新版机电一体化专业系统设计方案报告.doc
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1、机 电 一 体 化 系 统 设 计 报 告院 系:机电学院专 业:机械电子1202班指引教师:史丽晨小构成员:蒋友列 景军军 刘琪 卢科峰 目 录1.机电一体化系统概述2.机电一体化系统构成一、 动力能源单元二、 传感与检测单元三、 机械本体四、 执行与驱动单元五、 控制与信息解决单元任务分派l 蒋友列汇总、传感与检测单元l 景军军执行与驱动单元、控制与信息解决单元l 刘 琪动力能源单元l 卢科峰机械本体机电一体化系统设计报告家用全自动洗衣机系统设计分析1.机电一体化系统概述“机电一体化”英文名词是“mechatronics”,20世纪70年代初来源于日本,由机械学(mechanics)和电子
2、学(electronics)两个次组合而成,表达机械学与电子学两种学科综合。机电一体化具有产品与技术两个方面内容。机电一体化技术是指其技术原理,即机电一体化系统(产品)得以实现、使用和发展技术。另一方面是机电一体化产品,该产品重要是机械系统与电子系统用有关软件有机结合而构成新系统,且赋予其新功能和性能新一代产品。机电一体化系统(或产品)形式各种各样,功能也各不相似。一种较完善机电一体化系统,涉及如下几种基本要素:机械本体、动力能源、传感与检测、执行与驱动、控制与信息解决等,各要素之间通过接口相联系,也可以说这些基本要素构成了机电一体化系统各种子系统。这些基本要素功能实例如下图:机电一体化核心技
3、术有:机械技术、计算机信息解决技术、传感检测技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总成技术。机电一体化技术与有关学科、技术、行业结合关系图如下: 2.机电一体化系统构成一动力能源单元(一) 机电一体化系统中动力源概述 机械运动是将其她形式能量转换成机械能,动力能源单元功能是按照机电一体化系统控制规定,为系统提供能量和动力,克服各种载荷去驱动执行机构,完毕信息解决使系统正常运营,能源涉及电能、气能以及液能等。例如,数控机床动力重要来自于电能。机电一体化产品动力某些,就像人体内脏产生能量来维持人生命、思维和运动同样。机电一体化系统明显特性之一,是用尽量小动力输入获得尽量大功能输出,不但规定驱动效率
4、高、反映速度快,并且规定对环境适应性强、可靠性高、以便维修和回收等。(二) 全自动洗衣机动力源 惯用全自动洗衣机(如:小天鹅、海尔、西门子等),额定参数为:额定电压-交流220V;额定频率-50HZ;额定功率-300W;洗衣重量-5-7kg。二传感与检测单元:(一)机电一体化系统中传感器概述机电一体化系统中,传感器与检测单元功能是对系统运营过程中所需要自身和外界环境各种参数及状态进行检测,并转换成可辨认信号,传播到控制信息解决单元,通过度析、解决产生相应控制信息。测试传感某些功能普通由专门传感器和仪表来完毕,再通过相应信号检测装置将其反馈给信息解决与控制单元。检测传感装置相称于人体感受器官,将
5、外界信息传播给大脑,因而,传感器精度决定了系统精度上限,传感器技术水平制约着整个机电一体化技术发展。(二) 传感器性能指标1. 静态特性:是指对静态输入信号,传感器输出量与输入量之间所具备互有关系。由于这时输入量和输出量都和时间无关,因此它们之间关系,即传感器静态特性可用一种不含时间变量代数方程,或以输入量作横坐标,把与其相应输出量作纵坐标而画出特性曲线来描述。表征传感器静态特性重要参数有:线性度、敏捷度、辨别力和迟滞等。2.动态特性:是指传感器在输入变化时,它输出特性。在实际工作中,传感器动态特性惯用它对某些原则输入信号响应来表达。这是由于传感器对原则输入信号响应容易用实验办法求得,并且它对
6、原则输入信号响应与它对任意输入信号响应之间存在一定关系,往往懂得了前者就能推定后者。最惯用原则输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,因此传感器动态特性也惯用阶跃响应和频率 响应来表达。3.线性度:普通状况下,传感器实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中,为使仪表具备均匀刻度读数,惯用一条拟合直线近似地代表实际特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似限度一种性能指标。拟合直线选用有各种办法。如将零输入和满量程输出点相连理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差平方和为最小理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。4.迟滞特性:表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减
7、小)行程间输出-输入特性曲线不一致限度,通惯用这两条曲线之间最大差值MAX与满量程输出FS比例表达。迟滞可由传感器内部元件存在能量吸取导致。5.敏捷度:是指传感器在稳态工作状况下输出量变化y对输入量变化x比值。它是输出一输入特性曲线斜率。如果传感器输出和输入之间显线性关系,则敏捷度 S是一种常数。否则,它将随输入量变化而变化。敏捷度量纲是输出、输入量量纲之比。例如,某位移传感器,在位移变化1mm时,输出电压变化为200mV,则其敏捷度应表达为200mV/mm。当传感器输出、输入量量纲相似时,敏捷度可理解为放大倍数。提高敏捷度,可得到较高测量精度 。但敏捷度愈高,测量范畴愈窄,稳定性也往往愈差。
8、6.辨别力:是指传感器也许感受到被测量最小变化能力。也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时,传感器输出不会发生变化,即传感器对此输入量变化是辨别不出来。只有当输入量变化超过辨别力时,其输出才会发生变化。(三)全自动洗衣机中传感器1.水位传感器水位检测精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制洗衣机,规定水位检测必要是持续,故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是运用电磁谐振电路LC作为传感器敏感元件,将被测物体变化转变为LC参数变化,最后以频率参数输出。其工作原理是:将水位高低通过导管转换成一种测试内腔气体变化压力,驱动内腔上方一块隔膜移动
9、,带动隔膜中心磁芯在某线圈内移动,从而线圈电感发生变化。由此引起谐振电路固有频率随水位变化。水位测量电路如下图所示,为便于与单片机接口,水位传感器采用数字振荡电路,电感与电容构成三点式振荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1,随着水位变化,谐振频率作相应变化,放大器在a点输出,经A2整形,由c点输出,此时即可将数字量接到单片机.水位传感器测量电路如下图:2.光传感器 光传感器即洗净限度传感器。人工洗衣时可以随时用眼睛检查衣物与否洗净,但在洗涤桶内衣物不断地进行翻滚运营,无法直接检测衣物洗净限度。全自动洗衣机通过采用光传感器检测洗涤液透光率,从而间接检测了洗净限度二在洗衣机排水管两侧分别安装红
10、外发光管和光电接受管。洗涤前、排水管中布满清水,光电接受管受光导通,以此时光敏三极管输出电压为设定值。洗涤开始后,衣物污垢不断地扩散到洗涤液中,洗涤液逐渐变浑浊,致使透光率减少,相应地光敏三极管输出电压也随之下降。通过一段时间后,该输出电压趋于稳定值,洗涤过程结束,然后进人漂流阶段。光传感器检测头由发光二极管和光敏三极管构成,分别安装在排水阀之前排水口左右对称两侧。为了防止天然水中淡黄色和淡绿色以及自然背景光对检测成果干扰,用国产砷化镓红外发光二极管,其光谱如下图,接受端用硅光电三极管,其光谱如下图,由于在同样发光二极管驱动电流作用下,光敏三极管所能接受到光信号与检测头之间介质关于。 为了克服
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