機電一體化精確定位裝置及其控制系統(tǒng)分析

何正偉

摘 要：在科學(xué)技術(shù)的助推下，機電一體化技術(shù)逐漸呈現(xiàn)出了新的發(fā)展趨勢，在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。闡述了機電一體化裝置的含義，分析了機電一體化定位裝置的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合機電技術(shù)的實際發(fā)展情況，對機電一體化精準(zhǔn)定位裝置電控部分的選型設(shè)計進行了討論，希望對相關(guān)研究領(lǐng)域有所幫助。

關(guān)鍵詞：機電一體化；定位裝置；控制系統(tǒng)；傳感器

中圖分類號：TP273+.2 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.073

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。近些年來，各項技術(shù)取得了長足的進步，機電融合技術(shù)的推廣與應(yīng)用提高了控制系統(tǒng)的智能化程度，高新技術(shù)的推廣使得遠程無人操控系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，進而增強了機電裝置的機械化屬性。當(dāng)前，信息技術(shù)與電子技術(shù)進行了有機結(jié)合，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品的整體化性能。為了更好地滿足高新技術(shù)的發(fā)展需求，需要對機電一體化精確定位裝置及其控制系統(tǒng)進行分析。

1 機電一體化裝置

機電一體化裝置是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，具有檢測、動力及控制等多種功能。在實際的工作中，機電一體化的裝置系統(tǒng)起到了動力與運動之間的轉(zhuǎn)換和傳遞作用。動力功能會向整個機電系統(tǒng)提供充足的動力，這種動力能量應(yīng)該與動力、運動之間的傳遞與轉(zhuǎn)換相互匹配，進而推動整個機電系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。機電一體化裝置的主要目的是對系統(tǒng)內(nèi)、外部的信息進行加工處理，進而維持系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。機械、信息檢測控制及驅(qū)動單元等部分共同組成了機電一體化裝置系統(tǒng)，其具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 機電一體化裝置的組成

2 機電一體化定位裝置結(jié)構(gòu)

一般情況下，機電一體化定位裝置由于工作的性質(zhì)與作用的不同，會有很多種類，主要有一維、二維及多維運動等，無論何種形式的定位裝置，都是以一線運動為基礎(chǔ)，并進行復(fù)合處理而成。在新時期，對機電一體化定位裝置的設(shè)計提出了更高的要求，為了進行大行程運行與高度精確運動，一維大行程運動的控制技術(shù)是關(guān)鍵。

2.1 聯(lián)軸器設(shè)計

在定位裝置中，聯(lián)軸器主要起到了軸與軸的連接作用，并且可以對其進行分離處理，對力進行傳遞和中斷控制。聯(lián)軸器具有很多種類，如果按照行政來劃分，主要可以分成撓性聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器。其中，撓性聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上具有特殊性，而且功能也比較齊全。多種聯(lián)軸器主要具有如下幾方面的作用：①聯(lián)軸器能夠起到一定的補償作用。由于多種零部件在生產(chǎn)或者安裝的過程中，很容易使兩個軸之間出現(xiàn)軸向、徑向及角位移，而聯(lián)軸器的應(yīng)用可以防止軸端產(chǎn)生較大的額外載荷。②改變改變軸系的共振轉(zhuǎn)速，例如，如果沖擊吸收功相同時，以扭矩為基準(zhǔn)的扭轉(zhuǎn)角越大，沖擊扭矩則會越小，共振轉(zhuǎn)速則會越低。同時，聯(lián)軸器慣性矩的存在也會對軸的轉(zhuǎn)速造成影響。③聯(lián)軸器可以緩和軸上扭轉(zhuǎn)沖擊，并減輕軸的扭轉(zhuǎn)振動。

聯(lián)軸器在精確傳動中也發(fā)揮了重要作用，作為基礎(chǔ)性的部件，對定位精確度產(chǎn)生了重要影響。原動部分與傳動部分等共同組成了機械部分，每種零件也有多種類型，而且優(yōu)缺點各異?？傊?，要高度重視聯(lián)軸器的設(shè)計，提高其設(shè)計的合理性。

2.2 設(shè)計總裝配圖

在機電一體化的定位裝置中，不能忽略了總裝配圖的重要性?？傃b配圖的工作原理是：電機通電以后會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，在聯(lián)軸器作用下，可以促使絲杠副旋轉(zhuǎn)，進而帶動整個工作臺的運動，并通過對伺服電機的控制，最終實現(xiàn)精確定位?？傃b配圖的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 總裝配圖的結(jié)構(gòu)示意圖

3 電控部分的選型設(shè)計

伺服電機、步進電機和直流電機等都是當(dāng)前使用頻率較高的電控設(shè)備，而且都具有其明顯的優(yōu)勢。下面主要對步進電機及其他重要系統(tǒng)控制進行詳細分析。

3.1 步進電機設(shè)計與選型

步進電機具有多種優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)較為簡單、維修方便，因而對其控制較為容易，同時性價比比較高。近些年來，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了較快發(fā)展，提高了步進電機的性能，驅(qū)動控制作用較大，除了功率放大電路以外，在相關(guān)軟件的支持下，其他功效都可以實現(xiàn)。由于步進電機具有較高的使用價值，因而在有關(guān)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。為了進一步提高步進電機的應(yīng)用價值，在其設(shè)計過程中要投人更多的精力。在設(shè)計時，要保證最大靜力矩能夠滿足進給傳動系統(tǒng)的空載快速啟動力矩要求，步進電機的步距角要滿足進給傳動系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求，步進電機的啟動矩頻特性和工作矩頻率特性必須滿足進給傳動系統(tǒng)對工作運行力矩與運行頻率、啟動力矩與啟動頻率的要求。在項目研究中，要盡量選取結(jié)構(gòu)較為緊湊、小步矩角及可靠性強步進電機，并要優(yōu)化機磁路設(shè)計，進而減少磁損，并確保不會占用過多空間，不會被電機的堵轉(zhuǎn)所影響，振動小，使用壽命比較長。

3.2 觸摸屏設(shè)計與選型

人機界面是一類具有直觀性的操作單元，想要完成特定條件下的任務(wù)，僅僅需要PC通過人工手指觸摸畫面圖形對象即

文章編號：2095-6835（2015）12-0074-02

可。觸摸屏主要是人員的行為與機器行為達到統(tǒng)一，在此基礎(chǔ)上，使操作系統(tǒng)的操作更為簡單、自然與直接。由于數(shù)據(jù)信息不斷發(fā)生變化，因而需要操作或者監(jiān)控系統(tǒng)的用戶通過手指觸摸畫面圖像的上的按鈕、文本框及圖元等信息進行處理。觸摸屏具有多種優(yōu)勢，不僅能夠節(jié)省空間，同時還具有堅固耐用等優(yōu)點。在一般條件下，可以選用 MT4414T型號的觸摸屏。由于該觸摸屏的畫面較為細膩與逼真，具有加高的分辨率，因而可以為高效工作提供保障。

3.3 光纖傳感器的選型

待測量對光纖內(nèi)傳輸光波參量進行調(diào)制，進而得到了調(diào)制信號。該信號經(jīng)過光纖能傳輸?shù)焦馓綔y器進行解調(diào)，從而獲取待測量值，這是光纖傳感器的工作原理。光纖傳感器和傳統(tǒng)類型的傳感器有所不同，它是把需要被測量的信號轉(zhuǎn)換成光信號，對檢測光強度變化進行分析，進而完成被測量的測量?，F(xiàn)階段，光纖傳感器的應(yīng)用頻率越來越高，并且與工業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)。在本設(shè)計研究中，需要把光纖安裝在運動機構(gòu)所在的平面內(nèi)，從而能夠準(zhǔn)確地檢測執(zhí)行機構(gòu)的位置，從而對電機的進給進行控制。

4 結(jié)束語

在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，機電一體化技術(shù)越來越受到廣泛關(guān)注。由于機電一體化定位裝置及其控制系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢，功能較為強大，應(yīng)用頻率也在逐漸提高。我們需要對控制系統(tǒng)進行深入研究，使系統(tǒng)設(shè)計得到優(yōu)化，從而使機電一體化定位裝置發(fā)揮出更大的價值。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕