16高精密轉(zhuǎn)臺測控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20266高精密轉(zhuǎn)臺測控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計案例 1260931.1高精密轉(zhuǎn)臺測控系統(tǒng)設(shè)計要求和參數(shù) 1262251.1.1參數(shù)要求 1294231.1.2設(shè)計參數(shù) 1199721.2總體方案設(shè)計 21.1高精密轉(zhuǎn)臺測控系統(tǒng)設(shè)計要求和參數(shù)本設(shè)計是對高精密轉(zhuǎn)臺設(shè)計的一種測控系統(tǒng)，通過對角度傳感器、接觸力傳感器。為了能更準(zhǔn)確的完成上述設(shè)計，提出以下參數(shù)要求。1.1.1參數(shù)要求傳感器參數(shù)要求本設(shè)計是通過使用角度傳感器、接觸力傳感器、多軸運(yùn)動控制器、電機(jī)、驅(qū)動器等來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的高精度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及角度定位。根據(jù)任務(wù)書的要求，高精密轉(zhuǎn)臺應(yīng)具有角度、接觸力、氣體壓力等傳感器計算機(jī)數(shù)據(jù)采集功能。并能通過人機(jī)交互程序來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，另外在角度測量范圍的要求是在0~360°，轉(zhuǎn)臺角度微調(diào)分辨率為0.1角秒。接觸力測量范圍是0~10kg氣體壓力測量范圍是0~1MPa，通過這些參數(shù)的要求來篩選并找到合適的角度、接觸力、氣體壓力傳感器。運(yùn)動參數(shù)要求高精密轉(zhuǎn)臺為了能滿足它在運(yùn)動控制上面的要求，在任務(wù)書中的對其的要求是多軸運(yùn)動控制的軸數(shù)不能少于5軸，在此基礎(chǔ)上還得滿足通過計算機(jī)人機(jī)交互界面設(shè)置各軸運(yùn)動，觀測傳感器數(shù)據(jù)。所以需要工作人員在人機(jī)交互界面上通過對各軸電機(jī)的控制其速度和方向來滿足高精密轉(zhuǎn)臺在進(jìn)行測量等工作時的多軸同時運(yùn)動。1.1.2設(shè)計參數(shù)高精密轉(zhuǎn)臺測控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)及要求：應(yīng)具有角度、接觸力、氣體壓力等傳感器計算機(jī)數(shù)據(jù)采集功能；角度測量范圍：0~360°，轉(zhuǎn)臺角度微調(diào)分辨率：0.1角秒；接觸力測量范圍：0~10kg；氣體壓力測量范圍：0~1MPa；多軸運(yùn)動控制軸數(shù)不少于5軸；可通過計算機(jī)人機(jī)交互界面設(shè)置各軸運(yùn)動，觀測傳感器數(shù)據(jù)。為了滿足上述的要求，在選型角度、接觸力、氣體壓力等傳感器時要特別注意傳感器本身的設(shè)計參數(shù)是否滿足要求的參數(shù)，若有多個同時滿足的情況可以選性價比或者精度更高的傳感器。對于高精密轉(zhuǎn)臺的多軸運(yùn)動控制選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)帶動直線或者轉(zhuǎn)動運(yùn)動模組其中的滾珠絲杠傳動，滾珠絲杠帶動轉(zhuǎn)動運(yùn)動模塊，轉(zhuǎn)臺兩端各一個傳動裝置使平臺轉(zhuǎn)動。而帶動步進(jìn)電機(jī)需要步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器并且受到運(yùn)動控制。另外，傳感器，運(yùn)動控制器等與PC機(jī)連接，通過人機(jī)交互程序來實(shí)現(xiàn)測量和數(shù)據(jù)采集。1.2總體方案設(shè)計1.1.1設(shè)計思路根據(jù)總體的設(shè)計和參數(shù)，本設(shè)計需要工作人員遠(yuǎn)程操控轉(zhuǎn)臺多軸運(yùn)動的控制系統(tǒng)，同時通過各種傳感器測得數(shù)據(jù)并采集，工作人員通過人機(jī)交互界面來接收測量數(shù)據(jù)。通過調(diào)研文獻(xiàn)和相關(guān)資料，以及所學(xué)過的課本中的知識，可以利用多軸運(yùn)動控制器，通過設(shè)計控制程序可以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的精確控制。另外，總電路圖方面也可通過單片機(jī)等相關(guān)知識對步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器、傳感器等進(jìn)行連接。對于人機(jī)交互程序可以通過使用Labview進(jìn)行仿真，使傳感器與計算機(jī)連接從而觀測并接收數(shù)據(jù)。方案一：通過單片機(jī)控制對于測控來說選擇通過單片機(jī)進(jìn)行控制應(yīng)該是第一個也是個人認(rèn)為比較合適的一個選擇。首先單片機(jī)價格低廉，但是其功能非常強(qiáng)大。通過查閱文獻(xiàn)也了解到單片機(jī)大大小小也廣泛的運(yùn)用在測控方面。數(shù)據(jù)傳輸方面通過單片機(jī)串行端口控制通訊，單片機(jī)通過生成脈沖信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)帶動多軸運(yùn)動，人機(jī)控制頁面與單片機(jī)相連，測控的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)傳回人機(jī)交互程序。如圖2-1所示。測控系統(tǒng)大致組成如下圖所示，角度，接觸力，氣體壓力傳感器可直接與計算機(jī)相連，通過USB和串行端口通訊。這些工作可使用proteus軟件進(jìn)行仿真。但缺點(diǎn)是其運(yùn)行速度較慢，抗干擾以及自我保護(hù)能力較差，容易過載燒壞芯片。圖2-1單片機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計（2）方案二：PLC控制系統(tǒng)PLC相對來說在工業(yè)上面更加專業(yè)，主要專門用來操控工程里面的數(shù)控電子操作設(shè)備，通過查閱資料和文獻(xiàn)了解到，plc控制系統(tǒng)其信號強(qiáng)度高，抗干擾能力強(qiáng)，可以自由控制許多類型的機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)過程，其內(nèi)部存儲器用來存儲控制高精密轉(zhuǎn)臺的算術(shù)指令代碼。所以可以事先將控制程序編好，然后通過plc的電線來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)高精密轉(zhuǎn)臺的控制和數(shù)據(jù)采集。但plc的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，總的工作量會加重。圖2-2PLC測控系統(tǒng)設(shè)計（3）方案三：多軸運(yùn)動控制器通過查閱網(wǎng)上資料和閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，多軸運(yùn)動控制器是新一代的基于PC的通用的控制硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以較容易的集成到電路網(wǎng)絡(luò)中，同時仍保留PLC的穩(wěn)定性和模塊化的形式。以其為核心依賴他的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和迅速的編程程序邏輯，在常見的機(jī)械儀器中有許多獨(dú)立的軸系，每個都可進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行并接受的相應(yīng)的信號，使用它在生活中適用于多軸控制的精密儀器或者機(jī)械結(jié)構(gòu)。對于高精密轉(zhuǎn)臺控制電機(jī)來說這個是比較適合的選擇圖2-3運(yùn)動控制器測控系統(tǒng)框圖綜合上述的方案來看，我決定選擇多軸運(yùn)動控制器，多軸運(yùn)動控制器從成本和性能上來說都相對合適，復(fù)雜程度來說也較為中等，其直接于電機(jī)控制器連接能做到控制電機(jī)驅(qū)動。單片機(jī)雖然