机电一体化系统设计实验指导书

机电一体化系统设计实验指导书机电一体化系统设计实验指导书朱艳彩戴士杰李慨河北工业大学机电传动与控制实验室2008年9月目录实验一：伺服电机控制实验2实验二：机械手综合实验8实验一伺服电机控制实验一、实验目的三菱通用交流伺服放大器MR-J2S系列是在MR-J2系列的基础上开发的具有更高性能和更高功能的伺服系统，其控制模式有位置控制，速度控制和转矩控制以及它们之间的切换控制方式可供选者。•该伺服放大器应用领域广泛，不但可以用于工作机械和一般工业机械等需要高精度位置控制和平稳速度控制的应用，也可用于速度控制和张力控制的领域。•该产品还有RS-232和RS-422串行通讯功能，通过安装有伺服设置软件的个人计算机就能进行参数设定，试运行，状态显示和增益调整等操作。•与MR-J2S系列配套的伺服电机编码器采用了分辨率为131072脉冲/转的绝对位置编码器，所以比MR-J2系列具有进行更高精度控制的能力，采用高性能的CPU，大大提高产品的响应性，速度环路频率响应提高到550HZ。•多种系列伺服马达适应不同控制需求，马达上的编码器均支持ABS模式,只要在伺服放大器上另加电池，就能构成绝对位置系统。•使用更为方便，具有优异的自动调谐性能，机械分析功能，可以轻松实现抑制机械振动，增益搜索功能，可以自动找出最佳增益值。二、实验内容

（一）、试运行电源接通后，按照以下步骤选择点动运行或无电机模式运行。使用“MODE”按钮切换到诊断画面。试运行时，这个点会闪动。◎按5次UP试运行时，这个点会闪动。◎按5次UP。UP©按2秒以上SET。SET••这个画面出现时.就可进行无电机运行。1、点动运行①、连接EMG-SG、VDD-COM，按UP/DOWN按钮可使伺服电机旋转。松开按钮，伺服电机便停止。通过伺服liiJ设置软件可改变运行的条件。运行的初始条件和设定范围如下表所示。松开按钮，伺服电机便停止。通过伺服liiJ项目初始设定值设定范围速度[r/min]2000-瞬时允许、士速度加减速10000-50000

时间常数按钮的说明如下:按钮内容“UP”按下时，以逆时针方向旋转。释放时，伺服电机将停止。“DOWN”按下时，以顺时针方向旋转。释放时，伺服电机将停止。②、在可以运行点动的状态下，按下MODE，则将显示“状态显示”画面，在这个画面上，用UP、DOWN进行点动运行。每按1次MODE按钮，就会移到下一个状态显示画面。移到1周后又回到点动运行状态。liiJ③、通过断开电源、按下“MODE”切换到另外画面或按“SET”2秒以上来结束点动运行。liiJ2、定位运行①、连接EMG-SG、VDD-COM，按下伺服设置软件上的“正转”/“反转”按钮，伺服电机便会旋转，并在移动设定的移动量后停止。运行条件可通过伺服设置软件改变。运行的初始条件和设定范围说明如下项目初始设定值设定范围移动量（脉冲）100000—9999999速度[r/min]2000—瞬时允许速度加减速10000—50000

按钮内容正转按下“正转”时，以逆时针方向旋转进行定位。反转按下“反转”时，以顺时针方向旋转进行定位。暂停运行时，按下“暂停”机器将暂停运行，再按一次，残留的距离将会消去。重新运行时，所按的按钮与开始运行时的所用的一样。时间常数时间常时间常数时间常数按钮的说明如下:3、速度控制模式①、接线如下：

，gtTF15GN1H12）〔注％91&1VD[注了】Z3P1LG〔溢#3）（it*部CMWCN1A（itJ伺〕哦胃停止间眠开后尊也：麻用逢精2正向辖斜开贻位向晴幼开始【注幻正雅行技末端反我行技末第上tt®4-f连1E槌料量速晚称唾[UDV身大井更lti_上朝骐c[注旭〕搪梅.■转楚厚#T—I"iiT.卜iT51U-U—11;jEW15卿5RES14SP2f511S512，gtTF15GN1H12）〔注％91&1VD[注了】Z3P1LG〔溢#3）（it*部CMWCN1A（itJ伺〕哦胃停止间眠开后尊也：麻用逢精2正向辖斜开贻位向晴幼开始【注幻正雅行技末端反我行技末第上tt®4-f连1E槌料量速晚称唾[UDV身大井更lti_上朝骐c[注旭〕搪梅.■转楚厚#T—I"iiT.卜iT51U-U—11;jEW15卿5RES14SP2f511S512L9P1teL3N17乱侮PI9RM*C2LG1T512ia1917_4_*5®〔注七刖UJRiaL&HLQ准卷完毕frnWT|I_iI

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服电机就会反转。开始时应用低速旋转以确定旋转方向。如果旋转方向不对，请检查输入的信号。liiJ通过显示器检查伺服电机的速度，负载率等参数。liiJ④、停止如果处于以下状态，伺服放大器将中断运行，停止伺服电机。伺服开启信号（SON）OFF报警发生紧急停止（EMG）OFF行程末端（LSP，LSN）OFF正转开始信号（ST1）/反转开（ST2）同时设为ON或OFF实例操作（a）（b）（c）（（a）（b）（c）（d）（e）始信号（二）、PLC和伺服系统接线方式如下：在CN1A中，和PLC接线如下：Y1-SP1、COM2-SG、COM4-SG、COM5-SG。在CN1B中，和PLC的接线如下:COM1-SG、Y2-SP2、Y4-ST1、Y5-ST2。另外，在CN1B中，连接SON-SG、EMG-SG、LSP-SG、LSN-SG、VDD-COM。编写PLC程序如下：

三、思考题1、简述伺服电动机的种类、特点及应用。2、交流伺服系统有哪几种控制模式，在不同模式下，系统参数对典型环节动特性的影响？实验二机械手综合实验、实验目的该实验可培养学生掌握PLC编程及系统调试、掌握直流电机、步进电机的使用及速度位置控制、差补控制、传感器的使用及调整，通过该实验的学习可让学生掌握位置控制技术，培养学生构建控制系统的能力。二、主要设备仪器配置及简介

99D机械手模型。liiJ99D机械手模型采用台式结构，配有带位控功能的PLC主机、滚珠丝杆、滑轨、气动元件、步进电机及其驱动模块、传感器、光电编码器等。该系统由机械手本体、PLC控制单元、电源单元、接口单元等组成，通过该系统可实现机械手五维控制，完成料块的码放、移动等。liiJ机械手本体按功能分为二轴平移机构、旋转底盘、旋转手臂机构、气动夹手、支架、限位开关等部件组成。按活动关节分为S轴、L轴、U轴、T轴、B轴等机构，其中S轴为旋转底盘机构、L轴为竖直机构、U轴为水平机构、T轴为旋转手臂机构、B轴为气动夹手机构。三、实验内容liiJ机械手工作过程如下：通电后，机械手先行复位。然后，机械手臂前伸，手开始旋转至所需位置；机械手臂下降；机械手臂上升；机械手臂收回，底盘旋转，底盘旋转至指定位置后；机械手臂前伸；机械手臂下降；机械手臂上升，手复位。至此，一个工作周期结束。liiJ根据动作顺序，系统的工作流程如图1所示：通电，传入程序底盘旋转否”横、竖轴复位？抓手、底

盘复位？-否否转动？.一一一----二―是横轴前伸横轴前伸到达指定位置？是抓手张开，竖轴下降下降到指

定位置？是抓手夹紧是否夹竖轴上升上升到指定位置？到达指定位置？抓手旋转■■否是否转动？_一一=一竖轴下降到达指定位置？是抓手张开，竖轴上升到达指定位置？是手复位横轴收回图1.系统的工作流程图运行结束系统的初始复位包括硬件复位和软件复位。其中硬件复位是指机械手臂处于左限位状态和上限位状态，底盘处于回位状态；软件复位是指系统的参数设置恢复到初始状态。当初始化完成后，横轴前伸，手开始旋转至所需位置，横轴下降至物品处，竖轴上升。横轴收回，底盘旋转；横轴前伸，手旋转；竖轴下降；竖轴上升，手复位。至此，整个机械手动作全部结束。（1）系统的I/O分配表1.系统的I/O分配表输入接口_输出接口PLC瑞注释PLC|单元注释单元PLC瑞注释PLC|单元注释单元口瑞板端x4SQ3旋转码y0U轴水平x0SQ6脉冲输

出LW原

点Y1CPCP轴脉冲信垂直轴脉

冲信

号x1SQ4Y2U轴水平DIR轴方向信号x2SQ7Y3垂直DIRx1SQ4x2SQ7Y3垂直DIR轴方向信x3SQ5UW原x3SQ5UW原Y10手臂顺时针转x10TW原

点（手

臂）Y11T轴逆时针转x11SQ8T轴限T4位（手底盘

顺时x12S轴底盘R逆时针转动臂）针转x12S轴底盘R逆时针转动点（底盘）x13位（底Y6B轴气动YV-夹手盘）（2）系统的接线图PLC步进电机转换器步进电机电磁阀图2.系统接线原理图四、实验要求心顷•心'K11500K11000MSOT0YOOSX013TUU5{DllYuli<ul1Yi'll根据系统的工作流程、I/O分配表及接线图写出PLC程序。五、实验结果附：系统的程序设计如下2611111411612312612713