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微尘8313
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浅论运动控制新技术在机械工业自动化中的应用 摘要:目前,运动控制新技术已经逐渐发展成熟。运动控制新技术在机械工业自动化领域中得到推广和应用,必将促进机械工业自 动化的发展。本文从四个方面探讨了运动控制新技术在机械工业自动化中的应用。 关键词:运动控制新技术机械工业 随着现代科学技术的快速发展,高新 技术不断引导传统产业实施变革。机械工 业作为传统产业之一,在这种潮流的影响 下也在逐渐开展一场大规模的机电一体化 技术革命。随着电子计算机技术、电子电 力技术和传感器技术的发展,各个国家的 机电一体化产品层出不穷。在机电一体化 技术迅速发展的同时,运动控制技术作为 其关键的组成部分,也得到了前所未有的 发展和进步。本文主要介绍全闭环交流伺 服驱动技术、可编程计算机控制器、直线 电机驱动技术和运动控制卡等几项具有代 表性的新技术。 1全闭环交流伺服驱动技术 交流伺服系统在一些定位精度或动态 相应要求比较高的机电一体化产品中的应 用越来越广,其中数字式交流伺服系统更 符合目前数字化控制模式这一潮流,并且 这一系统使用简单,便于调试。数字是交 流伺服系统运用先进的数字信号处理器作 为驱动器的主要组成部分,可以对电机轴 后端的光电编码器进行位置采样,从而在 驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环 控制系统,并且充分发挥数字信号处理器 的高速运算能力,进而自动完成整个伺服 系统的增益调节,甚至还可以跟踪负载的 变化,实时调节系统增益。 这种数字式交流伺服系统在一般工作 在半闭环的控制方式中,也就是伺服电机上 的编码器既要作为速度环,同时也要作位置 环。但是这种控制方式存在一个弊端,也就 是不能克服和补偿传动链上的间隙和误差。 为了能够实现更高的控制精度,一般应该在 最终的运动部分安装上高精度的检测元件, 从而实现全闭环控制。相对比较传统的全 闭环控制方法是伺服系统只是接受速度指 令,完成对速度环的控制,而位置环的控制 是由上位控制器来完成的。这样,就增加了 上位控制器的难度,也在一定程度上阻碍了 伺服系统的推广和应用。 目前,国外的数字式伺服系统发展比 较好,出现了能够很好地实现高精度自动 化设备的运行,这就是全闭环数字式伺服 系统。这一系统能够有效克服上述半闭环 控制系统存在的问题,伺服驱动器可以直 接采用装在最后一级机械运动部件上的位 置反馈元件作为位置环,电机上的编码器 只是作为速度环。这样一来,伺服系统就 可以消除机械传统上存在的间隙,也可以 补偿机械传动件的制造误差,从而实现真 正的全闭环位置控制功能,得到较高的定 位精度。 2计算机控制器技术 目前,可编程计算机控制器已经成为 新一代可编程控制器。与传统的可编程控 制器相比,可编程计算机控制器最大的特 点在于它类似于大型计算机得分是多任务 操作系统和多样化的应用软件的设计。传 统的可编程控制器大多采用单任务的时钟 扫面或监控程序来处理程序本身的逻辑运 算指令和外部的I/O通道的状态才与与刷 新。结果是这样的处理方式直接导致了可 编程控制器的控制速度主要有应用程序的 大小来决定,这与I/O通道中高实时性的 控制要求并不相符。但是,可编程计算机 控制器却能完全解决这个问题,主要表现 在可编程计算机控制器采用了分时多任务 机制打造应用程序的运行平台,这样应用 程序的运行周期与程序的大小没有必然的 联系,而是由操作系统的循环周期来决定 时间的长短。因此,可编程计算机控制器 能将应用程序的扫描周期同外部的控制周 期分开来,从而满足了实时控制的要求。 随着电子计算机中央处理器技术的发展, 电子计算机处理数据的能力极大地提高, 这就为可变成计算机控制器提供了相应的 硬件技术支持。 可编程计算机控制器在工业控制中已 经显现出了强大的优势功能,体现了可编 程控制器与工业控制计算机及分布式工业 控制系统技术的相互融合。虽然说这一技 术的发展历程并不长,还仍是一项正被探 索的技术,但是其被越来越多地应用到各 个领域中,显示出了强大的生机与潜力。 3直线电机驱动技术 机床进给伺服系统中应用直线电机技 术,近些年来得到了世界范围内机床行业的 重视,特别是在西欧的发达工业地区,已经 出现了“直线电机热”这一高潮。在机床 的进给系统中,运用直线电机直接驱动比原 旋转电机传动的最大优势是取消了从电机 到工作台之间的机械传动环节,进而将机床 进给传动链的长度缩短为零,因此这种传动 方式有被称为“零传动”。正是因为这种“零 传动”的方式,给机床带来了原旋转电机驱 动方式无法达到的性能和优势。 这些性能和优势主要体现在:快速响 应。由于伺服系统中直接取消了一些响应 时间较长的机械传动建,使得整个闭环控 制系统的反应速度大大提高,变得快速直 接;高精度。直线驱动系统取消了由丝杠 等机械结构所产生的传动间隙和误差,减 少了插补运动时因传动系统之后所可能带 来的跟踪误差,运用直线定位检测反馈控 制,大大提高了机床的定位精度;高传动 刚度。由于直接驱动避免了气动、变速和 换向时因为中间传动环节的弹性变形、摩 擦磨损和反向间隙所造成的运动滞后现 象,提高了传动刚度;行程长度不受限制。 在导轨上通过串联直线电机,可以无限制 地延长其行程长度,具有过去间接驱动系 统所无法比拟的优势;噪音低。由于现代 工业生产所要求的排放的噪音具有一定的 指标,而直接驱动系统由于取消了传动丝 杠等部件的机械摩擦,同时其导轨又可以 采用滚动式或者磁悬浮式,因而大大降低 了运动时所产生的噪音;高效率。无中间 传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗, 大大提高了传动效率。 4运动控制卡 运动控制卡是一种上位控制单元,主 要运用于工业电子计算机和各种运动控制 场合上。之所以运动控制卡能够出现,主 要体现在以下几个方面:首先,为了满足 新型数控系统的标准化、柔性和开放性的 需求。运动控制卡可以自行调节,来达到 上述要求;其次,对运动控制模块硬件平 台的需求。当前,各种工业设备、国防装备 制造与操作、医疗智能设备在进行自动控 制系统研制和改造过程中急需运动控制模 块硬件平台,而运动控制卡则能满足上述 要求;第三,发挥电子计算机功能的需求。 电子计算机在各种工业现场的应用,要求 配备相应的控制卡来提高电子计算机的性 能和功能。 目前,由于运动控制模式在国外自动 化设备的控制系统中相当流行,因而运动 控制卡耶行程了一个独立专门行业,不少 国外的公司专业从事运动控制卡的研发, 在国内,也有同类产品的出现,并已经被成 功地应用到数控打孔机、汽车零部件性能 检验等自动化设备上。 参考文献 [1]江平宇.网络化计算机辅助设计与制造 技术(第1版)[M].北京:机械工业出版 社,2004. [2]王德祥.柔性控制技术在包装机械自动 化中的应用[J].石油化工应用,2007(4). [3]冯衡滨.试论我国机械自动化技术的发 展[J].民营科技,2008(2).

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麻麻是超人

比较难找...很多都要收费才能看!5555....555....5555....找了个免费的,希望对你有用...原文如下(图片就无法贴上来):引 言负反馈在电子线路中有着非常广泛的应用,采用负反馈是以降低放大倍数为代价的,目的是为了改善放大电路的工作性能,如稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减少非线性失真、扩展通频带等,所以在实用放大器中几乎都引入负反馈。在以往的教学中发现,即使教师对负反馈的概念、反馈的类型等都做了全面的分析,但学生掌握得不够好。分析其原因,主要有以下几个方面。首先,因反馈类型较多,如串联、并联反馈;电流、电压反馈;直流、交流反馈及正、负反馈等不同类型的反馈,导致学生概念的混淆和理解的困难,即使通过上实验课,也因教学时间限制不可能将全部反馈类型都进行;其次,实验所需时间较长,加上仪器本身的缺陷,所采集到的数据量较少且误差较大,如用示波器对反馈电路中放大的信号波形简单采集,然后计算放大倍数、输入和输出电阻,其结果与理论值有较大偏差,效果不太理想。这几年我院将《电子技术基础》作为精品课程,按照“五个一流”的标准建设,探索教学改革之路,如应用EDA(电子设计自动化)软件Pro-tel、EWB等,特别是使用Multisim 2001及升级版Mul-tisim 7软件,作为教学和实验的一种辅助手段,由最初的创建电路图到现在的仿真实验及电路设计,取得了显著的教学效果。1 仿真电路Multisim 7软件用虚拟的元件搭建各种电路、用虚拟的仪表进行各种参数和性能的测试,在理论课的教学中,为了增加学生的感性认识,运用Multisim 7进行原理电路设计、电路功能测试,将信号发生器、波特图仪、示波器等仪器在屏幕上直观地显示出来,对电路进行直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、灵敏度分析、温度扫描分析等,并即时显示电路的仿真结果。再通过实验课的亲自操作、观察现象、得出结论,使电路理论与实验现象紧密结合,学生对电子技术基础课程产生了极大的兴趣,增强了学习的主动性与积极性,分析问题与解决问题的能力有了较大提高,考试成绩比前几年也有了显著提高。本文以交流电压串联负反馈放大电路为例,用Multisim 7进行负反馈放大电路的研究。首先在Multisim 7中创建仿真电路。进入Multi-sim 7仿真环境,从元件库中调用晶体管(2N2222A,默认值β=200、UBE= V)、电阻、电容、直流电源、开关等元件,从虚拟仪器工具栏中取出函数信号发生器、双踪示波器,创建仿真电路如图1所示。信号源没置频率1 kHz、幅值1 mV的正弦波;连接地线、节点等,在Options菜单中,打开参数Prefer-ences对话框,单击Show node names对所创建的电路的节点自动编号,其输出端节点为14,在图1中为了简化,使电路图清晰,删除了其余节点编号,至此电路图已创建。开关A向左扳,开关B打开时,为两级阻容耦合放大电路,开关B闭合时,为两级阻容耦合电压串联负反馈放大电路。首先,测两级的静态工作点,将信号源短接,用直流电流表、电压表分别测出基极、集电极电流及管压降,其值为IB1=μA,IC1= mA,UCE1= V,IB2=μA,IC2= mA,UCE2= V。开环和闭环时静态工作点相同。理论计算如下:可见,理论值与实验值基本相同。2 电压放大倍数将开关A、C向左扳,D向右扳,即RS串入电路,相当于信号源内阻。开关B打开(基本放大器),启动仿真开关,在示波器Timebase区设置X轴的时基扫描时间,在Channel A和Channel B区分别设置A、B通道输入信号在Y轴的显示刻度。仿真结果见图2。移动游标读出输出电压、输入电压的幅值,则开环时的电压放大倍数为Au=uo/uj= 6;再将开关B闭合(负反馈放大器),方法同上。其仿真结果见图3。因此,闭环电压放大倍数为:理论计算如下。1) 开环式中:rbel= kΩ;rbe2= kΩ;RL1=RC1‖Rb21‖Rb22‖[rbe2+(1+β)Re3]=Ω;RL=RC2‖RL= kΩ。因此,Au=Au1Au2=。2) 闭环可以看出,引入负反馈后电压放大倍数降低了。3 电压放大倍数的稳定性将直流电压源改为12 V,方法同上,分别测出开环和闭环时的电压放大倍数,Au(12V)= 3,Auf(12V)= 4,则开环电压放大倍数的稳定度为:闭环电压放大倍数的稳定度为:可见,引入负反馈电压放大倍数的稳定性提高了。4 信号源内阻对反馈效果的影响用参数扫描法分析。单击Simulate菜单中Analy-sis选项下的Parameter Sweep Analysis命令,在弹出的对话框中,点击Analysis Parameter标签,设置将要扫描分析的信号源内阻的起始值start 100,终止值stop5000,扫描点数#of 2,点击Output variables标签,没置分析的节点,选取输出节点14作为仿真分析变量,点击More按扭,在Analysis to下拉菜单中选择Transientanalysis(瞬态分析),默认Group all traces on one plot,即将所有的分析曲线放在同一个图中显示。最后单击Simulate按扭进行仿真,其仿真结果见图4。若RS=0,则Aus=Au,Aufs=Auf;若RS=∞,反馈电压加不到基本放大电路的输入端,不能参与对输出电压uo的控制作用,uo不受串联反馈的影响。可见,信号源内阻对反馈影响较大,为使串联反馈能取得最好效果,信号源内阻RS应尽可能小。5 输入电阻将交流电压表和电流表接在输入端,测得开环时,Ui= mV,Ii=μA,则Ri=Ui/Ii= kΩ;闭环时,Iif=μA,Rif=Uif/Iif= kΩ。理论值为:Ri=Rb11‖Rb12‖[rbe1+(1+β)Ref]= kΩ,Rif=Ri(1+AuFu)= kΩ。可见,串联负反馈使输入电阻增大。6 输出电阻在输出端接交流电压表,测出开环和闭环的输出电压,Uo= V,Uo′= V,再将开关C打开,即负载RL开路,分别测出开环和闭环时的开路电压,Uoc= V,Uoc= V,则Ro=(Uoc/Uo-1)RL= kΩ,Rof=(U′oc/U′o-1)RL= kΩ。理论值为:Ro‖RC2=5 kΩ,Rof=Ro/(1+AusFu)= kΩ,输出电阻减小了。7 通频带用交流分析法,分别测量开环和闭环的上下限截止频率。单击Simulate菜单中Analyses选项下的ACAnalysis(交流分析)命令,在弹出的对话框中,点击Frequency Parameters标签,设置AC分析时的参数频率:交流分析的起始频率1 Hz、终止频率10 GHz、扫描方式Decade、取样数量10、纵坐标的刻度Linear。最后单击Simulate按扭进行仿真,其仿真结果见图5、图6。图5中fL= Hz,fH= 2 kHz,通频带fbw=fH-fL= 9 kHz,稳频时的增益约为。由图6,fLf= 4 Hz,fHf= 5 kHz,通频带fbwf=fHf-fLf= 4 MHz,稳频时的增益约为。由此直观地反映了引入负反馈后增益降低了,但是扩宽了通频带。8 观察负反馈对非线性失真的改善打开开关B(开环),增大输入信号的幅值(频率不变),使输出电压波形出现轻度非线性失真,仿真结果见图7。再闭合开关B(闭环),观察输出电压波形,见图8。可见负反馈改善了非线性失真。9 反馈深度对反馈效果的影响用参数扫描法分析,方法同第4节。仿真结果见图9。设置将要扫描分析的反馈电阻Rf的起始值、终止值、扫描点数,即设置start 5100,stop 51000,#of 2,点击More按扭,在Analysis to下拉菜单中选择AC analysis(交流分析),默认Croup all traces on 0ne plot,最后单击Simulate按扭进行仿真。由图9可见Rf越大,反馈深度(1+AuFu)越小,增益越大,通频带越窄,即反馈深度对反馈效果的影响较大。10 结束语通过Multisim 7的仿真分析,直观形象地反映了放大电路引入负反馈后,虽然降低了放大倍数,但放大电路的其他性能得到了改善。教学实践证明,在电子技术的理论课教学中应用计算机软件进行仿真分析,加深了对电路原理、信号流通过程、元器件参数及电路性能的了解,使抽象的理论形象化,使复杂的电路分析变得生动形象、真实可信,让学生在课堂上就能感受到实验才能具有的测试效果,克服了传统理论教学的不足,对提高教学质量、激发学习热情、增强学习的主动性积极性、培养电路设计能力和创新能力具有重要作用。在预习实验或电路设计时用EWB模拟,不仅实验能较快地进行,而且不消耗元器件。有利于培养学生的逻辑思维、工程观点和分析解决问题的能力,方便快捷的仿真实验优化了教学效果,值得研究和推广。

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