機(jī)電一體化課程的仿真設(shè)計(jì)

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機(jī)電一體化課程的仿真設(shè)計(jì)

王 偉

（沈陽工學(xué)院,遼寧撫順,113122）

摘要：機(jī)電一體化技術(shù)課程設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化專業(yè)的實(shí)踐課程。應(yīng)用仿真軟件，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制程序，豐富課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。通過增加機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的仿真設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使學(xué)生的機(jī)電結(jié)合的知識(shí)更加鞏固，同時(shí)對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解也更趨向于立體化。這樣的仿真環(huán)節(jié)，對(duì)同樣有此課程的同行們，會(huì)有一定的啟示作用。

關(guān)鍵詞：仿真軟件；機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

Simulation and design of Mechatronics course

Wang Wei

（Shenyang Institute of Engineering,Fushun, Liaoning,113122)

Abstract：Mechatronics technology curriculum design is the practical course of Mechatronics major. Application of simulation software,design automatic control program,enrich the contents of curriculum design.Through the design of the mechanical and electrical integration design,the combination of the mechanical and electrical knowledge is more consolidated,and the understanding of the relevant knowledge is also more three-dimensional..Such simulation link,for the same course of the peer,there will be a certain inspiration.

Keywords：simulation software; mechatronics course design

1　計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)介紹

PROTEUS與 Keil C51軟件是兩個(gè)計(jì)算機(jī)仿真與編程軟件。兩者可以結(jié)合在一起，開發(fā)基于仿真電路的控制系統(tǒng)。

圖1　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

機(jī)電一體化技術(shù)這門課程是機(jī)電一體化專業(yè)的必修課程。課程除了正常的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)之外，需要進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。以往的做法是布置課題后，由學(xué)生進(jìn)行機(jī)電結(jié)合設(shè)備的參數(shù)設(shè)計(jì)和CAD繪圖設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)內(nèi)容熟練掌握。通過答辯驗(yàn)證學(xué)生的課程設(shè)計(jì)結(jié)果。在建立仿真實(shí)驗(yàn)室后，在課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容上，增加了利用仿真軟件進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真的環(huán)節(jié)。其做法是，教師布置并講解電機(jī)驅(qū)動(dòng)的相關(guān)電路，學(xué)生根據(jù)驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相配套的驅(qū)動(dòng)電路，然后進(jìn)行仿真。

圖1就是使用獨(dú)立式鍵盤控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電路設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，采用PROTEUS完成。按下S1、S2、S3鍵盤，電機(jī)分別完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)控制。學(xué)生在設(shè)計(jì)前，必須復(fù)習(xí)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理。就是步進(jìn)電機(jī)是將單片機(jī)的電脈沖轉(zhuǎn)換成步距角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。而脈沖的頻率決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖是分時(shí)由脈沖分配器供給的。因此，學(xué)生要設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形脈沖分配表。如圖2所示。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生需要?jiǎng)邮志幹齐娐夫?qū)動(dòng)所用的驅(qū)動(dòng)程序。步進(jìn)電機(jī)脈沖驅(qū)動(dòng)電路的控制程序流程圖如圖3所示。所編C語言控制程序截圖如圖4所示。

圖2　步進(jìn)電機(jī)環(huán)形脈沖分配表

圖3　C語言編程流程圖

圖4　KEIL C51編程截圖

2　機(jī)電一體化仿真設(shè)計(jì)過程

學(xué)生設(shè)計(jì)好教師要求的軟件和電路圖后，必須使用PROTEUS程序調(diào)用KEIL C51程序進(jìn)行聯(lián)調(diào)。見圖4。KEIL C51可以根據(jù)PROTEUS程序的調(diào)試結(jié)果進(jìn)行修改，直到兩軟件將PROTEUS所設(shè)計(jì)的硬件電路和KEIL C51程序所代表的軟件程序完美地被結(jié)合到一起，并符合所要求的設(shè)計(jì)要求后，整個(gè)設(shè)計(jì)過程結(jié)束。學(xué)生要能夠完整地設(shè)計(jì)所要求的電路，并根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行編程。所謂

的電路特點(diǎn)的掌握，就是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中自動(dòng)控制理論所需達(dá)到和掌握的知識(shí)。這些知識(shí)中，確定為核心與必須學(xué)生掌握的部分，包括步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向原理的掌握、步距角與電機(jī)脈沖數(shù)的關(guān)系、步進(jìn)電機(jī)與直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)的控制特點(diǎn)上的區(qū)別與聯(lián)系、步進(jìn)電機(jī)環(huán)形脈沖分配的順序和特點(diǎn)、C程序設(shè)計(jì)流程圖與編程語句中需要解決與注意的幾大問題等等。

學(xué)生在設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新性的變化設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)也要與之前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念相匹配。這樣，通過增加機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的仿真設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使學(xué)生的機(jī)電結(jié)合的知識(shí)更加鞏固，同時(shí)對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解也更趨向于立體化，也使課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容更為豐富。學(xué)生在進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)時(shí)，不僅僅對(duì)機(jī)電設(shè)備結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型、機(jī)械零件參數(shù)校核，同時(shí)也動(dòng)手進(jìn)行控制環(huán)節(jié)的過程進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。通過這樣增加的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使此課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容更加豐富。大大鍛煉了學(xué)生的機(jī)電結(jié)合的設(shè)計(jì)能力。增加這樣的仿真環(huán)節(jié)，對(duì)同樣有此課程的同行們，會(huì)有一定的啟示作用。

圖4　PROTEUS仿真電路調(diào)試圖

參考文獻(xiàn)

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