3D打印机自动控制元件及线路

课程设计说明书(论文)自动控制元件及线路2012年11、12月一、背景简介 4二、工艺确定 8 9 9 4.3喷头选择 5.1伺服电机和步进电机对比 5.3负载转矩计算 5.4打印速度的初步估计 5.5所选电机的型号和具体参数 六、驱动器 6.1功放部分 七、传感器 227.1温度传感器对比 22 系统的整体评价及感悟 28 28摘要关键词：3D打印机交流伺服电动机热敏传感器0.005;电源：220V;操作系统：win7、XP、2003等。55YX2运动确定打印技术优点缺点型法最早的快速成型工艺，成熟度高；成型速度快，精度高力或引起形变；SLA系统成本高，环境要求苛传统手段难于成型的原型和模具；成型件多为树脂类刻成型材料非常广泛，无需复杂材料微型元件成型工作可靠，模型支撑性好，成前后处理费时费力，不快速制造新产品样熔积成型法对温度要求比较苛刻塑料件，铸造用蜡模，样件或模型，适合中、小型成型我们打算设计一个办公用的3D打印机，并且考虑到激光烧结的激光系统过于昂贵，熔融沉积法对温度要求苛刻，最终确定3DP打印方案。以下是3DP打印的原理图：铺粉铺粉虑打印精度问题，采用多糖混合物——玉米淀粉，由直链(约20%)和支链(约80%)组成；水硼砂淀粉三维三维CAD模型彩色数据模型二维彩色切片切片RIP数据控制数据计算机喷头控制电路喷头X-Y位置控制电路及位置传感器供粉槽控制器成型槽控制器滑辊控制器温度传感器液位传感器打印喷头喷头托架供料板推料板旋转滑辊加热器图2彩色三维成型系统工作流程三、控制器选择控制器是整个控制系统数据计算和处理的中心，其运算速度和处理能力一定程度上决定了控制系统的优劣。目前常用的控制器有单片机、数字信号处理器优点缺点单片机结构简单，程序编写简单，成本低。扰能力差，精度低。受温度对元件值的容限不敏感，、环境等外部参与影响小；容易实现集成；需要模数转换；受采样频率的限制，处理频率范围有限；数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。干扰能力强，模块化，易组成控制网络。价格高，性价比一般，不适合小规模使用。工控机的防磁、防尘、防冲击的能力；机箱内有专门电能力。全性低；存储选择性小；4.1传动方式的选择4.2转动惯量的计算滚珠丝杠根据国家标准JB/T9893—1999选用ZJ,=Z₁+1/i²[Z₂+J₈+J](kg·m²)而且选用丝杠的密度(类于铁)为p=7.8g/cm³;可见，J,很小——主要由两个齿轮的转动惯量来决定，从而对电机的功率输出要求不苛刻，在功率不高情况下，可以实现高转速。此类电机最高转速一般是3000r/min上下，取3000为参考研究按360dpi的分辨率来考虑，则每英寸25.4mm对应360个色点，每两个色点的距离为25.4/360=0.07mm,又打印喷头为双排的，所以，打印喷头周期移动距离d=0.07×2=0.14mm,喷墨一次，喷粘剂一次，两个喷头喷出同步；由i=1,求得丝杆转一圈，喷头前进4mm。则机械精度对应则对应转速约为3000,上位机脉冲能力至少800*3000/60=40000r/s;对应6000转的转速，则上位机脉冲能力80000r/s,电子齿轮比不变.控制类型闭环控制开环控制1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，360/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655步进电机在低速时易出现低频振动交流伺服电机运转非常平稳，即使在步进电机的输出力矩随转速升高而所以其最高工作转速一般在300~交流伺服电机为恒力矩输出，其额定2000r/min~3000r/min,都能输出输出过载能力机器在正常工作期间又不需要那么型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，能交流伺服系统的加速性能较好，从步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200～4005.2直流交流伺服电机对比在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电制器的基本功能和功率放大部分。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在90年代的所谓经济型数控领域获得广泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。向器易磨损，需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使得动态响应更好。在同样体积下，交流电动机输出功率可比直流电动机提高10%～70%,PMSM主要由定子、转子及测量转子位置的传感器构成。定子和一般的三相感应电机类有两对以上的磁极。位置传感器一般为光电编码器或旋转变压器。5.3负载转矩计算与ns相同(同步)。两个磁场相互作用产生转矩。定子绕组产生的旋转磁场可看作一对旋转根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度α5.4打印速度的初步估计每打一个，计划在Y轴方向移动10次，使宽度达到10×36.1=361mm对此，计算喷头走完1个幅面的时间T,计划彩印周期T秒，暂时忽略10次Y方向移动时间，有：电机一转对应丝杆1转，对应10个导程共4mm,360mm需要电机转90r,最高转速时，电机每秒转50r,对应时间为1.8s。则10个来回大约18秒，x轴方向10次加减速，对应总a=50×2π÷0.3=1047rad/s²Ma=(m+A)c式中Ma电机启动加速力矩；Mf——导轨摩擦折算至电机的转矩(N·m)n——传递机械效率，在此取0.15。滚动螺旋传动的传动效率取0.95;滚动球轴承传动效率为0.99;齿轮的传动效率为0.93;总导轨磨擦折算至电机侧的转矩：需要的输出力矩为：出力力矩T=3.18,小于最大出力力矩=3.81,满足要求。ABZ123456789红黑蓝绿绿黑黄UVW1234型号型号·尺寸如有更改，恕不另行通知0ABZZ123456789红黑蓝绿绿黑黄UVW1234型号WV峰值转矩(瞬间)额定线电流(有效值)A峰值电流(有效值)A工作制绝缘等级F结构防护等级：IP656.1功放部分脉宽调制种类工作特点正弦波脉宽调制，将正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围1.在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小。2.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单。3.逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM逆变频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型变器θ速度位置检测变换n首先是将基于3轴、2维的定子静止坐标系的各物理量变换到2轴的定子静止此刻，已获得基于αβ2轴正交坐标系的定子电流矢量。下一步是将其变换至随转子磁通同步旋转的2轴系统中。该变换称为Park变换从三相变换成二相系统Clarke变换直角坐标系的旋转(αβ静止)到(旋转dq),称为Park变换反之为Park反变换从数学意义上讲，park变换没有什么,只是一个坐标变换而已，从abc坐标变从物理意义上讲，park变换就是将ia,ib,ic电流正好就是一个常数了。3/2变换。id、iq可以通过对iA、iB、iC的Clarke变换(3/2变换)和Park非接触式测温度不超过感温元件能承受的上限需准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分超射到检测测量范围特别适合1200℃以下、热容大、无腐1300℃以上的温度测量较困难精度工业用表通常为1.0、1.5、0.2及0.1级，实验室用表可达0.01级响应速度慢，通常为几十秒到几分钟快，通常为2~3s其他特点整个测温系统结构复杂、体积大、常只反映被测物体表现温度(需进一步转换);不易组成测温、控温一式传感器类型特点热膨胀式结构简单、耐用，但感温部体积较大双金属压力液1气热电偶用广泛；需注意冷端温度补偿及动圈式仪表电阻对测量结果的影响铂铑-铂热电阻铂好；感温部大，需注意环境温度的影响镍铜差，需注意环境温度的影响非接触式1辐射率影响小，应用简便，不能用热电探测器1响应快，测温范围大，适于测温度热敏电阻探测器由上面两个表分析，非接触时的对于1000摄氏度以下误差较大，应该采用接触式的温度传感器。其中，热敏电阻的铜的温度测量范围在-50~150℃,精度在0.1%~0.3%之间，标准化程度高，精度及灵敏度均较好，对于本设计来讲铜初始位置传感器簧片开关在水平两个方向上速度越快越好，在垂直方向上精度越高越好，速度无一次)。因此打印机的传动设计一般都是在水平方向使用控制角位移反馈编码盘伺服电动机齿轮螺母位移指令线位移控制线位移反馈驱动位移检测丝杠具体分类特点弹性压力计弹性元件其弹性特性与材料、加工和热处理有关，还与环境温度有关。弹簧管压力计以波纹管作为压力-位移转换元件，由于金属波纹管在压力作用下容易变形，所以测压灵敏度高，常用与低压或负压测压。弹性压力计信号远传方式电信号输出，就可使就地显示压力之外，兼有信号远传功能。不同的转换方法有不同的压力计，有电位器式、霍尔式和差动非凝固、非结晶的黏性介质的压力，后者用于测量气体微压和电测式应变式压力传力的传感器，其精度高、体积小、重量轻、测量范围宽，同时抗振动、抗冲击性能良好。有应变筒式、平膜