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华北科技学院（毕业设计）第1页共35页目录目录.....................................................................1摘要.....................................................................3摘要：...................................................错误!未定义书签。1.绪论..............................................................51.1课题研究的意义....................................................51.2课题研究的目的....................................................61.3机电一体化系统概述................................................62系统设计...............................................................92.1机电一体化实验教学设备总体结构....................................92.2控制系统的总体方案确定...........................................103控制系统硬件结构设计..................................................123.1控制系统组成结构及分类...........................................123.1.1控制系统组成结构...........................................123.1.2控制系统的分类.............................................133.3PMAC硬件结构及软件设计..........................................153.3.1运动控制卡.................................................153.3.2硬件结构特点...............................................173.3.3软件控制特点...............................................183.3.4系统控制环调整..............................................193.3.5PID调整原理简介............................................223.3.6差补原理...................................................233.4机电一体化系统检测元件选择.......................................243.4.1数控机床测量系统的分类与特点...............................243.4.2常用的测量元件.............................................253.4.2码盘、光栅尺的选择.........................................273.4.2编码器测速原理及保证回零精度的工作原理.....................273.5伺服电动机设计...................................................29机电一体化教学设备电气控制部分设计23.5.1交流伺服电机的分类和特点...................................293.5.2交流伺服电机的控制方式.....................................303.6系统电气电路的设计与实现.........................................313.7控制系统的具体配置...............................................324.结论.................................................................335.参考文献..............................................................346．致谢.................................................................35华北科技学院（毕业设计）第3页共35页摘要本设计的主要工作是对机电一体化教学设备的控制系统的设计，由于教学设备属立式加工中心范畴，故此次设计以对加工中心的设计方法及步骤为主线展开设计，包括控制系统总体设计，系统软、硬件的选择，系统的调试等内容。设计配置如下：信息处理和控制由美国Deltatau公司的PMAC（可编程多轴运动控制器，型号为PMAC2A-PC104，）完成；驱动元件为日本富士伺服驱动器（200W），执行机构是它的配套电机；机械本体为一个两维的X-Y工作平台，是工业应用中最典型的控制对象之一；反馈用检测元件为光栅尺。关键词：PMAC运动控制卡；系统控制环；检测元件；光栅尺机电一体化教学设备电气控制部分设计4AbstractThedesignofthemainworkistheintegrationofteachingequipment,electromechanicalcontrolsystemsdesign,Asteachingequipmentistheverticalmachiningcenterareas,herefore,thecurrentdesignoftheprocessingcenter,thedesignmethodandstepstodesignthemainline,includingthecontrolsystemdesign,Systemsoftwareandhardwarechoices,thesystemdebuggingcontent.Designconfigurationisasfollows:InformationmanagementandcontrolofthecompanybytheUnitedStatesDeltatauthePMAC(programmablemulti-axismotioncontroller,ModelforPMAC2A-PC104),completed;DrivercomponentsforJapan'sFujiservoactuator(200W),theexecutingagencyissupportingitsmotor;Ontologymachineryforatwo-dimensionalX-Yplatforms,IndustrialApplicationisthemosttypicaloneofthecontrolobject;Feedbackdetectioncomponentsforgratingfeet.Keyword:PMACsportcontrolscard;Thesystemcontrolswreath;Examineacomponent;LightgridChinesefoot华北科技学院（毕业设计）第5页共35页1.绪论1.1课题研究的意义机电一体化技术是一项将机械、电子等技术有机结合综合运用的新兴技术。该技术主要涉及精密机械、自动控制、检测传感、信息处理、伺服传动、计算机等相关领域，是高等学校教育和职业学校培训的重要内容。机电一体化技术的日新月异使高等学校和职业学校在教学实践上面临着新的挑战。传统的机电一体化教学理论教学内容很多，而学生实验很少甚至没有，即使有也是针对于使用和操作机电设备，学生缺少在实践动手中联系理论知识的机会。比如讲到伺服控制中的三环：位置环、速度环、电流环的理论知识，老师讲了很多，但学生却缺少相应实验自己去操作从感性上认识加深这些理论知识，这样就使得毕业生走上社会以后面临重重困难，难以适应工作岗位的具体要求。很多学校传统的实验教学采用的模式是购买一些数控及机电一体化的机床，然后让学生参观或在上面进行简单的零件加工实验。这种实验教学方式当然可以在一定程度上培养学生学习的兴趣和动手操作能力，但这些实验很难让学生深入的掌握到机电一体化技术的核心内容，理论联系实际远远不够，因为没有一所学校开实验课会让学生把成套的数控设备拆散然后在分成各个环节刨析其中的重要技术细节。为了达到在机电一体化实验教学中充分实现理论联系实际的教学目标，让培养出来的学生不仅仅只是一个会开数控设备的操作工，而成为一个在机电一体化技术方面有所特长的人才，设计机电一体化教学实验台尤为重要，本次设计的课题就是机电一体化教学用实验台的电气控制设计。该机电一体化教学设备的特点是：1、去除真实机电一体化设备中的一些辅助器件和辅助功能，但机电一体化技术中各环节的核心仍然采用真实的工业器件和先进的技术，比如运动部件仍然采用真实数控设备采用的直线导轨和丝杠，但去掉了润滑等辅助设施；用一只笔代替了加工工件的刀具；使用工业场合真实应用的伺服驱动和电机，但却不将这些全部封闭而让学生可以直接操作连接等等。这样做既减小了设备体积，增加了安全性和灵活性，又不象一些塑料机电一体化教学设备电气控制部分设计6教具（类似玩具）不能给学生以工业应用的真实感觉。2、整个设备采用开放式的数控结构，这也是当今数控的流行趋势，学生使用后可以举一反三，一劳永逸，深入理解机电一体化技术的各个关键部分。3、设备的硬件核心均采用世界上领先成熟的技术，比如控制器采用在运动控制界享有很高声誉的美国Deltatau公司的PMAC（可编程多轴运动控制器），交流伺服采用日本松下的伺服驱动器和电机等等。4、该设备体积小功能全，可以开展多项实验课程，而且可以作为项目开发的实验平台，解决既不能靠纯软件仿真解决又不能在（或没有）真实设备上直接操作的棘手问题，一机多用。5、设备本身安全方便，经济可靠，除了做为学生实验的教具还可以用做为工业企业员工的培训设备。1.2课题研究的目的本课题研究的目的就是为了方便学生进行以下实验：1．伺服电机转矩控制实验2．全闭环调整实验3．PVT（厄米特样条）插补实验4．半闭环系统和开环系统的精度比较5．垂直度测量及软件修正安装误差实验1.3机电一体化系统概述机电一体化技术涉及到传感器技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术等关键技术。典型的机电一体化系统包含以下几个部分：华北科技学院（毕业设计）第7页共35页驱动元件执行机构机械本体控制信息信息处理及控制检测元件图1-1机电一体化系统组成（1）信息处理与控制系统：信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理/运算和决策，实现要求的控制功能。本课题研究的机电一体化实验台中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。硬件包括输入输出设备、显示器、可编程控制器（PLC）和数控装置等。本机电一体化实验台要求信息处理速度高，A/D和D/A转换及分时处理时的输入输出可靠，抗干扰能力强。（2）驱动元件系统：按照系统的要求，为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作，以完成预定的主功能。本机电一体化实验台采用的是富士公司的伺服电动机作为动力驱动元件。（3）执行机构系统：在控制信息的作用下