2022年机电一体化大学本科方案设计书1 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 河南职业技术学院毕 业 论 文院校:河南职业技术学院题目:机电一体化中的电机掌握与爱护专业:机电一体化班级: 07 级姓名:靳振平内容摘要: 据机电一体化技术的进展前景,提出一种新型电动执行机构的设名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 计方案,具体介绍了该执行机构各功能元件的选型与设计、阀位及速度掌握原理以 及各种关键问题的解决方法;该执行机构将阀门、伺服电机、掌握器合为一体,采 用 8031 单片机、变频技术实现了阀门的动作速度和位置掌握,解决了阀门的精确定 位、阀门
2、柔性开关、极限位置判定、电机爱护及模拟信号隔离等技术问题;现场运行情形说明,该电动执行机构具有动作快、爱护完善以及便于和运算机通讯等优 点,充分利用了机电一体化技术带来的便利快捷;关键词: 电动机阀门继电器爱护机电一体化技术总结引 言名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在现代化生产过程掌握中,执行机构起着特别重要的作用,它是自动掌握系统中不可缺少的组成部分;现有的国产大流量电动执行机构存在着掌握手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、牢靠性差等问题;而且执行机构的全程运行速度取决于其 电机的输出轴转速和其内部
3、减速齿轮 的减速比,一旦出厂,这一速度固定不行调整,其通用性较弱;整个机构缺乏完善的爱护和故障诊断措施以及必要的 通信 手段,系统的安全性较差,不便与运算机联网;鉴于以上缘由,采纳传统的大流量电动执行机构的掌握系统,牢靠性和稳固性较差;随着运算机网络 、现场总线等技术在工业过程中的应用,这种执行机构已远远不能满意工业生产的要求;笔者 设计的大流量电动执行机构,采纳机电一体化技术,将阀门、伺服 电机 、掌握器合 为一体,利用异步 电动机 直接驱动阀门的开与关;通过内置变频器,采纳模糊神经网络,实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机 转矩等掌握;该电动执行机构省去了用于掌握 电机 正、反转
4、的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的掌握柜和配电柜,具有动作快、爱护较完善、便于和运算机联网等优点;实际运行说明,该执行机构工作稳固,性能牢靠;自电子技术一问世 , 电子技术和机械技术的结合就开头了 , 只是显现了半导体集成电路 , 特别是显现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后 , 机电一体化 技术之后有了明显进展 , 引起了人们的广泛注意 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章 机电一体化技术进展历程及其趋向 机电一体化是机械、微电子、掌握、运算机、信息处理等多学科的交叉融合,其
5、进展和进步 有赖于相关技术的进步与进展,其主要进展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化;11 机电一体化技术进展历程1. 数控机床的问世 , 写下了 机电一体化 历史的第一页;2. 微电子技术为 机电一体化 带来勃勃愤怒;3. 可编程序掌握器、 电力电子 等的进展为 机电一体化 供应了顽强基础;4. 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使 12 机电一体化进展趋向1 数字化 机电一体化 跃上新台阶 . 微掌握器及其进展奠定了机电产品数字化的基础,如不断进展的数控机床和机 器人;而运算机网络的快速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚拟设计、运算机集成制
6、造等;数字化要求机电一体化产品的软件具有高牢靠性、易操作性、可爱护性、自诊断才能以及友好人机界面;数字化的实现将便于远程操作、诊断和 修复;2 智能化即要求机电产品有肯定的智能, 使它具有类似人的规律摸索、判定推理、自主决策等才能;例如在CNC数控机床上增加人机对话功能,设置智能I/O 接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和爱护带来极大的便利;随着模糊掌握、神经网络、灰 色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与进展,为机电一体化技术 进绽开创了宽阔天地;3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、动 力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂
7、而有前途的工作;如研制 具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、识别和测 距等功能的电机一体掌握单元等;这样,在产品开发设计时,可以利用这些标准模 块化单元快速开发出新的产品;4 网络化名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由于网络的普及,基于网络的各种远程掌握和监视技术方兴未艾;而远程掌握的终端设备本身就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以运算机为中心的运算机集成家用电器系统,使人们在家里可充共享受各种高技术带来的好处,因此,机电一
8、体化产品无疑应朝网络化方向进展;5 人性化机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品给予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,仍要求在颜色、造型等方面与环境相和谐,使用这些产品,对人来说仍是一种艺术享受,如家用机器人的最高境域就是人机一体化;6 微型化微型化是精细加工技术进展的必定,也是提高效率的需要;微机电系统 Micro Electronic Mechanical Systems,简称 MEMS是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和掌握电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统;自 1986 年美国斯坦福高校研制
9、出第一个医用微探针,1988 年美国加州高校 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来,国内外在 MEMS工艺、材料以及微观机理讨论方面取得了很大进展,开发出各种MEMS器件和系统,如各种微型传感器(压力传感器、微加速度计、微触觉传感器),各种微构件(微膜、微粱、微 探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等);7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复 合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、治理等多种工序;为了实现 多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性;第一可将系 统分解为如干层次,使系统功能分散,并使
10、各部分和谐而又安全地运转,然后再通 过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强;8 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电池;由于在很多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动力源具有 特殊的好处;带源化是机电一体化产品的进展方向之一;名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 9 绿色化 科学技术的进展给人们的生活带来庞大变化,在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果;所以,人们呼吁爱护环境,回来自然,实现可连续发 展,绿色产品概念在这种呼声中应运而
11、生;绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒服、和谐而可再生利用的产品;在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保 和人类健康的要求,机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境,产品寿命终止时,产品可分解和再生利用;10. 光机电一体化 . 一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等 部件组成的 . 因此 , 引进光学技术 , 实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源 的重要趋向 . 动力 系统和信息处理系统 . 光机电一体化是机电产品进展第 2 章 机电一体化中电动执行机构的硬件设计及工作原理电动执行机构掌握系统原理框图如图 为掌握部
12、分和执行驱动部分;2-1 所示;智能执行机构从结构上主要分掌握部分主要由单片机、PWM波发生器、 IPM 逆变器、 A/D、D/A 转换模块、整流模块、输入输出通道、故障检测和报警电路等组成;执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器;2.1 系统工作原理名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 霍尔电流、电压传感器及位置传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号,经A/D 转换后送入单片机;单片机通过8255 掌握 PWM波发生器,产生的 PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM,实现电机的变频调速以及阀位
13、掌握;逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对 380V电源进行全桥整流得到;2.2 掌握系统各功能元件的选型与设计1 单片机选用 INTEL 公司生产的 8031 单片机,它主要通过并行8255 口担负掌握系统的信号处理:接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开度等设定信号,并供应三相PWM波发生器所需要的掌握信号;处理IPM 发出的故障信号和报警信号;处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号;供应显示电动执行机构的工作状态信号;执行掌握系统来的掌握信号,向掌握系统反馈信号;2 三相 PWM波发生器PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法;模拟法电路复杂,有温漂现象,精度低,限制
14、了系统的性能;数字法是依据不同的数字模型用计 算机算出各切换点,并存入内存,然后通过查表及必要的运算产生 PWM波,这种方 法占用的内存较大,不能保证系统的精度;为了满意智能功率模块所需要的 PWM波 掌握信号,保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、爱护、掌握等功能,文中选用 MITEL公司生产的 SA8282作为三相 PWM发生器; SA8282是专用大规模集成 电路,具有独立的标准微处理器接口,芯片内部包含了波形、频率、幅值等掌握信 息;3 智能逆变模块 IPM 为了满意执行机构体积小,牢靠性高的要求,电机电源采 用智能功率模块 IPM;该执行机构主要适用功率小于 55kW的三相异步
15、电机,其额 0 75;经运算可知,选用日本产的智能功率模块 定电压为 380V,功率因数为 PM50RSA120可以满意系统要求;该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一 体,并内置过电流、短路、欠电压和过热爱护以及报警输出,是一种高性能的功率 开关器件;4 位置检测电路 位置检测电路是执行机构的重要组成部分,它的功能是供应 精确的位置信号;关键问题是位置传感器的选型;在传统的电动执行机构中多采纳 绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等;绕线电位器寿命短被剔除;差动变 压器由于线性区太短和温度特性不抱负而受到限制;导电塑料电位器目前较为流名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页
16、,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 行,但它是有触点的,寿命也不行能很长,精度也不高;笔者采纳的位置传感器为脉冲数字式传感器,这种传感器是无触点的,且具有精度高、无线性区限制、稳固性高、无温度限制等特点;5 电压、电流及检测检测电压、电流主要是为了运算电机的力矩,以及变频器输出回路短路、断相爱护和逆变模块故障诊断;由于变频器输出的电流和电压的频率范畴为 050Hz,采纳常规的电流、电压互感器无法满意要求;为了快速反映出电流的大小,采纳霍尔型电流互感器检测 IPM 输出的三相电流,对于 IPM 输出电压的检测采纳分压电路;如图 2-2 所示;6 通讯接口 为了实现运算
17、机联网和远程掌握,选用 MAX232作为系统的串行通讯接口, MAX232内部有两个完全相同的电平转换电路,可以把 8031 串行口输出的TTL电平转换为 RS232 标准电平,把其它微机送来的 电平给 8031,实现单片机与其它微机间的通讯;RS232 标准电平转换成 TTL7 时钟电路 时钟电路主要用来供应采样与掌握周期、速度运算时所需要的时间以及日历;文中选用时钟电路DS12887;DS12887内部有 114 字节的用户非易失性RAM,可用来存入需长期储存的数据;8 液晶显示单元为了实现人机对话功能,选用MGLS12832液晶显示模块组成显示电路;采纳组态显示方式;通过菜单挑选,可分别
18、对阀门、力矩、限位、电机、通讯和参数等信号进行设置或调试;并采纳文字和图形相结合的方式,显示直观、清楚;名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 9 程序出格自复原电路为了保证在强干扰下程序出格时系统能够自动地复原正常,选用 MAX705组成程序出格自复原电路,监视程序运行;如图 2-3 所示,该电路由 MAX705、与非门及微分电路组成;工作原理为:一旦程序出格,WDO由高变低,由于微分电路的作用,由“ 与非”门输入引脚2 变为高电平,引脚2 电平的这种变化使“ 与非” 门输出一个正脉冲,使单片机产生一次复位,复位终止后
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