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1、西华大学毕业辩论西华大学毕业辩论毕业设计题目：毕业设计题目：平行绕线机设计平行绕线机设计学学 院院:机械工程与自动化学院机械工程与自动化学院年级专业年级专业:20062006级机械电子工程级机械电子工程指导老师：指导老师：刘克福刘克福设设 计计 者者:阳玉龙阳玉龙欢送欢送您的您的聆听聆听！2024/5/12编辑课件目录目录1.非线性有那些实际的应用非线性有那些实际的应用2.如何有效解决非线性方程如何有效解决非线性方程3.算法的提出算法的提出4.为何要选择该算法为何要选择该算法5.算法的根本思想算法的根本思想6.算法的几何意义算法的几何意义7.Matlab介绍介绍8.Matlab的介绍的介绍9.
2、本设计所用到的内部函数介绍本设计所用到的内部函数介绍10.Matlab求非线性方程的算法实求非线性方程的算法实现现11.结论结论12.个人总结个人总结13.结束语结束语2024/5/12 介绍了微控平行绕线机的系统设计，该系统介绍了微控平行绕线机的系统设计，该系统 由机械结构和由机械结构和电控局部组成，并就机械结构的设计做了详细的介绍。绕线电控局部组成，并就机械结构的设计做了详细的介绍。绕线机的机械结构主要由自动排线机构和主轴箱机构两大局部构机的机械结构主要由自动排线机构和主轴箱机构两大局部构成。排线机构是步进电机直接驱动滚珠丝杠转动，进而带动成。排线机构是步进电机直接驱动滚珠丝杠转动，进而带
3、动滑块做直线移动实现自动排线的；绕线机的主轴是由普通电滑块做直线移动实现自动排线的；绕线机的主轴是由普通电机带动同步齿形带驱动的，且通过变频器实现调速。电控局机带动同步齿形带驱动的，且通过变频器实现调速。电控局部包括绕线机控制系统硬件电路设计和变频器控制电机主电部包括绕线机控制系统硬件电路设计和变频器控制电机主电路设计。绕线机控制系统采用路设计。绕线机控制系统采用STC89C51单片机为控制核心；单片机为控制核心；人机交互接口采用矩阵键盘和数码管显示；斩波恒流放大电人机交互接口采用矩阵键盘和数码管显示；斩波恒流放大电路为步进电机的驱动电路。路为步进电机的驱动电路。本次设计的介绍本次设计的介绍2
4、024/5/12绕线机总体设计方案绕线机总体设计方案 根据本次设计的要求，微控平行绕线机是由机械结构和自根据本次设计的要求，微控平行绕线机是由机械结构和自动控制局部构成的。机械结构的设计主要包括自动绕线局部动控制局部构成的。机械结构的设计主要包括自动绕线局部和自动排线局部，根据给出的设计任务书，自动绕线局部是和自动排线局部，根据给出的设计任务书，自动绕线局部是由一台普通电机驱动主轴转动完成线圈沿线模径向绕制的；由一台普通电机驱动主轴转动完成线圈沿线模径向绕制的；同时，自动排线局部是由一台被单片机控制的步进电动机驱同时，自动排线局部是由一台被单片机控制的步进电动机驱动滚珠丝杠转动，进而带动装在螺
5、母上的滑块左右移动来完动滚珠丝杠转动，进而带动装在螺母上的滑块左右移动来完成线圈沿线模的轴向绕制的。绕线机的机械局部还包括了放成线圈沿线模的轴向绕制的。绕线机的机械局部还包括了放线机构、绕线机尾座、绕线机机座。而微控平行绕线机的控线机构、绕线机尾座、绕线机机座。而微控平行绕线机的控制局部是以单片机为控制核心，接受安装在排线机构上的接制局部是以单片机为控制核心，接受安装在排线机构上的接近开关发出的信号来控制步进电动机转动，实现排线的自动近开关发出的信号来控制步进电动机转动，实现排线的自动控制。同时，为了能对所绕线圈的匝数和绕线节距进行键盘控制。同时，为了能对所绕线圈的匝数和绕线节距进行键盘设定，
6、控制局部包括了键盘功能；为了在绕制过程中能对线设定，控制局部包括了键盘功能；为了在绕制过程中能对线圈的以绕匝数进行计数和显示。圈的以绕匝数进行计数和显示。2024/5/12绕线机的总体方案方框图绕线机的总体方案方框图2024/5/12机械结构原理图机械结构原理图2024/5/12绕线机机械结构总体布局绕线机机械结构总体布局 绕线机的机械结构主要绕线机的机械结构主要由六大局部构成：由六大局部构成：1 排线机构排线机构2 主轴箱主轴箱3 监测单元监测单元4 尾座体尾座体5 放线机构放线机构6 机座机座2024/5/12排线机构原理图排线机构原理图2024/5/12排线机构布局图排线机构布局图排线机
7、构主要由六个局部构成：步进电机、丝杠螺排线机构主要由六个局部构成：步进电机、丝杠螺母、滑块、撞块、左右支架和导向杆母、滑块、撞块、左右支架和导向杆。2024/5/12 滚珠丝杠设计滚珠丝杠设计螺距为螺距为2mm，螺旋线数为单头，工作长度，螺旋线数为单头，工作长度L=515mm，丝，丝杠的总长度杠的总长度635mm，丝杠的直径，丝杠的直径d=28mm。2024/5/12滑块的设计滑块的设计l滑块上装有摇线臂，摇线臂上装有过线轮，摇线臂的滑块上装有摇线臂，摇线臂上装有过线轮，摇线臂的偏转角度可以用手动的一个手柄来调节以跟随线模直偏转角度可以用手动的一个手柄来调节以跟随线模直径和绕线直径的不同。径和
8、绕线直径的不同。2024/5/12撞块的设计撞块的设计l作用：通过安装在撞作用：通过安装在撞块上的行程开关来检块上的行程开关来检测左右移动的滑块的测左右移动的滑块的位置。当滑块碰撞到位置。当滑块碰撞到撞块，行程开关就想撞块，行程开关就想单片机发出信号，单单片机发出信号，单片机在发出指令来控片机在发出指令来控制步进电机的转动。制步进电机的转动。2024/5/12支架和导线杆是设计支架和导线杆是设计2024/5/12主轴箱传动简图主轴箱传动简图l主轴箱采用三相异步电动机驱动，并使用变频器调主轴箱采用三相异步电动机驱动，并使用变频器调速，主轴与电动机之间使用同步齿形带传动速，主轴与电动机之间使用同步
9、齿形带传动。2024/5/12主轴箱布局主轴箱布局l主轴箱主要是由三相异主轴箱主要是由三相异步电动机、同步齿形带、步电动机、同步齿形带、主轴、顶尖和主轴箱体主轴、顶尖和主轴箱体五局部构成。五局部构成。2024/5/12主轴设计主轴设计2024/5/12检测单元设计检测单元设计l检测单元主要包括两个局部：l【1】变频器，对主轴转速的检测，实现圈数的统计，转速控制以及主轴旋转一周、排线机构移动一个线径的排线协调控。l【2】接近开关，分别分左右两边安装在与主轴平行的导向杆上，其位置根据绕线线模有效长度由人工快速调整固定，用以界定排线机构往复运动的行程范围。2024/5/12NewtonNewton迭
10、代法的迭代法的MATLABMATLAB算法算法lif f00=0l while kMax_nl x1=x0-f0/f00;x=x1;f1=eval(fun);l if abs(x1-x0)EPS|abs(f1)Max_nl disp(Method failed!)l set(handles.edit5,string,导数为导数为0，无法计算！，无法计算！)lend 算法缺点：选定的初值要接近方程的解，否那么有可能达不算法缺点：选定的初值要接近方程的解，否那么有可能达不到收敛的效果。再者，牛顿迭代法计算量比较大。因每次迭到收敛的效果。再者，牛顿迭代法计算量比较大。因每次迭代除计算函数值外还要计算
11、微商值。代除计算函数值外还要计算微商值。2024/5/12牛顿迭代法应用举例牛顿迭代法应用举例l例例 用迭代法求解非线性方程用迭代法求解非线性方程x3-x2-1=0。x0=1.5,精精度为度为0.000001,最大迭代次数为最大迭代次数为50。l 运行程序，结果如以下图：运行程序，结果如以下图：2024/5/12牛顿迭代法的改进牛顿迭代法的改进l简单牛顿法简单牛顿法:l 由于牛顿迭代法每次都要计算导数，开销的工作由于牛顿迭代法每次都要计算导数，开销的工作量比较大，因此有必要对其进行改进。量比较大，因此有必要对其进行改进。简单迭代法的根简单迭代法的根本思想是：将每一步需要计算的本思想是：将每一步
12、需要计算的 f(xk)(即在点即在点(x0,f(x0)切线斜率值换为一个常数值切线斜率值换为一个常数值c，通常，通常c取作取作 f(xk)即在即在点处的切线斜率值，这样迭代工作量将大大的减少。点处的切线斜率值，这样迭代工作量将大大的减少。这样做的几何解释不再是完全的切线法。而是一组具有这样做的几何解释不再是完全的切线法。而是一组具有固定斜率值固定斜率值C的一组平行线族，迭代公式如下：的一组平行线族，迭代公式如下：l 2024/5/12牛顿迭代法的改进牛顿迭代法的改进l牛顿下山法牛顿下山法:l 在有限区间上使用牛顿迭代法，有时不能事先判在有限区间上使用牛顿迭代法，有时不能事先判断在上有无零点，假
13、设存在零点且初值刚好不慎落在断在上有无零点，假设存在零点且初值刚好不慎落在零点的一个充分小的临域内，必将导致牛顿迭代法失零点的一个充分小的临域内，必将导致牛顿迭代法失效。因而提出了牛顿下山法。它的根本思想是：在使效。因而提出了牛顿下山法。它的根本思想是：在使用牛顿迭代法的过程中，如出现用牛顿迭代法的过程中，如出现|f(xk+1)|=|f(xk)|,那那么对原格式进行修改，以确保么对原格式进行修改，以确保|f(xk+1)|=|f(xk)|.l 牛顿迭代法的格式如下：牛顿迭代法的格式如下：l l其中，下山因子取值范围在其中，下山因子取值范围在(0,1，并给定它的一个下，并给定它的一个下界界.当出现
14、以上情况，那么以下山因子的一半取代原来当出现以上情况，那么以下山因子的一半取代原来的下山因子重新迭代的下山因子重新迭代2024/5/12MATLABMATLAB求非线性方程的算法实现求非线性方程的算法实现双点弦截法的双点弦截法的MATLAB程序：程序：x0=str2num(get(handles.edit1,string)x1=str2num(get(handles.edit2,string)EPS=str2num(get(handles.edit3,string)Max_n=str2num(get(handles.edit4,string)fun=get(handles.edit5,stri
15、ng)x=x0;f0=eval(fun);x=x1;f1=eval(fun);k=1;2024/5/12双点弦截的双点弦截的MATLAB算法算法lwhile kMax_nl x2=x1-f1*(x1-x0)/(f1-f0);x=x2;f2=eval(fun);l if abs(x2-x1)EPS|abs(f2)Max_nl disp(Method failed!)lend 算法缺点：算法缺点：虽然弦截法是用差商代替微商，省去了牛顿法求导数虽然弦截法是用差商代替微商，省去了牛顿法求导数的过程，从几何的角度看是用割线代替切线，但收敛阶已降为超的过程，从几何的角度看是用割线代替切线，但收敛阶已降为超
16、线性，故其收敛速度较牛顿法要慢些。线性，故其收敛速度较牛顿法要慢些。2024/5/12弦截法应用举例弦截法应用举例l例例 用弦截法解非线性方程用弦截法解非线性方程x3-7.7x2+19.2x-15.3=0 x0=1.5,x1=4.精度为精度为0.000001,最大迭代次数为最大迭代次数为50。l 运行程序，结果如以下图：运行程序，结果如以下图：2024/5/12结论结论l 牛顿迭代法和弦截法都属于局部收敛，在求解非线性方程上牛顿迭代法和弦截法都属于局部收敛，在求解非线性方程上都有比较好的收敛速度。牛顿迭代法的好处在于它是平方收敛，都有比较好的收敛速度。牛顿迭代法的好处在于它是平方收敛，只要给定的初值比较合理，通过比较少的迭代次数就能够很快地只要给定的初值比较合理，通过比较少的迭代次数就能够很快地求出结果。不好之处在于由于每次迭代都要计算函数的导数，因求出结果。不好之处在于由于每次迭代都要计算函数的导数，因此也增加了对运算量的开销。次外，牛顿迭代法对初值的选择的此也增加了对运算量的开销。次外，牛顿迭代法对初值的选择的要求也比较高。初值选择合理的话，就能够很快的求出根，否那要求也比较高。初
