1、機電一體化設計題 目：自動打印機設計（伺服系統）一、伺服系統的組成伺服系統主要由三部分組成：控制器，功率驅動裝置，反饋裝置 和電動機。控制器按照數控系統的給定值和通過反饋裝置檢測的實際 運行值的差，調節控制量；功率驅動裝置作為系統的主回路， 一方面 按控制量的大小將電網中的電能作用到電動機之上， 調節電動機轉矩 的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為電動 機所需的交流電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉。 二、伺服系統的主要參數衡量伺服系統性能的主要指標有頻帶寬度和精度。頻帶寬度簡稱 帶寬，由系統頻率響應特性來規定，反映伺服系統的跟蹤的快速性。 帶寬越大，快速性越好。伺

2、服系統的帶寬主要受控制對象和執行機構 的慣性的限制。慣性越大，帶寬越窄。一般伺服系統的帶寬小于15赫，大型設備伺服系統的帶寬則在 12赫以下。自20世紀70年代 以來，由于發展了力矩電機及高靈敏度測速機， 使伺服系統實現了直 接驅動，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，使帶寬達到 50赫，并成功應用在遠程導彈、人造衛星、精密指揮儀等場所。伺 服系統的精度主要決定于所用的測量元件的精度。因此，在伺服系統中必須采用高精度的測量元件，如精密電位器、自整角機、旋轉變壓 器、光電編碼器、光柵、磁柵和球柵等。止匕外，也可采取附加措施來 提高系統的精度，例如將測量元件（如自整角機）的測量軸通過減速 器與

3、轉軸相連，使轉軸的轉角得到放大，來提高相對測量精度。采用 這種方案的伺服系統稱為精測粗測系統或雙通道系統。通過減速器與 轉軸嚙合的測角線路稱精讀數通道，直接取自轉軸的測角線路稱粗讀 數通道。三、交流伺服系統的分類交流伺服系統根據其處理信號的方式不同，可以分為模擬式伺 服、數字模擬混合式。伺服和全數字式伺服；如果按照使用的伺服電動機的種類不同， 又可分為兩種：一種是用永磁同步伺服電動機構成的伺服系統，包括 方波永磁同步電動機（無刷直流機）伺服系統和正弦波永磁同步電動 機伺服系統；另一種是用鼠籠型異步電動機構成的伺服系統。 二者的 不同之處在于永磁同步電動機伺服系統中需要采用磁極位置傳感器 而感應

4、電動機伺服系統中含有滑差頻率計算部分。 若采用微處理器軟 件實現伺服控制，可以使永磁同步伺服電動機和鼠籠型異步伺服電動 機使用同一套伺服放大器。目前，基于稀土永磁體的交流永磁伺服驅動系統，能提供最高水平的動態響應和扭矩密度。所以拖動系統的發展趨勢是用交流伺服驅 動取替傳統的液壓、直流和步進調速驅動，以便使系統性能達到一個 全新的水平，包括更短的周期、更高的生產率、更好的可靠性和更長 的壽命。因此，交流伺服這樣一種扮演重要支柱技術角色的自動控制 系統，在許多高科技領域得到了非常廣泛的應用，如激光加工、機器 人、數控機床、大規模集成電路制造、辦公自動化設備、雷達和各種 軍用武器隨動系統、以及柔性制

5、造系統（FMS Flexible Manufacturing System 等。四、自動打印機伺服電機選擇 電動機是機械系統中的驅動部分，它為系統提供能量或動力，并將能 量轉換為系統需要的運動形式一一轉動，是機械系統中必不可少的，在機械系統方案中必須根據系統的特點、考慮和選擇合適的電動機。對于驅動自動打印機工作的電動機的參數和性能的選擇，我們應考慮到以下因素：考慮到現場能源的供應情況，有電源的情況下，應盡可能選擇電力驅動，因為它的成本低，控制操作方便，機械活動范圍廣；考慮到原動件的機械特性和工作制度與工作機相匹配，電動機根據打印機在工作的頻繁程度選取相應的工作制度（FC=15%60% ;打印機

6、對電動機提出啟動、 過載、運轉平穩性、調速和控制等方面的要求，需要保證打印頭和加緊機構運轉平穩；考慮到工作環境的因素，應防爆、防塵、防腐蝕；電動機應工作可靠、操作簡單、維修方便；為了提高機械系統的經濟效益， 選擇電動機應考慮經濟成本，電動機的額定功率必須滿足負載需要， 但也不能過大。對電動機來說所選 電動機功率過大造成功率因素過低也是不經濟的。對電機的要求：1、從最低速到最高速電機都能平穩運轉，轉矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩的速度而無爬行現象。2、電機應具有大的較長時間的過載能力， 以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數分鐘內過載 46倍而不損壞。3、

7、為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉 轉矩，并具有盡可能小的時間常數和啟動電壓。4、電機應能承受頻繁啟、制動和反轉交流伺服電動機有以下三種轉速控制方式：幅值控制：控制電流與勵磁電流的相位差保持 90不變，改變控制電壓的大小。相位控制：控制電壓與勵磁電壓的大小，保持額定值不變，改變控制電壓的相位。幅值一相位控制：同時改變控制電壓幅值和相位。交流伺服電動機轉軸的轉向隨控制電壓相位的反相而改變PWM控制伺服驅動器功能整塊伺廈電機控制部分框圖ACL：IO-抬打印機電源電路控制電路結構1、DSP (DSR ADMC401BST是整個系統的核心，主要完成實時性 要求較高的任務，如矢量控制、電流環、速度環、位置環控制以及 PWM信號發生、各種故障保護處理等。2、輔助控制：MCU (MCU: AT89S8252完成實時性要求比較低的 管理任務，如參數設定、按鍵處理、狀態顯示、串行通訊等。3、FPGA實現DSP與MCU之間的數據交換、外部I/O信號處理、 內部I/O信號處理、位置脈沖指令處理、第二編碼器計數等。根據各種電動機特點和應用范圍，以及設計的自動打印機的結構特點，工作環境等各方面的綜合因素，我們