bgbiaz机-电一体化毕业论文.docx

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1、个人总要走生破的路,看生珑的风景,听生疏的歌,然后在某个不经意的瞬间,你会发觉.原本费尽心机想瞿遗忘的事情我的就这么遗忘了.学校代码：XXXX学号：XXXXXXXXXX学院毕业论文机电一体化中的电机限制与爱护系别：机电系专业：机电一体化学生姓名：XXX指导老师：XXX入学日期：200X年9月论文完成日期:20XX年X月内容摘要依据机电一体化技术的发展前景，提出种新型电动执行机构的设计方案，具体介绍J该执行机构各功能元件的选型与设计、阀位及速度限制原理以及各种关键问题的解决方法,该执行机构将阀门、伺服电机、限制渊合为一体，采纳8031单片机、变频技术实现阀门的动作速度和位置限制，解决阀门的精确定

2、位、阀门柔性开关、极限位置推断、电机爱护及模拟信号隔离等技术问题。现场运行状况表明，该电动执行机构具有动作快、爱护完售以及便丁和计算机通讯等优点，充分利用/机电一体化技术带来的便利快捷。关键词：电动机IBl门缝电Q爱护机电f4t技术总结引言在现代化生产过程限制中，执行机构起着特别重要的作用，它是自动限制系统中不行缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着限制手段落后、机械传动机构多、结构困难、定位精度低、牢靠性差等问题.而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不行调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的爱护和故障诊断措施以及必要的

3、通信手段，系统的平安性较差，不便与计算机联网。鉴于以上缘由，采纳传统的大流坡电动执行机构的限制系统，牢靠;性和桎定性较差。随着计和机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，这种执行机构已远远不能满意工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行机构，采纳机电一体化技术，将阀门、何服电机、限制器合为一体，利用异步电动机干脆驱动阀门的开与关。通过内置变频器，采纳模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机转矩等限制。该电动执行机构省去了用于限制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和困难、昂贵的限制柜和配电柜，具有动作快、爱护较完善,便r和计算机联网等优点。实际运行表明，

4、该执行机构工作稳定，性能牢靠；o自电子技术一问世,E电使人们在家里可充共享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。5人性化机电一体化产品的最终运用对象是人，如何给机电一体化产品给予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除完善的性能外，还要求在色调、造型等方面与环境相协调.运用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。6微型化微型化是精细加工技术发展的必定，也是提高效率的须要。微机电系统（MicroElectronicMechanicalSystems,简称MEMS）是指可批员制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信

5、号处理和限制电路，直至接门、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福高校研制出第一个医用微探针,1988年美国加州高校Berkeley分校研制出第个微电机以来,国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理探讨方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感冷、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。7集成化生成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与豆合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应

6、使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分斛为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又平安地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。8带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池“由丁在很多场合无法运用电能，因而对运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。9绿色化科学技术的发展给人们的生活带来巨大变更，在物质丰畜的同时也带来资源削减、生态环境恶化的后果。所以，人们呼喊爱护环境，回来自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生

7、利用的产品。在其设计、制造、运用和情毁时应符合环保和人类健康的要求，机电体化产品的绿色化主要是指在其运用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。10.光机电体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此，引进光学技术,实现光学技术的先大优点是能有效地改进机电体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋向.II.自律安排系统化一一柔性化.将来的机电体化产品,限制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事务，被设计成“自律安排系统”。在自律安排系统中，各个子系统是相互独立工

8、作的，子系统为总系统服务，同时具仃本身的“自律性”，可依据不同的环境条件作出不同反应.其特征是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以变更的。这样,既明显地增加了系统的适应实力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。12 .全息系统化一智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高这主要收益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简洁的“从上到卜.”的形势而为困难的、有较多冗余度的双向联系。13 .“生物软件”化一仿生物系统化。今后的机电一体扮装置对信息的依靠性很大，并且往往在结构上是处于

9、“铮态”时不槎定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物摘要：当限制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当限制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。仿生学探究领域中已发觉的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品供应新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深化探究.这一探究领域称为“生物一一软件”或“生物系统“，而生物的特征是便件（肌体）软件（大脑）一体，不行分割。看来,机电体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有段漫长的道路要走.14 .微型机电化-一微型化。目前，利用半导体罂件制造过程中的蚀刻技术，在试验室中已制造出亚微米级的机械元件.当将这一成果用实际产品时，就

10、没有必要区分机械部分和限制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在起，体积很小，并组成一种自律元件.这种微型机械学是机电一体化的重耍发展方向。第2章机电一体化中电动执行机构的硬件设计及工作原理电动执行机构限制系统原理框图如图2-1所示。智能执行机构从结构上主要分为限制部分和执行驱动部分。限制部分主要由单片机、PwM波发生器、IPM逆变器、A/D、D/A转换模块、整流模块、输入输出通道、故障检测和报警电路等组成。执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。IS2-I电61Mi机构杓“系惊枢图2.1 系统工作原理霍尔电流、电压传感器及位置传感器检测到的逆变模

11、块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，经A/D转换后送入单片机。单片机通过8255限制PMl波发生器,产生的PWY波经光电耦合作用于逆变模块IPM,实现电机的变频调速以及阀位限制“逆变模块工作时所须要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。2.2 限制系统各功能元件的选型与设计D单片机选用INTE1.公司生产的8031单片机,它主要通过并行82551担负限制系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开度等设定信号，并供应三相INM波发生器所须要的限制信号：处理IpM发出的故障信号和报警信号：处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；供应显示电动执行机构的工作

12、状态信号：执行限制系统来的限制信号，向限制系统反馈信号：2）三相PWM波发生潞P制波的产生通常有模拟和数字两种方法。模拟法电路困琲，有温漂现象，精度低，限制了系统的性能：数字法是依据不同的数字模型用计兑机兑出各切换点，并存入内存,然后通过查表及必要的计算产生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。为了满意智能功率模块所须要的PwM波限制信号，保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测,爱护、限制等功能，文中选用MITE1.公司生产的SA8282作为三相PWv发生器。SA8282是专用大规模集成电路，具仃独立的标准微处理器接口,芯片内部包含/波形、频率、幅值等限制信息。3）智能逆变

13、模块IPM为了满意执行机构体积小，牢轼性高的要求，电机电源采纳智能功率模块IPM.,该执行机构主要适用功率小于5.5MV的三相异步电机，其额定电压为380V,功率因数为0.75。经计算可知,选用日本产的智能功率模块PM50RSA120可以满意系统耍求“该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体，并内出过电流、短路、欠电压和过热爱护以及报警输出，是一种高性能的功率开关器件。4）位置检测电路位置检测电路是执行机构的田要组成部分，它的功能是供应精确的位置信号。关键问题是位置传感器的选型。在传统的电动执行机构中多采纳绕线电位罂、差动变压罂、导电塑料电位器等。绕线电位器寿命短被淘汰。差动变压器由于线

14、性区太短和温度特性不志向而受到限制。导电塑料电位器目前较为流行，但它是有触点的，寿命也不行能很长，精度也不高。笔者采纳的位置传感器为脉冲数字式传感器,这种传感器是无触点的，且具有精度高、无线性区限制、稳定性高、无温度限制等特点。5）电压、电流及检测检测电压、电潦主要是为r计算电机的力矩，以及变频器输出回路短路、断相爱护和逆变模块故障落断。由于变频器输出的电流和电压的领率范用为050Hz,采纳常规的电流、电压互感器无法满意要求“为J快速反映出电流的大小,采纳霍尔里电流互感器检测IPM输出的三相电流，对于IPM输出电乐的检测采纳分压电路。如图2-2所示。ra2-2IPMS出电洸.电出桧濡6）通讯接

15、口为了实现计算机联网和远程限制,选用MAX232作为系统的串行通讯接口，MX232内部有两个完全相同的电平转换电路，可以把8031串行口输出的111.电平转换为RS-232标准电平,把其它微机送来的RS-232标准电平转换成TT1.电平给8031,实现单片机与其它微机间的通讯.7）时钟电路时钟电路主要用来供应采样与限制周期、速度计算时所须耍的时间以及日历.文中选用时钟电路DS12887.DS12887内部有114字节的用户非易失性RAM,可用来存入需长期保存的数据。8）液晶显示单元为了实现人机对话功能，选用MG1.Sl2832液晶显示模块组成显示电路。采纳组态显示方式。通过菜单选择,可分别对阀

16、门、力矩、限位、电机、通讯和参数等信号进行设置或调试.并采纳文字和图形相结合的方式，显示直观、清楚。9）程序出格自笑原电路为保证在强干扰下程序出格时系统能够自动地复原正常，选用MAX705组成程序出格自复原电路，监视程序运行。如图2-3所示，该电路由MAX705、与非门及微分电路组成。图23程序出格自恢复电路工作原理为：一旦程序出格，WDO由高变低，由于微分电路的作用，由“与非”门输入引脚2变为高电平，中脚2电平的这种变更使“与非”门输出一个正脉冲，使单片机产生一次史位，匆位结束后,又由程序通过Pl.0口向MAX705的WDl引脚发正脉冲，使WDo引脚回到高电平,程序出格自比原电路接着监视程序运行。第3章机电一体化中脚位及速度限制原理阀位及速度限制原理框图如图3-1所