實(shí)驗(yàn)一-數(shù)控加工仿真試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一

機(jī)電一體化系統(tǒng)組成及元部件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)機(jī)電一體化技術(shù)（1）理解典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各常用功能部件，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和流程建立總體的認(rèn)識(shí)，確立機(jī)械與電子及相關(guān)技術(shù)的相互滲透和有機(jī)融合觀念；（2）理解數(shù)字增量編碼器的角度測量、T法測速的工作原理以及數(shù)字和模擬測量信號(hào)的處理方法；（3）掌握編碼器回原點(diǎn)方式及其對(duì)回原點(diǎn)重復(fù)精度的影響，從而確保XY工作臺(tái)的控制精度。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）AS-100交流伺服教學(xué)設(shè)備一套；（2）計(jì)算機(jī)一臺(tái)，PEWIN軟件；（3）位置檢測工具一臺(tái)（光柵尺）。二、實(shí)驗(yàn)器材內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能部件完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)包括：機(jī)械本體、動(dòng)力系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。三、實(shí)驗(yàn)原理執(zhí)行裝置機(jī)械部分傳感器機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成動(dòng)力源控制裝置機(jī)電一體化系統(tǒng)主功能：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動(dòng)、輸送）功能；③儲(chǔ)存（保持、積蓄、記錄）功能。內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能部件內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能部件機(jī)械部分：用于支撐和連接其他要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來，形成有機(jī)的整體，可以像數(shù)控工作臺(tái)和機(jī)器人那樣實(shí)現(xiàn)目標(biāo)軌跡和動(dòng)作；內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能部件執(zhí)行裝置：將信息轉(zhuǎn)化為力和能量，以驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分運(yùn)動(dòng)；內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能部件傳感檢測部分：用于對(duì)輸出端的機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測量、監(jiān)控和反饋；內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能部件信息處理與控制系統(tǒng)：是對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制信息和來自傳感器的反饋信息進(jìn)行處理，向執(zhí)行裝置發(fā)出動(dòng)作指令。內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能部件編碼器工作原理光電編碼器是利用光電原理把機(jī)械角位移變成電信號(hào)，可以非常方便的測量電機(jī)軸的角位移，還可以測量軸的轉(zhuǎn)速。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用按輸出信號(hào)與對(duì)應(yīng)位置（角度）的關(guān)系，光電編碼器通常分為：增量式光電編碼器絕對(duì)式光電編碼器混合式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用增量式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用增量式光電編碼器的分辨角為：分辨率R=P

，P為每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，即圓盤上的條紋數(shù)或稱線數(shù)。增量式光電編碼器絕對(duì)式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用混合式光電編碼器內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用編碼器測速原理：在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來測量轉(zhuǎn)速的方法有以下三種：①在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測量所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)來獲得被測速度，稱為M法測速；②測量相鄰兩個(gè)脈沖的時(shí)間來測量速度，稱為T法測速；③同時(shí)測量檢測時(shí)間和在此時(shí)間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)來測量速度，稱為M/T法測速。以上三中測速方法中，M法適合于測量較高的速度，能獲得較高分辨率；T法適合于測量較低的速度，這時(shí)能獲得較高的分辨率；而M/T法則無論高速低速都適合測量。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用編碼器測速原理：T法測速；

nM=60fc/Pm1(r/min)內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用編碼器測速原理：T法測速分辨率：當(dāng)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2時(shí)則分辨率Q的定義為Q=n2-n1，Q值越小說明測量裝置對(duì)轉(zhuǎn)速變化越敏感即分辨率越高?？梢缘玫絋法測速的分辨率為：由上式可見隨著轉(zhuǎn)速nM的降低，Q值越小，即T法測速在低速時(shí)有較高的分辨率。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用回零精度的保證：原點(diǎn)是系統(tǒng)的基準(zhǔn)，回零精度對(duì)于系統(tǒng)來說非常重要，回原點(diǎn)的重復(fù)精度十分重要，若每次回原點(diǎn)的位置總是差別很大，那系統(tǒng)無精度可言。用普通的機(jī)械開關(guān)、光電開關(guān)、磁力開關(guān)作為原點(diǎn)開關(guān)是無法保證回原點(diǎn)的重復(fù)精度的，所以在許多精密定位系統(tǒng)中通常采用原點(diǎn)開關(guān)和編碼器的C信號(hào)組合使用以保證回原點(diǎn)的精度。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用W1W0編碼器C脈沖機(jī)械原點(diǎn)信號(hào)原點(diǎn)開關(guān)和編碼器C信號(hào)組合保證回原點(diǎn)的精度內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能部件通過對(duì)典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能及組成的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)及分析。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用（一）編碼器辨向及T法測速實(shí)驗(yàn)（二）編碼器C信號(hào)作用及倍頻譯碼四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容內(nèi)容一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能部件（1）認(rèn)真分析系統(tǒng)操作目的，確定系統(tǒng)的操作功能；（2）然后根據(jù)系統(tǒng)操作功能確定系統(tǒng)的工作機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)組合順序；（3）確定操作力的大小和方向，并據(jù)此確定動(dòng)力源和驅(qū)動(dòng)裝置；（4）選擇并確定控制所需檢測參數(shù)的各種傳感器；（5）確定控制算法和控制系統(tǒng)，用框圖或流程圖來表達(dá)所要控制的目標(biāo)；（6）對(duì)上述各項(xiàng)進(jìn)行機(jī)械、電氣、硬件和軟件的設(shè)計(jì)；（7）必要時(shí)進(jìn)行模擬仿真，對(duì)算法和系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）編碼器辨向及T法測速實(shí)驗(yàn)（1）將AS-100控制柜的所有電纜同X-Y平臺(tái)連接好（包括電機(jī)動(dòng)力線、碼盤反饋線、限位回零線、光柵反饋線）。（2）在控制面板將“控制卡輸出”的“脈沖正、脈沖負(fù)、方向正、方向負(fù)”同“驅(qū)動(dòng)器輸入”相對(duì)應(yīng)端子連接，將“控制卡輸入”的“碼盤A+、碼盤A-、碼盤B+、碼盤B-、碼盤C+、碼盤C-”同“驅(qū)動(dòng)器輸出”相對(duì)應(yīng)端子連接。（3）運(yùn)行PEWIN軟件，打開位置窗口和監(jiān)視窗口。（4）在監(jiān)視窗口加入M106變量對(duì)它進(jìn)行監(jiān)視，此變量存放的即相鄰兩個(gè)脈沖之間計(jì)數(shù)器的讀數(shù)m1。（5）X軸電機(jī)停轉(zhuǎn)后，在終端窗口鍵入“I122”并回車，查看它的數(shù)值，改變此數(shù)值即改變X軸手動(dòng)速度，單位cts/ms，I122*1000*60/P后單位變?yōu)檗D(zhuǎn)/分，其中P為碼盤反饋線數(shù)，可以經(jīng)過計(jì)算后同伺服驅(qū)動(dòng)器上的速度反饋值進(jìn)行比較。（6）然后將I122的數(shù)值逐步增大或者減小，幅度為每次加2。重復(fù)步驟8共9次后填寫表1。內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用（一）編碼器辨向及T法測速實(shí)驗(yàn)表1內(nèi)容二、檢測元件的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)器顯示的轉(zhuǎn)速（RPM）計(jì)數(shù)器中脈沖個(gè)數(shù)m1（M106的數(shù)值）時(shí)鐘脈沖頻率fc（MHz）編碼器分辨率（線）利用公式計(jì)算所得轉(zhuǎn)速nM（RPM）測速分辨率Q10在PEWIN32的終端窗口中鍵入“#1J：8192”向X軸電機(jī)發(fā)送8192個(gè)計(jì)數(shù)，并在示波器中查看C信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)（2048為電機(jī)編碼器一圈反饋到PMAC控制器中的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)，經(jīng)過4倍細(xì)分后為8192）。在終端窗口中鍵入“I910”查看X軸電機(jī)碼盤譯碼方式及倍頻關(guān)系，當(dāng)I910為3或7時(shí)，編碼器經(jīng)過了4倍頻譯碼，即轉(zhuǎn)一圈需要8192個(gè)指令脈沖（電機(jī)編碼器反饋到PMAC的線數(shù)為2048線）。將X軸電機(jī)移動(dòng)到中間位置，在PEWIN終端窗口鍵入“J：8192”讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，查看電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)并做記錄。將I910號(hào)參數(shù)改為2或6（注意如果原來為3就改成2，原來為7就改為6，切不可搞錯(cuò)，否則電機(jī)將因?yàn)榫幋a器譯碼方向錯(cuò)誤而開環(huán)失去控制），使X軸碼盤的譯碼方式變成2倍頻正交譯碼。重復(fù)步驟4，讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并記錄運(yùn)動(dòng)圈數(shù)。將I910號(hào)參數(shù)改為1或5（注意如果原來為2就改成1，原來為6就改為5，切不可搞錯(cuò)，理由同步驟5），使X軸碼盤的譯碼方式變成1倍頻正交譯碼。（二）編碼器C信號(hào)作用及倍頻譯碼7、在PEWIN終端窗口鍵入“I912”，查看回零模式。在本教學(xué)設(shè)備中I912=3，為編碼器C信號(hào)上升沿和X軸原點(diǎn)信號(hào)高電平組合回原點(diǎn)。然后在終端窗口鍵入“#3HMZ”，將光柵反饋值清零。8、按操作面板的“回原點(diǎn)”按鈕，將X軸回到原點(diǎn)。在PEWIN終端窗口鍵入“I123”，查看X軸回原點(diǎn)的速度并記錄。9、將X軸平臺(tái)移動(dòng)到中間位置，然后按“回原點(diǎn)”鍵使X軸回原點(diǎn)。此時(shí)記錄#3通道窗口顯示的位置值（光柵反饋值）。10、在終端窗口改動(dòng)“I123”的值（減小或者加大），此值為X軸電機(jī)回零速度，注意不要將此值改的過大，過大由于磁力開關(guān)和電路的反應(yīng)時(shí)間限制將會(huì)沖過原點(diǎn)。11、將電機(jī)運(yùn)行到中央，重復(fù)步驟12、13、14。來回做5次，記錄每次回原點(diǎn)后光柵的反饋結(jié)果。12、在終端窗口改變I912值為2，回零模式變?yōu)橐栽c(diǎn)開關(guān)的高電平有效，并且發(fā)送“#3HMZ”將光柵反饋清零，然后重復(fù)步驟12、13、14，記錄結(jié)果，并與上一次所記錄的結(jié)果進(jìn)行比較，然后總結(jié)出結(jié)論，填寫表2。13、還可以繼續(xù)改變I912=1，以編碼器C脈沖信號(hào)上升沿作為回零標(biāo)志，按“回原點(diǎn)”按鈕，看看運(yùn)行情況。（二）編碼器C信號(hào)作用及倍頻譯碼回零模式（I912值）回零速度（I123值，單位：cts/ms）回零絕對(duì)值（第三通道—原點(diǎn)處光柵反饋值）3（碼盤C信號(hào)同原點(diǎn)開關(guān)組合回零）2（原點(diǎn)開關(guān)回零）1（碼盤C信號(hào)回零）（二）編碼器C信號(hào)作用及倍頻譯碼

表2實(shí)驗(yàn)前要首先了解機(jī)電一體化系統(tǒng)組成的有關(guān)知識(shí)。熟悉AS-100教學(xué)設(shè)備的使用及