機(jī)電一體化(系統(tǒng)設(shè)計(jì))

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)1第七章

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)例機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)27.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述一、機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的流程明確設(shè)計(jì)思想分析綜合要求劃分功能模塊決定性能參數(shù)調(diào)研類似產(chǎn)品擬定總體方案方案對(duì)比定型編寫總體設(shè)計(jì)論證書機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)37.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題以機(jī)電互補(bǔ)原則進(jìn)行功能劃分，即明確哪些功能由機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，哪些功能由電子技術(shù)的硬軟件實(shí)現(xiàn)，發(fā)揮機(jī)電所長，簡化結(jié)構(gòu)、充分體現(xiàn)機(jī)電一體化綜合效果。用圖表說明功能要求與動(dòng)作順序要求。分析產(chǎn)品專用性與批量。重點(diǎn)明確產(chǎn)品的簡要特性。分析產(chǎn)品的自動(dòng)化程度及其適用性。環(huán)境條件要求。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題動(dòng)力源特性分析。機(jī)、電、液傳動(dòng)的最佳匹配?？煽啃苑治?。結(jié)構(gòu)尺寸及空間布置分析。特殊功能分析、低速穩(wěn)定性、抖動(dòng)要求、快速響應(yīng)性與定位精度要求等。在保證目的功能要求與適當(dāng)壽命的前提下不斷降低成本，降低成本一方面是從用戶需求出發(fā)降低成本，二是從制造廠的立場出發(fā)降低成本。4機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)57.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟控制系統(tǒng)方案的確定；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)6三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（1）控制系統(tǒng)方案的確定①根據(jù)系統(tǒng)的功能要求確定：開環(huán)或閉環(huán)，選擇對(duì)應(yīng)的檢測元件和執(zhí)行元件類型及工作參數(shù)。②根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，選擇執(zhí)行元件（電動(dòng)、氣動(dòng)及液動(dòng)）。③根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品所提出的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性及可靠性等要求，選擇控制器的實(shí)現(xiàn)方式（模擬控制器、數(shù)字控制器），并且確定相應(yīng)的控制算法。④根據(jù)微型計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的作用來選擇是采用單片機(jī)、單板機(jī)或者微型計(jì)算機(jī)，同時(shí)確定計(jì)算機(jī)的型號(hào)及相應(yīng)的外圍設(shè)備、人機(jī)界面。⑤繪制機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的初步方框圖。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)7三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（2）硬件設(shè)計(jì)①執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)電路及傳動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。②控制器（控制系統(tǒng)核心單元）的具體設(shè)計(jì)。③接口電路的設(shè)計(jì)。接口電路包括：A/D、D/A通道接口；DI、DO通道接口；總線接口；傳感器信號(hào)接口；輸入與顯示、報(bào)警人機(jī)接口等。④信號(hào)放大電路和抗干擾電路設(shè)計(jì)。⑤印制電路板設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)8三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（3）軟件設(shè)計(jì)①控制軟件設(shè)計(jì)，指根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求及所選的控制算法進(jìn)行控制軟件設(shè)計(jì)（例如PID調(diào)節(jié)器軟件設(shè)計(jì)等）。②接口軟件設(shè)計(jì)，指各輸入和輸出接口電路工作的軟件（比如鍵盤掃描、LED顯示軟件等）。③信號(hào)采集與處理軟件設(shè)計(jì)，包括按程序依次采集各通道數(shù)據(jù)或狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)字濾波、線性化處理等前置處理。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)97.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述四、機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)機(jī)械接口：各元部件的安裝和定位方式。電氣接口：傳感器、驅(qū)動(dòng)器的電氣連接，功率接口等（考慮信號(hào)可靠傳輸和抗干擾問題）。人機(jī)接口：鍵盤、顯示器等人機(jī)界面，報(bào)警器等。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)107.2

機(jī)電一體化系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)一、干擾產(chǎn)生的因素干擾是指對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。從廣義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾因素包括電磁干擾、溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動(dòng)干擾等等。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)117.2

機(jī)電一體化系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)一、干擾產(chǎn)生的因素形成干擾的三個(gè)要素：干擾源；傳播途徑；對(duì)干擾敏感的接收電路。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)12機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)串模干擾示意圖14機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)干擾的傳播途徑15機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、提高系統(tǒng)抗干擾能力的一般原則16機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)17三、常用抗干擾措施電源干擾的擬制交流電源側(cè)加交流電源濾波器交流電源側(cè)加壓敏電阻交流電源側(cè)加隔離變壓器整流電源加高頻濾波直流電源電路加退耦電路機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)交流電源的干擾抑制18機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)直流電源的干擾抑制19機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)20三、常用抗干擾措施感性負(fù)載干擾的擬制并聯(lián)吸收網(wǎng)絡(luò)注意線路的隔離機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)感性負(fù)載的干

擾抑制21機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)22三、常用抗干擾措施機(jī)械振動(dòng)干擾的擬制觸點(diǎn)兩端并聯(lián)RC濾波電路輸入信號(hào)接觸發(fā)器電路注意信號(hào)線的屏蔽和隔離，避免與動(dòng)力線平行走線機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)感性負(fù)載的干擾抑制23機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)24三、常用抗干擾措施隔離、屏蔽和接地技術(shù)確保正確的接地方法；采用正確的電磁場屏蔽方法；輸入和輸出信號(hào)應(yīng)采取必要的電氣隔離方式，選擇合適的傳輸線類型，注意走線的隔離和屏蔽。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)25三、常用抗干擾措施*接地技術(shù)接地方式：低頻一點(diǎn)接地，高頻多點(diǎn)接地。模擬地與數(shù)字地分開，在電源處連接。交流地與直流地分開。注意機(jī)箱外殼接地。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)接地方式26機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)27三、常用抗干擾措施*屏蔽電場屏蔽：采用封閉的金屬機(jī)殼良好接地，抑制分布電容產(chǎn)生的電場干擾。磁場屏蔽：采用高導(dǎo)磁率的材料做成封閉的機(jī)箱，抑制磁場的干擾。電磁屏蔽：采用導(dǎo)磁性材料做成封閉的機(jī)箱并良好接地，抑制高頻電磁場的感應(yīng)和輻射干擾。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)屏蔽方式28機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、常用抗干擾措施*隔離29機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、常用抗干擾措施*線間串?dāng)_的抑制避免長的平行導(dǎo)線傳輸，必須依據(jù)干擾的性質(zhì)選擇信號(hào)傳輸線：電場干擾抑制用屏蔽線，電磁感應(yīng)抑制用雙絞線。屏蔽層必須接地：高頻兩端接地，低頻單端接地。平行放置的相鄰兩組絞線必須采用不同節(jié)距。關(guān)鍵部位用屏蔽雙絞線。30機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)31三、常用抗干擾措施模擬量抗干擾的措施抗串模干擾：濾波、信號(hào)調(diào)制解調(diào)、線性光耦等抗共模干擾：正確接地、信號(hào)差動(dòng)放大等機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)32三、常用抗干擾措施軟件抗干擾設(shè)計(jì)軟件濾波：用軟件數(shù)據(jù)處理的方法濾除干擾信號(hào)，包括：算術(shù)平均值法、加權(quán)平均法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等。軟件“陷阱”：把程序存儲(chǔ)器中未用的單元填充程序復(fù)位代碼，以捕獲“飛掉”的程序，使系統(tǒng)重新投入正常運(yùn)行。軟件“看門狗”：程序中定時(shí)”喂狗“，以監(jiān)測程序是否正常運(yùn)行，一旦程序”飛跑“，系統(tǒng)便復(fù)位自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)337.3

機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)例

LC——1數(shù)控全自動(dòng)拉槽機(jī)：功能特點(diǎn)：一種現(xiàn)代巖土工程機(jī)械，典型的機(jī)、電、液一體化產(chǎn)品，整套設(shè)備包括拉槽主機(jī)及配套混凝土澆灌設(shè)備。用此設(shè)備可開挖寬200～

300mm、深10～30m的薄形連續(xù)槽，并在槽內(nèi)澆灌混凝土形成連續(xù)墻，是江河大堤防滲墻施工的理想設(shè)備。本設(shè)備由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)等部分組成。技術(shù)