机电一体化cug(ch7_系统设计).ppt

1 第七章机电一体化系统设计 7 1机电一体化系统设计概述7 2机电一体化系统抗干扰设计7 3机电一体化系统实例 2 7 1机电一体化系统设计概述 一 机电一体化系统总体设计的流程 1 明确设计思想 2 分析综合要求 3 划分功能模块 4 决定性能参数 5 调研类似产品 6 拟定总体方案 7 方案对比定型 8 编写总体设计论证书 3 7 1机电一体化系统设计概述 二 系统总体设计应注意的问题 1 以机电互补原则进行功能划分 即明确哪些功能由机械结构实现 哪些功能由电子技术的硬软件实现 发挥机电所长 简化结构 充分体现机电一体化综合效果 2 用图表说明功能要求与动作顺序要求 3 分析产品专用性与批量 4 重点明确产品的简要特性 5 分析产品的自动化程度及其适用性 6 环境条件要求 4 7 1机电一体化系统设计概述 二 系统总体设计应注意的问题 7 动力源特性分析 8 机 电 液传动的最佳匹配 9 可靠性分析 10 结构尺寸及空间布置分析 11 特殊功能分析 低速稳定性 抖动要求 快速响应性与定位精度要求等 12 在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本 降低成本一方面是从用户需求出发降低成本 二是从制造厂的立场出发降低成本 5 7 1机电一体化系统设计概述 三 控制系统的设计步骤 1 控制系统方案的确定 2 硬件设计 3 软件设计 4 控制系统的联调 6 三 控制系统的设计步骤 1 控制系统方案的确定 根据系统的功能要求确定 开环或闭环 选择对应的检测元件和执行元件类型及工作参数 根据执行机构的要求 选择执行元件 电动 气动及液动 根据机电一体化系统或产品所提出的稳定性 快速性 准确性及可靠性等要求 选择控制器的实现方式 模拟控制器 数字控制器 并且确定相应的控制算法 根据微型计算机在控制系统中的作用来选择是采用单片机 单板机或者微型计算机 同时确定计算机的型号及相应的外围设备 人机界面 绘制机电一体化控制系统的初步方框图 7 三 控制系统的设计步骤 2 硬件设计 执行元件的驱动电路及传动部分的驱动电路设计 控制器 控制系统核心单元 的具体设计 接口电路的设计 接口电路包括 A D D A通道接口 DI DO通道接口 总线接口 传感器信号接口 输入与显示 报警人机接口等 信号放大电路和抗干扰电路设计 印制电路板设计 8 三 控制系统的设计步骤 3 软件设计 控制软件设计 指根据控制系统的控制要求及所选的控制算法进行控制软件设计 例如PID调节器软件设计等 接口软件设计 指各输入和输出接口电路工作的软件 比如键盘扫描 LED显示软件等 信号采集与处理软件设计 包括按程序依次采集各通道数据或状态 进行数字滤波 线性化处理等前置处理 9 7 1机电一体化系统设计概述 四 机电一体化系统的接口设计 1 机械接口 各元部件的安装和定位方式 2 电气接口 传感器 驱动器的电气连接 功率接口等 考虑信号可靠传输和抗干扰问题 3 人机接口 键盘 显示器等人机界面 报警器等 10 7 2机电一体化系统的抗干扰设计 一 干扰产生的因素干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素 从广义上讲 机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰 温度干扰 湿度干扰 声波干扰和振动干扰等等 11 7 2机电一体化系统的抗干扰设计 一 干扰产生的因素形成干扰的三个要素 1 干扰源 2 传播途径 3 对干扰敏感的接收电路 12 13 14 串模干扰示意图 15 干扰的传播途径 16 二 提高系统抗干扰能力的一般原则 17 三 常用抗干扰措施1 电源干扰的拟制 1 交流电源侧加交流电源滤波器 2 交流电源侧加压敏电阻 3 交流电源侧加隔离变压器 4 整流电源加高频滤波 5 直流电源电路加退耦电路 18 交流电源的干扰抑制 19 直流电源的干扰抑制 20 三 常用抗干扰措施2 感性负载干扰的拟制 1 并联吸收网络 2 注意线路的隔离 21 感性负载的干扰抑制 22 三 常用抗干扰措施3 机械振动干扰的拟制 1 触点两端并联RC滤波电路 2 输入信号接触发器电路 3 注意信号线的屏蔽和隔离 避免与动力线平行走线 23 感性负载的干扰抑制 24 三 常用抗干扰措施4 隔离 屏蔽和接地技术 1 确保正确的接地方法 2 采用正确的电磁场屏蔽方法 3 输入和输出信号应采取必要的电气隔离方式 选择合适的传输线类型 注意走线的隔离和屏蔽 25 三 常用抗干扰措施 接地技术 1 接地方式 低频一点接地 高频多点接地 2 模拟地与数字地分开 在电源处连接 3 交流地与直流地分开 4 注意机箱外壳接地 26 接地方式 27 三 常用抗干扰措施 屏蔽 1 电场屏蔽 采用封闭的金属机壳良好接地 抑制分布电容产生的电场干扰 2 磁场屏蔽 采用高导磁率的材料做成封闭的机箱 抑制磁场的干扰 3 电磁屏蔽 采用导磁性材料做成封闭的机箱并良好接地 抑制高频电磁场的感应和辐射干扰 28 屏蔽方式 29 三 常用抗干扰措施 隔离 30 三 常用抗干扰措施 线间串扰的抑制 1 避免长的平行导线传输 必须依据干扰的性质选择信号传输线 电场干扰抑制用屏蔽线 电磁感应抑制用双绞线 2 屏蔽层必须接地 高频两端接地 低频单端接地 3 平行放置的相邻两组绞线必须采用不同节距 4 关键部位用屏蔽双绞线 31 三 常用抗干扰措施5 模拟量抗干扰的措施 1 抗串模干扰 滤波 信号调制解调 线性光耦等 2 抗共模干扰 正确接地 信号差动放大等 32 三 常用抗干扰措施6 软件抗干扰设计 1 软件滤波 用软件数据处理的方法滤除干扰信号 包括 算术平均值法 加权平均法 中值法 一阶递推数字滤波法等 2 软件 陷阱 把程序存储器中未用的单元填充程序复位代码 以捕获 飞掉 的程序 使系统重新投入正常运行 3 软件 看门狗 程序中定时 喂狗 以监测程序是否正常运行 一旦程序 飞跑 系统便复位自动恢复正常运行 33 7 3机电一体化系统实例 LC 1数控全自动拉槽机 1 功能特点 一种现代岩土工程机械 典型的机 电 液一体化产品 整套设备包括拉槽主机及配套混凝土浇灌设备 用此设备可开挖宽20