牛肉嫩度检测机电一体化装置研究

中文题目牛肉嫩度检测机电一体化装置研究摘要随着世界经济的发展，人民的生活水平越来越高，牛肉的市场需求量也越来越大。在评价牛肉品质的过程中，牛肉的嫩度占有了很大的比重。目前，现有的检测牛肉嫩度的方法为感官评鉴法和质构仪检测法，前者过程繁复，并且受到的评价者主观意识影响严重；后者对检测条件要求高，需要使用质构仪等精密仪器，操作复杂。本文是根据现代机械自动化的思想，将机电一体化控制系统应用到牛肉嫩度检测的过程中，形成牛肉嫩度检测机电一体化装置。根据已有研究内容的基础上，本文着重研究其控制电路中驱动系统部分，通过对单电压驱动、双电压驱动、斩波恒流驱动和细分驱动这四种驱动方式分别进行调试，选用合理、适宜的驱动控制方式，根据调试结果选择相应的驱动器，应用于机电一体化装置中，对整体装置进行测试，并应用于实际牛肉嫩度检测试验中。同时，利用感官评鉴法和质构仪检测法分别检测牛肉嫩度，将机电一体化装置检测得到的数据与传统检测方法的数据相比较，对牛肉嫩度检测机电一体化装置进行优化设计。关键词牛肉嫩度检测机电一体化AbstractWiththedevelopmentoftheworldeconomic,people'slivingstandardsarehigherandhigher,demandingforbeefinthemarketisalsogrowing.Beeftendernesshasbecomeanimportantfactorinevaluatingthebeefqualitystandards.Atpresent,theexistingdetectionmethodsofbeeftendernessaretexturesensoryevaluationmethodandcytometrymethod,theformerprocessiscomplicatedandseriouslyimpactedbythesubjectiveawarenessoftheevaluator;theseconddemandingrequirethehightestconditions,theyneedtousetextureanalyzerandotherprecisioninstruments,hasthecomplicatedoperation.Thisarticleisbasedontheideaof​​modernmachineryautomation,mechatronicscontrolsystemwillbeappliedtobeeftendernessdetectionprocess,theformationofbeeftendernessdetectionmechatronicdevices.Accordingtothebasisofexistingresearch,thispaperfocusesonthecontrolcircuitdrivesystemparts,drivenbyasinglevoltage,dualvoltagedrive,chopperconstantcurrentdriverandthedriverofthefoursegmentsweredrivingmodedebugging,usereasonablesuitabledrivecontrolmode,selectedaccordingtotheresultsofthecorrespondingdrivecommissioning,usedinmechatronicdevice,theentiredevicetobetestedandappliedtotheactualtestingofbeeftenderness.Meanwhile,theuseofsensoryevaluationmethodandtexturecytometrywereusedtodetectbeeftenderness,themechatronicdevicedetectsthedataobtainedwiththetraditionaldetectionmethodscomparedtobeeftendernessmechatronicdevicedetectiontooptimizethedesign.Keywordsbeeftendernessdetectmechatronic目录TOC\o"1-3"\h\u1717摘要 130919目录 5272第一章绪论 6109191.1概述 632551.2研究目的和意义 660111.3评价牛肉品质的方法 7153681.3.1三项评价指标 7145321.3.2牛肉品质的影响因素 762941.4国内外牛肉嫩度的检测方法 7305911.4.1基于计算机视觉技术的检测方法 777651.4.2近红外光谱（NIR）分析技术 8253631.4.3高光谱图像技术 874991.4.4多光谱和荧光光谱分析技术 8309071.5机电一体化系统检测牛肉嫩度的基本原理 876301.6研究方法及内容 8182691.6.1理论依据 89061.6.2研究内容 923267第二章控制电路（驱动系统）设计与调试 1199452.1混合式步进电机驱动系统 1295862.2驱动方式的调试 121992.2.1单电压驱动方式 1289212.2.2双电压驱动方式 2218072.2.3斩波恒流驱动方式 3218652.2.4细分驱动方式 332603第三章检测牛肉嫩度的驱动系统的建立与验证 1117963.1驱动系统的选择及安装 1222533.2驱动系统的运行验证 3197833.3本章小结 410167第四章牛肉嫩度检测机电一体化装置的应用 1285114.1质构仪检测牛肉嫩度 195174.1.1试验原料 1267224.1.2试验设备 141204.1.3试验过程 1100844.1.4试验结果 2201964.2感官评鉴方法评定牛肉嫩度等级 315744.2.1试验原料 3136444.2.2实验用具 3201074.2.3试验过程 3241734.3机电一体化装置检测牛肉嫩度 3278644.3.1试验原料 3216524.3.2实验用具 4155814.3.3试验过程 4236064.3.4试验结果 44473结论 19210致谢 120750参考文献 3

第一章绪论1.1概述纵观牛肉市场的需求情况，如今的牛肉销售量已经远远大于从前，消费者对于牛肉的认可使得牛肉已然成为了肉制品消费中的新宠，牛肉的营养价值已经得到一致的公认。牛肉的肉质内具有与人体更为相似的蛋白质和氨基酸，所以更加能够满足人体对于营养和能量的摄取，同时牛肉也含有较多的抗病因子[1]，在抗病方面发挥出了极大的作用。由于牛肉含有丰富的蛋白质，脂肪含量低，氨基酸组成比猪肉更接近人体需要，且能提高机体抗病能力[2]，许多消费者逐渐倾向于选择牛肉。我国对牛肉质量的检测报告显示，现生产的牛肉大多数都不能达到优质肉类的生产指标，生产得到的牛肉大多数属于中低档次，所以在餐饮行业中，所需要的高档优质牛肉大多数还是由国外进口得到。但是，我国政府表明会加大中央财政的投入量，引进国外的优良资源，同时，牛业的产业素质也在不断提高。然而，人们关注的重点还是牛肉的嫩度。因此，设计并规范一种客观、快速、准确检测牛肉嫩度的方法十分重要，同时建立一种以牛肉嫩度评价牛肉品质的体系也十分具有研究意义及商业价值。1.2研究目的和意义牛肉质量检验的一个标准就是对其进行牛肉品质评价，牛肉品质的评价对其的研究考察、保藏储运、交易买卖都有着深远的意义，并且对人类的健康、营养都有着一定的指导作用[3]。一般情况下，我们用感官评价或仪器分析评价的方法来对牛肉品质做出评价。可是感官评价的方法受到的评价人主观影响较大，评价的结果不够稳定；仪器分析评价的方法和人们的感官评定效果差距较大，无法正确的表现出牛肉质地的特性。到现在为止，检查牛肉品质的嫩度的手段主要通过牛肉的大理纹形态的纹理图像的方法来检查的[4]，并且对其进行嫩度的评价。随着经济的迅速发展，人民生活水平的不断提高，食品的品质对人们来说越来越重要，牛肉的品质也凸显的尤为重要，因此在销售市场上，对牛肉嫩度准确、客观的评价检测方法变得很重要。该文主要讨论的是如何设计并且认真牛肉嫩度机电一体化检测设备，设计并生产一种高自动、高准确的快速评价设备。牛肉嫩度进行分级排列，可以做到减少经济投入，减少人力劳动。1.3评价牛肉品质的方法1.3.1三项评价指标其外表、口味、结构等作为感官评定的参数以及加工的参数，随着人们生活节奏的加快和对健康的日益重视,更多地采用卫生、营养、保健和便利性等指标[5]。1.3.1.1感官指标感官指标是凭借视觉、味觉和触觉等感觉器官对牛肉品质作出评价的依据，主要包括：肉色、大理石花纹[6]、嫩度、脂肪的颜色及结构、汁液量、口味等。1.3.1.2理化指标理化指标主要是定性分析牛肉的化学组成成分，并且使用化学方法定量的测量各成分所占比例[7]。相比于猪肉而言，牛肉的酸碱值、含有重金属的质量、药物的残留量以及可挥发的盐基氮的含量是其测量的主要目标。1.3.1.3微生物指标我们用来鉴定牛肉的污染程度的方法，是通过检测微生物的指标来进行的，一般情况下是一下三项指标，如细菌的数量、大肠杆菌的数量和致病的菌种，其中具有评价的意义是能够导致人类的疾病和引起食物中毒的病源微生物。1.3.2牛肉品质的影响因素1.3.2.1年龄年龄对牛肉的品质有影响。年龄小于2岁的牛，其牛肉上的大理石花纹无明显关系特征，年龄在24-30个月的牛，其牛肉的嫩度最好[8]，咀嚼时最舒服。牛的年龄越大，相应的牛肉水份就会变少，通常来说年幼的动物肉中的水份比例要远远高于年老的动物。所以，我们可以发现肌肉中的水份与其动物的年龄有关，调查表明，结合水与自由水都存在于动物肌肉中，结合水的比例高，那么相应的肉的汁液量也就越多。1.3.2.2重量重量在500kg以下的牛大理石花纹并不明显，也不均匀[9]，除了用高能量的饲料来喂养的。因此，我们可以看出活牛的重量对于牛肉品质有着重要的影响。1.3.2.3日粮营养水平我们通常可以认为，就其肉的品质而言，用细粮喂大的动物要比用粗粮喂大的动物的肉质嫩。脂肪的堆积量会影响肉的嫩度，且脂肪的堆积量与动物的营养状况成正相关。营养水平低时，脂肪堆积量小；营养水平高时，脂肪堆积量大[10]，然而所含的蛋白质和水分相对来说就比较少了。对于低热量水平来说，为了提高牛肉的酸碱值，可以降低牛肉的血糖浓度。1.4国内外牛肉嫩度的检测方法1.4.1基于计算机视觉技术的检测方法由于肉的纹理特征与其嫩度有直接关系[11]，然而肉制品的外观特征为肉的纹理特征，假如我们能够利用图像技术进行一番操作，将其纹理特征显示出来，就能总结出其间的数量关系，从而可以做到对牛肉不破坏并能对其进行评价，发现了一种省时，省力，准确的评价新方法。国内，孙永海等[12]将牛肉归分成两大类别，对具有丰富的纹理牛肉进行纹理检测，然而对不丰富的牛肉利用灰度空间矩阵法来测量牛肉的嫩化程度。1.4.2近红外光谱（NIR）分析技术这几年通过人们实验研究可以看出红外反射光谱可用于预测嫩度。通过对样品进行近红外光谱扫描，可以获得样品完整的分子键和化学成分信息[13]，所以我们可以知道近红外光谱除了可以分辨食品，还能够对其进行品质以及过程的控制。近红外光反射率与剪切力值正相关，研究发现，用近红外光谱预测嫩度值与用剪切力实测值存在正相关性[14]。所以用红外光谱的方法对于牛肉嫩度的检测是一种十分有效的方法。Prieto等[15]表明选择什么样的方法统计对NIR的精度的预测有着一定的影响，在建造模型的时候，如果选择合适的统计方法那么就可以增加预测的精度。Liu[16]等人使用偏最小二乘以及主成分分析的方法来建造模型，并且将牛肉可以分成老肉和嫩肉之分。1.4.3高光谱图像技术我们把光谱分析的方法和图像处理的方法融合成一体变为高光谱图像的方法，这样就可以一起获得样品的光谱消息和三维消息，同时应用其两种优点。就目前的情况来看，无损分析在各领域的应用越来越多，使得越来越多的专家学者关注无损分析方法[17]。高光谱技术又可以读取牛肉的外表面特征性质，又可以读取牛肉内部的性质。Jackman等[18]通过研究表明光谱图像方法为经典的可见光系统提供了一种补充和增强的方法；高光谱成像技术作为增加机器视觉解决的最好方案。1.4.4多光谱和荧光光谱分析技术在波长为100～400nm时是紫外线的波长范围，在该范围内具有一定的化学荧光效应。影响牛肉硬度的主要因素为结缔组织，其主要组成成分为胶原蛋白，而激发胶原蛋白的荧光波长为380nm。多光谱分析技术是通过采集牛身上各部位肌肉的多光谱图像[19]，分析其纹理的特征，建立牛肉嫩度预测模型，包括支持向量机模型和多元逐步回归模型[20]。1.5机电一体化系统检测牛肉嫩度的基本原理通过计算机系统的宏观调控来组成机电一体化的机械系统，它用于用来完成能量流、运动以及机械力等动力学任务，并由多种机电部件相互配合、相互联系、相互协调所组成的系统[20]。该文利用AT89S51型单片能够控制仿真牙的上下运动以及各部分协调工作来用于检测牛肉嫩度的检测。在驱动器型号为MA860H设备中，通过来自于脉冲信号发生器中的电流，利用环形分配器把脉冲分置于不同的机械系统组成部分中，再将其信号进行放大并且处理，促使两个相混合步入点击从而开始工作，然后各自带动仿真牙的下部分的牙进行上下运动，然而上牙进行左右的运动。在牙进行咀嚼的过程时，信号传递到仿真牙的感受器，然后感受器将信号送回到用户的电脑中，从而进行数据的处理操作。1.6研究方法及内容1.6.1理论依据牛肉嫩度检测的机电一体化装置，其装置执行系统为仿真人体咀嚼牙齿，通过传感器采集、输出信号，将数据结果收集到控制以及信息处理的部分，进行数据的分析，测量牛肉的嫩度。其中，控制电路部分包括单片机的控制和驱动系统。驱动系统在单片机的控制指令分配下进行动作，脉冲信号发生器产生脉冲电流，经过环形分配器将信号分布到不同部分，再经过放大器将信号放大处理，使两相混合式步进电机进行动作，带动仿真牙齿进行上下、左右运动。1.6.2研究内容本试验主要是通过该装置检测的牛肉嫩度与人体牙齿咀嚼后，利用质构仪检测的牛肉嫩度进行比较，对装置的各部分进行优化设计。（1）对牛肉嫩度检测机电一体化装置电路控制部分进行调试，主要研究控制电路中驱动系统的开发，从驱动方式的调试及脉宽调制技术着手，开发出适用于检测牛肉嫩度的机电一体化装置的驱动系统。（2）比较质构仪测量人体牙齿咀嚼后的牛肉嫩度与该装置仿真牙齿咀嚼后测量的牛肉嫩度，将机电一体化装置测量与传统方法测量牛肉嫩度进行对比分析。（3）对牛肉嫩度检测机电一体化装置机械系统部分进行优化设计。第二章控制电路（驱动系统）设计与调试2.1混合式步进电机驱动系统步进电机的驱动系统是保证步进电机正常工作的必要装置。步进电机在驱动系统的驱动下才能按照预想的工作过程运动，同时驱动系统的存在才能有效的检测出步进电机的性能优劣。因此，这就要求驱动系统在工作过程中必须平稳运行，且工作时可靠性高，工作效率高。相反地，驱动系统性能的优劣也需要步进电机来衡量，步进电机运行时表现出的性能说明着驱动系统工作过程中的能力。步进电机驱动系统的组成包括脉冲信号发生器、环形分配器、信号放大与处理电路、推动级和功率驱动级以及保护电路等[21]，如图2-1所示。图2-1步进电机驱动系统的主要组成部分步进电机其内部各相绕组的导通与截止是通过在外部使用控制脉冲，且按照环形分配器所决定的方式进行分配。其中，使用推进级来对较弱的信号进行放大，形成较大的信号进入驱动部分。为了保证整个电路工作过程中的安全问题，采用保护电路来控制紧急时刻的通断[22]。2.2驱动方式的调试2.2.1单电压驱动方式使用单方向电压给电机绕组供电，即为单电压驱动。工作过程中，三极管被导通，绕组两端电压为全部的电源电压。绕组中经过的电流根据时间常数L/R增大至额定电流，其中L是绕组的电感，R是绕组的电阻[23]。单电压驱动方式的整体性能比较低，很少应用在实际的系统中，然而它确实目前现有的驱动方式中最简单最基础的一个驱动系统。一般情况下，在电机内绕组回路中加入一个改善电阻R，使得电机在高速转动的过程中性能得到加强。电流在绕组的闭合回路中的增加速度得到加快，所以工作过程中产生的电流振荡就会减小。该驱动方式存在很严重的缺点，它的效率很低，而且对能量的损耗也很大，工作中电源产生的功率有很大一部分都被串联的改善电阻所消耗。因此，在使用较小功率的电机或者工作过程中的电机性能不需要很高的时候，可以考虑采用单电压驱动方式。对于本文装置来说，一号驱动器控制上牙的左右运动，二号驱动器控制下牙的上下运动。但是检测牛肉嫩度的过程中需要下牙运动到与上牙接触时，静止不动，然后上牙再进行左右运动，上牙停止运动后，下牙再向下运动。如果使用单电压驱动方式，可使高电压控制下牙的向上运动、上牙的向左运动，低电压控制下牙的向下运动、上牙的向右运动，但是单电压驱动方式只会产生一种方向电压，使得控制过程中牙齿只能往复运动，不能静止。综上所述，单电压驱动方式并不适用于本装置。2.2.2双电压驱动方式2.2.2.1双电压驱动方式原理当步进电动机运行状态为低速、高速时，对应的使用低电压、高电压为其供电，就是所谓的双电压驱动。双电压驱动方式的工作原理如图2-2所示。在电机低速运转时，控制器使开关管T1获得低电平，从而导致其关闭，此时打开或关闭开关管T2即可得到低压脉冲电源+VL。在电机高速运转时，控制器使开关管T1获取高电平，使其导通[24]，此时打开或关闭开关T2即可使绕组得到高压脉冲电源-VH。图2-2双电压驱动方式工作原理图2.2.2.2双电压驱动方式的验证双电压驱动方式会产生两种信号，分别为脉冲信号和方向信号。一号驱动器控制上牙的左右运动时，脉冲信号高电平使上牙开始动作，然后方向信号高电平使上牙向左运动，此时脉冲信号保持低电平，接着脉冲信号高电平使上牙开始动作，然后方向信号低电平使上牙向右运动，如此反复动作，其电流波形如图2-3所示。二号驱动器控制下牙的上下运动时，脉冲信号高电平使下牙开始动作，然后方向信号高电平使下牙向上运动，此时脉冲信号保持低电平，接着脉冲信号高电平使下牙开始动作，然后方向信号低电平使下牙向下运动，如此反复动作，其电流波形如图2-4所示。图2-3一号驱动器电流波形图图2-4二号驱动器电流波形图实际工作过程中，二号驱动器首先产生脉冲信号高电平，使下牙开始动作，然后方向信号高电平，下牙向上动作，此过程中一号驱动器脉冲信号保持低电平，使上牙静止不动。接着一号驱动器产生脉冲信号高电平，使上牙开始动作，然后方向信号高电平，使上牙向左动作，再次产生脉冲信号高电平，使上牙开始动作，然后方向信号低电平，使上牙向右动作，此过程中，二号驱动器脉冲信号保持低电平，使下牙静止不动。接着二号驱动器产生脉冲信号高电平，使下牙开始动作，然后产生方向信号低电平，使下牙向下运动，此过程中，一号驱动器脉冲信号保持低电平，使上牙静止不动。综上所述，双电压驱动方式可以应用到本装置中，但是该种驱动方式过程中，高频与低频的变换会使电阻R明显发热，产生较大的能量消耗，所以双电压驱动方式只可以作为可应用的考虑因素之一。2.2.3斩波恒流驱动方式斩波恒流驱动脉冲电流波形如图2-5所示。以一号驱动器的工作为例，如果采用斩波恒流驱动方式，首先脉冲信号产生高电平，使上牙开始动作，同时方向信号产生高电平，使上牙向左运动，然后方向信号产生低电平，使上牙向右运动，接着又是方向信号产生高电平，使上牙向左运动，如此反复动作，直至脉冲信号产生低电平，使上牙停止动作。显然，其工作方式与本文装置并不相符，所以不可以采用斩波恒流驱动方式。图2-5斩波恒流驱动脉冲电流波形图2.2.4细分驱动方式2.2.4.1细分驱动方式工作原理图2-6整步工作4细分驱动电流波形图2.2.4.2等步恒转矩细分电机运行过程中，如果步距角不均匀，就会造成电动机的振荡及失步，所以电机的平稳性就会减小。所以，对步距角的均匀划分是十分重要的。通过根据步距角和各步相应的磁场空间矢量的位置改变各阶段的电流大小，可以实现等步距角恒转矩细分控制，所以合成后的电流矢量在空间中做旋转动作，同时幅值不会变化。如果通以正弦电流，可以达到此目的。将两相混合式步进电机工作时的转矩以图例形式显示，如图2-6所示。图2-9二相混合式步进电机的星形转矩矢量图步进电机均匀细分控制时，相电流的计算公式如下:（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）第三章检测牛肉嫩度的驱动系统的建立与验证根据前一章驱动系统的设计与调试，细分驱动方式可以实现步进电机在实际运行中将步距角划分成较细等级，从而对步进电机的控制精细度进行提升。因为实际运行中的步距角被划分的很细，所以各项绕组中通过的电流在升高或降低的过程中都不会立即升高或降低，而是会分步的升高或降低，因此实际运行中的转矩脉动就会被减小，就不会产生较大的振荡和噪音。综上所述，本文选择将细分驱动方式应用于所设计的牛肉嫩度检测机电一体化系统中。3.1驱动系统的选择及安装根据设计要求，本文采用两相混合式步进电机对整个装置进行驱动，根据其特点选择细分型两相混合式步进电机驱动器MA860H，该型号驱动器由交流伺服驱动器的电流环提供细分控制，具有较高的启动转速，较大的高速力矩，具有过压、欠压、过流、相间短路保护以及脱机功能，采用平均控制电流，输出为两相正弦电流波形。运行过程中，电机的转矩产生的波动较小，能够保证低速平稳运行，产生较小振动以及较低噪音。图3-1为MA860H型两相混合式步进电机细分型驱动器外观图。图3-1MA860H型两相混合式步进电机细分型驱动器外观图本型号驱动器产生6种控制信号，分别为PUL+（步进脉冲信号输入正端）、PUL-（步进脉冲信号输入负端）、DIR+（步进方向信号输入正端）、DIR-（步进方向信号输入负端）、ENA+（脱机使能复位信号输入正端）、ENA-（脱机使能复位信号输入负端）。其中脱机使能信号有效时，表示驱动器故障，则任何有效的脉冲信号都被禁止，驱动器的输出功率元件被停止，电机不会保持扭矩。电路连接过程中，可保持高电平有效，也可保持低电平有效。当高电平有效时，将所有控制信号的负端连接在一起，作为信号地；当低电平有效时，将所有控制信号的正端连接在一起，作为信号公共端。本文采用Tc55控制器对整个电路进行工作控制。根据工作要求，选择两个驱动器分别控制X轴与Y轴方向的运动，即一号驱动器控制X轴方向运动，二号驱动器控制Y轴方向运动。连接电路时，将一号和二号驱动器PUL+（脉冲）和DIR+（方向）输入接口连接到控制器+5V输出接口上；将一号驱动器PUL-（脉冲）输入接口与控制器Xcp输出接口连接，DIR-（方向）输入接口与控制器Xdir输出接口连接；将二号驱动器PUL-（脉冲）输入接口与控制器Ycp输出接口连接，DIR-（方向）输入接口与控制器Ydir输出接口连接。如图3-2所示。图3-3为驱动器与控制器连接实物图。图3-2脉冲接口与驱动器接线示意图图3-3驱动器与控制器接线实物图驱动器与步进电机连接时，步进电机4条输入线分别接在驱动器的脉冲信号发射器的A+、A-、B+、B-的输出接口处，如图3-4所示。图3-4驱动器与步进电机接线示意图线路连接完成后，检查连接是否正确，同时检查装置各部位零件是否完整，机械系统是否运行正常。装置整体示意图如图3-5所示。图3-5装置整体示意图3.2驱动系统的运行验证装置连接完成后，再次检查线路连接是否正确。首先，设置控制器参数。控制参数页面下，设置X、Y轴参考点，X轴分子和分母，Y轴分子和分母，升速时间（毫秒），点动增量（微米），X轴间隙（微米），Y轴间隙（微米）。速度参数页面下，设置X、Y轴最高运行速度（mm/min），启动最高速度（mm/min），手动最高速度（mm/min），手动最低速度（mm/min），点位速度（mm/min），回零最高速度（mm/min），回零最低速度（mm/min）。保存参数。X轴，Y轴的分子和分母由电机单向转动一周所需的脉冲数以及电机单向转动一周所移动的距离决定，计算公式如下：电机单向转动一周所需的脉冲数电机单向转动一周所移动的距离（微米）（3-1）设置步进电机驱动器细分为每转1000步，电机单向转动一周X轴移动1mm，减速比1:1，即1.0，则100011*1000*1.0=1（3-2）所以X轴分子为1，分母为1。设置步进电机驱动器细分为每转1000步，电机单向转动一周Y轴移动20mm，减速比1:1，即1.0，则1000120*1000*1.0=20（3-3）所以Y轴分子为1，分母为20。设置升速时间为500ms，降速时间为500ms，点动增量为100µm，X轴间隙为0µm，Y轴间隙为0µm。X轴最高运行速度为5000mm/min，Y轴最高运行速度为5000mm/min，启动速度为0mm/min，手动最高速度为5000mm/min，手动最低速度为500mm/min，点位速度200mm/min，回零最高速度1000mm/min，回零最低速度200mm/min。其次，进行程序的编辑。在程序管理中，长按“F”3秒，新建一个程序，通过指令上翻与指令下翻修改动作方式，包括直线运动、循环和结束；通过增加一行和删除一行来修改编写错误的指令。完成如下的指令编辑，并保存程序。标号：0直线运动X：0.000Y：20.000F：2000标号：1直线运动X：1.000Y：F：500标号：2直线运动X：Y：-20.000F：2000标号：3循环循环次数：20目的标号：0标号：4结束X轴控制上牙在X轴方向上的运动，Y轴脉冲控制下牙在Y轴方向上的运动，F表示当前运行速度。运行过程中，通过指令上翻调整运动方式为直线运动，使Y轴首先正向运动20mm，即使下牙在Y轴方向上向上运动20mm，同时X轴方向上，即上牙保持不动，当前运行速度为2000mm/min；然后第二页编辑为直线运动，使X轴正向运动1mm，即上牙在X轴方向上向左运动1mm，按“确定”键使Y轴运动改为“”，表示该指令下Y轴方向上无运动，即下牙保持静止不动，当前运动速度为500mm/min；第三页编辑为直线运动，按“确定”键使X轴运动改为“”，表示X轴方向上无运动，即上牙保持静止不动，使Y轴负向运动20mm，即使下牙在Y轴方向上向下运动20mm，当前速度为2000mm/min；第四页编辑为循环，使装置重复上述动作，目的标号表示从该项开始重复，循环次数为20次；第五页编辑为结束，表示程序运行到此终止动作。3.3本章小结根据调试后所选择的两相混合型步进电机细分型驱动器MA860H能够合理驱动本文装置，可以按照预想的工作方式进行驱动，与步进电机的配合度较高，工作中基本无振荡，且噪音小。因此，本文装置可以选用该型驱动器进行驱动。第四章牛肉嫩度检测机电一体化装置的应用4.1质构仪检测牛肉嫩度图4-1牛肉咀嚼处理后的样品图4.1.4试验结果表4-1咀嚼次数与各项试验参数关系表咀嚼次数硬度H1硬度H2胶着性弹性咀嚼性内聚性粘性05.595.153.043.61110.540.212.211.961.223.3240.58020.340.250.162.210.40.48030.340.250.162.730.40.48040.590.440.343.0410.58050.250.20.152.860.40.61060.20.150.180.810.10.88070.290.10.020.3300.08080.490.340.222.620.60.46090.250.25-0.80.79-0.6-3.321.4100.250.150.081.420.10.320110.20.20.147.2110.680120.290.10.051.430.10.160130.250.20.115.210.60.440140.20.150.051.290.10.230.1150.340.150.061.590.10.170.1160.340.250.132.780.40.380170.390.340.162.680.40.410180.20.150.041.0100.220190.150.150.051.830.10.320200.20.150.084.940.40.3804.2感官评鉴方法评定牛肉嫩度等级将冷却之后的牛肉进行标号0-20号。随机挑选21个试验对象编号0-20，分别品尝对应号码的牛肉，填写感官评鉴表，评定牛肉等级。总共对30头牛进行试验，每头牛的牛肉都分成21组，由相同的21位试验对象进行品尝评价。分别统计每头牛的21张感官评鉴表，对各项评价等级进行总结，以图表形式表现出来，如图4-2所示。图4-2牛肉嫩度感官评定分布图4.3机电一体化装置检测牛肉嫩度4.3.1试验原料将冷却之后的牛肉样品进行0-20标号。在机电一体化装置中，分别建立21个文件，编号0001-0021。程序编辑中的循环次数分别对应为1-21次。则0号牛肉对应循环1次的文件，1号牛肉对应循环2次的文件依次对应。在仿真牙齿部位装载压力传感器，进行电压值的测定。共检测30头牛肉，每头牛做三组平行试验，取平均值后，产生30组数据。表4-2牛肉嫩度测定结果表等级感官评定生肉样品输出电压（mV）平均值熟肉样品输出电压（mV）平均值1嫩149.9227.32稍嫩182.1275.23中等嫩度231.4317.44稍老263.7386.15老303.8422.9图4-3生肉输出电压测定结果图4-4熟肉输出电压测定结果4.3.4试验结果根据测定结果显示，生肉与熟肉的输出电压均与牛肉嫩度有关。牛肉越嫩时，输出电压越小；牛肉越老，输出电压越大。并且，相同嫩度的牛肉，熟肉的输出电压较生肉的输出电压大。结论本文是根据现代机械自动化的思想，将机电一体化控制系统应用到牛肉嫩度检测的过程中，形成牛肉嫩度检测机电一体化装置。根据已有研究内容的基础上，本文着重研究其控制电路中驱动系统部分，通过对单电压驱动、双电压驱动、斩波恒流驱动和细分驱动这四种驱动方式分别进行调试，经过调试发现双电压驱动与细分驱动均可应用于本文装置中，但是鉴于双电压驱动方式能量消耗较大，且细分驱动能够有效缓解脉冲的一步变化，很好的保护装置的机械系统，最终选择使用细分驱动方式。根据本文装置要求，选用MA860H两相混合式步进电机细分型驱动器应用于本文机电一体化装置中。最终对整体装置进行测试，并应用于实际牛肉嫩度检测试验中。根据试验结果显示，牛肉的嫩度与测量时牛肉的输出电压有关，无论是生肉还是熟肉，牛肉越嫩，输出电压越小；反之牛肉越老，输出电压越大。并且，熟肉的输出电压较生肉的输出电压大。本文牛肉嫩度检测机电一体化装置的建立，使牛肉嫩度的检测更加准确、快速、便捷。致谢参考文献[1]张凌，王笑丹，何冰，李哲，李志，王樊静．吉林省牛肉品质控制及评定[J]．林农业科学，2008(5)[2]潘力.世界牛肉消费趋势及影响因素分析[J].中国畜牧杂志,2012,48(16):20-23.[3]万发春，张幸开，等.牛肉品质评定的主要指标[J].中国畜牧医，2004，31(5)：15-36.[4]KoohmaraieM，KentMP，ShackelfordSD，VeisethE，WheelerTL.Meattendernessandmusclegrowth：isthereanyrelationship?MeatScience，2002，62：345-352.[5]万发春，张幸开，等.牛肉品质评定的主要指标[J].中国畜牧兽医，2004，31(12)：17-19[6]张凤宽，程志立，等.高档牛肉生产技术的探讨[J].吉林农业大学学[3]报，1998，20(2)：86-88.[7]靳烨，南庆贤，等.牛肉高理化性质的研究[J].肉类工业，2001，245：85.[8]王海鸥，姜松．质构分析(TPA)及测试条件对牛肉品质的影响[J]．粮油食品科技，2004，12(3)：1-4