plc控制步进电机在驾驶仪中应用

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1、学兔兔www.xuetutu.com第3期(总第154期)机械工程与自动化N0．32O09年6月MECHANICALENGINEERING&AUTOMAT10NJun．文章编号：1672—6413(2OO9)O3一O1l7—03PLC控制的步进电机在驾驶仪中的应用赵瑞旺，李元宗，崔荣华。(1．太原理工大学机器人实验室，山西太原O3OO24；2．南通大学理学院．江苏南通223019)摘要：介绍了自动驾驶仪的换档机械手与油门、制动和离合器机械腿的机构设计，以及PLC控制步进电机在基于汽车尾气排放检测自动驾驶仪中的控制原理与

2、应用，详细讨论了自动驾驶仪控制系统及各硬件的选型，最后讲述了程序设计方法。经实验证实该方法编程容易、系统运行稳定关键词：PLC；步进电机；自动驾驶中图分类号：TP273：TP24文献标识码：A0弓I言进电机的固定装置包括固定底座和防偏心抱紧架。固根据《轻型汽车污染物排放限值及测量方法定底座的两面夹角为90。，固定在驾驶座椅上。换档机(I1I)》的规定，汽车排放耐久性试验可以在室内底盘械手机构见图1。测功机或室外跑道上进行，目前国内有几家汽车制造厂引进了国外的自动驾驶机器人在底盘测功机上进行测试，还有许多厂家在汽车试验场

3、的跑道上进行测试。采用第一种方法需要花费大量的资金引进设备，而后者也需要投入大量的人力、物力和财力，试验时间长，试验数据的客观性和准确性难以控制。许多发达国家研制的在室内进行试验的汽车自动驾驶机器人系统，其传动部分主要依靠液压及气动来实现，具有成本高、设备笨重等缺点，而步进电机具有较好的控制性能．其运行方式的改变可以在较短时间内完成，且具有较高的控制精度。对此本自动驾驶系统提出了利用PIC(Pr0grammableIogicController)控制步进电机，依靠齿轮齿条驱动自动驾驶仪运动机构的方法来实现驾驶仪的基本动

4、作。l一机械手基座；2一步进电机固定底座；3～带齿轮步进电机和安装架；l自动驾驶仪机构设计4一编码器固定基座；5一编码器；6⋯帮街条左、右运动臂；机构部分的设计主要分为两个方面：一是换档机7～带齿条前、后运动臂；8⋯机械手f、下位段调整滑杆；械手；二是油门、刹车和离合器机械腿。整体系统的9一机械手前、后位置调整螺杆；lO⋯变速杆抱紧与机械手联接装置i机构设计主要采用渐开线齿轮和齿条作为传动机构，ll一变速杆抱紧与机械手联接装置后盖；l2一变速杆装置将齿条装在导轨中防止偏差发生，以实现精确定位。各图1换档机械手机构机构安

5、装在固定支架上。整个机构依靠固定基座安装1．2机械腿设计在汽车的驾驶座上。为了保证机械腿在汽车里的安装通用性．适应各1．1换档机械手设计种汽车油门、刹车和离合器踏板之间的距离，分别在采用机械手基座作为机械手的运动支撑和位置固齿轮齿条系统的前、后两端各加上一个万向节。这样定装置，其上固定有左、右运动臂的驱动步进电机。步就能保证安装时机械腿方向的灵活性，齿条的运动方收稿日期：2()O8—10一O7；修回日期：2oo9一Ol—o7作者简介：赵瑞旺(1979一)．男．山东潍坊人．在读硕士研究生。研究方向：机器人学兔兔www.x

6、uetutu.com·118·机械工程与自动化2OO9年第3期向由导轨和齿条共同决定。油门、制动及离合器机械动驾驶仪各执行机构的需要。在给定4OV(DC)的驱腿机构见图2。动电压、6OO步／转的细分及脉冲频率小于5kHz的情况下，该电机的转动力矩几乎不变，始终能维持在1．1Nm～1．2Nm范围之内。2．1．2PIC可编程控制器PIC作为一种可编程序控制器，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能__2]。利用PIC控制步进电机，通过PIC控制脉冲的发生个数

7、，从而控制步进电机的运转角度及旋转方向，实现对位置的精确控制，达到对换档机械手与油门、制动和离合器机械腿的控制。l一座位侧万向；2一齿条导轨；3齿条本自动驾驶仪系统的PIC采用西门子S7—2004__一齿轮；5一步进电机固定座；6一编码器固定底座；系列的CPU224为主控单元，它有两个晶体管型的数7一步进电机；8一光电编码器；9一踏板侧万向节字量输出口(QO．O和QO．1)，经过程序编制可实现高图2油门、制动及离合器机械腿机构速脉冲输出，控制步进电机的转角，同时控制步进电2控制系统设计机的转速及方向，实现运动控制。系统

8、中用10．O、IO．1系统控制结构简图见图3，图3仅为简单示意图，控制步进电机的启动、停止；lo．2、Io．3控制步进电机实际控制中需要用步进电机分别控制油门、制动和离正转、反转；QO．O控制步进电机的启停，步进电机驱合器机械腿及换档机械手，通过编制程序使各机构之动器与步进电机之间采用单脉冲模式的接法l_3]。间协调配合，用以实现