机电一体化技术实验指导书

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1、机电一体化技术实验指导书现代制造技术综合实验中心机电一体化实验室实验教师:焦风川(51685011,13601388920)实验一、机电一体化系统的功能部件和检测元件应用实验一、实验目的：（1）理解典型机电一体化系统的结构特点和各常用功能部件，并对系统设计内容和流程建立总体的认识，使所学抽彖的理论知识与实践结合起来，进而确立机械与电子及相关技术的相互渗透和冇机融合观念。（2）理解数字增量编码器的角度测量、T法测速的工作原理以及数字和模拟测量信号的处理方法；（3）掌握编码器冋原点方式及其对冋原点重复精度的影响，从而确保XY工作台的

2、控制精度。二、实验设备或软件：（1）AS-100交流伺服教学设备-•套；（2）计算机一台，PEWIN软件；（3）位置检测工具一台（读数显微镜、光栅尺或激光干涉仪等）。三、实验原理：内容一、机电一体化系统的功能部件：完善的机电一体化系统包括以下棊本要素如图1所示：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理及控制系统，各要素和环节之间通过接口相联系。机械部分用于支撐和连接具他要索，并把这些耍素合理地结合起來，形成有机的整体，叮以像数控工作台和机器人那样实现目标轨迹和动作；执行装置将信息转化为力和能量，以驱动机械部分运动；传

3、感检测部分用于对输出端的机械运动参数进行测屋、监控和反馈。信息处理与控制系统是对机电一体化系统的控制信息和来口传感器的反馈信息进行处理，向执行装置发出动作指令。机电一体化系统主功能：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；③储存（保持、积薔、记录）功能。其它内部功能即动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。交流伺服教学系统是典型的机电一体化设备，主要纟R成环节如图2所示：信息处理和控制由PMAC（可编程多轴运动控制器）完成；驱动元件为富士伺服驱动器，执行机构是伺服驱动器配套的交流伺服电机，伺服电机与驱动器组成速度闭环

4、控制系统；机械本体X-Y工作台是--典型的控制对象，采用滚珠丝杠螺母传动的模块化的十字工作台，用于实现目标轨迹和动作，为纪录运动轨迹和动作效果，用笔架和绘图装置代替加工工件的丿J具,X・Y工作台也是口前许多数控加工设备的基本部件,如数控车床的纵横向进刀装置、数控铳床和数控钻床的XYT作台、激光加工设备工作台等；检测元件用编码器或光栅尺。图1机电一体化系统的组成串上位机（计算机）上位机（计算机）串伺服驱动器口-动力输出指令（脉过V或模拟量）控制器（PMAC-104Y滚珠丝杠十字联轴节伺服电机XY工作台光栅/盘反馈I£光电码盘oQ•

5、开机限位X轴原点Y轴原点电源指示急住勺0OO••手动/自动X轴/Y轴程序选择暂件.JOG+JOG回原点图2交流伺服教学系统的组成内容二、检测元件的应用1.编码器工作原理光电编码器是利用光电原理把机械角位移变成电信号，可以非常方便的测虽电机轴的角位移，还可以测量轴的转速。按输出信号与对应位置（角度）的关系，光电编码器通常分为增量式光电编码器、绝对式光电编码器及混合式光电编码器三类。增量式光电编码器每产生一个输出信号就对应一个增量位移角，不能直接检测轴的绝对角度。绝对式光电编码器则通过读取编码盘上的图案来表示轴的位置，可以肓接读取角

6、度坐标的绝对值。混合式光电编码器则是增量式和绝对式共有的编码器。光电圆盘少被测轴连接，光线通过光电圆盘和遮光板的缝隙，在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，在A、B光敏元件上产生近似于正弦波的电流信号，经放大整形电路变成相位相差90°的方波信号，如3所示。轴每转动一圈，只产生一个C相脉冲，用作参考零位的标志脉冲，在数控机床的进给控制中，C相脉冲用来产生机床的基准点。A相和B相的相位差可用作电机的旋转方向判别，若A相超前于B相，对应电机作正向运动；若A相滞后于B相，对应电机作反向运动。若以该方波的前沿和后沿产生的计数脉冲，可以形成代

7、表止向和反向位置的脉冲序列。在实际应用中，为了提高编码器信号的传输能力和抗T•扰能力，毎一•相都以差分形式输出，即毎和都有一个和该相相位差180°的脉冲序列输岀，如A相有A/相一起差动输出。增量式光电编码器的分辨率为：分辨率R=P,分辨角a=^-（式中：P为毎转脉冲数，即圆盘上的条纹数或称线数）。P（1）编码器测速原理：在闭环伺服系统屮，根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：①在规定时间内测量所产生的脉冲个数來获得被测速度，称为M法测速；②测量相邻两个脉冲的时间來测量速度，称为T法测速;③同吋测量检测吋间和在此吋间内脉冲发生器

8、发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速。以上三种测速方法中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率；而M/T法则无论高速低速都适合测量。PMAC控制器采用的是T法测速。T法测速的原理是用一已知频率隹（此频