機電一體化精確定位裝置及其控制系統分析

何正偉

摘 要：在科學技術的助推下，機電一體化技術逐漸呈現出了新的發展趨勢，在國民經濟建設中發揮了重要作用。闡述了機電一體化裝置的含義，分析了機電一體化定位裝置的結構，并結合機電技術的實際發展情況，對機電一體化精準定位裝置電控部分的選型設計進行了討論，希望對相關研究領域有所幫助。

關鍵詞：機電一體化；定位裝置；控制系統；傳感器

中圖分類號：TP273+.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.073

科學技術是第一生產力。近些年來，各項技術取得了長足的進步，機電融合技術的推廣與應用提高了控制系統的智能化程度，高新技術的推廣使得遠程無人操控系統得到了快速發展，進而增強了機電裝置的機械化屬性。當前，信息技術與電子技術進行了有機結合，機電一體化技術的應用提高了生產效率與產品的整體化性能。為了更好地滿足高新技術的發展需求，需要對機電一體化精確定位裝置及其控制系統進行分析。

1 機電一體化裝置

機電一體化裝置是一個較為復雜的系統，具有檢測、動力及控制等多種功能。在實際的工作中，機電一體化的裝置系統起到了動力與運動之間的轉換和傳遞作用。動力功能會向整個機電系統提供充足的動力，這種動力能量應該與動力、運動之間的傳遞與轉換相互匹配，進而推動整個機電系統的正常運轉。機電一體化裝置的主要目的是對系統內、外部的信息進行加工處理，進而維持系統的正常運轉。機械、信息檢測控制及驅動單元等部分共同組成了機電一體化裝置系統，其具體構成如圖1所示。

圖1 機電一體化裝置的組成

2 機電一體化定位裝置結構

一般情況下，機電一體化定位裝置由于工作的性質與作用的不同，會有很多種類，主要有一維、二維及多維運動等，無論何種形式的定位裝置，都是以一線運動為基礎，并進行復合處理而成。在新時期，對機電一體化定位裝置的設計提出了更高的要求，為了進行大行程運行與高度精確運動，一維大行程運動的控制技術是關鍵。

2.1 聯軸器設計

在定位裝置中，聯軸器主要起到了軸與軸的連接作用，并且可以對其進行分離處理，對力進行傳遞和中斷控制。聯軸器具有很多種類，如果按照行政來劃分，主要可以分成撓性聯軸器和剛性聯軸器。其中，撓性聯軸器在結構上具有特殊性，而且功能也比較齊全。多種聯軸器主要具有如下幾方面的作用：①聯軸器能夠起到一定的補償作用。由于多種零部件在生產或者安裝的過程中，很容易使兩個軸之間出現軸向、徑向及角位移，而聯軸器的應用可以防止軸端產生較大的額外載荷。②改變改變軸系的共振轉速，例如，如果沖擊吸收功相同時，以扭矩為基準的扭轉角越大，沖擊扭矩則會越小，共振轉速則會越低。同時，聯軸器慣性矩的存在也會對軸的轉速造成影響。③聯軸器可以緩和軸上扭轉沖擊，并減輕軸的扭轉振動。

聯軸器在精確傳動中也發揮了重要作用，作為基礎性的部件，對定位精確度產生了重要影響。原動部分與傳動部分等共同組成了機械部分，每種零件也有多種類型，而且優缺點各異。總之，要高度重視聯軸器的設計，提高其設計的合理性。

2.2 設計總裝配圖

在機電一體化的定位裝置中，不能忽略了總裝配圖的重要性。總裝配圖的工作原理是：電機通電以后會產生轉動，在聯軸器作用下，可以促使絲杠副旋轉，進而帶動整個工作臺的運動，并通過對伺服電機的控制，最終實現精確定位。總裝配圖的結構如圖2所示。

圖2 總裝配圖的結構示意圖

3 電控部分的選型設計

伺服電機、步進電機和直流電機等都是當前使用頻率較高的電控設備，而且都具有其明顯的優勢。下面主要對步進電機及其他重要系統控制進行詳細分析。

3.1 步進電機設計與選型

步進電機具有多種優勢，其結構較為簡單、維修方便，因而對其控制較為容易，同時性價比比較高。近些年來，計算機網絡技術得到了較快發展，提高了步進電機的性能，驅動控制作用較大，除了功率放大電路以外，在相關軟件的支持下，其他功效都可以實現。由于步進電機具有較高的使用價值，因而在有關領域中得到了廣泛應用。為了進一步提高步進電機的應用價值，在其設計過程中要投人更多的精力。在設計時，要保證最大靜力矩能夠滿足進給傳動系統的空載快速啟動力矩要求，步進電機的步距角要滿足進給傳動系統脈沖當量的要求，步進電機的啟動矩頻特性和工作矩頻率特性必須滿足進給傳動系統對工作運行力矩與運行頻率、啟動力矩與啟動頻率的要求。在項目研究中，要盡量選取結構較為緊湊、小步矩角及可靠性強步進電機，并要優化機磁路設計，進而減少磁損，并確保不會占用過多空間，不會被電機的堵轉所影響，振動小，使用壽命比較長。

3.2 觸摸屏設計與選型

人機界面是一類具有直觀性的操作單元，想要完成特定條件下的任務，僅僅需要PC通過人工手指觸摸畫面圖形對象即

文章編號：2095-6835（2015）12-0074-02

可。觸摸屏主要是人員的行為與機器行為達到統一，在此基礎上，使操作系統的操作更為簡單、自然與直接。由于數據信息不斷發生變化，因而需要操作或者監控系統的用戶通過手指觸摸畫面圖像的上的按鈕、文本框及圖元等信息進行處理。觸摸屏具有多種優勢，不僅能夠節省空間，同時還具有堅固耐用等優點。在一般條件下，可以選用 MT4414T型號的觸摸屏。由于該觸摸屏的畫面較為細膩與逼真，具有加高的分辨率，因而可以為高效工作提供保障。

3.3 光纖傳感器的選型

待測量對光纖內傳輸光波參量進行調制，進而得到了調制信號。該信號經過光纖能傳輸到光探測器進行解調，從而獲取待測量值，這是光纖傳感器的工作原理。光纖傳感器和傳統類型的傳感器有所不同，它是把需要被測量的信號轉換成光信號，對檢測光強度變化進行分析，進而完成被測量的測量。現階段，光纖傳感器的應用頻率越來越高，并且與工業生產息息相關。在本設計研究中，需要把光纖安裝在運動機構所在的平面內，從而能夠準確地檢測執行機構的位置，從而對電機的進給進行控制。

4 結束語

在信息技術快速發展的背景下，機電一體化技術越來越受到廣泛關注。由于機電一體化定位裝置及其控制系統具有多種優勢，功能較為強大，應用頻率也在逐漸提高。我們需要對控制系統進行深入研究，使系統設計得到優化，從而使機電一體化定位裝置發揮出更大的價值。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕