机电传动单向数控平台设计（最终版） ㊣ 精品文档 值得下载

的电机平均速度，从而达到调速的目的。

严格地讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。

般可以采用定宽调频调宽调频定频调宽三种方法改变占空比的值，但是前两种方法在调速时改变了控制脉宽的周期，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时将会引起振荡，因此常采用定频调宽法改变占空比的值，从而改变直流电动机电枢两端电压。

定频调宽法的频率般在之间比较合适。

实现方法信号的产生通常有两种方法种是软件的方法另种是硬件的方法。

硬件方法的实现已有很多文章介绍，这里不做赘述。

本文主要介绍采用定频调宽法来利用单片机产生信号的软件实现方法。

系列典型产品具有两个定时器和。

通过控制定时器初值从而可以实现从的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。

由于信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。

因此，首先必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系。

如果单片机的时钟频率为定时器计数器为位，则定时器初值与定时时间的关系为式中，表示定时时间表示定时器的位数表示定时器的计数初值表示单片机个机器周期需要时钟数，需要个时钟表示单片机晶振频率。

随着机型的不同而不同。

在应用中，应根据具体的机型给出相应的值。

这样，我们可以通过设定不同的定时初值从而改变占空比，进而达到控制电机转速的目的。

速度反馈原理速度编码器通过编码，输出的是标准脉冲，由其分辨率为可知，每个脉冲可以使电机轴转转。

通过计算的输出脉冲值，乘以，就可以得到电机轴的实际转速，通过与额定转速比较，得出差值，再进行调速，即可完成速度的反馈控制。

单片机口分配数据口电机急停开关电机正转开关接左限位开关电机反转开关接右限位开关电机速度调节开关电机速度调节开关数据命令选择端读写选择端使能信号端传感器读数据端直流伺服电机接入端直流伺服电机接入端使能端程序设计，寄存器选择位，将位定义为引脚读写选择位，将位定义为引脚使能信号位，将位定义为引脚初使化显示数组定义，显示程序键盘扫描程序延时程序电机前进程序电机后退程序电机急停程序速度速度计算传感器输出的脉冲数速度反馈控制延时，显示器速度传感器欧姆龙增量式旋转式编码器。

参考书目张建民机电体化系统设计北京理工大学出版社，高安邦机电体化系统设计实例精解机械工业出版社，机械设计手册委员会机械设计手册单行本机架箱体及导轨机械工业出版社，机械设计手册委员会机械设计手册单行本滚动轴承机械工业出版社，机械设计手册委员会机械设计手册单行本弹簧摩擦轮及螺旋传动轴机械工业出版社，李朝青单片机原理及接口技术第三版北京航空航天大学出版社侯玉宝，陈忠平基于系列单片机设计与仿真电子工业出版社反馈速度显示计时器方式计时器方式，结论综上所述，最后的系统元件选型为导轨钢球间隔保持器型滚动导轨微型型丝杆度梯形丝杠两端台阶型联轴器联轴器两端带键槽电机巨风牌稀土永磁直流伺服电机，型号为轴承角接触轴承单片机驱动芯片螺母许用剪切应力可见，校核通过。

螺杆和螺母的抗弯强度螺杆的弯曲应力螺母的弯曲应力说明螺纹牙强度足够。

螺杆许用弯曲应力螺母许用弯曲应力可见，校核通过。

综上所述，螺纹牙强度足够。

螺杆的稳定性柔度，其中长度系数两端固定，工作行程，故临界载荷，其中为螺杆材料的弹性模量，取，螺杆危险截面的轴惯性矩，故稳定性判定说明稳定性合格，证明稳定性合格螺杆的刚度轴向载荷使导程产生的变形转矩使导程产生的变形导程的总变形量，轴向载荷与运动方向相反时取正号。

则单位长度变形量在本设计中，取精度等级为级，故可知，螺杆刚度合格。

，螺杆刚度合格螺杆的横向振动临界转速，其中为螺杆两支承间的距离，取为支承系数，取两端固定则工作转速的校核按计算，满足要求，合格。

，满足转速要求。

效率螺旋丝杆选型通过螺纹外径和螺距选择度梯形丝杠两端台阶型，型号为图螺旋丝杆直流伺服电机的选型已知参数工作台重量工作台与导轨间的摩擦系数工作台行进时动载荷螺旋丝杆导程螺旋丝杆节圆直径螺旋丝杆总长螺旋丝杆传动效率表格计算项目设计计算过程计算结果动作模式的决定其中，工作平台移动速度工作行程行程时间加减速时间定位精度等效负载转矩电机与螺旋丝杆间的传动比，为使结构简单，提高精度，取空载时的摩擦转矩车削加工时的负载转矩等效转动惯量螺旋丝杆转动惯量工作台的转动惯量联轴器的转动惯量根据螺旋丝杆和电机输出轴直径，选择联轴器两端带键槽，转动惯量为图联轴器换算到电机轴上的等效转动惯量为转速计算电机转速根据车削时负载转矩，电机等效转动惯量和电机转速，初步选定为图显示程序电器元件的选型计算控制芯片选择是种带字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压高性能位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除次。

该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能位和闪烁存储器组合在单个芯片中，的是种高效微控制器，是它的种精简版本。

单片机为很多嵌入式控制系统提供了种灵活性高且价廉的方案。

图管脚图电机驱动芯片选择由于单片机口输出的电压最高才有，难以直接驱动直流电机。

所以我们需要使用恒压恒流桥式驱动芯片来驱动电机。

可接受标准逻辑电平信号，可接电压。

脚接电源电压，电压范围为。

输出电流可达，可驱动电感性负载。

脚和脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。

可驱动个电动机和，之间可分别接电动机，本系统我们选用驱动台电动机。

，脚接输入控制电平，控制电机的正反转。

，接控制使能端，控制电机的停转。

同时需要加四个二极管在电机的两端，防止电机反转的时候产生强大的冲击电流烧坏电机。

图管脚图旋转式编码器选择增量式或绝对式选择增量式只能记住自己走的步数，开机后会回到原点而绝对式上电后就能知道所处的位置，但其需要更多的线数，成本更高，不如增量式经济。

综上所述，选择增量式编码器。

分辨率精度根据电机选型时确定的最小分辨率，保证编码器分辨率不小于容许最大旋转数由上可知，电机的额定转速为，保证容许最大旋转数不低于此值。

最高响应频率数最大响应频率旋转数分辨率根据以上参数，选择欧姆龙生产的增量式旋转式编码器。

图旋转式编码器显示器选择图显示器选择，可显示个字符，芯片工作电压为，工作电流为时。

接口说明信号如下电气控制电路的设计单片机最小系统单片机最小系统所谓最小系统就是指由单片机和些基本的外围电路所组成的个可以工作的单片机系统。

般来说，它包括单片机，晶振电路和复位电路。

晶振电路设计高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。

但是告诉对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。

考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。

合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，本次设计选取无源晶振接入和引脚。

并联个陶瓷电容帮助起振。

图晶振电路复位电路复位电路通常分为两种上电复位和手动复位，如下图所示。

单片机单片机图上电复位图手动复位有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。

所以本次设计选用手动复位。

图复位电路直流电机驱动电路设计由单片机转换成信号，并由输出，经驱动电路输出给电机，从而控制电机得电与失电。

为高电平实现电机正转，为高电平时实现电机反转。

通过调节脉冲的占空比，实现速度的调节。

电路设计如下图驱动电路显示电路设计图显示电路最大值平均值最小值键盘电路设计图键盘电路控制程序的设计及说明基本原理是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的种电压调整方法。

可以应用在许多方面，如电机调速温度控制压力控制等。

在驱动控制的调整系统中，按个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变个周期内接通和断开时间的长短。

通过改变直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。

因此，又被称为开关驱动装置。

如图所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加电机断电时，速度逐渐减少。

只要按定规律，改变通断电的时间，即可让电机转速得到控制。

图风牌稀土永磁直流伺服电机，型号为，额定转速为，额定转矩为，峰值转矩为，转动惯量为。

图直流伺服电机为了使电机具有良好的起动能力和较快的响应速度，应有加减速转矩加减速转矩瞬时最大转矩及有效转矩必要的瞬时最大转矩故