2479 彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計

2479 彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計,彈體,支撐,支持,運動,機(jī)構(gòu),目標(biāo),模擬器,控制系統(tǒng),設(shè)計 彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告班級（學(xué)號）：機(jī) 0405-21 姓名：吳勝裕指導(dǎo)老師：張剛 督導(dǎo)老師：楊慶東一、 綜述：本課題設(shè)計的彈體支撐目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)是為檢測導(dǎo)彈彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝位置是否精確的檢測裝置和彈體或者單個彈頭提供安裝平臺。彈體體支撐機(jī)構(gòu)為整彈體（或彈體頭）提供安裝固定條件，并要求能實現(xiàn)其運動要求，同時也要為目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)提供安裝平臺；目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)主要有伺服或步進(jìn)電機(jī)控制的小型轉(zhuǎn)臺和延長支架組成，是目標(biāo)模擬器的安裝平臺，它要求能保證在測試過程中控制目標(biāo)模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運動，確保目標(biāo)模擬器一直對正彈體頭中心。二、 研究內(nèi)容：本課題為彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)兩部分，軟件方面主要是一些 PCI 運動控制卡的軟件及其操作界面的設(shè)計。彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測試系統(tǒng)的試驗安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺，同時要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。彈體支撐機(jī)構(gòu)可為整個彈體或者單獨的彈體頭提供安裝和固定環(huán)境，并可提供手動方式控制的 俯仰和滾轉(zhuǎn)運動；目標(biāo)的運動機(jī)構(gòu)將通過伺服或者步進(jìn)電機(jī)帶動輕型轉(zhuǎn)臺及可調(diào)安裝支架來實現(xiàn)，運動控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長度可調(diào)，并提供目標(biāo)模擬器的安裝平面。目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)將接受測試仿真系統(tǒng)的控制，按其設(shè)定的位置和速度運行；同時還需要設(shè)計控制目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)所需的 PCI 運動控制卡和對應(yīng)的接口程序。三、 實現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)：本課題設(shè)計的彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡單方便，可靠性好。在滿足功能要求的前提下，按盡可能使用、操作方便、制造簡單、價格低廉的總體要求進(jìn)行設(shè)計。總體方案包括彈體支撐機(jī)構(gòu)的設(shè)計，目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)的設(shè)計和 PCI 控制卡軟件及其操作界面的編制。在設(shè)計中在大量運用機(jī)械知識的同時，穿插了許多電子電路，軟件編制的知識，使得比傳統(tǒng)的機(jī)械有了很大的操作改觀。在設(shè)計過程中分兩個部分完成;硬件和軟件部分。1、 硬件部分：彈體支撐機(jī)構(gòu)主要實現(xiàn)的功能包括兩點：整彈體（或彈體頭）的手動俯仰運動及其自身的手動滾轉(zhuǎn)運動，且這兩個運動是分開進(jìn)行的，滾轉(zhuǎn)運動只有在整彈體（或彈體頭）水平位置時進(jìn)行。俯仰運動初步?jīng)Q定用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，主要克服的困難是使彈體（或彈體頭）在兩極端位置時不能移動位置；滾轉(zhuǎn)運動運用杠桿原理按照指定要轉(zhuǎn)過的角度通過手動直接扳動彈體轉(zhuǎn)動，主要考慮的是支撐體是點支撐還是面支撐，實現(xiàn)的難易程度。如下圖所示：目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)主要實現(xiàn)目標(biāo)模擬器的定位功能：目標(biāo)模擬器的安裝位置可以直接通過絲杠來定位，并在兩端用擋板確定它的位置移動范圍，它的弧線運動范圍和速度能通過軟件來實現(xiàn)。2、 軟件部分：目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)在硬件的基礎(chǔ)上是不能完成全部運動要求的，必須得通過軟件部分的補充才能充分實現(xiàn)其功能。在軟件的編制上，主要要求編制所選 PCI 控制卡相對應(yīng)的接口程序以及弧線運動速度和運動范圍的限制條件和報警系統(tǒng)，還有人工操作界面的編制。此次設(shè)計選用的是 6030 PCI 運動控制卡，主要儀器設(shè)備：計算機(jī)、PRO/E、PCI 控制卡及其對應(yīng)的軟件、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)等。四、 對進(jìn)度的具體安排：第 一 周：動員、詳細(xì)安排任務(wù)，準(zhǔn)備計算機(jī)，各種軟件；第 二 周：到圖書館、情報信息中心、工廠等地調(diào)研查閱資料；第 三 周：翻譯資料，初步設(shè)計方案，學(xué)習(xí)三維設(shè)計軟件工具；第 四 周：寫調(diào)研報告、開題報告，論證方案，開題審查；第 五 周：設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)，計算設(shè)計參數(shù)，畫出草圖；第 六 周：完成機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙的任務(wù)；第 七 周：修改完善機(jī)械設(shè)計第 八 周：控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計，選擇控制器；第 九 周：接口電路設(shè)計，包括測量輸入、運動控制輸出電路；第 十 周：修改完善控制系統(tǒng)和接口設(shè)計；第十一周：設(shè)計控制系統(tǒng)軟件；第十二周：編制控制程序；第十三周：完成機(jī)械結(jié)構(gòu)三維設(shè)計模型；第十四周：進(jìn)行裝配仿真、運動仿真；第十五周：撰寫詳細(xì)的論文提綱，設(shè)計說明書；第十六周：完善所有設(shè)計，打印圖紙和論文，上交論文；第十七周：答辯。五、 參考文獻(xiàn)：1、 彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)原理及設(shè)備2、 機(jī)械設(shè)計3、 機(jī)電一體化4、 機(jī)械設(shè)計手冊5、 PCI 運動控制卡原理與應(yīng)用指導(dǎo)老師： 年 月 日督促老師： 年 月 日領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見：審查人簽字： 年 月 日彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計1第一章 概述1．1 課題的意義任何零件的質(zhì)量檢測都應(yīng)有“檢測標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范” ，其中含有判定零件如何檢測，及判定是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。按照檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行零件的檢測和合格與否的判定即可。檢測過程中會需要各類量具，如卡尺、千分尺、角規(guī)等等。任何的復(fù)雜的產(chǎn)品也是有相關(guān)的“檢測標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范” ，需要檢測校驗的方面是比較多的，所使用的器件量具也是復(fù)雜的， ，多樣的，有通用的，也用專用的，還有組合的。本次研究的課題是彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器的控制機(jī)構(gòu)設(shè)計，研究的主要目的就是設(shè)計出一個檢測導(dǎo)彈的彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置是否準(zhǔn)確的的一個組合型檢測系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。設(shè)計這個機(jī)構(gòu)的意義在于在設(shè)計出機(jī)械結(jié)構(gòu)后，在檢測彈體彈頭或者就單個彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置時，彈體或者彈頭有了一個統(tǒng)一，安全的安裝固定支撐運動環(huán)境，同時在檢測過程中，能夠輕松，隨意移動彈體或彈頭的空間位置，有利于更全面的測定跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性，操作靈活方便。而在安裝激光檢測裝置的問題上，所設(shè)計的目標(biāo)模擬器的安裝平臺的位置的靈活性移動和安裝結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計，保證了能夠安裝不同體積大小，不同型號，不同種類的檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對于不同的彈體或者彈頭的跟蹤系統(tǒng)安裝位置的測定。1.2 課題的發(fā)展前景目前中國的軍事正處于蓬勃發(fā)展，欣欣向榮的時期，而導(dǎo)彈在一個國家的國防地位中處于中堅力量。對于導(dǎo)彈的控制又很多方法，通過彈頭的跟蹤系統(tǒng)來控制改變導(dǎo)彈的速度或者走向或者打擊的目標(biāo)等是一種很基本的方法，而這都是需要跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)的安裝位置的準(zhǔn)確性來保證的，本課題設(shè)計的這套機(jī)械系統(tǒng)裝置就是為了測試導(dǎo)彈彈頭或者單個彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性為目的的。有了這套系統(tǒng)，在檢測導(dǎo)彈彈頭或者單個彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性的檢測方法上，在操作性上就有了很大的提高，這樣提高了彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝時或者檢測時的方便性，有利于提高對于導(dǎo)彈的控制性能。同時這套系統(tǒng)在設(shè)計上保證了支撐運動機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)的裝拆的方便靈活性，使得這套系統(tǒng)有很大的擴(kuò)展空間，在機(jī)構(gòu)上增加一些外部的設(shè)備后，又能起到別的作用。同時，這套系統(tǒng)也能擴(kuò)展用到其他領(lǐng)域方面，如工廠中利用這套機(jī)構(gòu)來為檢測他們產(chǎn)品提供安裝條件。1.3 課題研究的內(nèi)容本次設(shè)計的內(nèi)容分為兩部分，本課題為彈體體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)兩部分，軟件方面主要是一些 S7-200 PLC 軟件及其 OP320 操作界面軟件的應(yīng)用設(shè)計。彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測試系統(tǒng)的試驗安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺，同時要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。彈體支撐機(jī)構(gòu)可為整個彈體或者單獨的彈體頭提供安裝和固定環(huán)境，并可提供手動方式控制的 俯仰和滾轉(zhuǎn)運動；目標(biāo)的運動機(jī)構(gòu)將通過伺服或者步進(jìn)電機(jī)帶動輕型轉(zhuǎn)臺及可調(diào)彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計2安裝支架來實現(xiàn)，運動控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長度可調(diào)，并提供目標(biāo)模擬器的安裝平面。目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)將接受測試仿真系統(tǒng)的控制，按其設(shè)定的位置和速度運行；同時還需要設(shè)計控制目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)的軟件方面的 S7-200 PLC 軟件及其OP320 操作界面軟件的應(yīng)用設(shè)計。1.4 課題的實現(xiàn)方法彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測試監(jiān)測系統(tǒng)的試驗安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺，同時要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。本課題設(shè)計的彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡單方便，可靠性好。在滿足功能要求的前提下，按盡可能使用、操作方便、制造簡單、價格低廉的總體要求進(jìn)行設(shè)計。1．4．1 彈體支撐彈體支撐機(jī)構(gòu)彈體支撐機(jī)構(gòu)為測試過程中對整彈體或彈體頭的安裝支撐機(jī)構(gòu)，綜合測試和運動仿真過程中用于固定整彈體，彈體頭單元測試中用于固定彈體頭。彈體支撐機(jī)構(gòu)上配有整彈體或彈體頭的俯仰及滾轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)，測試過程中可通過手動控制方式控制整彈體及彈體頭的滾轉(zhuǎn)及俯仰運動。彈體支撐機(jī)構(gòu)也將為目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)提供安裝平臺。其運動指標(biāo)要求如下：? 手動俯仰偏轉(zhuǎn)角度范圍：－30°～＋30°? 手動滾轉(zhuǎn)角度范圍：－90°～＋90°為實現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容的運動要求，初步選定的彈體支撐運動機(jī)構(gòu)的機(jī)械示意簡圖如圖 1-2圖 1-2 彈體支撐運動機(jī)構(gòu)的示意簡圖圖中： 1 為彈體 、2 為滾轉(zhuǎn)手柄、 3 為俯仰手輪、4 為蝸輪蝸桿減速箱、5 為俯仰平臺 、6 為支撐架。彈體的俯仰運動通過俯仰手輪帶動減速箱的轉(zhuǎn)動，再有軸帶動俯仰平臺的俯仰運動，彈體或者彈體頭在做俯仰運動的過程中，重力對于俯仰軸和減速箱的扭矩通過減速器的自鎖來克服。彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計3滾轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)方法也簡單，首先在卡具 2 上和滾轉(zhuǎn)卡具的接觸面上對應(yīng)著雕上刻度，然后通過手掰動滾轉(zhuǎn)手柄，通過使刻度與刻度之間的相互轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)彈體或者彈體頭的滾轉(zhuǎn)運動。1.4.2 目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)主要由伺服或步進(jìn)電機(jī)控制的小型轉(zhuǎn)臺和延長支架組成，是目標(biāo)模擬器的安裝平臺。在測試過程中控制目標(biāo)模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運動，確保目標(biāo)模擬器一直對正彈體頭中心。其運動指標(biāo)要求和運動示意圖如下：? 目標(biāo)弧線運動范圍：±50°? 目標(biāo)模擬器安裝位置距目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)中心距離：100mm~300mm 可調(diào)；? 目標(biāo)運動最大運動速度：±25°/s? 目標(biāo)載荷：≤10kgxy1 0 0 ～ 3 0 0 m m圖 1-3 目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)示意圖在這個機(jī)構(gòu)中運動的實現(xiàn)分為互相獨立的兩部分來實現(xiàn)的。目標(biāo)模擬器的安裝位置離運動機(jī)構(gòu)中心的距離在精度要求不是很高的情況下，設(shè)計的是手動實現(xiàn)的，具體設(shè)計為手東手輪帶東滑動絲桿的轉(zhuǎn)動，從而帶動目標(biāo)模擬器安裝平臺的移動，設(shè)計的機(jī)械示意圖為圖 1-4 目標(biāo)模擬器安裝位置實現(xiàn)的示意圖目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)的運動弧線范圍和運動速度這部分的運動要求是通過軟件控制來實現(xiàn)的，具體的設(shè)計思想為通過顯示屏輸入相對應(yīng)的運動弧線范圍和運動速度，然后把信息傳遞給延長支架轉(zhuǎn)臺激光檢測裝置彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計4PLC，PLC 經(jīng)過分析處理，輸出脈沖和運動方向驅(qū)動電機(jī)運動，從而帶動小型轉(zhuǎn)臺和目標(biāo)模擬器的安裝平臺的轉(zhuǎn)動。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測裝置的接口設(shè)計和接口程序的編制，設(shè)計的實現(xiàn)功能的簡易圖為圖 1-4 目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)弧線范圍和運動速度的實現(xiàn)軟件示意圖彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計5第二章 彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 總體框架的設(shè)計在設(shè)計此次機(jī)構(gòu)時，通過任務(wù)書要求，現(xiàn)總體上把握設(shè)計的框架，任務(wù)中要求彈體支撐運動機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)要方面裝拆，同時又要求在空間結(jié)構(gòu)上不能互相干澀，本著這樣的要求設(shè)計圖如下：由圖知要使彈體支撐運動機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)不干涉，就修要保證，當(dāng)彈體做俯仰運動時，到達(dá)最低點時，彈體頭不能跟目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)相互干涉，在此次設(shè)計中，彈體中心線離機(jī)架底座的距離為 500mm，假設(shè)彈體的旋轉(zhuǎn)中心在它的徑向中心線上，當(dāng)運動到最低點時，彈體頭里安裝平臺的高度為 5072sin3017.5Hm?????住體頭里機(jī)構(gòu)中心的距離為 co6.8L?而設(shè)計的目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)中安裝平臺離機(jī)架的高度為和離中心線距離分別為 ' '17,45Hm?這樣就在空間位置上保證了兩個機(jī)構(gòu)在空間上不互相干澀了。而兩個機(jī)構(gòu)的裝拆靈活性表現(xiàn)在它們的連接進(jìn)食靠兩螺釘連接的，操作性方面。2.2 彈體支撐運動機(jī)構(gòu)的設(shè)計具體參數(shù)如下：彈體長度：1450mm；彈體直徑：180mm；彈體重量：50kg手動俯仰偏轉(zhuǎn)角范圍：-30°～+30°；手動滾轉(zhuǎn)角度范圍：-90°～+90°。彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計6在設(shè)計這部分機(jī)構(gòu)前，先分析任務(wù)要求可知道重點和難點在于當(dāng)實現(xiàn)俯仰運動時彈體（或者彈體頭）不能對機(jī)架有相對的滑動或者滑動的趨勢，且要保證彈體（或者彈體頭）做俯沖運動時彈體頭不能碰著機(jī)架和目標(biāo)模擬器。同時在水平狀態(tài)下要能輕易準(zhǔn)確實現(xiàn)彈體（或者彈體頭）的滾轉(zhuǎn)運動，而不挪動彈體（或者彈體頭）的位置。2。2。1 卡具的設(shè)計在設(shè)計卡具時，要想保證彈體（或者彈體頭）俯仰運動時紋絲不動，必須要保證能有足夠大的力來克服彈體（或者彈體頭）俯仰運動時重力帶來的影響，同時又要保證不能對彈體（或者彈體頭）有所損壞和磨損。本著這樣的目的設(shè)計的機(jī)構(gòu)簡圖如下：圖 2-1 卡具裝配示意圖圖中跟彈體直接接觸的是 4 個小輪，這樣可以緩沖壓力，減小卡具對彈體的損傷,同時又保證了彈體滾轉(zhuǎn)運動和俯仰運動的獨立性。螺栓強(qiáng)度的校驗：當(dāng)彈體（或者彈體頭）水平放置時，彈體（或者彈體頭）重力作用在 2 個卡具的固定環(huán)的 6 個小輪上即 6 個螺栓上，假設(shè)彈體（或者彈體頭）是平均作用在 2 卡具上的，此時力的分布如下圖：彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計7圖 2-2 彈體或彈體頭對卡具的受力示意圖很明顯此時 F2 受的力最大，假設(shè)所有的力都作用在 F2 輪上，力大小為：F2=G/2=m/2ⅹg/2=50/2ⅹ10=250N。此時螺釘桿與卡具壁的接觸表面受擠壓；在聯(lián)接接合面處，螺釘桿受剪切，假設(shè)螺釘桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因這種聯(lián)接所受的預(yù)緊力很小，所以不考慮預(yù)禁力和螺紋摩擦力矩的影響。螺釘桿受力分布圖為圖 2-3 螺栓的受力分析圖螺釘桿的剪切強(qiáng)度為 220054.346af MFPd??????所選的螺釘為 GB6191-1986 六角花形圓彈頭螺釘 M6x40,材料為 45 鋼，查 GB/T 38-1976 可知 45 鋼的疲勞極限為 259-340MPa，因此所選零件符合要求。2。2。2 RV 蝸輪蝸桿減速箱的選擇彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計8RV 系列蝸輪減速器按 Q/MD1-2000 技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造。產(chǎn)品在符合按國家標(biāo)準(zhǔn)GB10085-88 蝸桿輪參數(shù)基礎(chǔ)之上,吸取國內(nèi)外最先進(jìn)科技,獨具新穎一格的“方箱型”外結(jié)構(gòu),箱體外形美觀,以優(yōu)質(zhì)鋁合金壓鑄而成。它具有以下優(yōu)勢性能：1、 機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效；2、 熱交換性好，散熱快；3、 安裝簡易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于檢修；4、 運行平穩(wěn)、噪聲小、經(jīng)久耐用；5、 適用性強(qiáng)、安全可靠性大。RV 系列減速器目前已廣泛應(yīng)用于各類行業(yè)生產(chǎn)工藝裝備的機(jī)械減速裝置，深受用戶的好評、是目前現(xiàn)代工業(yè)裝備實現(xiàn)大扭矩。大速比低噪音。搞穩(wěn)定機(jī)械減速傳動控制裝備的最佳選擇。它的一般結(jié)構(gòu)圖如下：圖 2-4 RV 減速箱的一般結(jié)構(gòu)圖在此次設(shè)計中選用的是 RV 75 60 FB Z 型的 RV 減速器。究原因主要有以下幾點：1、 用減速箱方便美觀，操作性能優(yōu)越；2、 外形美觀，易于安裝維修；3、 彈體（或者彈體頭）放置在俯仰機(jī)架上時，可以假設(shè)中心就是俯仰中心線所在處，則此時彈體對于蝸輪蝸桿幾乎沒有扭矩。4、 采用渦輪蝸桿的自鎖功能防止彈體放置不均時擺動；強(qiáng)度校正：假設(shè)彈體的重量都集中在減速器輸出軸的徑向方向上，則輸出受到的扭矩為T=500N×0.725M=36.25NM即輸入軸上受的扭矩也為 36.25NM，查資料可得輸入軸的直徑為 24mm，因此輸入軸上受到的力為F=36.25/0.24=151N有下表可知，RV 70 60 的輸出軸許用最大徑向加載力為 5599N，遠(yuǎn)大于實際所受的力，應(yīng)此符合要求。彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計9表 2-1 減速機(jī)出力軸的許可徑向加載力選擇 RV75 型的原因在于 RV75 減速箱的體積大小跟所設(shè)計的機(jī)架的體積大小相配合，以美觀為基礎(chǔ)來選擇的。2。2。3 軸的設(shè)計校核軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：1、軸在及其中的安裝位置及形式；2、軸上安裝的零件的類型、尺寸，數(shù)量以及和軸的聯(lián)接的方法；3、載荷的性質(zhì)、大小。放心啊個及分布情況；4、軸的加工工藝等。影響軸的因素很多，因此軸的結(jié)構(gòu)形式也是多樣的，但不論在什么情況下，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：1、軸和裝在軸上的零件要又轉(zhuǎn)卻的工作位置；2、軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；3、軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。（1） 、軸的結(jié)構(gòu)和軸上零件的裝配方案：首先擬定軸上零件的裝配方案，這是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，它決定這軸的基本形式。本次設(shè)計中設(shè)計了兩個短軸，俯仰主動軸和俯仰從動軸。以主動軸為例分析計算校核：減速箱，機(jī)架，軸承，俯仰平臺依次從軸的右端向左安裝，左端最后用螺釘跟俯仰平臺聯(lián)接在一起。彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計10圖 2-5 俯仰主動軸結(jié)構(gòu)示意圖（2） 、根據(jù)軸向定位要求確定各段軸的直徑和長度。軸承的選擇：因為在設(shè)計的課題中軸承主要受徑向力的作用，故選用角接觸軸承。參照工作要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級的 GB/T276-1994 深溝球軸承 60000 型 18 系列兩個，其基本尺寸為 d×D×B=35mm×47mm×7mm。確定各段軸的長度時，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還要保證零件的裝配或調(diào)整空間。州的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。本次設(shè)計的主動軸的長度和直徑從左到右依次是L1=10mm，D1=80mm，L2=18mm,D2=40mm,L3=18mm,D3=35mm,L4=40mm，D4=28mm。（3）、軸上零件的軸向定位RV75減速器、俯仰平臺與軸的周向定位用鍵連接。減速器與軸的連接用GB/T1096-1979普通平鍵A型：8 mm X 7 mm。鍵槽用鍵槽銑刀來加工，長為32mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見） ，同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸/1095GBT?的配合為 。同樣俯仰平臺與軸的周向定位選用GB/T1096-1979普通平鍵A型:5 mm X 6Hm5 mm連接，鍵槽用鍵槽銑刀來加工，長為32mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見 ） ，同時為/10957GBT?了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為 。角接觸球6Hm軸承與軸的周向定位用過渡配合來保證的，此次設(shè)計軸用的公差配合為H6/js5。軸與機(jī)架的軸向定位是通過定位軸肩來實現(xiàn)的，因為利用軸肩定位是最方面的最可靠的方法，定位軸肩的高度一把趣味H=（0.07-0.1）d，d為與零件相配合出的軸的直徑，單位為mm。軸承與軸的軸向定位是通過套筒和定位軸肩共同作用定位的，它要求定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便于拆卸軸承，此時軸肩的高度可查詢手冊周軸承的安裝尺寸，套筒定位的好處是結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，不會影響軸的疲勞強(qiáng)度。套筒定位一般用于兩個零件之間的定位，但是如果兩零件的兼具較大時，不宜采用套筒地位，以免增大套筒的質(zhì)量及其材料的用量。同時因為套筒與軸的配合彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計11較松，如在軸的轉(zhuǎn)速很高時，也不宜用套筒定位。俯仰平臺與軸的軸向定位是通過套筒和軸端擋圈來實現(xiàn)的。軸端擋圈常用于固定軸端的零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，在為例防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動照成螺釘松脫的情況下，可加圓彈銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動墊片防止等固定方法。（5） 、軸的圓角和倒角的確定。參考教材《機(jī)械設(shè)計》表15-2，取軸端倒角為1×45°，軸肩圓角都為R1。（6） 、軸上載荷的計算。作用在俯仰主軸上的扭矩只要是由于彈體的旋轉(zhuǎn)中心跟軸線方向的旋轉(zhuǎn)中心線的不一直而引起的，當(dāng)彈體做俯仰運動到兩極限位置時，對于軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度最大。但俯仰平臺的重量未知，因此計算時假設(shè)把軸放置在旋轉(zhuǎn)中心的一邊，則此時軸受到的扭矩示意圖為：圖2-6 軸的受力示意圖此時軸受到的扭矩為 501723650362.5TFLGNmM????????則軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為 33178.1.. aT PWd??試中：T——軸所受的扭矩；單位為 ?——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；T——軸的抗扭截面系數(shù)；d——計算截面的直徑；——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，T?????查教材《機(jī)械設(shè)計》表15-3可知45鋼的 在25-45MPa之間。明顯可見 1—2 >2—10 >10—24電動機(jī) 輕微沖擊 1.00 1.30 1.50彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計15中等沖擊 1.30 1.50 1.75較大沖擊或慣性沖擊1.50 1.75 2.00表 2-2 XB1 諧波齒輪減速機(jī)工況系數(shù)4、減速機(jī)輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時需要校驗軸伸的懸臂負(fù)荷Fc1 校驗公式為： Fc1=2T·KA/D·FR D—齒輪、鏈輪、皮帶輪的節(jié)圓直徑（m) FR—懸臂負(fù)荷系數(shù) 齒輪FR=1.5 鏈輪FR=1.2 三角皮帶輪FR=2 平皮帶輪FR=2.5 當(dāng)懸臂負(fù)荷Fc1≤FR (見表2-3) 即可通過。型 號 XB1-100 XB1-120 XB1-160 XB1-200 XB1-250許用懸臂負(fù)荷 FR 4000 5000 10000 15000 17000表2-3 XB1諧波齒輪減速機(jī)軸伸許用懸臂負(fù)荷在這次課題中選用的是XB1-50-60型號諧波齒輪。2.3.4、步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。選擇步進(jìn)電機(jī)時，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時，首先要計算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要。 此次課設(shè)中選用的是步進(jìn)電機(jī)是四通公司的56系列兩相混合式步進(jìn)電機(jī)中的56BYG250B彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計16型號電機(jī)。電機(jī)的的基本參數(shù)如下：電機(jī)型號：56BYG250B電機(jī)定位轉(zhuǎn)矩：0.03NM電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩：0.65NM電機(jī)相數(shù)：兩相電機(jī)步進(jìn)角：0.9/0.8電機(jī)靜態(tài)相電流：2.4A電機(jī)相電阻：0.95 ?電機(jī)相電感：2.4mH空載啟動方式：（半步方式）2.7KHz電機(jī)重量：0.48千克轉(zhuǎn)動慣量：180 2gcm?電機(jī)外形圖：56×56×45mm其中電機(jī)空載的啟動條件為：驅(qū)動電壓為48V。驗證電機(jī)合理性計算如下:本次設(shè)計中假設(shè)目標(biāo)模擬器和安裝平臺跟電機(jī)的連接示意圖為：彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計17等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式 112mnjeqjkkVTFT???????0.32.460.82A mRWNs????等效轉(zhuǎn)動慣量公式為 22222 111104 460mnkieq ji jkkJJJM????????????????????????明顯這數(shù)極小，可以忽略。因此 0.8.4926meq NT??查詢56BYG250B電機(jī)的特性曲線可知在這轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)的脈沖為2KHz電機(jī)轉(zhuǎn)速為300rpm，這完全符合設(shè)計任務(wù)中目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)的要求，所以選擇的電機(jī)符合要求。彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計18第三章 目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計本次課題中軟件控制系統(tǒng)是在目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)的設(shè)計這部分，它的相關(guān)參數(shù)要求如下：轉(zhuǎn)臺繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的角度范圍為：-50°——+50°轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的速度范圍為為：±25°/s；目標(biāo)載荷：≤ 10kg。課題剛開始要求用和利時公司的6030PCI運動控制卡編制控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，后因為和利時公司無法提供PCI控制卡，改用西門子S7-200系列PLC——cpu224來實現(xiàn)其控制功能。設(shè)計的電路接線圖如下：圖3-1 目標(biāo)控制系統(tǒng)電路接線圖3.1、電源的選擇對于PLC，它們的供電電壓都為DC24V，同時OP320的輸入電壓為DC12V_DC24V，因此選擇了S-35-24型電源。而所選步進(jìn)電機(jī)空載的啟動條件為驅(qū)動電壓為48V，因此又為電機(jī)選擇了S-100-48型電源。3.2、顯示屏的選擇選擇是為了滿足在任務(wù)要求的運動范圍和運動速度直接的任意數(shù)值間選擇，同時又能滿足能起到監(jiān)視轉(zhuǎn)臺運動速度的作用，因此設(shè)計了具有顯示屏的電路圖。本次設(shè)計選擇的是和利時公司的OP320顯示屏。OP320顯示屏是可編程控制器的小型的人機(jī)界面，以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)。從而使操作人員能夠自如地控制機(jī)器設(shè)備。OP320彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計19顯示器具有以下特長：1、編輯軟件DP200在計算機(jī)上作畫，自由輸入漢字及設(shè)定PLC地址，使用串口通訊下載畫面；2、通訊協(xié)議和畫面數(shù)據(jù)一同下載到顯示器，無需PLC編寫通訊程序；3、對應(yīng)PLC機(jī)種廣泛，包括三菱FX系列、歐姆龍C系列、西門子S7-200系列、光洋SG系列等；4、具有密碼保護(hù)功能；5、具有報警列表功能，逐行實時顯示替代當(dāng)前報警信息；6、7個按鍵可被定義成功能鍵，可替代部分控制柜上機(jī)械按鍵；7、自由選擇通訊方式，RS232/RS422/RS485任選；8、帶背景光STN液晶顯示，可顯示24字符×4行，即12漢字×4行；9、顯示表面IP65構(gòu)造，防水。防油。OP320顯示屏的外形及跟功能鍵的作用如下：彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計20圖3-2 OP320顯示屏的外形及跟功能鍵的作用圖3-3 OP320顯示屏的背部結(jié)構(gòu)外形及跟功能鍵的作用OP320顯示屏的串行通訊口引腳定義：OP320與S7-200的連線圖為：彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計213.3、電機(jī)驅(qū)動器的選擇因為此次課題的控制系統(tǒng)的設(shè)計要求簡單，電機(jī)要求的電壓，電流都低。選擇的是四通公司自產(chǎn)的SH-20403驅(qū)動器既能滿足要求。SH-20403驅(qū)動器的內(nèi)部開關(guān)電源設(shè)計保證了可以適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自的情況在10V到40VDC之間選擇。SH-20403驅(qū)動器的最大電流為3A/相，通過驅(qū)動器面板桑六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出八中狀態(tài)，對應(yīng)八種電流，從0.9S到3A，可以適應(yīng)不同的電機(jī)使用詳細(xì)的選擇參照下表：本次設(shè)計中所選電機(jī)為56BYG250B，因此選擇的是5位OFF，6位ON，7位0FF。SH-20403驅(qū)動器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分七種運行模式，利用驅(qū)動器上六位波碼開關(guān)的第1，2，3三位可組合出不同的狀態(tài)詳細(xì)細(xì)分模式見下表：驅(qū)動器具有自動半電流的功能，當(dāng)上位控制機(jī)在半秒內(nèi)沒有發(fā)出步進(jìn)脈沖信號，驅(qū)動器將自動進(jìn)入節(jié)電的半電流運行模式，電機(jī)繞組的相電流將減為設(shè)定值的一半，在次狀態(tài)下電機(jī)和驅(qū)動器的功耗得以降低，但電機(jī)的輸出力矩也相應(yīng)下降，在下個脈沖帶來時驅(qū)動器自動恢復(fù)輸出電流為額定值，本次設(shè)計中又上位機(jī)輸入的數(shù)據(jù)時間上是個未知數(shù)，采用次驅(qū)動器將能降低很大的功耗，節(jié)省了使用成本。同時當(dāng)兩項電機(jī)與驅(qū)動器連接時，為了放置用戶接相接錯而損壞驅(qū)動器本驅(qū)動器設(shè)計彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計22了錯相保護(hù)電路，用戶即使接錯相驅(qū)動器也不會，不過電機(jī)運行會不正常，主要變現(xiàn)在出力極小。當(dāng)遇到情況，用戶應(yīng)該檢查電機(jī)接線是否正確。3.4 設(shè)計電路的功能示意圖 彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計23第四章 控制軟件的編制4.1 OP320顯示屏的設(shè)計OP320顯示屏的應(yīng)用畫面的專用開發(fā)軟件是DP200，它運行于WINDOWS95/98以下。作為二次開發(fā)工具，該軟件使用方便，簡潔易學(xué)，能直接設(shè)置中英文字。4.1.1 DP200的基本功能與應(yīng)用首先打開DP200后，用戶就能夠新建或者打開畫面。每幅畫面都可以放置中英文文字、指示燈、開關(guān)、數(shù)據(jù)顯示設(shè)定窗、跳轉(zhuǎn)鍵等元素。每幅畫面之間可實現(xiàn)自由跳轉(zhuǎn)，操作者可完成設(shè)局監(jiān)視，參數(shù)設(shè)定，開關(guān)控制，報警列表等操作。DP200的基本是由流程如下：4.1.2 編輯用戶畫面運行DP200軟件后，計算機(jī)顯示器中央出現(xiàn)畫面編輯器，圖上個功能鍵的用處為：彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計24然后新建工程，選擇OP320顯示屏和S7-200系列的PLC圖中幾個編輯按鍵的作用如下：本次任務(wù)編制的操作界面的內(nèi)容應(yīng)該包括：彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計251、 具有輸入弧線運動范圍和運動速度的文本輸入功能；2、 具有超出范圍時的報警顯示功能。具體的編輯過程為：打開DP200軟件，新建工程，選擇OP320顯示屏，S7-200PLC，進(jìn)入編制畫面創(chuàng)建畫面如圖所示：圖中在運動速度上輸入想要的運動速度大小，單位°/s；弧線范圍輸入希望轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過的角度。畫面中的的鍵從左到右一次的功能設(shè)定為指示燈，起到當(dāng)超出范圍時報警的作用；上下左右四個鍵為數(shù)據(jù)輸入的作用；SET鍵起重新輸入數(shù)據(jù)的作用，ENT鍵起確定輸入的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送到PLC的作用。在設(shè)置這些鍵位功能的時候，報警鍵和SET、ENT鍵要設(shè)定好響應(yīng)的虛擬線圈值，這設(shè)的是報警鍵為M10，SET鍵為M11，ENT鍵為M12.而數(shù)據(jù)輸入鍵要設(shè)定彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計26好寄存器地址和數(shù)據(jù)的范圍，以及寄存器的個數(shù)。這里設(shè)定運動速度的寄存器地址為VW200，弧線范圍的寄存器地址為VW201.數(shù)據(jù)范圍為運動速度為±25°/s之間，弧線范圍為±50°之間。同時在PLC的編程過程中要設(shè)定好定好的線圈號和各個數(shù)據(jù)的寄存器地址。編制的最后畫面為編制好主畫面后，再編制報警列表，來實現(xiàn)報警功能。通過編制報警列表，輸入的數(shù)據(jù)和類型就能得到很好的控制。當(dāng)有報警時，他就能在畫面彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計27上顯示響應(yīng)的錯誤。操作人員確認(rèn)后。就可以采取想也難怪的措施糾正，這時要回到主顯示畫面，按下 鍵就能切回主顯示畫面。4.1.3 OP320顯示屏與PLC的聯(lián)接把編制好的畫面保存或者通過電纜將計算機(jī)9針RS232串口和OP320的9針串口連接起來，按下載鍵直到下載完成就行了。完成后在關(guān)掉電源的情況下用電纜吧S7-200和OP320聯(lián)起來，給它們上電，若通訊正常，便能進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視等各項操作。若顯示屏和PLC的通訊不正常，應(yīng)該檢查以下項目：1、 工程選擇的PLC和實際連接PLC是否相等；2、 是否連接通訊電纜；3、 通訊電纜連接是否正確；4、 PLC通訊參數(shù)設(shè)置是否正確；5、 PLC和顯示屏是夠都已經(jīng)加上電源；6、 如果仍然查不出請與供應(yīng)商聯(lián)系。4.2 S7-200軟件的編制本次設(shè)計軟件部分要實現(xiàn)的目標(biāo)是實現(xiàn)目標(biāo)運動機(jī)構(gòu)在規(guī)定的運動弧線范圍和運動速度內(nèi)做饒選中中心的旋轉(zhuǎn)運動，具體的設(shè)計思想為通過顯示屏輸入相對應(yīng)的運動弧線范圍和運動速度，然后把信息傳遞給 PLC，PLC 經(jīng)過分析處理，輸出脈沖和運動方向驅(qū)動電機(jī)運動，從而帶動小型轉(zhuǎn)臺和目標(biāo)模擬器的安裝平臺的轉(zhuǎn)動。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測裝置的接口設(shè)計和接口程序的編制。 4．2．1、控制流程圖本次控制的任務(wù)是通過顯示屏的錄入和 PLC 的讀取輸出來控制電機(jī)在規(guī)定的速度上運動到規(guī)定的弧線范圍。根據(jù)這一目標(biāo)，編制了軟件控制流程圖如下彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計28彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計294.2.2、高速脈沖輸出（PTO）脈沖輸出指令（PLS）用于在高速輸出（Q0.0 和 Q0.1）上控制脈沖串輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。PTO 可以輸出一串脈沖（占空比 50%），用戶可以控制脈沖的周期和個數(shù)。PWM 可以輸出連續(xù)的、占空比可調(diào)的脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬S7--200 有兩個 PTO/PWM 發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或者一個脈寬調(diào)制波形。一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點 Q0.0，另一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點 Q0.1。一個指定的特殊寄存器（SM）位置為每個發(fā)生器存儲下列數(shù)據(jù)：一個控制字節(jié)（8 位），一個計數(shù)值（32 位無符號數(shù)）和一個周期或脈寬值（16 位無符號數(shù)）。PTO/PWM 發(fā)生器與過程映像寄存器共用 Q0.0 和 Q0.1。當(dāng)在 Q0.0 或 Q0.1 上激活 PTO或 PWM 功能時，PTO/PWM 發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，同時普通輸出點功能被禁止。輸出波形不受過程映象區(qū)狀態(tài)、輸出點強(qiáng)制值或者立即輸出指令執(zhí)行的影響。當(dāng)不使用 PTO/PWM發(fā)生器功能時，對輸出點的控制權(quán)交回到過程映象寄存器。過程映象寄存器決定輸出波形的起始和結(jié)束狀態(tài)，以高低電平產(chǎn)生波形的啟動和結(jié)束。在使能 PTO 或者 PWM 操作之前，將 Q0.0 和 Q0.1 過程映象寄存器清 0。所有控制位、周期、脈寬和脈沖計數(shù)值的缺省值均為 0。PTO/PWM 的輸出負(fù)載至少為 10％的額定負(fù)載，才能提供陡直的上升沿和下降沿。PTO 按照給定的脈沖個數(shù)和周期輸出一串方波（占空比 50％）。PTO 可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串（使用脈沖包絡(luò)）?？梢灾付}沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒為增加量）。在單段管線模式，需要為下一個脈沖串更新特殊寄存器。一旦啟動了起始 PTO 段，就必須按照第二個波形的要求改變特殊寄存器，并再次執(zhí)行 PLS 指令。第二個脈沖串的屬性在管線中一直保到第一個脈沖串發(fā)送完成。在管線中一次只能存儲一段脈沖串的屬性。當(dāng)?shù)谝粋€脈沖串發(fā)送完成時，接著輸出第二個波形，此時管線可以用于下一個新的脈沖串。重復(fù)這個過程可以再次設(shè)定下一個脈沖串的特性。除去以下兩種情況之外，脈沖串之間可以作到平滑轉(zhuǎn)換：時間基準(zhǔn)發(fā)生了變化或者在利用 PLS 指令捕捉到新脈沖之前，啟動的脈沖串已經(jīng)完成。當(dāng)管線已滿時，如果試圖裝入脈沖列參數(shù)，狀態(tài)寄存器的 PTO 溢出位（SM66.6 或 SM76.6）被置 1。PLC 進(jìn)入 RUN 模式時，該位被初始化為 0。如果監(jiān)測到溢出，必須手工清除該位。在多段管線模式，CPU 自動從 V 存儲器區(qū)的包絡(luò)表中讀出每個脈沖串的特性。在該模式下，僅使用特殊存儲器區(qū)的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)。選擇多段操作，必須裝入包絡(luò)表在 V存儲器中的起始地址偏移量（SMW168 或 SMW178）。時間基準(zhǔn)可以選擇微秒或者毫秒，但是，在包絡(luò)表中的所有周期值必須使用同一個時間基準(zhǔn)，而且在包絡(luò)正在運行時不能改變。執(zhí)行 PLS 指令來啟動多段操作。每段記錄的長度為 8 個字節(jié)，由 16 位周期值、16 位周期增量值和 32 位脈沖個數(shù)值組成。表 1 中給出了包絡(luò)表的格式。您可以通過編程的方式使脈沖的周期自動增減。在周期增量處輸入一個正值將增加周期；輸入一個負(fù)值將減少周期；輸入 0 將不改變周期。當(dāng) PTO 包絡(luò)執(zhí)行時，當(dāng)前啟動的段的編號保存在 SMB166（或 SMB176）。表 1從包絡(luò)表開始的字節(jié)偏移 包絡(luò)段數(shù) 描述0 段數(shù)（1~255），如果為 0 將產(chǎn)生致命錯誤1 初始周期（2~65535 個基準(zhǔn)時間單位）3 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位）51脈沖數(shù)（1~4294967295）9 初始周期（2~65535 個基準(zhǔn)時間單位）彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計3011 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位132脈沖數(shù)（1~4294967295）17 段數(shù)（1~255），如果為 0 將產(chǎn)生致命錯誤（繼續(xù)）3繼續(xù)PLS 指令會從特殊存儲器 SM 中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲值控制 PTO/PWM 發(fā)生器。SMB67 控制 PTO0 或者 PWM0，SMB77 控制 PTO1 或者 PWM1。表 2 對用于控制 PTO/PWM 操作的存儲器給出了描述。表 2Q0.0 Q0.1 描述SM66.4 SM76.4 PTO 包絡(luò)由于增量計算錯誤而終止：0=無錯誤，1=有錯誤SM66.5 SM76.5 PTO 包絡(luò)因用戶命令中止：0=不是因用戶命令中止，1=因用戶命令中止SM66.6 SM76.6 PTO 管線溢出：0=無溢出，1=有溢出狀態(tài)字節(jié)SM66.7 SM76.7 PTO 空閑位：0=PTO 正在運行。1=PTO 空閑SM67.0 SM77.0 PTO/PWM 更新周期值：1=寫新的周期值SM67.1 SM77.1 PWM 更新脈沖寬度值：1=寫新的脈沖寬度SM67.2 SM77.2 PTO 更新脈沖數(shù)：1=寫新的脈沖數(shù)SM67.3 SM77.3 PTO/PWM 基準(zhǔn)時間單位：0=1μs,1=1msSM67.4 SM77.4 PWM 更新方式：0= 異步更新，1=同步更新SM67.5 SM77.5 PTO 操作：0=單段操作（脈沖和周期存在 SM 寄存器中）1=多段操作（包絡(luò)表存在 V 寄存器中）SM67.6 SM77.6 PTO/PWM 模式選擇：0= PTO，1= PWM控制字節(jié)SM67.7 SM77.7 PTO/PWM 有效位：0=無效，1=有效SMW68 SMW78 PTO/PWM 周期值（2-65535 倍時間基準(zhǔn)）SMW70 SMW80 PWM 脈沖寬度值（2-65535 倍時間基準(zhǔn)）SMD72 SMD82 PTO 脈沖計數(shù)值（1-4，294，967，295）SMB166 SMB176 運行中的段數(shù)（僅在多段 PTO 操作中）SMW168 SMW178 保絡(luò)表的起始位置，從 V0 開始的字節(jié)偏移量來表示（僅在多段PTO 操作中）SMB170 SMB180 線性包絡(luò)狀態(tài)字節(jié)SMB171 SMB181 線性包絡(luò)結(jié)果寄存器其他PTO/PWM寄存器SMD172 SMD182 手動模式頻率寄存器可以通過修改 SM 存儲區(qū)（包括控制字節(jié)），然后執(zhí)行 PLS 指令來改變 PTO 或 PWM 波形的特性，也可以在任意時刻禁止 PTO 或者 PWM 波形，方法為：首先將控制字節(jié)中的使能位（SM67.7 或者 SM77.7）清 0，然后執(zhí)行 PLS 指令。PTO 狀態(tài)字節(jié)中的空閑位（SM66.7 或者 SM76.7）標(biāo)志著脈沖串輸出完成。另外，在脈沖串輸出完成時，您可以執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序。（參考中斷指令和通訊指令中的描述）。如果您使用多段操作，可以在整個包絡(luò)表完成之后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。下列條件使 SM66.4（或 SM76.4）或 SM66.5（或 SM76.5）置位：（1）如果周期增量使 PTO 在許多脈沖后產(chǎn)生非法周期值，會產(chǎn)生一個算術(shù)溢出錯誤，這會終止 PTO 功能并在狀態(tài)字節(jié)中將增量計算錯誤位（SM66.4 或者 SM76.4）置 1，PLC 的輸出變?yōu)橛捎诚蠹拇嫫骺刂啤楏w支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計31（2）如果要手動終止一個正在進(jìn)行中的 PTO 包絡(luò)，要把狀態(tài)字節(jié)中的用戶終止位（SM66.5 或 SM76.5）置 1。（3）當(dāng)管線滿時，如果試圖裝載管線，狀態(tài)存儲器中的 PTO 溢出位（SM66.6 或者SM76.6）置 1。如果想用該位檢測序列的溢出，必須在檢測到溢出后手動清除該位。當(dāng) CPU切換至 RUN 模式時，該位被初始化為 0。如果要裝入新的脈沖數(shù)（SMD72 或 SMD82）、脈沖寬度（SMW70 或 SMW80）或周期（SMW68或 SMW78），應(yīng)該在執(zhí)行 PLS 指令前裝入這些值和控制寄存器。如果要使用多段脈沖串操作，在使用 PLS 指令前也需要裝入包絡(luò)表的起始偏移量（SMW168 或 SMW178）和包絡(luò)表的值。4.2.3 主程序根據(jù)實際控制系統(tǒng)與工藝要求進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的“啟動頻率”和“停止頻率”的標(biāo)定，步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動頻率”，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高頻率。步進(jìn)電機(jī)在起動和停止時有一個加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動作越平穩(wěn)。所以，步進(jìn)電機(jī)工作時—般要經(jīng)歷這樣—個變化過程：加速一恒速(高速)一減速一低速一停止。其中步進(jìn)電動機(jī)在運行過程中—般采用如下運行曲線，主要要考慮步進(jìn)電動機(jī)的起動時必須有個加速緩沖的過程，對步進(jìn)電動機(jī)起保護(hù)作用。根據(jù)這個原則編制了一電機(jī)啟動的程序：LD SM0.1ATCH 初始化結(jié)束中斷, 3R Ｑ０.1, 1R Q 0.2, 1CALL 包絡(luò)表子程序包絡(luò)表子程序LD SM0.0MOVB 16#AC, SMB77MOVW +500, SMW178MOVB 3, VB500MOVW +50, VW501MOVW -1, VW503MOVD 45, VD505MOVW +5, VW509MOVW +0, VW511MOVD 9910, VD513MOVW +5, VW517MOVW +1, VW519MOVD 45, VD521PLS 1初始化結(jié)束中斷LD SM0.0R SM77.7, 1PLS 1彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計32在主程序中先將脈沖輸出端清零(R Ｑ０.1, 1),并設(shè)置相應(yīng)的中斷（３位 i0.1的下降沿），在中斷程序中禁止ＰＴＯ。接著調(diào)用相應(yīng)的子程序，在子程序中設(shè)置ＰＴＯ的控制字節(jié)（MOVB 16#AC, SMB77），十六進(jìn)制ＡＣ＝二進(jìn)制 10101100,根據(jù)表２得知：ＰＴＯ允許；ＰＴＯ模式；多段操作；異步更新；基準(zhǔn)時間單位是１ms；寫新的脈沖數(shù)；不寫脈沖寬度；不寫新的周期值。接著在 SMW178 寄存器中設(shè)置包絡(luò)表的起始位置為vb500，根據(jù)表一設(shè)置包絡(luò)表中的周期值、周期增量和脈沖數(shù)。計算包絡(luò)表的值：周期增量值：De給定段的周期增量=｜ECT--ICT｜/Q其中：ECT=該段結(jié)束周期時間ICT=該段初始化周期時間Q=該段的脈沖數(shù)量段的最后一個脈沖的周期在包絡(luò)中不直接指定，但必須計算出來（除非周期增量是0）。如果在段之間需要平滑轉(zhuǎn)換，知道段的最后一個脈沖的周期是有用的。計算段的最后一個脈沖周期的公式是：段的最后一個脈沖的周期時間=ICT+（DEL*（Q--1））其中：ICT=該段的初始化周期時間DEL=該段的增量周期時間Q=該段的脈沖數(shù)量周期增量只能以微秒數(shù)或毫秒數(shù)指定，周期的修改在每個脈沖上進(jìn)行這兩項的影響使對于一個段的周期增量的計算可能需要疊代方法。對于結(jié)束周期值或給定段的脈沖個數(shù)，可能需要作調(diào)整。在確定校正包絡(luò)表值的過程中，包絡(luò)段的持續(xù)時間很有用。按照下面的公式可以計算完成一個包絡(luò)段的時間長短：包絡(luò)段的持續(xù)時間=Q*（ICT+（（DEL/2）*（Q--1）））其中：Q=該段的脈沖數(shù)量ICT=該段的初始化周期時間DEL=該段的增量周期時間彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計33結(jié)束語通過這次設(shè)計，我得到了以下幾個結(jié)論：1、 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要滿足機(jī)床的性能要求，同時還要注意加工和裝配工藝性，以便加工、裝拆調(diào)整。結(jié)構(gòu)設(shè)計力求簡單緊湊、可靠、實用。特別是在復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，各部分結(jié)構(gòu)往往需反復(fù)推敲修改，并作必要驗算方能確定其方案；每個零件的結(jié)構(gòu)不是單純根據(jù)計算，而主要是根據(jù)工藝性和構(gòu)造方面的要求，如因結(jié)構(gòu)方面的因素，齒輪不能滿足要求時，則要重新進(jìn)行運動設(shè)計等。2、 在設(shè)計編寫 PLC 程序和顯示屏畫面的編制時，注意程序整體及全局性的把握，對程序所要實現(xiàn)的功能要十分清楚，同時畫出流程圖輔助程序的編寫，最后就是在程序的調(diào)試時耐心時必不可少的，同時還有需要主要的程序使用變量的設(shè)置上注意變量的類型和實用原則以及設(shè)定的寄存器地址和設(shè)定的線圈的作用。3、 在本次設(shè)計中，讓我了解了步進(jìn)電機(jī)的選用原則， RV 減速箱的相關(guān)知識，諧波齒輪的相關(guān)知識和選用方法，同時在開題前了解到了一些 PCI 運動控制卡的相關(guān)知識。最后感謝楊慶東老師和和利時的張剛工程師的悉心指導(dǎo)和教誨。在從課題的選擇，每個方案的合理性的論證，調(diào)試都凝聚著兩位導(dǎo)師的汗水，在碰到各種問題和困難上，正是由于兩位導(dǎo)師的及時悉心指導(dǎo)幫助，才得以設(shè)計能夠進(jìn)行到最后，在此向楊老師和張老師表示深深的感謝和崇高的敬意。同時張老師淵博的學(xué)識和務(wù)實的工作作風(fēng)給予了我極大的教育和啟迪,使我在今后的學(xué)習(xí)和生活中受益匪淺;嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人的品質(zhì)將使我受益終身。在整個設(shè)計的過程中，也得到了許多同學(xué)的幫助，在此也表示衷心的感謝。彈體支撐運動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計34參考文獻(xiàn)⑴、機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊，葉偉昌主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2001、2 ⑵、郝桐生主編，理論力學(xué) 第 3 版，北京：高等教育出版社，2004、1⑶、廖常初主編 ，PLC 編程及應(yīng)用，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007、7⑷、趙松年等編，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996⑸、機(jī)械工程手冊、電機(jī)工程手冊編輯委員會，機(jī)械工程手冊（第二版）機(jī)械零部件設(shè)計卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996、9⑹、機(jī)械工程手冊、電機(jī)工程手冊編輯委員會，機(jī)械工程手冊（第二版）傳動設(shè)計卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996、9⑺、周士昌等編著，機(jī)械設(shè)計手冊（第二版）第4卷 機(jī)械傳動設(shè)計，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002、8⑻、周士昌等編著，機(jī)械設(shè)計手冊（第二版）第 3 卷 機(jī)械零件設(shè)計，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002、8⑼、周士昌等編著，機(jī)械設(shè)計手冊（第二版）第 1 卷 常用資料和設(shè)計基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002、8⑽、張建民等編著 ，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計，北京：高等教育出版社，2001⑾、鄭堤 唐可洪主編 ，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005⑿、黃真， 《空間機(jī)構(gòu)學(xué)》 ，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1991⒀、機(jī)械設(shè)計委員會，機(jī)械設(shè)計手冊單行本，聯(lián)軸器、離合器與制動器，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007、3⒁、韓秋實主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200年1月⒂、E.Finkelstein and S.Weiss，Implementation of PCI-based systems usingprogrammable logic，IEE Proc.-Circuits Devices Syst., Vol. 147, No. 3, June 2000⒃、Huang T, Wang J S, Whitehouse D J. 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