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1目录目录…………………………………………………………1中文摘要及关键字……………………………………………11整体结构……………………………………………………31.1功能说明………………………………………………31.2机械的设计思想………………………………………41.3主要包括如下三大部分机构…………………………41.4其基本要求……………………………………………51.5雨刷器工作系统对机械传动的要求…………………61.6雨刷器概述……………………………………………61.7雨刷器系统执行元件说明…………………………71.8雨刷器的工作原理……………………………………82单元分说…………………………………………………102.1调速系统控制杆……………………………………102.2可编程序控制器（PLC）……………………………11参考资料……………………………………………………162[摘要]本材料介绍一个汽车雨刷器的设计过程和应用系统及硬件控制。设计过程由两个部分构成，一是机械部分---工作台;二是电子控制部分---系统控制，系统控制由以下几部分硬件构成；电源、PLC、速度控制杆、直流电动机。对以上几个部分的雨刷器简单设计分析、简要说明，电源、具体说明了PWM调速系统、重点讲解说明伺服系统、PLC系统。以上的各部分相关说明。[关键词]直流电动机、控制系统、速度控制系统、PLC系统3论汽车雨刷器1整体结构1.1功能说明1.1.1功能分说汽车雨刷器是一个由多个单元构成，为了保证它在工作中的稳定和方便。1.1.2其主要结构系统分为以下几类：1直流12v电动机2速度控制3调速系统控制杆4位置检测部分以上的四部分构成汽车雨刷器的整体系统。总体结构以及连接方式，如下结构图（1－1）所示：雨刷器结构图调速系统控制杆从以上四个部分的安排结构，可以看出整个雨刷器的整体结构，以及各自的主要功能。1调速系统控制杆主要是对于调速系统输出以及执行过程的各个步骤的显示功能。起到调节的目的2直流电动机主要是控制它的正转运动，从而实现雨刷器的从左向右移动的目的。3雨刷器的速度控制雨刷器的速度控制主要是根据下雨的大小来控制雨刷器的运动速度。如：慢，中快，快。4汽车雨刷器调速系统控制杆直流电动机汽车雨刷器速度控制位置检测4当电动机和速度控制发出信号时，雨刷器就开始工作，当速度控制发出不同的速度时，雨刷器就以不同的速度来进行工作。5位置检测位置检测是检测雨刷器的移动准确性。位置检测也是一个反馈系统，构成一个封闭的反馈系统。，1.2机械的设计思想概括地讲，汽车雨刷器为一个机电一体化机械系统，机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：静态设计和动态设计。三个部分、及基本要求。1.2.1静态设计静态设计是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。该方案只是一个初步的轮廓，包括系统主要零、部件的种类，各部件之间的联接方式，系统的控制方式，所需能源方式等。有了初步设计方案后，开始着手按技术要求设计系统的各组成部件的结构、运动关系及参数；零件的材料、结构、执行元件（如电机）的参数、功率及过载能力的验算；相关元、部件的选择。以上称为稳态设计。稳态设计保证了系统的静态特性要求。1.2.2动态设计动态设计是研究系统在频率域的特性，是借助静态设计的系统结构，通过建立系统组成各环节的数学模型和推导出系统整体的传递函数，利用半自动控制理论的方法求得该系统的频率特性（幅频特性和相频特性）。系统的频率特性体现了系统对不同频率信号的反应，决定了系统的稳定性、最大工作频率和抗干扰能力。静态设计是忽略了系统自身运动因素和干扰因素的影响状态下进行的产品设计，对于雨刷器的静态设计就能够满足设计要求。环境干扰和系统自身的结构及运动因素对系统产生的影响，因此必须通过调节各个环节的相关参数，改变系统的动态特性以保证系统的功能要求。动态分析与设计过程往往会改变前期的部分设计方案，有时甚至会推翻整个方案，要求重新进行静态设计。1.3、主要包括如下三大部分机构。1.3.1传动机构雨刷器系统中的传动机构不仅仅是调节速度的变换器，而是已成为系统的一部分，它要根据控制的要求进行选择设5计，以满足整个系统良好的控制性能。因此传动机构除了要满足要求，而且还要满足小型、轻量、和较高可靠性的要求。1.3.2导向机构导向机构的作用是支承和导向，为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障，一般指导轨、轴承等。1.3.3执行机构执行机构是用以完成操作任务的直接装置。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。一般要求它具有较高的灵敏度，良好的重复性和可靠性。使传统的作为动力源的电动机发展为具有动力、变速与执行等多重功能的支流电动机，从而大大地简化了传动和执行机构。除以上三部分外，机电一体化系统的机械部分通常还包括机座、支架、壳体等。1.4、其基本要求机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。1、快速响应机电一体化系统的快速响应即是要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔。这样系统才能精确地完成任务，且控制系统也才能及时根据机械系统的运行情况得到信息，下达指令，使其准确地完成任务。2、良好的稳定性机电一体化系统要求其机械装置在外界干扰的作用下依然能够正常稳定的工作。既系统抵御外界环境的影响和抗干扰能力强。为确保机械系统的上述特性，在设计中通常提出低摩擦、低惯量。但雨刷器要增大摩擦。此外机械系统还要求具有体积小、重量轻、高可靠性和寿命长等特点。1.5、雨刷器工作系统对机械传动的要求机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是转变速度的变换器，并可通过机构变换实现对输出的速度进行不同速度调节。在汽车雨刷器中，直流电动机的变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当传统电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。由于汽车雨刷器对速度响应指标要求很高，因此机电一体化系统中的机械传动装置不仅仅是解决电机与负载间的力矩匹配问题。而更重要的是为了提高系统的性能。为了提高机械系统的性能，要求机械传动部件转动惯量小、抗振性好、间隙小，并6满足小型、轻量、低噪声和高可靠性等要求。在工作中，受机械部件以及传动比的性能的约束，最快速度也不超过2次/秒.因为,从电动机的传动到工作台的传动,电机中间有关齿轮的传动速度,是以降低移动速度的,保证在移动中能有良好的平稳性.1.5.1传动系统性能的影响机械系统中存在着许多间隙，如齿轮传动间隙，螺旋传动间隙等。这些间隙对系统性能有很大影响。1.6、雨刷器概述雨刷器是一种能够根据输入的指令信号进行工作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的半自动控制系统。绝大部分机电一体化系统都具有较多功能，机电一体化系统中的伺服控制是为执行机构按设计要求实现运动而提供控制和动力的重要环节。1.6.1雨刷器的结构组成雨刷器的控制系统的结构、类型繁多，但从半自动控制理论的角度来分析控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。如图1-2给出了系统组成原理框图。、1-2系统组成原理框图。1、比较环节是将输入的指令信号与系统的信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节。2、被控对象主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求工作。3、执行元件作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。1.6.2雨刷器的系统技术要求机电一体化系统要求具有响应速度快、稳定性好、负载能力强和工作频率范围大等基本要求，同时还要求体积小、重量轻、可靠性高和成本低等。1、稳定性雨刷器系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后，系统能够恢复到原来稳定状态的能力；或者当给系统一个新的输入指令后，系统达到新的稳定运行状态的能力。如果系统能够进入稳定状态，且过程时间短，则系统稳定性好；否则，若系统振荡越来越强烈，或系统进入等幅振荡状输入比较元件执行元件被控对象输出7态，则属于不稳定系统。机电一体化系统通常要求较高的稳定性。2、响应特性响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。响应速度与许多因素有关3、工作频率工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围。当工作频率信号输入时，系统能够按技术要求正常工作；而其它频率信号输入时，系统不能正常工作。在机电一体化系统中，工作频率一般指的是执行机构的运行速度。上述的三项特性是相互关联的，是系统动态特性的表现特征。利用半自动控制理论来研究、分析所设计系统的频率特性，就可以确定系统的各项动态指标。系统设计时，在满足系统工作要求（包括工作频率）的前提下，首先要保证系统的稳定性并尽量提高系统的响应速度。1.7雨刷器系统执行元件说明1.7.1执行元件的分类及其特点执行元件是能量变换元件，目的是控制执行机构运动。机电一体化系统要求执行元件具有转动惯量小、输出动力大、便于控制、可靠性高和安装维护简便等特点。1.7.2直流电动机直流电机具有良好的调速特性，较大的启动转矩和相对功率，易于控制及响应快等优点。尽管其结构复杂，成本较高，在机电一体化控制系统中还是具有较广泛的应用。1、直流电动机的分类直流电动机按励磁方式可分为电磁式和永磁式两种。电磁式的磁场由励磁绕组产生；永磁式的磁场由永磁体产生。电磁式直流电动机是一种普遍使用的电动机，特别是大功率电机（100W以上）。永磁式伺服电动机具有体积小、转矩大、力矩和电流成正比、性能好、响应快功率体积比大、功率重量比大、稳定性好等优点。由于功率的限制，目前主要应用在办公自动化、家用电气、仪器仪表等领域。直流电动机按电枢的结构与形状又可分为平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。平滑电枢型的电枢无槽，其绕组用环氧树脂粘固在电枢铁心上，因而转子形状细长，转动惯量小。空心电枢型的电枢无铁心，且常做成杯形，其转子转动惯量最小。有槽电枢型的电枢与普通直流电动机的电枢相同，因而转子转动惯量较大。直流电动机还可按转子转动惯量的大小而分成大惯量、中惯量和小惯量直流伺服电动机。大惯量直流伺服电动机(又称直流力矩电动机)负载能力强，易于与机械系统匹配，8而小惯量直流伺服电动机的加减速能力强、响应速度快、动态特性好2、直流电动机的基本结构及工作原理直流电动机主要由磁极、电枢、电刷及换向片结构组成。其中磁极在工作中固定不动，故又称定子。定子磁极用于产生磁场。在永磁式直流电动机中，磁极采用永磁材料制成，充磁后即可产生恒定磁场。在他励式直流电动机中，磁极由冲压硅钢片叠成，外绕线圈，靠外加励磁电流才能产生磁场。电枢是直流伺服电动机中的转动部分，故又称转子，它由硅钢片叠成，表面嵌有线圈，通过电刷和换向片与外加电枢电源相连。如图：1-3所示。图1-3直流电动机基本结构直流电动机是在定子磁场的作用下，使通有直流电的电枢（转子）受到电磁转矩的驱使，带动负载旋转。通过控制电枢绕组中电流的方向和大小，就可以控制直流电动机的旋转方向和速度。当电枢绕组中电流为零时，电动机则静止不动。直流电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速。1.8雨刷器的工作原理雨刮器是由电机带动，通过连杆机构将电机的旋转运动转变为刮臂（即挡风玻璃上面除了刮片之外的那部分）的往复运动，从而实现刮雨动作。一般接通电机（即按一下雨刮器工作开关），即可让雨刮器工作。通过选拔高速低速档，可以使电机的电流发生大小变化，从而控制电机转速，从而控制雨刮器的工作快慢。雨刮器一般须要解决好刮刷角度、刮刷频率、干涉、噪声、刮净度、电流等问题。另外，QC/T44-1997等汽车行业标准对雨刮器的性能、实验等作了具体规定。9雨刮器总成含有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片总成等。当司机按下雨刮器的开关时，电动机启动，电动机