二自由度實驗報告總結

1、長安大學電子與控制工程學院自動化專業(yè)綜合實驗報告二自由度十字滑臺系統(tǒng)二自由度十字滑臺系統(tǒng) 電控 系 自動化 專業(yè)組長姓名 喻超全 學號 201132010408 同組同學 韓 勛 學號 201132010424 同組同學 羅 濱 學號 201132010417 二一四年九月目目 錄錄1 項目任務概述 .12 項目總體方案 .13 硬件與軟件設計 .13.1 硬件的設計.13.1.1 十字滑臺子系統(tǒng)框圖與電路原理圖.13.1.2 電源 .13.2 軟件設計.13.2.1 軟件功能描述與設計思路 .13.2.2 程序流程圖 .24 測試方案與測試結果 .24.1 測試方案.24.3 測試結果及分析

2、 .25 思考或總結.3附錄 1：硬件原理圖 .0附錄 2：源程序（分欄排版，程序應含有程序的注釋） .011 1 項目任務概述項目任務概述二自由度十字滑臺運動控制系統(tǒng)是應用氣動和位置控制原理的基礎上利用 PLC 對十字滑臺的控制的系統(tǒng)。本系統(tǒng)的主要硬件有：X 軸和 Y 軸伺服電機，X 軸和 Y 軸滾珠絲杠副運動機構，畫筆電磁鐵，電氣電路，PLC 及 EM227 通訊模塊組成。2 2 項目總體方案項目總體方案本系統(tǒng)主要由二維畫筆模塊、電控系統(tǒng)模塊兩大模塊，又可細分為：工作臺、Y 軸滾珠絲杠副運動機構、Y 軸伺服電機、筆筒、畫筆電磁鐵、Y 軸滾珠絲杠副運動機構、X 軸伺服電機等。3.1 硬件的設

3、計硬件的設計3.1.1 十字滑臺十字滑臺子系統(tǒng)框圖子系統(tǒng)框圖十字滑臺系統(tǒng)圖片1、Y 軸滾珠絲杠副運動機構2、X 軸滾珠絲杠副運動機構滾珠絲杠運功機構平面視圖圖圖 1 1 滾珠絲杠副運動機構平視圖滾珠絲杠副運動機構平視圖 122圖圖 2 滾珠滾珠絲杠副運動機構俯視與局部剖視圖絲杠副運動機構俯視與局部剖視圖滾珠絲杠副運動機構的工作原理由圖 1 和圖 2 可以看出，當驅動電機轉動時，由于電機軸與滾珠絲杠副運動機構的滾珠絲杠副通過彈性聯(lián)軸器連接，所以滾珠絲杠與電機同步轉動，而裝在滾珠絲杠副上面的螺母塊是與滑塊位固定在一起的，螺母塊會隨著滾珠絲杠副的正反轉動做左右運動，所以滑塊沿著兩根導柱做直線運動。

4、另外滾珠絲杠副運動機構的原點位置是用磁簧開關檢測定位的，并在兩端的極限位置上安裝了硬限位開關（磁簧開關） ，可有效防止由于運行超程而引起的機械或電氣設備的損壞。滾珠絲杠副運動機構在工業(yè)機床上的應用非常廣泛，是一個經典的機械運動部件，利用滾珠絲杠副的轉動，通過螺母塊傳動的設計思想，使該運動機構具備了運行阻力減小、平穩(wěn)、定位精度高等優(yōu)特點。3.1.23.1.2 電控系統(tǒng)及電源電控系統(tǒng)及電源(i)電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)是由伺服電機及驅動器組件、電氣電路等兩部分所組成。如圖 3 所示。a 伺服電機及驅動器該設備的 X、Y 各軸的運動均由伺服電機驅動，具體型號為如下：伺服電機：TSB07301C2NT3伺服驅

5、動器：KNT-KSA 系列用戶通過各運動指令向伺服系統(tǒng)發(fā)出定位命令，伺服電機通過接收驅器 的信號實現(xiàn)用戶設定的定位控制。 b 電氣電路該部分是由斷路器、繼電器、開關電源、PLC、EM227 通訊模塊、接線端子等組成。3圖圖 3 3 小型斷路器：控制設備電源通斷。1 開關電源：將交流 220V 轉換為直流 24V 供中間繼電器、傳感器等弱電電路使2用。 西門子 200PLC。3 EM227 通訊模塊：型號為 6ES7277-0AA22-0XA0，用于 PLC 之間的通訊。4 繼電器：用于控制畫筆電磁鐵和伺服驅動器的使能。5 X 軸伺服驅動器。6 Y 軸伺服驅動器。7 接線端子。8電機與驅動裝置：

6、電機與驅動裝置：根據(jù)驅動和控制精度的要求，十字滑臺控制系統(tǒng)的執(zhí)行裝置可以分別選用交流伺服電機，直流伺服電機，和步進電機。交流伺服電機具有起動轉矩大、體積小、重量輕、轉速和轉矩容易控制、效率高的優(yōu)點。但維護困難、使用壽命短、速度受到限制。直流伺服電機的轉速控制采用電壓控制方式。因為控制電壓與電機轉速成正比、高加速度、無電刷維護、環(huán)境要求低等優(yōu)點，但驅動電路復雜、價格高。交流伺服電機的控制分為電壓控制和頻率控制兩種方式。4步進電機不需要傳感器、不需要反饋，用于實現(xiàn)開環(huán)控制。步進電機可以直接用數(shù)字信號進行控制，與 PLC 的接口比較容易。沒有電刷、維護方便、壽命長、啟動、停止、正轉，反轉容易控制。步

7、進電機的缺點是能量轉換效率低，易失步，輸入脈沖而電機不轉動等。對步進電機的控制包括單相勵磁，雙相勵磁級及單、雙相勵磁控制。其中，單相勵磁精度高，但易失步；雙相勵磁輸出轉矩大，轉子過沖小，為步進電機的常用控制方式，但效率低。單、雙相勵磁控制方式分辨率高，運轉平穩(wěn)。三相異步電機控制簡單，但沒有精確度，可靠性太差，所以不予考慮。綜上所述，本次設計采用步進電機控制系統(tǒng)。電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個系統(tǒng)提供5V 或者12V 電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。3.23.2 軟件設計軟件設計3.2.13.2.1 軟件功能描述軟件功能描述1、軟件功能描述分別編寫程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的手動調試和自動操作

8、。在手動調試中，畫筆的運動方向受控制盒上手動搖柄的直接控制，從而手動畫出圖案。而自動操作則是系統(tǒng)按編寫的程序自動運行，所畫的圖案取決于自動運行程序中所預設的圖形。3.2.23.2.2 程序流程圖程序流程圖1、主程序流程圖53、手動操作子程序流程圖64、自動運行子程序流程圖4 4 測試方案與測試結果測試方案與測試結果4.14.1 測試方案測試方案1、硬件測試7連線，通電，完成 PLC 于電腦的通信連接，調試。2、硬件軟件聯(lián)調在完成硬件調試的基礎下，編譯并下載程序，監(jiān)控程序運行狀態(tài)，觀察測試結果。4.24.2 測試結果及分析測試結果及分析自動操作中，畫筆按預設的程序運行，完成英文字母“KNT”的書寫。5 5 思考或總結思考或總結 本次 PLC 實驗與實際生活緊密聯(lián)系，使我們充分認識到了這門課程的實際意義和現(xiàn)實重要性。通過本次課程我們掌握了電氣控制原理設計的基本方法，并使用可編程控制器實現(xiàn)簡單控制系統(tǒng)的控制要求。這次實驗，也遇到了很多問題，由于準備工作不全面，在掌握設計資料前