2479 彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計,彈體,支撐,支持,運動,機構,目標,模擬器,控制系統(tǒng),設計 I摘要本文詳細介紹了彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)的設計方案，其目的是為了檢測導彈彈頭的跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準確性，并為彈體（或者彈頭）和檢測裝置提供放置安裝平臺。在機械結構上論述了蝸輪蝸桿減速箱、絲杠、步進電機、導軌、諧波齒輪等零件的選型。彈體支撐運動機構為整彈體（或彈體頭）提供安裝平臺，并實現(xiàn)了其俯仰運動和自身滾轉運動的要求，同時也要為目標運動機構提供安裝平臺；目標運動機構主要有步進電機控制的小型轉臺和延長支架組成，是目標模擬器的安裝平臺，再軟件的控制下實現(xiàn)了轉臺的弧線運動，同時也保證了目標模擬器一直對正彈體頭中心的要求。在控制方面闡述了 S7-200 PLC 的工作原理、OP320 顯示屏的操作界面的編制軟件的編制方法和編制的注意事項、同時闡述了這次設計的電路的詳細方案，綜合介紹了 S7-200 PLC 在工程實際中的一次應用。關鍵詞：支撐、控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、轉臺、弧線運動。IIAbstractThis paper describes the campaign and the support cylinder target simulator control system design, its purpose is to detect the tracking system, missile warheads and missile (or warheads) and detection devices installed at platforms. In the mechanical structure on the turbine worm reducer me, screw, the stepper motor, rail, harmonic gear, and other parts of the selection. Cylinder sports bodies to support the entire cylinder (or cylinder head) to provide the installation platforms, and to achieve its own pitch movement and the movement of the rollover requirements, but also to target institutions to provide the installation platform; target is mainly a stepping Motor control of the small table and extend the stent components, is the goal of installing platform simulator, and software under the control of the arc to achieve a turntable movement, but also ensure that the target simulator has been on the cylinder is the first center requirements. In control on the S7-200 PLC's working principle, OP320 screen interface software for the preparation and presentation of the note, described the design of the circuit detailed programme, introduced a comprehensive S7-200 PLC in the works in a practical application.Keywords: support、control system、detecting system、arc motioa.III目錄摘 要 …………………………………………………………………ⅠAbstract …………………………………………………………………Ⅱ目 錄 …………………………………………………………………Ⅲ第一章 概述 ……………………………………………………………………11．1 課題的意義 ……………………………………………………………11. 2 課題的發(fā)展前景 …………………………………………………………………11. 3 課題研究的內容 ……………………………………………………………11. 4 課題的實現(xiàn)方法 …………………………………………………………2第二章 彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計 ……………………52.1 總體框架的設計 ……………………………………………………………………52.2 彈體支撐運動機構的設計 …………………………………………………………52.3 目標運動機構的設計 ……………………………………………………………13第三章 目標控制系統(tǒng)設計 …………………………………………………183.1 電源的選擇 ……………………………………………………………183.2 顯示屏的選擇 …………………………………………………………………183.3 電機驅動器的選擇 ………………………………………………………………213.4 設計電路的功能示意圖 ………………………………………………………………22第四章 控制軟件的編制 …………………………………………………234.1 OP320 顯示屏的設計 ………………………………………………………………234.2 S7-200 軟件的編制 ………………………………………………………………27結束語 …………………………………………………………………………33參考文獻 ………………………………………………………………………34I摘要本文詳細介紹了彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)的設計方案，其目的是為了檢測導彈彈頭的跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準確性，并為彈體（或者彈頭）和檢測裝置提供放置安裝平臺。在機械結構上論述了蝸輪蝸桿減速箱、絲杠、步進電機、導軌、諧波齒輪等零件的選型。彈體支撐運動機構為整彈體（或彈體頭）提供安裝平臺，并實現(xiàn)了其俯仰運動和自身滾轉運動的要求，同時也要為目標運動機構提供安裝平臺；目標運動機構主要有步進電機控制的小型轉臺和延長支架組成，是目標模擬器的安裝平臺，再軟件的控制下實現(xiàn)了轉臺的弧線運動，同時也保證了目標模擬器一直對正彈體頭中心的要求。在控制方面闡述了 S7-200 PLC 的工作原理、OP320 顯示屏的操作界面的編制軟件的編制方法和編制的注意事項、同時闡述了這次設計的電路的詳細方案，綜合介紹了 S7-200 PLC 在工程實際中的一次應用。關鍵詞：支撐、控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、轉臺、弧線運動。IIAbstractThis paper describes the campaign and the support cylinder target simulator control system design, its purpose is to detect the tracking system, missile warheads and missile (or warheads) and detection devices installed at platforms. In the mechanical structure on the turbine worm reducer me, screw, the stepper motor, rail, harmonic gear, and other parts of the selection. Cylinder sports bodies to support the entire cylinder (or cylinder head) to provide the installation platforms, and to achieve its own pitch movement and the movement of the rollover requirements, but also to target institutions to provide the installation platform; target is mainly a stepping Motor control of the small table and extend the stent components, is the goal of installing platform simulator, and software under the control of the arc to achieve a turntable movement, but also ensure that the target simulator has been on the cylinder is the first center requirements. In control on the S7-200 PLC's working principle, OP320 screen interface software for the preparation and presentation of the note, described the design of the circuit detailed programme, introduced a comprehensive S7-200 PLC in the works in a practical application.Keywords: support、control system、detecting system、arc motioa.III目錄摘 要 …………………………………………………………………ⅠAbstract …………………………………………………………………Ⅱ目 錄 …………………………………………………………………Ⅲ第一章 概述 ……………………………………………………………………11．1 課題的意義 ……………………………………………………………11. 2 課題的發(fā)展前景 …………………………………………………………………11. 3 課題研究的內容 ……………………………………………………………11. 4 課題的實現(xiàn)方法 …………………………………………………………2第二章 彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計 ……………………52.1 總體框架的設計 ……………………………………………………………………52.2 彈體支撐運動機構的設計 …………………………………………………………52.3 目標運動機構的設計 ……………………………………………………………13第三章 目標控制系統(tǒng)設計 …………………………………………………183.1 電源的選擇 ……………………………………………………………183.2 顯示屏的選擇 …………………………………………………………………183.3 電機驅動器的選擇 ………………………………………………………………213.4 設計電路的功能示意圖 ………………………………………………………………22第四章 控制軟件的編制 …………………………………………………234.1 OP320 顯示屏的設計 ………………………………………………………………234.2 S7-200 軟件的編制 ………………………………………………………………27結束語 …………………………………………………………………………33參考文獻 ………………………………………………………………………34彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計開題報告班級（學號）：機 0405-21 姓名：吳勝裕指導老師：張剛 督導老師：楊慶東一、 綜述：本課題設計的彈體支撐目標運動機構是為檢測導彈彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝位置是否精確的檢測裝置和彈體或者單個彈頭提供安裝平臺。彈體體支撐機構為整彈體（或彈體頭）提供安裝固定條件，并要求能實現(xiàn)其運動要求，同時也要為目標運動機構提供安裝平臺；目標運動機構主要有伺服或步進電機控制的小型轉臺和延長支架組成，是目標模擬器的安裝平臺，它要求能保證在測試過程中控制目標模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運動，確保目標模擬器一直對正彈體頭中心。二、 研究內容：本課題為彈體目標模擬器支撐目標運動機構及控制系統(tǒng)設計。其中機械結構主要包括彈體支撐機構與目標運動機構兩部分，軟件方面主要是一些 PCI 運動控制卡的軟件及其操作界面的設計。彈體支撐機構與目標運動機構共同構成了測試系統(tǒng)的試驗安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標模擬器提供安裝平臺，同時要求它們能夠方面分離，以便于進行配置選擇。彈體支撐機構可為整個彈體或者單獨的彈體頭提供安裝和固定環(huán)境，并可提供手動方式控制的 俯仰和滾轉運動；目標的運動機構將通過伺服或者步進電機帶動輕型轉臺及可調安裝支架來實現(xiàn)，運動控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長度可調，并提供目標模擬器的安裝平面。目標運動機構將接受測試仿真系統(tǒng)的控制，按其設定的位置和速度運行；同時還需要設計控制目標運動機構所需的 PCI 運動控制卡和對應的接口程序。三、 實現(xiàn)方法及預期目標：本課題設計的彈體目標模擬器支撐目標運動機構及控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡單方便，可靠性好。在滿足功能要求的前提下，按盡可能使用、操作方便、制造簡單、價格低廉的總體要求進行設計?？傮w方案包括彈體支撐機構的設計，目標運動機構的設計和 PCI 控制卡軟件及其操作界面的編制。在設計中在大量運用機械知識的同時，穿插了許多電子電路，軟件編制的知識，使得比傳統(tǒng)的機械有了很大的操作改觀。在設計過程中分兩個部分完成;硬件和軟件部分。1、 硬件部分：彈體支撐機構主要實現(xiàn)的功能包括兩點：整彈體（或彈體頭）的手動俯仰運動及其自身的手動滾轉運動，且這兩個運動是分開進行的，滾轉運動只有在整彈體（或彈體頭）水平位置時進行。俯仰運動初步決定用渦輪蝸桿結構實現(xiàn)，主要克服的困難是使彈體（或彈體頭）在兩極端位置時不能移動位置；滾轉運動運用杠桿原理按照指定要轉過的角度通過手動直接扳動彈體轉動，主要考慮的是支撐體是點支撐還是面支撐，實現(xiàn)的難易程度。如下圖所示：目標運動機構主要實現(xiàn)目標模擬器的定位功能：目標模擬器的安裝位置可以直接通過絲杠來定位，并在兩端用擋板確定它的位置移動范圍，它的弧線運動范圍和速度能通過軟件來實現(xiàn)。2、 軟件部分：目標運動機構在硬件的基礎上是不能完成全部運動要求的，必須得通過軟件部分的補充才能充分實現(xiàn)其功能。在軟件的編制上，主要要求編制所選 PCI 控制卡相對應的接口程序以及弧線運動速度和運動范圍的限制條件和報警系統(tǒng)，還有人工操作界面的編制。此次設計選用的是 6030 PCI 運動控制卡，主要儀器設備：計算機、PRO/E、PCI 控制卡及其對應的軟件、單片機開發(fā)系統(tǒng)等。四、 對進度的具體安排：第 一 周：動員、詳細安排任務，準備計算機，各種軟件；第 二 周：到圖書館、情報信息中心、工廠等地調研查閱資料；第 三 周：翻譯資料，初步設計方案，學習三維設計軟件工具；第 四 周：寫調研報告、開題報告，論證方案，開題審查；第 五 周：設計機械結構，計算設計參數(shù)，畫出草圖；第 六 周：完成機械結構圖紙的任務；第 七 周：修改完善機械設計第 八 周：控制系統(tǒng)整體方案設計，選擇控制器；第 九 周：接口電路設計，包括測量輸入、運動控制輸出電路；第 十 周：修改完善控制系統(tǒng)和接口設計；第十一周：設計控制系統(tǒng)軟件；第十二周：編制控制程序；第十三周：完成機械結構三維設計模型；第十四周：進行裝配仿真、運動仿真；第十五周：撰寫詳細的論文提綱，設計說明書；第十六周：完善所有設計，打印圖紙和論文，上交論文；第十七周：答辯。五、 參考文獻：1、 彈體目標模擬器支撐目標運動機構及控制系統(tǒng)原理及設備2、 機械設計3、 機電一體化4、 機械設計手冊5、 PCI 運動控制卡原理與應用指導老師： 年 月 日督促老師： 年 月 日領導小組審查意見：審查人簽字： 年 月 日彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計1第一章 概述1．1 課題的意義任何零件的質量檢測都應有“檢測標準或規(guī)范” ，其中含有判定零件如何檢測，及判定是否合格的標準。按照檢測標準和規(guī)范進行零件的檢測和合格與否的判定即可。檢測過程中會需要各類量具，如卡尺、千分尺、角規(guī)等等。任何的復雜的產品也是有相關的“檢測標準或規(guī)范” ，需要檢測校驗的方面是比較多的，所使用的器件量具也是復雜的， ，多樣的，有通用的，也用專用的，還有組合的。本次研究的課題是彈體支撐運動機構及目標模擬器的控制機構設計，研究的主要目的就是設計出一個檢測導彈的彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置是否準確的的一個組合型檢測系統(tǒng)的機械結構部分。設計這個機構的意義在于在設計出機械結構后，在檢測彈體彈頭或者就單個彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置時，彈體或者彈頭有了一個統(tǒng)一，安全的安裝固定支撐運動環(huán)境，同時在檢測過程中，能夠輕松，隨意移動彈體或彈頭的空間位置，有利于更全面的測定跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準確性，操作靈活方便。而在安裝激光檢測裝置的問題上，所設計的目標模擬器的安裝平臺的位置的靈活性移動和安裝結構的靈活設計，保證了能夠安裝不同體積大小，不同型號，不同種類的檢測裝置，能夠實現(xiàn)對于不同的彈體或者彈頭的跟蹤系統(tǒng)安裝位置的測定。1.2 課題的發(fā)展前景目前中國的軍事正處于蓬勃發(fā)展，欣欣向榮的時期，而導彈在一個國家的國防地位中處于中堅力量。對于導彈的控制又很多方法，通過彈頭的跟蹤系統(tǒng)來控制改變導彈的速度或者走向或者打擊的目標等是一種很基本的方法，而這都是需要跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)的安裝位置的準確性來保證的，本課題設計的這套機械系統(tǒng)裝置就是為了測試導彈彈頭或者單個彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準確性為目的的。有了這套系統(tǒng)，在檢測導彈彈頭或者單個彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準確性的檢測方法上，在操作性上就有了很大的提高，這樣提高了彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝時或者檢測時的方便性，有利于提高對于導彈的控制性能。同時這套系統(tǒng)在設計上保證了支撐運動機構和目標運動機構的裝拆的方便靈活性，使得這套系統(tǒng)有很大的擴展空間，在機構上增加一些外部的設備后，又能起到別的作用。同時，這套系統(tǒng)也能擴展用到其他領域方面，如工廠中利用這套機構來為檢測他們產品提供安裝條件。1.3 課題研究的內容本次設計的內容分為兩部分，本課題為彈體體目標模擬器支撐目標運動機構及控制系統(tǒng)設計。其中機械結構主要包括彈體支撐機構與目標運動機構兩部分，軟件方面主要是一些 S7-200 PLC 軟件及其 OP320 操作界面軟件的應用設計。彈體支撐機構與目標運動機構共同構成了測試系統(tǒng)的試驗安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標模擬器提供安裝平臺，同時要求它們能夠方面分離，以便于進行配置選擇。彈體支撐機構可為整個彈體或者單獨的彈體頭提供安裝和固定環(huán)境，并可提供手動方式控制的 俯仰和滾轉運動；目標的運動機構將通過伺服或者步進電機帶動輕型轉臺及可調彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計2安裝支架來實現(xiàn)，運動控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長度可調，并提供目標模擬器的安裝平面。目標運動機構將接受測試仿真系統(tǒng)的控制，按其設定的位置和速度運行；同時還需要設計控制目標運動機構的軟件方面的 S7-200 PLC 軟件及其OP320 操作界面軟件的應用設計。1.4 課題的實現(xiàn)方法彈體支撐機構與目標運動機構共同構成了測試監(jiān)測系統(tǒng)的試驗安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標模擬器提供安裝平臺，同時要求它們能夠方面分離，以便于進行配置選擇。本課題設計的彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡單方便，可靠性好。在滿足功能要求的前提下，按盡可能使用、操作方便、制造簡單、價格低廉的總體要求進行設計。1．4．1 彈體支撐彈體支撐機構彈體支撐機構為測試過程中對整彈體或彈體頭的安裝支撐機構，綜合測試和運動仿真過程中用于固定整彈體，彈體頭單元測試中用于固定彈體頭。彈體支撐機構上配有整彈體或彈體頭的俯仰及滾轉控制機構，測試過程中可通過手動控制方式控制整彈體及彈體頭的滾轉及俯仰運動。彈體支撐機構也將為目標運動機構提供安裝平臺。其運動指標要求如下：? 手動俯仰偏轉角度范圍：－30°～＋30°? 手動滾轉角度范圍：－90°～＋90°為實現(xiàn)設計內容的運動要求，初步選定的彈體支撐運動機構的機械示意簡圖如圖 1-2圖 1-2 彈體支撐運動機構的示意簡圖圖中： 1 為彈體 、2 為滾轉手柄、 3 為俯仰手輪、4 為蝸輪蝸桿減速箱、5 為俯仰平臺 、6 為支撐架。彈體的俯仰運動通過俯仰手輪帶動減速箱的轉動，再有軸帶動俯仰平臺的俯仰運動，彈體或者彈體頭在做俯仰運動的過程中，重力對于俯仰軸和減速箱的扭矩通過減速器的自鎖來克服。彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計3滾轉運動的實現(xiàn)方法也簡單，首先在卡具 2 上和滾轉卡具的接觸面上對應著雕上刻度，然后通過手掰動滾轉手柄，通過使刻度與刻度之間的相互轉動來實現(xiàn)彈體或者彈體頭的滾轉運動。1.4.2 目標運動機構目標運動機構主要由伺服或步進電機控制的小型轉臺和延長支架組成，是目標模擬器的安裝平臺。在測試過程中控制目標模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運動，確保目標模擬器一直對正彈體頭中心。其運動指標要求和運動示意圖如下：? 目標弧線運動范圍：±50°? 目標模擬器安裝位置距目標運動機構中心距離：100mm~300mm 可調；? 目標運動最大運動速度：±25°/s? 目標載荷：≤10kgxy1 0 0 ～ 3 0 0 m m圖 1-3 目標運動機構示意圖在這個機構中運動的實現(xiàn)分為互相獨立的兩部分來實現(xiàn)的。目標模擬器的安裝位置離運動機構中心的距離在精度要求不是很高的情況下，設計的是手動實現(xiàn)的，具體設計為手東手輪帶東滑動絲桿的轉動，從而帶動目標模擬器安裝平臺的移動，設計的機械示意圖為圖 1-4 目標模擬器安裝位置實現(xiàn)的示意圖目標運動機構的運動弧線范圍和運動速度這部分的運動要求是通過軟件控制來實現(xiàn)的，具體的設計思想為通過顯示屏輸入相對應的運動弧線范圍和運動速度，然后把信息傳遞給延長支架轉臺激光檢測裝置彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計4PLC，PLC 經過分析處理，輸出脈沖和運動方向驅動電機運動，從而帶動小型轉臺和目標模擬器的安裝平臺的轉動。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測裝置的接口設計和接口程序的編制，設計的實現(xiàn)功能的簡易圖為圖 1-4 目標運動機構弧線范圍和運動速度的實現(xiàn)軟件示意圖彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計5第二章 彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計2.1 總體框架的設計在設計此次機構時，通過任務書要求，現(xiàn)總體上把握設計的框架，任務中要求彈體支撐運動機構和目標運動機構要方面裝拆，同時又要求在空間結構上不能互相干澀，本著這樣的要求設計圖如下：由圖知要使彈體支撐運動機構和目標運動機構在空間結構不干涉，就修要保證，當彈體做俯仰運動時，到達最低點時，彈體頭不能跟目標運動機構相互干涉，在此次設計中，彈體中心線離機架底座的距離為 500mm，假設彈體的旋轉中心在它的徑向中心線上，當運動到最低點時，彈體頭里安裝平臺的高度為 5072sin3017.5Hm?????住體頭里機構中心的距離為 co6.8L?而設計的目標運動機構中安裝平臺離機架的高度為和離中心線距離分別為 ' '17,45Hm?這樣就在空間位置上保證了兩個機構在空間上不互相干澀了。而兩個機構的裝拆靈活性表現(xiàn)在它們的連接進食靠兩螺釘連接的，操作性方面。2.2 彈體支撐運動機構的設計具體參數(shù)如下：彈體長度：1450mm；彈體直徑：180mm；彈體重量：50kg手動俯仰偏轉角范圍：-30°～+30°；手動滾轉角度范圍：-90°～+90°。彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計6在設計這部分機構前，先分析任務要求可知道重點和難點在于當實現(xiàn)俯仰運動時彈體（或者彈體頭）不能對機架有相對的滑動或者滑動的趨勢，且要保證彈體（或者彈體頭）做俯沖運動時彈體頭不能碰著機架和目標模擬器。同時在水平狀態(tài)下要能輕易準確實現(xiàn)彈體（或者彈體頭）的滾轉運動，而不挪動彈體（或者彈體頭）的位置。2。2。1 卡具的設計在設計卡具時，要想保證彈體（或者彈體頭）俯仰運動時紋絲不動，必須要保證能有足夠大的力來克服彈體（或者彈體頭）俯仰運動時重力帶來的影響，同時又要保證不能對彈體（或者彈體頭）有所損壞和磨損。本著這樣的目的設計的機構簡圖如下：圖 2-1 卡具裝配示意圖圖中跟彈體直接接觸的是 4 個小輪，這樣可以緩沖壓力，減小卡具對彈體的損傷,同時又保證了彈體滾轉運動和俯仰運動的獨立性。螺栓強度的校驗：當彈體（或者彈體頭）水平放置時，彈體（或者彈體頭）重力作用在 2 個卡具的固定環(huán)的 6 個小輪上即 6 個螺栓上，假設彈體（或者彈體頭）是平均作用在 2 卡具上的，此時力的分布如下圖：彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計7圖 2-2 彈體或彈體頭對卡具的受力示意圖很明顯此時 F2 受的力最大，假設所有的力都作用在 F2 輪上，力大小為：F2=G/2=m/2ⅹg/2=50/2ⅹ10=250N。此時螺釘桿與卡具壁的接觸表面受擠壓；在聯(lián)接接合面處，螺釘桿受剪切，假設螺釘桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因這種聯(lián)接所受的預緊力很小，所以不考慮預禁力和螺紋摩擦力矩的影響。螺釘桿受力分布圖為圖 2-3 螺栓的受力分析圖螺釘桿的剪切強度為 220054.346af MFPd??????所選的螺釘為 GB6191-1986 六角花形圓彈頭螺釘 M6x40,材料為 45 鋼，查 GB/T 38-1976 可知 45 鋼的疲勞極限為 259-340MPa，因此所選零件符合要求。2。2。2 RV 蝸輪蝸桿減速箱的選擇彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計8RV 系列蝸輪減速器按 Q/MD1-2000 技術質量標準設計制造。產品在符合按國家標準GB10085-88 蝸桿輪參數(shù)基礎之上,吸取國內外最先進科技,獨具新穎一格的“方箱型”外結構,箱體外形美觀,以優(yōu)質鋁合金壓鑄而成。它具有以下優(yōu)勢性能：1、 機械結構緊湊、體積外形輕巧、小型高效；2、 熱交換性好，散熱快；3、 安裝簡易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于檢修；4、 運行平穩(wěn)、噪聲小、經久耐用；5、 適用性強、安全可靠性大。RV 系列減速器目前已廣泛應用于各類行業(yè)生產工藝裝備的機械減速裝置，深受用戶的好評、是目前現(xiàn)代工業(yè)裝備實現(xiàn)大扭矩。大速比低噪音。搞穩(wěn)定機械減速傳動控制裝備的最佳選擇。它的一般結構圖如下：圖 2-4 RV 減速箱的一般結構圖在此次設計中選用的是 RV 75 60 FB Z 型的 RV 減速器。究原因主要有以下幾點：1、 用減速箱方便美觀，操作性能優(yōu)越；2、 外形美觀，易于安裝維修；3、 彈體（或者彈體頭）放置在俯仰機架上時，可以假設中心就是俯仰中心線所在處，則此時彈體對于蝸輪蝸桿幾乎沒有扭矩。4、 采用渦輪蝸桿的自鎖功能防止彈體放置不均時擺動；強度校正：假設彈體的重量都集中在減速器輸出軸的徑向方向上，則輸出受到的扭矩為T=500N×0.725M=36.25NM即輸入軸上受的扭矩也為 36.25NM，查資料可得輸入軸的直徑為 24mm，因此輸入軸上受到的力為F=36.25/0.24=151N有下表可知，RV 70 60 的輸出軸許用最大徑向加載力為 5599N，遠大于實際所受的力，應此符合要求。彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計9表 2-1 減速機出力軸的許可徑向加載力選擇 RV75 型的原因在于 RV75 減速箱的體積大小跟所設計的機架的體積大小相配合，以美觀為基礎來選擇的。2。2。3 軸的設計校核軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下因素：1、軸在及其中的安裝位置及形式；2、軸上安裝的零件的類型、尺寸，數(shù)量以及和軸的聯(lián)接的方法；3、載荷的性質、大小。放心啊個及分布情況；4、軸的加工工藝等。影響軸的因素很多，因此軸的結構形式也是多樣的，但不論在什么情況下，軸的結構都應滿足：1、軸和裝在軸上的零件要又轉卻的工作位置；2、軸上的零件應便于裝拆和調整；3、軸應具有良好的制造工藝性等。（1） 、軸的結構和軸上零件的裝配方案：首先擬定軸上零件的裝配方案，這是進行軸的結構設計的前提，它決定這軸的基本形式。本次設計中設計了兩個短軸，俯仰主動軸和俯仰從動軸。以主動軸為例分析計算校核：減速箱，機架，軸承，俯仰平臺依次從軸的右端向左安裝，左端最后用螺釘跟俯仰平臺聯(lián)接在一起。彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計10圖 2-5 俯仰主動軸結構示意圖（2） 、根據(jù)軸向定位要求確定各段軸的直徑和長度。軸承的選擇：因為在設計的課題中軸承主要受徑向力的作用，故選用角接觸軸承。參照工作要求，由軸承產品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標準精度等級的 GB/T276-1994 深溝球軸承 60000 型 18 系列兩個，其基本尺寸為 d×D×B=35mm×47mm×7mm。確定各段軸的長度時，應盡量使結構緊湊，同時還要保證零件的裝配或調整空間。州的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。本次設計的主動軸的長度和直徑從左到右依次是L1=10mm，D1=80mm，L2=18mm,D2=40mm,L3=18mm,D3=35mm,L4=40mm，D4=28mm。（3）、軸上零件的軸向定位RV75減速器、俯仰平臺與軸的周向定位用鍵連接。減速器與軸的連接用GB/T1096-1979普通平鍵A型：8 mm X 7 mm。鍵槽用鍵槽銑刀來加工，長為32mm（標準鍵長見） ，同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸/1095GBT?的配合為 。同樣俯仰平臺與軸的周向定位選用GB/T1096-1979普通平鍵A型:5 mm X 6Hm5 mm連接，鍵槽用鍵槽銑刀來加工，長為32mm（標準鍵長見 ） ，同時為/10957GBT?了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為 。角接觸球6Hm軸承與軸的周向定位用過渡配合來保證的，此次設計軸用的公差配合為H6/js5。軸與機架的軸向定位是通過定位軸肩來實現(xiàn)的，因為利用軸肩定位是最方面的最可靠的方法，定位軸肩的高度一把趣味H=（0.07-0.1）d，d為與零件相配合出的軸的直徑，單位為mm。軸承與軸的軸向定位是通過套筒和定位軸肩共同作用定位的，它要求定位軸肩高度必須低于軸承內圈端面的高度，以便于拆卸軸承，此時軸肩的高度可查詢手冊周軸承的安裝尺寸，套筒定位的好處是結構簡單，定位可靠，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，不會影響軸的疲勞強度。套筒定位一般用于兩個零件之間的定位，但是如果兩零件的兼具較大時，不宜采用套筒地位，以免增大套筒的質量及其材料的用量。同時因為套筒與軸的配合彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計11較松，如在軸的轉速很高時，也不宜用套筒定位。俯仰平臺與軸的軸向定位是通過套筒和軸端擋圈來實現(xiàn)的。軸端擋圈常用于固定軸端的零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，在為例防止軸端擋圈轉動照成螺釘松脫的情況下，可加圓彈銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動墊片防止等固定方法。（5） 、軸的圓角和倒角的確定。參考教材《機械設計》表15-2，取軸端倒角為1×45°，軸肩圓角都為R1。（6） 、軸上載荷的計算。作用在俯仰主軸上的扭矩只要是由于彈體的旋轉中心跟軸線方向的旋轉中心線的不一直而引起的，當彈體做俯仰運動到兩極限位置時，對于軸的扭轉強度最大。但俯仰平臺的重量未知，因此計算時假設把軸放置在旋轉中心的一邊，則此時軸受到的扭矩示意圖為：圖2-6 軸的受力示意圖此時軸受到的扭矩為 501723650362.5TFLGNmM????????則軸的扭轉強度為 33178.1.. aT PWd??試中：T——軸所受的扭矩；單位為 ?——扭轉切應力；T——軸的抗扭截面系數(shù)；d——計算截面的直徑；——許用扭轉切應力，T?????查教材《機械設計》表15-3可知45鋼的 在25-45MPa之間。明顯可見 1—2 >2—10 >10—24電動機 輕微沖擊 1.00 1.30 1.50彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計15中等沖擊 1.30 1.50 1.75較大沖擊或慣性沖擊1.50 1.75 2.00表 2-2 XB1 諧波齒輪減速機工況系數(shù)4、減速機輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時需要校驗軸伸的懸臂負荷Fc1 校驗公式為： Fc1=2T·KA/D·FR D—齒輪、鏈輪、皮帶輪的節(jié)圓直徑（m) FR—懸臂負荷系數(shù) 齒輪FR=1.5 鏈輪FR=1.2 三角皮帶輪FR=2 平皮帶輪FR=2.5 當懸臂負荷Fc1≤FR (見表2-3) 即可通過。型 號 XB1-100 XB1-120 XB1-160 XB1-200 XB1-250許用懸臂負荷 FR 4000 5000 10000 15000 17000表2-3 XB1諧波齒輪減速機軸伸許用懸臂負荷在這次課題中選用的是XB1-50-60型號諧波齒輪。2.3.4、步進電機的選擇步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖頻率。 步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。 選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。 此次課設中選用的是步進電機是四通公司的56系列兩相混合式步進電機中的56BYG250B彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計16型號電機。電機的的基本參數(shù)如下：電機型號：56BYG250B電機定位轉矩：0.03NM電機保持轉矩：0.65NM電機相數(shù)：兩相電機步進角：0.9/0.8電機靜態(tài)相電流：2.4A電機相電阻：0.95 ?電機相電感：2.4mH空載啟動方式：（半步方式）2.7KHz電機重量：0.48千克轉動慣量：180 2gcm?電機外形圖：56×56×45mm其中電機空載的啟動條件為：驅動電壓為48V。驗證電機合理性計算如下:本次設計中假設目標模擬器和安裝平臺跟電機的連接示意圖為：彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計17等效負載轉矩公式 112mnjeqjkkVTFT???????0.32.460.82A mRWNs????等效轉動慣量公式為 22222 111104 460mnkieq ji jkkJJJM????????????????????????明顯這數(shù)極小，可以忽略。因此 0.8.4926meq NT??查詢56BYG250B電機的特性曲線可知在這轉矩的作用下，電機的脈沖為2KHz電機轉速為300rpm，這完全符合設計任務中目標運動機構的要求，所以選擇的電機符合要求。彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計18第三章 目標控制系統(tǒng)設計本次課題中軟件控制系統(tǒng)是在目標運動機構的設計這部分，它的相關參數(shù)要求如下：轉臺繞旋轉中心轉動的角度范圍為：-50°——+50°轉臺轉動的速度范圍為為：±25°/s；目標載荷：≤ 10kg。課題剛開始要求用和利時公司的6030PCI運動控制卡編制控制系統(tǒng)的相關內容，后因為和利時公司無法提供PCI控制卡，改用西門子S7-200系列PLC——cpu224來實現(xiàn)其控制功能。設計的電路接線圖如下：圖3-1 目標控制系統(tǒng)電路接線圖3.1、電源的選擇對于PLC，它們的供電電壓都為DC24V，同時OP320的輸入電壓為DC12V_DC24V，因此選擇了S-35-24型電源。而所選步進電機空載的啟動條件為驅動電壓為48V，因此又為電機選擇了S-100-48型電源。3.2、顯示屏的選擇選擇是為了滿足在任務要求的運動范圍和運動速度直接的任意數(shù)值間選擇，同時又能滿足能起到監(jiān)視轉臺運動速度的作用，因此設計了具有顯示屏的電路圖。本次設計選擇的是和利時公司的OP320顯示屏。OP320顯示屏是可編程控制器的小型的人機界面，以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)。從而使操作人員能夠自如地控制機器設備。OP320彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計19顯示器具有以下特長：1、編輯軟件DP200在計算機上作畫，自由輸入漢字及設定PLC地址，使用串口通訊下載畫面；2、通訊協(xié)議和畫面數(shù)據(jù)一同下載到顯示器，無需PLC編寫通訊程序；3、對應PLC機種廣泛，包括三菱FX系列、歐姆龍C系列、西門子S7-200系列、光洋SG系列等；4、具有密碼保護功能；5、具有報警列表功能，逐行實時顯示替代當前報警信息；6、7個按鍵可被定義成功能鍵，可替代部分控制柜上機械按鍵；7、自由選擇通訊方式，RS232/RS422/RS485任選；8、帶背景光STN液晶顯示，可顯示24字符×4行，即12漢字×4行；9、顯示表面IP65構造，防水。防油。OP320顯示屏的外形及跟功能鍵的作用如下：彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計20圖3-2 OP320顯示屏的外形及跟功能鍵的作用圖3-3 OP320顯示屏的背部結構外形及跟功能鍵的作用OP320顯示屏的串行通訊口引腳定義：OP320與S7-200的連線圖為：彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計213.3、電機驅動器的選擇因為此次課題的控制系統(tǒng)的設計要求簡單，電機要求的電壓，電流都低。選擇的是四通公司自產的SH-20403驅動器既能滿足要求。SH-20403驅動器的內部開關電源設計保證了可以適應較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自的情況在10V到40VDC之間選擇。SH-20403驅動器的最大電流為3A/相，通過驅動器面板桑六位撥碼開關的第5、6、7三位可組合出八中狀態(tài)，對應八種電流，從0.9S到3A，可以適應不同的電機使用詳細的選擇參照下表：本次設計中所選電機為56BYG250B，因此選擇的是5位OFF，6位ON，7位0FF。SH-20403驅動器可提供整步、改善半步、4細分、8細分、16細分、32細分和64細分七種運行模式，利用驅動器上六位波碼開關的第1，2，3三位可組合出不同的狀態(tài)詳細細分模式見下表：驅動器具有自動半電流的功能，當上位控制機在半秒內沒有發(fā)出步進脈沖信號，驅動器將自動進入節(jié)電的半電流運行模式，電機繞組的相電流將減為設定值的一半，在次狀態(tài)下電機和驅動器的功耗得以降低，但電機的輸出力矩也相應下降，在下個脈沖帶來時驅動器自動恢復輸出電流為額定值，本次設計中又上位機輸入的數(shù)據(jù)時間上是個未知數(shù)，采用次驅動器將能降低很大的功耗，節(jié)省了使用成本。同時當兩項電機與驅動器連接時，為了放置用戶接相接錯而損壞驅動器本驅動器設計彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計22了錯相保護電路，用戶即使接錯相驅動器也不會，不過電機運行會不正常，主要變現(xiàn)在出力極小。當遇到情況，用戶應該檢查電機接線是否正確。3.4 設計電路的功能示意圖 彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計23第四章 控制軟件的編制4.1 OP320顯示屏的設計OP320顯示屏的應用畫面的專用開發(fā)軟件是DP200，它運行于WINDOWS95/98以下。作為二次開發(fā)工具，該軟件使用方便，簡潔易學，能直接設置中英文字。4.1.1 DP200的基本功能與應用首先打開DP200后，用戶就能夠新建或者打開畫面。每幅畫面都可以放置中英文文字、指示燈、開關、數(shù)據(jù)顯示設定窗、跳轉鍵等元素。每幅畫面之間可實現(xiàn)自由跳轉，操作者可完成設局監(jiān)視，參數(shù)設定，開關控制，報警列表等操作。DP200的基本是由流程如下：4.1.2 編輯用戶畫面運行DP200軟件后，計算機顯示器中央出現(xiàn)畫面編輯器，圖上個功能鍵的用處為：彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計24然后新建工程，選擇OP320顯示屏和S7-200系列的PLC圖中幾個編輯按鍵的作用如下：本次任務編制的操作界面的內容應該包括：彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計251、 具有輸入弧線運動范圍和運動速度的文本輸入功能；2、 具有超出范圍時的報警顯示功能。具體的編輯過程為：打開DP200軟件，新建工程，選擇OP320顯示屏，S7-200PLC，進入編制畫面創(chuàng)建畫面如圖所示：圖中在運動速度上輸入想要的運動速度大小，單位°/s；弧線范圍輸入希望轉臺轉過的角度。畫面中的的鍵從左到右一次的功能設定為指示燈，起到當超出范圍時報警的作用；上下左右四個鍵為數(shù)據(jù)輸入的作用；SET鍵起重新輸入數(shù)據(jù)的作用，ENT鍵起確定輸入的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送到PLC的作用。在設置這些鍵位功能的時候，報警鍵和SET、ENT鍵要設定好響應的虛擬線圈值，這設的是報警鍵為M10，SET鍵為M11，ENT鍵為M12.而數(shù)據(jù)輸入鍵要設定彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計26好寄存器地址和數(shù)據(jù)的范圍，以及寄存器的個數(shù)。這里設定運動速度的寄存器地址為VW200，弧線范圍的寄存器地址為VW201.數(shù)據(jù)范圍為運動速度為±25°/s之間，弧線范圍為±50°之間。同時在PLC的編程過程中要設定好定好的線圈號和各個數(shù)據(jù)的寄存器地址。編制的最后畫面為編制好主畫面后，再編制報警列表，來實現(xiàn)報警功能。通過編制報警列表，輸入的數(shù)據(jù)和類型就能得到很好的控制。當有報警時，他就能在畫面彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計27上顯示響應的錯誤。操作人員確認后。就可以采取想也難怪的措施糾正，這時要回到主顯示畫面，按下 鍵就能切回主顯示畫面。4.1.3 OP320顯示屏與PLC的聯(lián)接把編制好的畫面保存或者通過電纜將計算機9針RS232串口和OP320的9針串口連接起來，按下載鍵直到下載完成就行了。完成后在關掉電源的情況下用電纜吧S7-200和OP320聯(lián)起來，給它們上電，若通訊正常，便能進行數(shù)據(jù)監(jiān)視等各項操作。若顯示屏和PLC的通訊不正常，應該檢查以下項目：1、 工程選擇的PLC和實際連接PLC是否相等；2、 是否連接通訊電纜；3、 通訊電纜連接是否正確；4、 PLC通訊參數(shù)設置是否正確；5、 PLC和顯示屏是夠都已經加上電源；6、 如果仍然查不出請與供應商聯(lián)系。4.2 S7-200軟件的編制本次設計軟件部分要實現(xiàn)的目標是實現(xiàn)目標運動機構在規(guī)定的運動弧線范圍和運動速度內做饒選中中心的旋轉運動，具體的設計思想為通過顯示屏輸入相對應的運動弧線范圍和運動速度，然后把信息傳遞給 PLC，PLC 經過分析處理，輸出脈沖和運動方向驅動電機運動，從而帶動小型轉臺和目標模擬器的安裝平臺的轉動。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測裝置的接口設計和接口程序的編制。 4．2．1、控制流程圖本次控制的任務是通過顯示屏的錄入和 PLC 的讀取輸出來控制電機在規(guī)定的速度上運動到規(guī)定的弧線范圍。根據(jù)這一目標，編制了軟件控制流程圖如下彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計28彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計294.2.2、高速脈沖輸出（PTO）脈沖輸出指令（PLS）用于在高速輸出（Q0.0 和 Q0.1）上控制脈沖串輸出（PTO）和脈寬調制（PWM）功能。PTO 可以輸出一串脈沖（占空比 50%），用戶可以控制脈沖的周期和個數(shù)。PWM 可以輸出連續(xù)的、占空比可調的脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬S7--200 有兩個 PTO/PWM 發(fā)生器，它們可以產生一個高速脈沖串或者一個脈寬調制波形。一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點 Q0.0，另一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點 Q0.1。一個指定的特殊寄存器（SM）位置為每個發(fā)生器存儲下列數(shù)據(jù)：一個控制字節(jié)（8 位），一個計數(shù)值（32 位無符號數(shù)）和一個周期或脈寬值（16 位無符號數(shù)）。PTO/PWM 發(fā)生器與過程映像寄存器共用 Q0.0 和 Q0.1。當在 Q0.0 或 Q0.1 上激活 PTO或 PWM 功能時，PTO/PWM 發(fā)生器對輸出擁有控制權，同時普通輸出點功能被禁止。輸出波形不受過程映象區(qū)狀態(tài)、輸出點強制值或者立即輸出指令執(zhí)行的影響。當不使用 PTO/PWM發(fā)生器功能時，對輸出點的控制權交回到過程映象寄存器。過程映象寄存器決定輸出波形的起始和結束狀態(tài)，以高低電平產生波形的啟動和結束。在使能 PTO 或者 PWM 操作之前，將 Q0.0 和 Q0.1 過程映象寄存器清 0。所有控制位、周期、脈寬和脈沖計數(shù)值的缺省值均為 0。PTO/PWM 的輸出負載至少為 10％的額定負載，才能提供陡直的上升沿和下降沿。PTO 按照給定的脈沖個數(shù)和周期輸出一串方波（占空比 50％）。PTO 可以產生單段脈沖串或者多段脈沖串（使用脈沖包絡）?？梢灾付}沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒為增加量）。在單段管線模式，需要為下一個脈沖串更新特殊寄存器。一旦啟動了起始 PTO 段，就必須按照第二個波形的要求改變特殊寄存器，并再次執(zhí)行 PLS 指令。第二個脈沖串的屬性在管線中一直保到第一個脈沖串發(fā)送完成。在管線中一次只能存儲一段脈沖串的屬性。當?shù)谝粋€脈沖串發(fā)送完成時，接著輸出第二個波形，此時管線可以用于下一個新的脈沖串。重復這個過程可以再次設定下一個脈沖串的特性。除去以下兩種情況之外，脈沖串之間可以作到平滑轉換：時間基準發(fā)生了變化或者在利用 PLS 指令捕捉到新脈沖之前，啟動的脈沖串已經完成。當管線已滿時，如果試圖裝入脈沖列參數(shù)，狀態(tài)寄存器的 PTO 溢出位（SM66.6 或 SM76.6）被置 1。PLC 進入 RUN 模式時，該位被初始化為 0。如果監(jiān)測到溢出，必須手工清除該位。在多段管線模式，CPU 自動從 V 存儲器區(qū)的包絡表中讀出每個脈沖串的特性。在該模式下，僅使用特殊存儲器區(qū)的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)。選擇多段操作，必須裝入包絡表在 V存儲器中的起始地址偏移量（SMW168 或 SMW178）。時間基準可以選擇微秒或者毫秒，但是，在包絡表中的所有周期值必須使用同一個時間基準，而且在包絡正在運行時不能改變。執(zhí)行 PLS 指令來啟動多段操作。每段記錄的長度為 8 個字節(jié)，由 16 位周期值、16 位周期增量值和 32 位脈沖個數(shù)值組成。表 1 中給出了包絡表的格式。您可以通過編程的方式使脈沖的周期自動增減。在周期增量處輸入一個正值將增加周期；輸入一個負值將減少周期；輸入 0 將不改變周期。當 PTO 包絡執(zhí)行時，當前啟動的段的編號保存在 SMB166（或 SMB176）。表 1從包絡表開始的字節(jié)偏移 包絡段數(shù) 描述0 段數(shù)（1~255），如果為 0 將產生致命錯誤1 初始周期（2~65535 個基準時間單位）3 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位）51脈沖數(shù)（1~4294967295）9 初始周期（2~65535 個基準時間單位）彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計3011 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位132脈沖數(shù)（1~4294967295）17 段數(shù)（1~255），如果為 0 將產生致命錯誤（繼續(xù)）3繼續(xù)PLS 指令會從特殊存儲器 SM 中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲值控制 PTO/PWM 發(fā)生器。SMB67 控制 PTO0 或者 PWM0，SMB77 控制 PTO1 或者 PWM1。表 2 對用于控制 PTO/PWM 操作的存儲器給出了描述。表 2Q0.0 Q0.1 描述SM66.4 SM76.4 PTO 包絡由于增量計算錯誤而終止：0=無錯誤，1=有錯誤SM66.5 SM76.5 PTO 包絡因用戶命令中止：0=不是因用戶命令中止，1=因用戶命令中止SM66.6 SM76.6 PTO 管線溢出：0=無溢出，1=有溢出狀態(tài)字節(jié)SM66.7 SM76.7 PTO 空閑位：0=PTO 正在運行。1=PTO 空閑SM67.0 SM77.0 PTO/PWM 更新周期值：1=寫新的周期值SM67.1 SM77.1 PWM 更新脈沖寬度值：1=寫新的脈沖寬度SM67.2 SM77.2 PTO 更新脈沖數(shù)：1=寫新的脈沖數(shù)SM67.3 SM77.3 PTO/PWM 基準時間單位：0=1μs,1=1msSM67.4 SM77.4 PWM 更新方式：0= 異步更新，1=同步更新SM67.5 SM77.5 PTO 操作：0=單段操作（脈沖和周期存在 SM 寄存器中）1=多段操作（包絡表存在 V 寄存器中）SM67.6 SM77.6 PTO/PWM 模式選擇：0= PTO，1= PWM控制字節(jié)SM67.7 SM77.7 PTO/PWM 有效位：0=無效，1=有效SMW68 SMW78 PTO/PWM 周期值（2-65535 倍時間基準）SMW70 SMW80 PWM 脈沖寬度值（2-65535 倍時間基準）SMD72 SMD82 PTO 脈沖計數(shù)值（1-4，294，967，295）SMB166 SMB176 運行中的段數(shù)（僅在多段 PTO 操作中）SMW168 SMW178 保絡表的起始位置，從 V0 開始的字節(jié)偏移量來表示（僅在多段PTO 操作中）SMB170 SMB180 線性包絡狀態(tài)字節(jié)SMB171 SMB181 線性包絡結果寄存器其他PTO/PWM寄存器SMD172 SMD182 手動模式頻率寄存器可以通過修改 SM 存儲區(qū)（包括控制字節(jié)），然后執(zhí)行 PLS 指令來改變 PTO 或 PWM 波形的特性，也可以在任意時刻禁止 PTO 或者 PWM 波形，方法為：首先將控制字節(jié)中的使能位（SM67.7 或者 SM77.7）清 0，然后執(zhí)行 PLS 指令。PTO 狀態(tài)字節(jié)中的空閑位（SM66.7 或者 SM76.7）標志著脈沖串輸出完成。另外，在脈沖串輸出完成時，您可以執(zhí)行一段中斷服務程序。（參考中斷指令和通訊指令中的描述）。如果您使用多段操作，可以在整個包絡表完成之后執(zhí)行中斷服務程序。下列條件使 SM66.4（或 SM76.4）或 SM66.5（或 SM76.5）置位：（1）如果周期增量使 PTO 在許多脈沖后產生非法周期值，會產生一個算術溢出錯誤，這會終止 PTO 功能并在狀態(tài)字節(jié)中將增量計算錯誤位（SM66.4 或者 SM76.4）置 1，PLC 的輸出變?yōu)橛捎诚蠹拇嫫骺刂?。彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計31（2）如果要手動終止一個正在進行中的 PTO 包絡，要把狀態(tài)字節(jié)中的用戶終止位（SM66.5 或 SM76.5）置 1。（3）當管線滿時，如果試圖裝載管線，狀態(tài)存儲器中的 PTO 溢出位（SM66.6 或者SM76.6）置 1。如果想用該位檢測序列的溢出，必須在檢測到溢出后手動清除該位。當 CPU切換至 RUN 模式時，該位被初始化為 0。如果要裝入新的脈沖數(shù)（SMD72 或 SMD82）、脈沖寬度（SMW70 或 SMW80）或周期（SMW68或 SMW78），應該在執(zhí)行 PLS 指令前裝入這些值和控制寄存器。如果要使用多段脈沖串操作，在使用 PLS 指令前也需要裝入包絡表的起始偏移量（SMW168 或 SMW178）和包絡表的值。4.2.3 主程序根據(jù)實際控制系統(tǒng)與工藝要求進行步進電機的“啟動頻率”和“停止頻率”的標定，步進電機能響應而不失步的最高步進頻率稱為“啟動頻率”，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關斷，步進電機不沖過目標位置的最高頻率。步進電機在起動和停止時有一個加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動作越平穩(wěn)。所以，步進電機工作時—般要經歷這樣—個變化過程：加速一恒速(高速)一減速一低速一停止。其中步進電動機在運行過程中—般采用如下運行曲線，主要要考慮步進電動機的起動時必須有個加速緩沖的過程，對步進電動機起保護作用。根據(jù)這個原則編制了一電機啟動的程序：LD SM0.1ATCH 初始化結束中斷, 3R Ｑ０.1, 1R Q 0.2, 1CALL 包絡表子程序包絡表子程序LD SM0.0MOVB 16#AC, SMB77MOVW +500, SMW178MOVB 3, VB500MOVW +50, VW501MOVW -1, VW503MOVD 45, VD505MOVW +5, VW509MOVW +0, VW511MOVD 9910, VD513MOVW +5, VW517MOVW +1, VW519MOVD 45, VD521PLS 1初始化結束中斷LD SM0.0R SM77.7, 1PLS 1彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計32在主程序中先將脈沖輸出端清零(R Ｑ０.1, 1),并設置相應的中斷（３位 i0.1的下降沿），在中斷程序中禁止ＰＴＯ。接著調用相應的子程序，在子程序中設置ＰＴＯ的控制字節(jié)（MOVB 16#AC, SMB77），十六進制ＡＣ＝二進制 10101100,根據(jù)表２得知：ＰＴＯ允許；ＰＴＯ模式；多段操作；異步更新；基準時間單位是１ms；寫新的脈沖數(shù)；不寫脈沖寬度；不寫新的周期值。接著在 SMW178 寄存器中設置包絡表的起始位置為vb500，根據(jù)表一設置包絡表中的周期值、周期增量和脈沖數(shù)。計算包絡表的值：周期增量值：De給定段的周期增量=｜ECT--ICT｜/Q其中：ECT=該段結束周期時間ICT=該段初始化周期時間Q=該段的脈沖數(shù)量段的最后一個脈沖的周期在包絡中不直接指定，但必須計算出來（除非周期增量是0）。如果在段之間需要平滑轉換，知道段的最后一個脈沖的周期是有用的。計算段的最后一個脈沖周期的公式是：段的最后一個脈沖的周期時間=ICT+（DEL*（Q--1））其中：ICT=該段的初始化周期時間DEL=該段的增量周期時間Q=該段的脈沖數(shù)量周期增量只能以微秒數(shù)或毫秒數(shù)指定，周期的修改在每個脈沖上進行這兩項的影響使對于一個段的周期增量的計算可能需要疊代方法。對于結束周期值或給定段的脈沖個數(shù)，可能需要作調整。在確定校正包絡表值的過程中，包絡段的持續(xù)時間很有用。按照下面的公式可以計算完成一個包絡段的時間長短：包絡段的持續(xù)時間=Q*（ICT+（（DEL/2）*（Q--1）））其中：Q=該段的脈沖數(shù)量ICT=該段的初始化周期時間DEL=該段的增量周期時間彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計33結束語通過這次設計，我得到了以下幾個結論：1、 在結構設計中，不僅要滿足機床的性能要求，同時還要注意加工和裝配工藝性，以便加工、裝拆調整。結構設計力求簡單緊湊、可靠、實用。特別是在復雜的機械結構中，各部分結構往往需反復推敲修改，并作必要驗算方能確定其方案；每個零件的結構不是單純根據(jù)計算，而主要是根據(jù)工藝性和構造方面的要求，如因結構方面的因素，齒輪不能滿足要求時，則要重新進行運動設計等。2、 在設計編寫 PLC 程序和顯示屏畫面的編制時，注意程序整體及全局性的把握，對程序所要實現(xiàn)的功能要十分清楚，同時畫出流程圖輔助程序的編寫，最后就是在程序的調試時耐心時必不可少的，同時還有需要主要的程序使用變量的設置上注意變量的類型和實用原則以及設定的寄存器地址和設定的線圈的作用。3、 在本次設計中，讓我了解了步進電機的選用原則， RV 減速箱的相關知識，諧波齒輪的相關知識和選用方法，同時在開題前了解到了一些 PCI 運動控制卡的相關知識。最后感謝楊慶東老師和和利時的張剛工程師的悉心指導和教誨。在從課題的選擇，每個方案的合理性的論證，調試都凝聚著兩位導師的汗水，在碰到各種問題和困難上，正是由于兩位導師的及時悉心指導幫助，才得以設計能夠進行到最后，在此向楊老師和張老師表示深深的感謝和崇高的敬意。同時張老師淵博的學識和務實的工作作風給予了我極大的教育和啟迪,使我在今后的學習和生活中受益匪淺;嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和寬以待人的品質將使我受益終身。在整個設計的過程中，也得到了許多同學的幫助，在此也表示衷心的感謝。彈體支撐運動機構及目標模擬器控制系統(tǒng)設計34參考文獻⑴、機械工程及自動化簡明設計手冊，葉偉昌主編，機械工業(yè)出版社，2001、2 ⑵、郝桐生主編，理論力學 第 3 版，北京：高等教育出版社，2004、1⑶、廖常初主編 ，PLC 編程及應用，北京：機械工業(yè)出版社，2007、7⑷、趙松年等編，機電一體化機械系統(tǒng)設計，上海：同濟大學出版社，1996⑸、機械工程手冊、電機工程手冊編輯委員會，機械工程手冊（第二版）機械零部件設計卷，北京：機械工業(yè)出版社，1996、9⑹、機械工程手冊、電機工程手冊編輯委員會，機械工程手冊（第二版）傳動設計卷，北京：機械工業(yè)出版社，1996、9⑺、周士昌等編著，機械設計手冊（第二版）第4卷 機械傳動設計，北京：機械工業(yè)出版社，2002、8⑻、周士昌等編著，機械設計手冊（第二版）第 3 卷 機械零件設計，北京：機械工業(yè)出版社，2002、8⑼、周士昌等編著，機械設計手冊（第二版）第 1 卷 常用資料和設計基礎，北京：機械工業(yè)出版社，2002、8⑽、張建民等編著 ，機電一體化系統(tǒng)設計，北京：高等教育出版社，2001⑾、鄭堤 唐可洪主編 ，機電一體化系統(tǒng)設計基礎，北京：機械工業(yè)出版社，2005⑿、黃真， 《空間機構學》 ，北京：機械工業(yè)出版社， 1991⒀、機械設計委員會，機械設計手冊單行本，聯(lián)軸器、離合器與制動器，北京：機械工業(yè)出版社，2007、3⒁、韓秋實主編，機械制造技術基礎第2版，北京：機械工業(yè)出版社，200年1月⒂、E.Finkelstein and S.Weiss，Implementation of 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