn)一圈所需要前進(jìn)的步數(shù)，等同于360度除以步進(jìn)角）。STN和STW的范圍：0到60000?？刂茀?shù)設(shè)置指令功能詳細(xì)說(shuō)明STW設(shè)置步寬設(shè)置每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)所走的步數(shù)STN設(shè)置步數(shù)設(shè)置每旋轉(zhuǎn)一圈所需要前進(jìn)的步數(shù)4.3.1.3位置PD調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整調(diào)整位置PD調(diào)節(jié)器參數(shù)可以改善電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。一般說(shuō)來(lái)，實(shí)際的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生變化后(如更換電機(jī)，編碼器更換為更高精度)，通過(guò)使用Motion Terminal軟件監(jiān)控響應(yīng)曲線，適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)，觀察動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，以達(dá)到滿意的效果。因?yàn)檫@將明顯影響性能，所以請(qǐng)仔細(xì)調(diào)節(jié)。以下是相關(guān)指令(也可以通過(guò)M

29、otion Terminal軟件菜單欄中相應(yīng)選項(xiàng)設(shè)置)指令功能詳細(xì)說(shuō)明PP設(shè)定位置比例系數(shù)設(shè)定比例系數(shù)，數(shù)值范圍：03000 缺省設(shè)置：PP10PD設(shè)定位置微分系數(shù)設(shè)定積分系數(shù)，數(shù)值范圍：03000 缺省設(shè)置：PD54.3.2 PLC設(shè)計(jì)對(duì)于S7-224CPU的數(shù)字量I/O輸入線，使用24V直流電作為其電源，使用NPN型接法；其輸出線使用繼電器觸點(diǎn)，并且使用220V交流電作為其電源。PMM8713伺服電機(jī)脈沖分配器，在此處使用其單脈沖輸入方式，兩相勵(lì)磁，相應(yīng)的輸入部分接線方式為：EA、EB接低電平，Cf接高電平，從而達(dá)到兩相勵(lì)磁的目的；CU、CD接低電平，CK接S7-224高速脈沖輸出端（Q0

30、.0），U/D接S7-224轉(zhuǎn)向控制輸出端（Q0.1）,從而達(dá)到單脈沖輸入方式的目的； PMM8713僅將13三個(gè)引腳連線，并作為ULN2003的輸入信號(hào)引線。PMM8713其它引腳均懸空。將PMM871313引腳產(chǎn)生的三相脈沖信號(hào)接入功率放大器ULN2003的輸入端IN1IN3，從其輸出端OUT1OUT3即可獲得功率得到放大的三相脈沖信號(hào)，并可以直接作為步進(jìn)電機(jī)110BF003的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。磁阻式步進(jìn)電機(jī)110BF003 A、B、C三相分別與ULN2003的OUT1、OUT2、OUT3相連接；驅(qū)動(dòng)該步進(jìn)電機(jī)的電源為80V交流電。4.4 電氣控制電路的設(shè)計(jì)4.4.1 驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì)4.

31、4.1.1按照伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明書(shū)上的"位置控制模式控制信號(hào)接線 3(PULS1)，4(PULS2)為脈沖信號(hào)端子，PULS1連接直流電源正極(24V電源需串連2K左右的電阻),PULS2連接控制器(如PLC的輸出端子)。 5(SIGN1)，6(SIGN2)為控制方向信號(hào)端子，SIGN1連接直流電源正極(24V電源需串連2K左右的電阻),SIGN2連接控制器(如PLC的輸出端子)。當(dāng)此端子接收信號(hào)變化時(shí)，伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向改變。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方向由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的P41，P42這兩個(gè)參數(shù)控制。 7(com+)與外接24V直流電源的正極相連。 29(SRV-0N),伺服使能信號(hào)，此端子與外接

32、24V直流電源的負(fù)極相連，則伺服電機(jī)進(jìn)入使能狀態(tài)，通俗地講就是伺服電機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好，接收脈沖即可以運(yùn)轉(zhuǎn)。 上面所述的六根線連接完畢(電源、編碼器、電機(jī)線當(dāng)然不能忘)，伺服電機(jī)即可根據(jù)控制器發(fā)出的脈沖與方向信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)。其他的信號(hào)端子，如伺服報(bào)警、偏差計(jì)數(shù)清零、定位完成等可根據(jù)要求接入控制器。構(gòu)成更完善的控制系統(tǒng)。 4.4.1.2設(shè)置伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)1、Pr02-控制模式選擇，設(shè)定Pr02參數(shù)為0或是3或是4。3與4的區(qū)別在于當(dāng)32(C-MODE)端子為短路時(shí)，控制模式相應(yīng)變?yōu)樗俣饶Ｊ交蚴寝D(zhuǎn)矩模式，而設(shè)為0，則只為位置控制模式。因?yàn)橹灰笪恢每刂?，所以Pr02設(shè)定為0或是3或是4是一樣的。 2、P

33、r10，Pr11,Pr12-增益與積分調(diào)整，在運(yùn)行中根據(jù)伺服電機(jī)的運(yùn)行情況相應(yīng)調(diào)整,達(dá)到伺服電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)然其他的參數(shù)也需要調(diào)整(Pr13，Pr14,Pr15,Pr16，Pr20也是很重要的參數(shù))，只調(diào)整這三個(gè)參數(shù)也可以滿足基本的要求. 3、Pr40-指令脈沖輸入選擇，默認(rèn)為光耦輸入(設(shè)為0)即可。也就是選擇3(PULS1)，4(PULS2)，5(SIGN1)，6(SIGN2)這四個(gè)端子輸入脈沖與方向信號(hào)。 4、Pr41，Pr42-簡(jiǎn)單地說(shuō)就是控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向。Pr41設(shè)為0時(shí)，Pr42設(shè)為3,則5(SIGN1)，6(SIGN2)導(dǎo)通時(shí)為正方向(CCW)，反之為反方向(CW)。Pr41設(shè)

34、為1時(shí)，Pr42設(shè)為3,則5(SIGN1)，6(SIGN2)斷開(kāi)時(shí)為正方向(CCW)，反之為反方向(CW)。(正、反方向是相對(duì)的). 5、Pr48,Pr4A,Pr4B-電子齒輪比設(shè)定。此為重要參數(shù)，其作用就是控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與控制器發(fā)送一個(gè)脈沖時(shí)電機(jī)的行走長(zhǎng)度。其公式為： 伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)=編碼器分辨率 × Pr4B(Pr48 × 2Pr4A) 伺服電機(jī)所配編碼器如果為:2500p/r 5線制增量式編碼器，則編碼器分辨率為10000p/r。如我要做到控制器發(fā)送一個(gè)脈沖伺服電機(jī)行走長(zhǎng)度為0.01mm。計(jì)算得知：伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要2000個(gè)脈沖。(每轉(zhuǎn)一圈所需脈沖

35、確定了，脈沖頻率與伺服電機(jī)的速度的關(guān)系也就確定了)三個(gè)參數(shù)可以設(shè)定為：Pr4A=0，Pr48=10000，Pr4B=2000，約分一下則為：Pr4A=0，Pr48=100，Pr4B=20。 從上面的敘述可知:設(shè)定Pr48,Pr4A,Pr4B這三個(gè)參數(shù)是根據(jù)控制器所能發(fā)送的最大脈沖頻率與工藝所要求的精度。在控制器的最大發(fā)送脈沖頻率確定后，工藝精度要求越高，則伺服電機(jī)能達(dá)到的最大速度越低。 做好上面的工作，編制好PLC程序，就可以控制伺服運(yùn)轉(zhuǎn)了。4.4.2 PLC電路設(shè)計(jì)4.5 控制程序的設(shè)計(jì)及說(shuō)明4.5.1 輸入、輸出地址的分配根據(jù)控制電路的組成，可得出 S7-224 在系統(tǒng)中所應(yīng)用的輸入和輸出分別為：4.5.2程序框圖1）主程序框圖2）PTO高速脈沖發(fā)生器控制框圖4.5.3 S7-224PTO寄存器的相關(guān)計(jì)算數(shù)控平臺(tái)走完全程（L=1200mm），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)n=Ld=1200×363.83=1.04986圈。電機(jī)需轉(zhuǎn)過(guò)的角度為360n=377.95。所選電機(jī)等價(jià)步距角 0.75，因此完成全部行程所需要的脈沖數(shù)為377.95&