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小型平台机电式自动调平系统研究

分类:机电一体化论文发表 时间:2018-07-27 10:32 关注:(1)

  郭志冬

  渊三门峡职业技术学院机电工程学院袁河南 三门峡 

  摘 要院小型平台机电式自动调平系统用于对小型仪器设备的安装平台袁以弥补小型设备安装平台调平方面的缺陷遥 本文论述了小型平台机电式自动调平系统的调平原理袁并对其结构及其硬件和软件方面的设计进行了探讨袁最后阐述了该系统的工作及调试流程遥

  关键词院小型平台曰机电式曰自动调平系统

  中图分类号院栽孕圆苑猿 文献标志码院粤 

  现阶段袁大部分调平装置的设计是专门为一些大中型设备提供服务的袁而像电力设备以及测量仪器等小型设备的安装平台袁如果使用上述调平装置袁就得不偿失了遥 所以袁必须对小型设备安装平台的调平要求进行分析袁合理设计相应的自动调平系统遥员

  小型平台机电式自动调平系统的调平原理及结构设计

  调平原理小型平台机电式自动调平系统在完成设备安装后袁要求其必须能够自动升降对水平位置及水平度进行自动调节遥 现阶段常用的各种跳屏设备袁很少具有这些功能遥 为了能够达到这些要求袁设计了一种通过四点支撑的调平系统袁该系统具有较强的抗倾覆能力尧较强的承载能力并且能够简单对其进行操作控制等多种优点遥

  在利用单项升高支腿方式进行调平作业过程中袁很容易受到一些干扰袁 也就是当对一个方向水平进行调节的过程中袁另外一个方向的水平精度可能会发生一定变化袁所以在利用此方法进行具体操作时袁 要采用循环控制调平的方式袁在循环几次之后袁就能获得需要的调平精度遥 从调平流程可以得知袁在实际调平作业中袁就算有一些干扰或其他情况的产生袁使小型平台的最高点位置出现一定的改变袁还是能够利用单方向依次调节来实现调平要求的咱员暂遥 对于单项升高支腿的调平策略袁必须严格按照调平过程中支腿只升不降的原则来实施袁以确保调平结果的稳定性与精确性袁并将调平过程汇总所遇到的干扰及其他情况有效排除遥员援圆

  结构设计

  本课题所研究的小型平台自动调平系统的组成部分有步进电机及其驱动器尧倾角传感器尧限位开关尧以及控制模块等等遥 这种系统设备的调节系统分为水平位置调节系统和高度调节系统两个部分遥 对于水平与高度方面的精度调节袁由于对调平速度没有太高的要求袁我们采用滚珠丝杆作为升降机构袁以保证设备传功平稳且结构紧凑遥

  小型平台自动调平装置采用体积相对较小的电机袁并用弹性联轴器将电机与丝杆进行合理连接袁从而将驱动电机的转矩与功率进一步降低遥 而因为调平设备对水平位置的调节有一定的要求袁同时小型调平设备必须要具有较小的体积和重量袁以及相对简单的结构袁对水平位置的精度也没有很高要求袁调平设备的水平调节机构可以采用两套滑动丝杆加滚动导轨进行组合遥

  硬件设计

  主控芯片

  从小型平台自动调平系统的可靠性尧功能复杂程度以及中央处理器的性价比等多项因素袁这里采用一种功耗较低且性能良好的 愿 位单片机渊如图 员冤遥 因为双轴倾角传感器输出的是 缘 伏以下的直流模拟信号袁单片机不能对其直接进行处理袁而要将直流模拟信号转换成数字信号遥 本研究为了保证系统设备的较小体积同时对两路信号进行采集袁所以就选用多路 粤阅 转换芯片来处理模拟信号遥

  倾角传感器

  从调平系统平台水平度的技术要求出发袁 通过分析袁选用一个电压型双轴倾角传感器渊如图 圆冤遥 这种传感器可以模拟电压输出袁精度非常高尧体积相对较小袁并且具有很强的抗外界电磁干扰的能力袁它一般用来对物体和水平面的倾斜程度进行测量遥 双轴倾角传感器内部设置有微型固体摆锤袁对静态重力场的变化值进行检测袁然后将其转换成倾角的变化值袁最后利用电压方式将该角度变化值输出到控制中心遥

  伺服电机

  步进电机的特点是其成本相对较低尧体积相对较小并且容易控制袁但其控制精度不是很高遥 本小型自动调平设备的荷载相对较小袁没有严格要求位置精度袁主要目的是确保调节的水平度袁所以本研究将步进电机当作伺服机构遥 通过计算得出袁所选用的步进电机的最大转速要达到每分钟 转以上袁转动惯量要超过每平方厘米 千克袁其在启动时转矩要达到每厘米 愿园 牛以上袁 同时在稳定运行过程中其负载转矩应达到每厘米 牛以上遥 然后根据具体安装位置与尺寸的实际需要袁本研究选用了一种两相混合式步进电机遥

  伺服电机驱动器

  小型平台自动调平系统在运行中需要有四个步进电机进行操作袁为了能够将控制箱体积进一步压缩袁本研究采用双轴步进电机驱动器袁按照选型计算袁采用两相双轴步进电机驱动器以匹配步进电机遥

  控制系统组成

  在小型自动调平系统的控制电路中有 圆源 伏输入尧缘 伏输出的直流转换模块袁来为中央处理器尧串口转换电路以及模数转换器提供电能遥 中央处理器的及控制端口利用光电耦合器将控制信号传输给步进电机驱动器咱圆暂遥 中央处理器利用电平转换电路将上下限位开关以及虚腿检测开关输入的信号接收遥而触摸屏利用 砸杂圆猿圆 串口转换电路与中央处理器进行通信袁以控制触摸按钮同时将相关汉字显示出来遥

  软件设计

  软件开发语言的选择

  软件开发部分是自动调平控制系统的关键袁但编程工作十分抽象袁并且非常耗费时间袁特别是在系统调试环节袁更要进行反复多次的测试遥 而选用一种合适的编程语言及开发工具袁对于本研究在节约时间方面有十分重要的意义遥 软件的开发需要我们养成良好的编程习惯袁将主程序分解成多个子程序袁然后将其逐个完成袁最后再将他们合理结合到一块遥 对于本系统来说袁调平算法的难易程度及其复杂程度对开发时间也起着决定作用遥

  单片机开发工具

  单片机将很多电路集成在一个芯片上袁其自身并不能实现任何功能袁只有将其与其他硬件合理结合起来袁同时编写相关工作程序之后袁才能执行一定的功能遥 并且单片机自身也没有任何可应用程序袁必须要先利用其开发工具来进行准确编程袁完成编程后还要将其下载到单片机中对一些硬件进行调试咱猿暂遥 调制成功后袁还要生成单片机可识别的目标程序袁同时还要将其下载到单片机的存储器内遥 单片机的开发工具是一种特殊的计算机系统袁 它是专门针对单片机开发的袁不同的开发工具在使用及功能等方面也存在很大差异遥

  本研究采用 运藻蚤造 悦缘员 作为开发工具袁该开发工具是一种效率很高的 悦 语言编译工具袁 是 缘员 单片机开发工具中普及范围最广的一种遥 利用这种开发工具有很多便利之处袁例如能够利用它在短时间内卡发出新产品袁还能够将成本进一步降低袁同时其开发出的相关系统的稳定性也非常高袁且具有较强的通用性袁在后期的维护方面也比较方便遥 现阶段很多软件开发人员都在使用这种工具袁已经成为单片机的必备工具遥

  系统工作流程及调试流程

  调平系统工作流程

  当小型调平系统通电后袁程序开始初始化袁将全局变量尧定时器以及串口等全部完成初始化遥 然后对键盘进行扫描袁当操作键被按下时会被扫描到袁之后就会根据要求将系统程度启动袁开始调平工作遥 在进入调平程序后袁系统会利用串口与倾角传感器进行通信袁 将横轴与纵轴的角度读取出来袁对这两个轴的角度进行分析和判断袁看其能否达到系统要求的精度袁若已经达到精度要求袁就对其是否存在虚腿问题进行直接检测遥 若没有达到系统要求的精度袁就对最高点位置进行判断遥 将最高点确定后袁开始对其他几个点应上升的距离进行计算遥

  本系统在调平过程中将精调平与粗调平两种方式结合起来袁对三个支腿进行升高调平袁持续调平到符合系统要求的精度位置袁此过程需要花费较长的时间袁但也是最关键的流程遥 调平程序完成后袁系统会对压力传感器的值进行读取袁以此来判断是否存在虚腿问题袁 当支腿压力值小于经验值时袁就可以将其确定为虚腿遥 若无虚腿存在袁系统就会将此时的状态判定为水平状态袁调平过程结束袁将支腿锁起来遥 若系统检测到仍有虚腿袁就会持续进行调平程序袁将虚腿充实为止遥 虚腿充实结束后袁系统会对平台的水平度进行再次检测袁看其是否达到了相关要求遥 若达到要求了袁调平流程就会结束袁否则就会重新返回到第三部袁对横轴和纵轴角度进行再次读取袁在此进行调平遥 就这样循环往复袁直到平台水平度达到了系统的要求袁系统就会将整个调平过程结束咱源暂遥

  调平系统调试流程

  在对本系统进行调试之前袁应先对该调平设备的具体安装情况进行认真检查袁检查内容主要是各个连线段子的连接状态以及电源情况袁之后再对系统进行调试遥 先调试支腿袁对单支腿是否正常运行进行测试袁同时对电极是否根据要求运转进行检测遥 然后测试单片机的通信以及倾角传感器袁把系统平台的倾角值显示出来袁最后袁测试整个系统的调平效果袁检查其调平过程的稳定性袁看其是否能够将相关功能顺利实现遥缘

  结束语

  通过对小型平台机电式自动调平系统的研究袁可以看出该系统是一种继电一体化装置遥 在对其的设计过程中袁必须先对小型平台的特点进行分析袁然后据此得出调平系统所应具备的相关特性和功能袁最后再进行结构设计遥 这种具有很强针对性的装置袁将会有效保证小型设备的安装质量遥

  参考文献

  王洪喜袁柴鹏袁王冠伟袁等援基于柔性机构的精密调平调心平台设计与分析咱允暂援机械设计

  康艳援多路数据采集系统设计咱允暂援信息与电脑渊理论版

  闫红庆援探究单片机应用电路板的故障诊断方法及实现咱允暂援

  王茁茁袁杜向党袁王方超援水下平台自调平控制系统设计与仿

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