机电一体化技术模块五典型机电一体化系统.ppt

模 块 5 （6）控制系统的设计 1)设计的驱动系统只有单坐标定位，所以控制系统应该设计成连续控制型。 2)对于步进电动机的开环控制，选用MCS-51系列的AT89C51。 机械传动设计 1．滚珠丝杆副的选型与计算 2．电机的选型与计算 3．滚动直线导轨选择，计算和验算 模 块 5 控制系统设计 1．设计要求 采用MCS-51系列单片机来完成该控制系统及系统框图的设计。 2．方案分析 本系统的主要执行元件是步进电机，步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专用设备步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图5-7所示。 A T 8 9 C 5 1 环形分配器 功率放大器 辅助电路 步进电机 显示模块 按键模块 图5-7 系统框图 模 块 5 3．单片机与步进电机驱动器接口 采用单片机系统对步进电动机进行串行控制，系统从CP脉冲控制端按电动机旋转速度的要求发出相应周期间隔的脉冲，即可使电动机旋转。 图5-8 简单画出串行控制方法的接线图。图中是采用AT89C51单片机的P1.0作为方向电平信号，P1.1作为CP脉冲信号。设正常的P1.1为高电平，CP 脉冲输出低电平有效，产生CP脉冲的子程序如下： 图5-8 串行控制示意图 4.1特点 １）电源电压不大于+40VDC ２）斩波频率大于35KHZ ３）输入信号与TTL兼容 ４）可驱动两相或四相混合式步进电机 ５）双极性恒流斩波方式 ７）光电隔离信号输入 ８）细分数可选SM-202A型：2、4、8、16、32、64或根据用户要求设计 ９）驱动电流可由开关设定 10）外型尺寸：85×59×19 11）重量：0.11kg 模 块 5 4．步进电动机驱动电源选用 本项目设计中选用的90BYG2602型电动机．选择SM-202A细分驱动器，如图5-9所示。 图5-9 SM-202A驱动器 模 块 5 4.2引脚说明 １）GND端为外接直流电源 ２）A+、A-端为电机A相 ３）B+、B-端为电机B相 ４）+COM端为光电隔离电源公共端，典型值为+5V，高于+5V时应在CP，DIR及FREE端串接电阻 ５）CP端为脉冲信号，下降沿有效 ６）DIR端为方向控制信号，电平高低决定电机运行方向 ７）FREE端为驱动器使能，高电平或悬空电机可运行，低电平驱动器无电流输出，电机处于自由状态 4.3 电气特性 （Tj=25℃） １）信号逻辑输入电流10mA-25mA ２）下降沿脉冲时间大于5us ３）绝缘电阻大于500MΩ 4.4 使用环境及参数 １）冷却方式：自然冷却或强制风冷 ２）使用环境：尽量避免粉尘及腐蚀性气体 ３）温度；0°C~+50°C ４）湿度；40- 89%RH 模 块 5 4.5机械安装 如图5-10： 图5-10 机械安装尺寸图 4.6 电源供给 本驱动器可采用非稳压型直流电源供电，也可以采用变压器降压+桥式整流+电容滤波。 模 块 5 4.7 输入接口电路 如图5-11。 图5-11 输入接口电路 模 块 5 4.8 电机接线 SM-202A驱动器能驱动四线、六线或八线的两相/四相电机。图5-12详细列出了4线、6线、8线步进电机的接法： 图5-12 电线接线 模 块 5 4.9驱动器与电机的匹配 4.9.1 供电电压的选定 一般来说，供电电压越高，电机高速时力矩越大，越能避免高速时掉步。但另一方面，电压太高可能损坏驱动器，而且在高电压下工作时，低速运动振动较大。 4.9.2 输出电流的设定值 对于同一电机，电流设定值越大时，电机输出力矩越大，但电流大时电机和驱动器的发热也比较严重。所以一般情况是把电流设成供电机长期工作时出现温热但不过热时的数值。 模 块 5 4.10 驱动器接线 本项目设计选择与步进电动机90BY2602相配套的驱动电源BD28Nb型，输入电压100VAC，相电流4A，分配方式为二相八拍，其与控制器的接线方式如图5-13。 图5-13 BD28Nb驱动电源接线图 模 块 5 项 目 总 结 在本项目设计中采用步进电机直接驱动滚珠丝杠来实现工作台的水平移动，因其无位置反馈，其精度主要取决于驱动系统和机械传动机构的性能和精度，精度不高。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。但是其有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，但是因其无减速装置，多用在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合。 模 块 5 在项目中所选的是滚动直线导轨因其具有摩擦系数小（0.0025~0.005)，动