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1、毕业设计交直流电动机闭环控制系统的实验平台搭建三号机械工程系学生姓名： 学号： 机械电子专业系 部： 专 业： 指导教师： 二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 交直流电动机闭环控制系统的实验平台搭建 系部： 机械工程系 专业： 机械电子专业 学号 学生： 指导教师（含职称） 1课题意义及目标 控制系统测试平台所包含的理论知识是我们大学四年中不同阶段所学知识的一个综合承载体。通过对它的分析和研究，能够使得我们对大学所学的知识有一个很好的复习和巩
2、固，同时还能够有一定的延伸。因此这将会是一个非常有意义的过程。 2主要任务 1、结合机电一体化实验室控制系统平台，研究该系统的结构及其工作原理。 2、完成电路图和安装图设计工作。 3、维护实验室。3主要参考资料1张建民,机电一体化系统设计M.修订版.北京:理工大学出版社，2008.2陈波时,电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社，20043胡寿松，自动控制原理M.北京:国防工业出版社，2011 4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1审阅任务书，通过查阅资料，撰写开题报告并进行开题答辩。2014年11月10日2014年12月31日2熟悉实验室平台，并修理损坏模块。2015年3月2日201
3、5年4月23日3中期答辩。2015年4月24日2015年4月28日4完成系统平台搭建，完成设计图和安装图。2015年4月29日2015年5月5日5撰写设计说明书，准备毕业答辩。2015年5月6日2015年6月5日审核人： 年 月 太原工业学院毕业设计交直流电动机闭环控制系统的实验平台搭建摘 要：电动机测试平台是目前最小电机系统之一，通过对它的结构和工作原理的分析，能够使得学习者对机电一体化技术有一个全新的认识。所研究的试验台是由四套独立不同种类的电机测试系统组成的实验平台组，因此在这里主要以步进电机实验平台的搭建来说明。首先，根据测试平台要完成的测试内容如：步进电动机的调速、加载以及定位等来选
4、择测试平台所需要的主要组成部件。其次，就是对测试平台机械部分工装进行详细的说明以及主要构件的设计。最后，对步进电机测试平台的控制系统选择以PLC与IPC来组成的优越性的说明，并且完成硬件的选型和控制系统的设计最后搭建起该测试平台。关键词：二相混合步进电动机，S7-200PLC，测试平台The Building of Ac/Dc Motor Closed Loop Control System Testing PlatformAbstract: motor testing platform is one of the smallest motor systems. Through analyzi
5、ng its structure and working principle, learners can have a thoroughly understanding on Mechatronics Technology. The test bed, an experimental platform group, consists of four different kinds of motor testing systems. Therefore, the author illustrated it through the building of stepper motor experim
6、ental platform.firstly, the author selected the main components that testing platform needs according to the test content such as speed governing, loading and location of the stepper motor. Secondly, the author illustrated the mechanical part of testing platform in details and designed the main comp
7、onents. Finally, the author explained the superiority of control system that consists of PLC and IPC, and completed the selection of hardware and the design of control system. Following these three steps, the testing platform can be set up. Keywords: two-phase hybrid stepper motor，S7-200PLC，testing
8、platform目录1绪论31.1研究的背景和意义31.2论文的主要研究的工作42电机测试平台分析62.1步进电动机的分析62.2主要部件的选择92.2.1电机驱动器的选择92.2.2磁粉制动器的选择112.2.3传感器的选择122.3测试平台的电路图和安装图的设计133测试系统机械部分的设计143.1机械系统部件的设计143.2主要部件的安装与调试154电机测试平台控制系统的设计174.1控制系统分析174.2控制系统设计204.2.1控制系统的硬件配置204.2.2控制系统的软件设计215结论33参考文献34致谢351绪论1.1研究的背景和意义传统的交直流电动机的主要功能是完成能量转换，同
9、时这也是衡量电机性能好坏的最重要的指标。传统的交直流电动机自从出现就为人们的生活带来很大的福利，但是随着社会各行各业飞速的发展，对电机又提出了许多新的要求，除了能够高效率的转换能量以外还要能够按照人们想象的方式运动。如实现对电机角速度和角位移的控制。而步进电动机就是为迎合人们的这种需要而出现的，同时它也是最早与人工智能控制相结合的电动机。在二十世纪六七十年代，随着科学技术的飞速发展和高性能材料的应用，科学家们提出了一个新的步进电动机的研究水平，使得适合众多领域的步进电动机应运而生。而作为永磁式步进电动机和反应式不进电动结合而来的混合式步进电动机，应用更广、发展更迅速。在而二十世纪六七十年代后期
10、，各个工业发达国家都将混合式步进电动机作为以一种新兴产业来发展，使其成为了电动机大家庭中的正式一员。步进电动机是一种相对比较特殊的电动机，他是依靠接收到的离散的电脉冲信号来控制步进电动机的运转，因此单纯的使用通常的直流或交流电源是不能驱动步进电动机的运转的，它需要专门的驱动器来为其提供离散的电脉冲信号。每输送一个电脉冲信号步进电动机就转过一定的角度，实现由脉冲到位移的信号转换。并且步进电动机的这种驱动能力是不受外界因素影响的，在能力范围内，位移量和点脉冲个数成线性关系。因此在数字控制系统的自动控制中，步进电动机因其定位精确、容易控制、工作可靠得到了广泛的应用。在工业以外的其他行业如:实验教学、
11、轻工业、以及石油的行业也得到了越来越广泛的应用。工业生产能否顺利高效的进行与步进电机的运行状况有着直接的关系，所以我们必须有相应的电机测试平台来测试电机的主要参数、性能和运行情况。随着步进电动机的广泛应用，生活中的方方面面都已经离不开它的存在。而伴随而来的就是对电机质量和性能的好标准要求。因此我们必须了解步进电动机的重要的性能参数，来对电机做出改进和升级。这就需要有相应的测试系统为步进电动机的质量改进和性能优化提供数据保障。随着这些年来专家和学者们的不断努力以及一些新兴技术的发展所带来的依托，电动机性能测试系统有了很大的改进和提升。特别是随着日益成熟的计算机技术和大规模集成电路的出现，PC控制
12、测试技术日益成为主流测试方法，并且向着更加完善、更加成熟的方向发展着。在以前通常会采用一般的指针式仪表，就需要大量的人工操作，例如需要人工读数以及处理数据然后绘制出相应的曲线或图形，这是最传统的电机测试方法。因此存在着很大的弊端，大量的工作都是人工来完成，这就需要测试人员拥有较高的工作经验和高度集中注意力去应对仪表和测试中的一些突发情况，即使这些条件都满足，仍然难以保证数据的精确度。同时存在着工作效率低，劳动量比较大的缺点。 还有另外一种比较完善的测量方法。那就是采用一些数字电压表、光电智能测速仪以及数字转矩转速仪表等这些相对先进一些的仪器。这类测试大多是由单片机来控制完成的。相比较前一种测试
13、方案来说，不仅测量精度较高，而且自动化程度相对比较高，大大的减少了人为因素的干扰，但是仍旧存在着一些弊端。例如：对测试系统反应比较迟缓，数据生成较慢；不具有数据处理以及图像生成的能力。在PLC控制不断优化的今天，再结合计算机辅助控制所组成的测试系统已经成为目前来说最高效、快捷的测试方法。首先采用可编程控制器PLC作为主要的控制器，因为PLC具有强大的控制功能，可以根据不同的需要来编写相应的程序，体积小、安装方便、并且有强劲的通讯能力。其次是计算机辅助监控系统的功能越来越强大，能够存储实验过程中的各种数据并且进行分析，最后通过比较直观的方式呈现给操作人员。同时两者具有故障诊断能力，在出现问题时可
14、以迅速的解决，这样不仅效率大大的提高，而且得出的结果的精度相当的高。因此研究该测试系统具有很高的实用价值和很好的推广前景。1.2论文的主要研究的工作这篇文章是在经过查阅大量的参考资料并且借鉴了现有的一些比较先进的电机测试平台的基础上来进行研究的。对测试平台的整体结构进行了设计，同时绘制出了电路连接图和接线图，构建出了基于先进的MCGS触摸屏系统辅助PLC控制的新型控制系统。可以实现对步进电动机的启停、换向、加减速的调节，对电流电压检测等功能并且可以绘制速度和位置曲线。论文从以下三个主要方面来进行了详细的论述：电机测试平台的构建。主要测试对象（步进电动机）的详细剖析，一些主要组成部件的选择以及安装图的设计。电机测试平台的机械部分的设计。主要包括主要测试平台的主要零部件的设计和机械部分的安装和调整。电机测试平台的控制系统的设计。主要包括控制系统硬件设施的选择和系统电气原理设计，PLC控制程序的编写以及人机界面的设计。2电机测试平台分析2.1步进电动机的分析电磁力为大多数电动机的动力源泉。步进电动机的运动也同样需要电磁力，但是有所不同的地方在于它所需要的电磁力是由通电的定子绕组产生的磁场对由磁性材料按照一定形状做成的转子磁极的吸引力形成的。而交流电动机工作时，定子绕组通电产生变化的磁场，变化的磁场使得转子在其中不停的做切割磁感线运动，因
