機械手的plc的控制畢業設計畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】進行了畢業設計（論文）答辯。答辯委員會委員：，，，師的指導下進行的研究工作及取得的成果。究所取得的研究成果。不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。機械手的機械結構采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件組成；電氣方面有交。流電機、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、檢測技術等，是機電一體化的典型代表儀器之一。機械手精確運動的功能。本課題擬開發的物料搬運機械手可在空間抓放物體，變化及運動流程的要求隨時更改相關參數。

　　

【正文】 頻器中使用的非智能控制方式有 V/f 協調控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等。 (1)V/f 控制 V/f 控制是為了得到理想的轉矩 速 度特性，基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都河南理工畢業設計 第 26 頁 采用這種控制方式。 V/f 控制變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器采用開環控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。 (2)轉差頻率控制 轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在 V/f 控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統中需要安 裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環控制方式，可以使變頻器具有良好的穩定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。 (3)矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在 d、 q、 0 坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種 P WM 波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的 P WM 波以減少開關損耗。目前在變頻器中實際應 用的矢量控制方式主要有基于轉差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。 基于轉差頻率的矢量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉差頻率的矢量控制還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉差頻率的矢量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環控制方式，需要在電動機上安裝速度傳感器，因此，應用范圍受到限制。 無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流 和轉矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速范圍寬，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。 (4)直接轉矩控制 直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁河南理工畢業設計 第 27 頁 鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控 制方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出 100%的額定轉矩，對于多拖動具有負荷平衡功能。 (5)最優控制 最優控制在實際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優控制的理論對某一個控制要求進行個別參數的最優化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現一定條件下的電壓最優波形。 (6)其他非智能控制方式 在實際應用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環流控制、頻率控制等。 智能控制方式主要有神經網絡控制、模糊控制、專家系統、學習控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應用中有一些成功的范例。 (1)神經網絡控制 神經網絡控制方式應用在變頻器的控制中，一般是進行比較復雜的系統控制，這時對于系統的模型了解甚少，因此神經網絡既要完成系統辨識的功能，又要進行控制。而且神經網絡控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯時進行控制比較適合。但是神經網絡的層數太多或者算法過于復雜都會在具體應用中帶來不少實際困難。 (2)模糊控 制 模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統。 (3)專家系統 專家系統是利用所謂 “專家 ”的經驗進行控制的一種控制方式，因此，專家系統中一般要建立一個專家庫，存放一定的專家信息，另外還要有推理機制，以便于根據已知信息尋求理想的控制結果。專家庫與推理機制的設計是尤為重要的，關系著專家系統控制的優劣。應用專家系統既可以 控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。 (4)學習控制 河南理工畢業設計 第 28 頁 學習控制主要是用于重復性的輸入，而規則的 P WM 信號 (例如中心調制PWM)恰好滿足這個條件，因此學習控制也可用于變頻器的控制中。學習控制不需要了解太多的系統信息，但是需要 1~2 個學習周期，因此快速性相對較差，而且，學習控制的算法中有時需要實現超前環節，這用模擬器件是無法實現的，同時，學習控制還涉及到一個穩定性的問題，在應用時要特別注意。 隨著電力電子技術、微電子技術、計算機網絡等高新技術的發展，變頻器的控制方式 今后將向以下幾個方面發展。 (1)數字控制變頻器的實現 現在，變頻器的控制方式用數字處理器可以實現比較復雜的運算，變頻器數字化將是一個重要的發展方向，目前進行變頻器數字化主要采用單片機MCS 51 或 80C196MC 等，輔助以 S LE4520 或 EP LD 液晶顯示器等來實現更加完善的控制性能。 (2)多種控制方式的結合 單一的控制方式有著各自的優缺點，并沒有 “萬能 ”的控制方式，在有些控制場合，需要將一些控制方式結合起來，例如將學習控制與神經網絡控制相結合，自適應控制與模糊控制相結合，直接轉矩控 制與神經網絡控制相結合，或者稱之為 “混合控制 ”，這樣取長補短，控制效果將會更好。 (3)遠程控制的實現 計算機網絡的發展，使 “天涯若咫尺 ”，依靠計算機網絡對變頻器進行遠程控制也是一個發展方向。通過 RS 485 接口及一些網絡協議對變頻器進行遠程控制，這樣在有些不適合于人類進行現場操作的場合，也可以很容易的實現控制目標。 (4)綠色變頻器 隨著可持續發展戰略的提出，對于環境的保護越來越受到人們的重視。變頻器產生的高次諧波對電網會帶來污染，降低變頻器工作時的噪聲以及增強其工作的可靠性、安全性 等等這些問題，都試圖通過采取合適的控制方式來解決，設計出綠色變頻器。 河南理工畢業設計 第 29 頁 第五章 機械手 PLC 控制系統設計 機械手的工藝過程 機械手的結構和各部分動作示意圖，如圖下圖所示。機械手的工作均由電機驅動，它的上升、下降、左移、右移都是有電機驅動螺紋絲桿旋轉來完成的。 機械手的初始位置停在原點，按下啟動后按扭后，機械手將下降 —— 加緊工件 —— 上升 —— 右移 —— 再 下降 —— 放松 工件 —— 在上 升 —— 左 移八 個 動作，完成一個工作周期。機械手的下降、上升、右移、左移等動作轉換，是由相應的限位開關來控制的，而加緊、放松動作的轉換是有時間來控制的。 為了確保安全，機械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降，若上次搬到右工作臺上的工件尚未移走，機械手應自動暫停，等待。為此設置了一個光電開關，以檢測“無工件”信號。 河南理工畢業設計 第 30 頁 圖 51 機械手的控制要求 (1)單步工作方式：從原點開始，按照自動工作循環的步序，每按為了滿足生產要求，機械手設置了手動工作方式和自動工作方式，而自動工作方式又分為單步、單周期和連續工作方式。 ①手動 工作方式：利用按鈕對機械手每一步動作進行控制。例如，按下“下降”按鈕，機械手下降；按下“上升”按鈕，機械手上升。手動操作可用于調整工作位置和緊急停車后機械手返回原點。 ②單周期工作方式：按下啟動按鈕，機械手按工序自動自動完成一個周期的動作，返回原點后停止。 ③連續工作方式：按下按鈕，機械手從原點，按步序自動反復連續工作，在連續工作方式下設置兩種停車狀態： 正常停車：在正常工作狀態下停車。按下復位按鈕，機械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停機。 緊急停車：在發生事故或緊急狀態時停車。按下緊急停車按鈕 ，機械手停止在當前狀態。當故障排除后，需手動回到原點。 河南理工畢業設計 第 31 頁 PLC 控制系統 /輸出點數并選擇 P LC 型號 (1）輸入信號 位置檢測信號：下限、上限、右限、左限共 4 個行程開關，需要 4 個輸入端子。 “無工件檢測”信號：用光電開關作檢測元件，需要 1 個端子。 “工作方式”選擇開關：有手動、單步、單周期和連續 4 種工作方式，需要 4 個輸如端子。 手動操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松 6 個按鈕，也需要 6 個輸入端子。 自動工作：尚需啟動、正常停車、緊急停車 3 個按鈕，也需要 3 個輸入端子。以上共需要 18 個輸入信號。 (2）輸出信號 P LC 的輸出用于控制機械手的下降、上升、右移、左移、加緊、放松以三個電動機轉速的控制等，共需要 11 個輸出點。機械手從原點開始工作，需要一個原點指示燈，也需要 1 個輸出點。所以，至少需要 6 個輸出點。 由于機械手的控制屬于開關量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型號的小型 P LC 均可滿足要求。根據所需的 I/O 總點數并留有一定的備用量，可選用 F X2N48RM，其輸入和輸出各 24 點，繼電器輸出型。 F X2N 48RM 的各項工作參數已在第二章介紹，在此不在做介紹。 PLC 的輸入 /輸出端子 PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 52 所示。 控制系統程序設計 為了方便編程，可將手動和自動程序分別編出相對獨立的程序段，用跳轉指令進行選擇，控制系統程序結構框圖，如圖 53 所示。選擇手動方式時， X3接同，跳過自動程序，執行手動程序；選擇自動工作方式時， X3 斷開，執行自動程序。 （ 1）手動程序 手動操作不需要按工序順序進行動作，所以可按普通繼電器程序來設計。手動操作的梯形圖，如圖 54 所示，手動按鈕 X20X25 分別控制下 : 河南理工畢業設計 第 32 頁 圖 52 輸入 /輸出分配接線圖 河南理工畢業設計 第 33 頁 圖 53 總程 序結構框圖 河南理工畢業設計 第 34 頁 圖 54 手動程序 降、上升、右移、左移、加緊和放松各個動作。為了保證系統的的安全與進行， 設置了一些必要的連鎖。其中在左、右移動的電路中加