双坐标数控工作台系统项目研发计划书撰写及系统方案设计.doc

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1、 现代机电控制目 录一、项目研发目的3二、项目研发目标3三、项目研发要求4四、项目系统方案设计41.原理42.机构选择43.驱动装置54.传感器的选择55.控制系统5五、项目研发分工6六、项目进度计划6七、项目研发难点分析6八、项目经费预算7一、 项目研发目的机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息 机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一

2、体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。在这一时代背景下教学型双坐标数控工作台系统的开发，作为机电控制工程技术课程的实验教学平台将对学生们的对于本课程的学习有很大的帮助，并能够在很大程度上培养学生的机电工程技能，增强学生分析解决问题、动手实践的能力，培养工程化思想。二、 项目研发目标研发一台教学型双坐标数控工作台

3、系统，该系统可以实现用笔在水平面上描绘工作台运动轨迹图案，在X-Y平面上模拟运动轨迹模仿数控加工工程，模拟精度为1mm。三、 项目研发要求1)自由度：2个（加上笔架运动的自由度为3个）；2)驱动：X轴和Y轴分别采用直流伺服电机和步进电机两种驱动方式，步进电机采用开环控制，直流伺服电机半闭环控制；3)工作台大小450450mm2，有效行程在200mm以内；4)定位精度1mm；5)速度1mm/s;6)负载=200N;7)两轴均可实现正负限位。8)时间：3个月；9)成本：2万元以内；10)课题组成员：2人。四、 项目系统方案设计1. 原理由平面双坐标系统由微型芯片控制笔头和平面之间的相对运动来进行平

4、面内的曲线绘制，绘制完成时将笔抬起，抽出纸张。2. 机构选择常用的机构特点比较如表5.1：表5.1 常用传动机构特点比较机构名称特点丝杆螺母机构传动平稳，结构紧凑；省力，精度高，无侧隙，刚性高；可实现高速进给和微进给齿轮-齿条机构机构简单，可传递较大力；有侧隙，换向时有一定冲击；不适合高精度控制曲柄滑块机构结构不是很紧凑，直线运动具有急回特性考虑到成本和机构紧凑性选择齿轮齿条机构。3. 驱动装置常用驱动有三种分别为气动型、液动型和电动型。其特点如表5.2：特点适用场合电动利用电能，容易控制，方便，且清洁无污染；效率高，结构简单，使用方便，成本低应用广泛液压能提供大推力及大扭矩，其运动方向、位置

5、及速度容易控制；冲击小；容易实现过载保护，传动效率低；对维护的要求高，成本高；需要大推力、大扭矩的场合或高载荷，低转速的设备气动气动比液压轻便、干净，维护容易，成本稍低，堵转时输出的扭力降低，实现过载保护多用在速度快、行程短的情況下考虑到节约成本和系统的简易性应选用电动式驱动装置。根据系统研发要求，我们选用直流伺服电机。直流伺服电机有高响应性；高功率密度（体积小，重量轻）；可实现高精度数字控制、负载能力大、调速范围广等特点。4. 传感器的选择传感器的主要是检测被测量的信息，并将检测到的信息量转化成电信号输出，以便于进行处理和控制。对于直流电机需要加装角位移传感器，实现直流电机本身的速度闭环，从

6、而实现该方向上运动的半闭环控制。此处角位移传感器采用光电式编码器，加装在直流电机上。实验台两个直线运动方向的两端还应该分别加装限位传感器，避免工作台运动到极限位置后电机发生堵转的情况。所以该系统所用传感器为：光电式编码器，限位传感器。5. 控制系统控制方式一般分为开环、半闭环、闭环三种控制方式，稳定性和精度上依次提高，系统算法复杂程度也依次提高，成本也相应加大。该系统两个方向上的运动一个采用半闭环控制，一个采用开环控制。硬件上主要有工控机、单片机、DSP、PLC等，由于DSP与通用微处理器相比，数据处理能力强大、运行速度高且成本较低，故选用DSP作控制芯片。 五、 项目研发分工系统方案设计：2

7、人共同进行机械结构研发制作：1人控制系统硬件、软件件研发：1人系统后期测试：2人共同进行六、 项目进度计划三月上旬三月中旬三月下旬四月上旬四月中旬四月下旬五月上旬五月中旬五月下旬需求分析总体方案机械结构硬件电路软件装配调试七、 项目研发难点分析直线运动模块的精度：由于直线运动分别采用开环和半闭环控制，直线运动模块的精度很大程度上影响了轨迹的精度，因此需要对该模块的各机构合理选型、精确装配和调试，调高本身的机械精度。控制系统硬件的稳定性：系统没有稳定性，一切等于零。设计中，硬件选型、电路板设计和布局、电路板焊接等，都需要详细考虑。软件控制：主要是程序的编写，如何用通过单片机来控制单片机、直流伺服电机，并对反馈回的各路信号进行综合处理；如何优化算法、调试参数，实现系统的快速响应、最优路径和精确定位等。这些都是程序编写中的重点和难点所在。八、 项目经费预算零件价格（元）数量（个）总价（元）滚动丝杠150023000步进电机150011600导轨100022000直流伺服电机250012800传感器5001500XY工作台200012000其他结构20002000电路板3001300总计-14200根据初步估计，各部分总共需14200元左右，满足成本要求。