機電一體化課程的仿真設計

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機電一體化課程的仿真設計

王 偉

（沈陽工學院,遼寧撫順,113122）

摘要：機電一體化技術課程設計是機電一體化專業的實踐課程。應用仿真軟件，設計自動控制程序，豐富課程設計的內容。通過增加機電一體化設計的仿真設計環節，使學生的機電結合的知識更加鞏固，同時對相關知識的理解也更趨向于立體化。這樣的仿真環節，對同樣有此課程的同行們，會有一定的啟示作用。

關鍵詞：仿真軟件；機電一體化課程設計

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　計算機仿真教學介紹

PROTEUS與 Keil C51軟件是兩個計算機仿真與編程軟件。兩者可以結合在一起，開發基于仿真電路的控制系統。

圖1　步進電機驅動電路圖

機電一體化技術這門課程是機電一體化專業的必修課程。課程除了正常的實驗環節之外，需要進行機電一體化設計。以往的做法是布置課題后，由學生進行機電結合設備的參數設計和CAD繪圖設計，并將設計內容熟練掌握。通過答辯驗證學生的課程設計結果。在建立仿真實驗室后，在課程設計的內容上，增加了利用仿真軟件進行電機驅動電路設計，并進行仿真的環節。其做法是，教師布置并講解電機驅動的相關電路，學生根據驅動原理設計與機電一體化結構設計相配套的驅動電路，然后進行仿真。

圖1就是使用獨立式鍵盤控制步進電動機的電路設計。所設計的驅動電路，采用PROTEUS完成。按下S1、S2、S3鍵盤，電機分別完成正轉、反轉和停轉控制。學生在設計前，必須復習步進電機的驅動原理。就是步進電機是將單片機的電脈沖轉換成步距角進行旋轉運動的裝置。一個脈沖，步進電機轉一個步距角。而脈沖的頻率決定步進電機的轉動速度。步進電機的驅動脈沖是分時由脈沖分配器供給的。因此，學生要設計步進電機的環形脈沖分配表。如圖2所示。

在此基礎上，學生需要動手編制電路驅動所用的驅動程序。步進電機脈沖驅動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　步進電機環形脈沖分配表

圖3　C語言編程流程圖

圖4　KEIL C51編程截圖

2　機電一體化仿真設計過程

學生設計好教師要求的軟件和電路圖后，必須使用PROTEUS程序調用KEIL C51程序進行聯調。見圖4。KEIL C51可以根據PROTEUS程序的調試結果進行修改，直到兩軟件將PROTEUS所設計的硬件電路和KEIL C51程序所代表的軟件程序完美地被結合到一起，并符合所要求的設計要求后，整個設計過程結束。學生要能夠完整地設計所要求的電路，并根據電路特點進行編程。所謂

的電路特點的掌握，就是機電一體化設計中自動控制理論所需達到和掌握的知識。這些知識中，確定為核心與必須學生掌握的部分，包括步進電機轉向原理的掌握、步距角與電機脈沖數的關系、步進電機與直流伺服電機和交流伺服電機的控制特點上的區別與聯系、步進電機環形脈沖分配的順序和特點、C程序設計流程圖與編程語句中需要解決與注意的幾大問題等等。

學生在設計完成后，要對自己的設計進行創新性的變化設計。這些設計也要與之前的結構設計理念相匹配。這樣，通過增加機電一體化設計的仿真設計環節，使學生的機電結合的知識更加鞏固，同時對相關知識的理解也更趨向于立體化，也使課程設計的內容更為豐富。學生在進行機電一體化設計時，不僅僅對機電設備結構與驅動電機選型、機械零件參數校核，同時也動手進行控制環節的過程進行設計并驗證設計的正確性。通過這樣增加的設計環節，使此課程設計的內容更加豐富。大大鍛煉了學生的機電結合的設計能力。增加這樣的仿真環節，對同樣有此課程的同行們，會有一定的啟示作用。

圖4　PROTEUS仿真電路調試圖

參考文獻

[1] 《單片機C語言應用100例 第二版》 王東峰，陳圓圓，郭向陽編著 電子工業出版社 2013.5

[3] 《單片機應用技術》 曾慶波，何一楠幸春紅編著 哈爾濱工業大學出版社 2010.07

[3] 《8051單片機的C語言應用程序設計與實踐》 劉昌華，易逵編著 國防工業出版社 2012.07