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翻滚训练模拟器控制系统设计 
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 翻滚训练模拟器控制系统设计

摘要:本文首先介绍了翻滚训练模拟器的课题来源,国内外机电一体化设备应用概况。接着介绍目前翻滚训练模拟器的系统,给出翻滚训练模拟器控制系统方案(PLC控制)。由翻滚训练模拟器以及PLC的控制介绍了总体设计方案。总体方案之后,具体讲解了翻滚训练模拟器控制系统设计从两个方面设计。第一是硬件设计,第二是软件设计。硬件方面,选择性价比适合的PLC、变频器以及三相异步电动机等;软件方面,由流程图、I/O分配表、接线图以及运用S7-200 CPU226写的程序等组成。最后,对翻滚训练模拟器操作系统以及运行方式做了详细的调试与分析。
关键词: 翻滚;训练模拟器;PLC。
 
The design of control system of roll training imitator
Abstract: This paper first introduces the topic of roll training imitator come from .
The practice of electromechanical equipments at home at abroad . Then introduced the system of the   present control roll training imitator, gives the roll training imitator control system (PLC control). From the roll training imitator and PLC control, introduces the overall design scheme. The overall scheme , specifically on the roll training imitator design from two aspects of control system design. The first is the hardware design, software design is second. The hardware aspect, choose cost-effective for  PLC, frequency converter and three-phase asynchronous motor; software, consists of flow chart, I/O allocation table, wiring diagram and the use of S7-200 CPU226 to write the procedures. Finally, the debugging and analysis in detail and run the operating system of the roll training imitator.
Keywords: roll;training imitator; PLC .
 
 
第一章引言
 
1.1课题来源及研究意义
本课题来源于无锡职业技术学院机电一体化技术创新实训室建设项目,以翻滚训练模拟器教学设备为载体,着重于培养学生实践能力和工程创新能力。本课题是以模拟飞行员训练器为基础,进行从总体方案改进设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计,设计中注重基于工程设计的机械机构、机械传动技术和控制技术的结合,开发满足职业类院校机电一体化技术实践教学需求的教学设备。
翻滚训练模拟器由一个动力源通过齿轮传动机构、带传动机构等实现两个相互垂直旋转运动的合成,以实现翻滚训练模拟器的合成翻滚运动。
控制系统采用PLC控制系统,可实现训练舱的转速、转向、转数等多种参数组合的训练模式选择。
 
1.2国内外机电一体化技术的发展概况 
随着现代科学技术的不断发展,很大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域中,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展以及其向机械工业中渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能和构成、生产方式及管理体系发生了极大的变化,使工业生产由“机械电气化”迈进以“机电一体化 ”为特征的发展阶段,它打破了传统的机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等旧模块的划分,形成了融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的一门新兴的交叉学科。界内对机电一体化的定义也各不相同,而这个概念最早是由日本机械振兴协会经济研究所在1981年3月提出来的:“机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称”。
机电一体化技术发展历程机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:
(1)20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。
(2)20世纪70—80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
(3)20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中展露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。
同时,人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究,使机电一体化进一步建立了坚实的基础,并且逐渐形成完整的学科体系?我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。我国机电一体化技术在不少领域已跻身于世界最先进行列,但总体水平与发达国家相比主要存在以下几个问题:一是产品质量不稳定,产品水平低;二是科技基础薄弱,自主开发能力差,发展后劲不足,某些技术领域与国际差距有拉大的趋势;三是技术进步体现不够,高水平产品比重小,技术进步对经济增长的贡献较低。?机电一体化的发展特点及其核心技术?现代机电一体化技术已经全面超越了其最初的发展动机和应用领域,?所采用的技术手段也呈多样化。
综观国内外发展动向,?大致有以下几方面技术特征:
1)智能化
这是机电一体化技术最显著的特点,使机电一体化产品具有某种智能行为是最基本的目标。以计算机为实现手段,与控制论、信息论、决策论相结合。?
2)微型化?
微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,?在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。?
3)?集成化?
这是当今机电一体化产品发展的一个特点。例如,计算机集成制造系统(CIMS)?、快速成型制造系统(RPM)?、智能制造系统(?IMS)等就是例证。?
4)?网络化?
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
?5)?模块化?
机电—体化产品模块化的发展促进了产品开发,缩短了开发周期,增多了花色品种。
6)环保化
?考虑到对于环境的保护,机电一体化产品也逐步在向清洁型。
?机电一体化的核心技术可以归纳为以下六个方面:?
1)自动控制及信息处理技术
?自动控制及信息处理技术是机电一体化系统的智能组成要素,将来自测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后,按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的的运行。?
2)精密机械技术
?精密机械技术是机电一体化体系结构组成要素,包括机身、机架、支撑、联接装置等,是系统的所有功能要素的机械支持结构。?
3)检测传感技术
?检测传感技术是机电一体化系统的感知组成要素,对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测,并变成可识别的信号,传输给信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。主要由检测、转换、指示、信息处理、记录等部分组成。?
4)现场总线技术
?现场总线技术是当前自动化领域内技术发展的热点之一,受到各国产业界的普遍重视。推广现场总线技术可带动仪表行业(传感器、执行器和控制装置等)的发展,有利于形成或实现工业过程自动化产业体系核心产品群及其相关关键技术群的发展。
?5)?伺服传动技术?伺服传动技术是机电一体化系统的动力组成要素,依据系统控制要求,为系统提供能量和动力以使系统正常运行。包括交直流电动、气动、液压等各种类型的传动装置。由微机通过接口与这些传动装置相联接,控制它们的运动,带动机械机构作各种需要的运动。
6)接口技术
?接口技术是机电一体化系统能否完整、自如、灵活、富于生命性的关键要素,是各要素相互连接的优化匹配和有机溶合的粘合剂,为了与计算机进行通信,?必须使数据传递的格式标准化、规格化。?机电一体化技术的应用近几十年来机电技术的发展取得了显著的进步,尤其是在以下几个方面:
?1)计算机数控机床
?计算机数控机床是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化床。
2)工业机器人
?工业机器人一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。
3)先进制造系统?
目前,先进制造系统有柔性制造单元柔性制造系统、柔性生产线等几种形式。柔性制造单元可以作为组成柔性制造系统的基础,也可用作独立的自动化加工设备。
?4)?汽车的机电一体化
?汽车的机电一体化的中心内容是以微机为中心的自动控制改善汽车的性能,增加汽车的功能,实现汽车降低油耗,减少排气污染,提高汽车行驶的安全性、可靠性、操作方便和舒适性。?
5)智能控制系统
智能控制是由人工智能与自动控制两部分组成,目标就是使计算机去做那些只有人才能做具有智能的工作。
 
1.3本文的主要研究内容 
本课题是以模拟飞行员训练器为基础,进行从总体方案改进设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计,设计中注重基于工程设计的机械机构、机械传动技术和控制技术的结合,开发满足职业类院校机电一体化技术实践教学需求的教学设备。完成从总体方案改进设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计。拟解决的主要问题:
1. “翻滚训练模拟器”的控制系统方案拟定;
2. 翻滚训练模拟器控制系统详细设计方案;
3. 翻滚训练模拟器控制系统设计与调试;
4. 总体调试中出现问题的分析与控制系统优化改进;
 
 
 
本课题是以模拟飞行员训练器为基础,进行从总体方案改进设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计,设计中注重基于工程设计的机械机构、机械传动技术和控制技术的结合,开发满足职业类院校机电一体化技术实践教学需求的教学设备。完成从从总体方案设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计。
具体任务如下:1.充分调研,了解教学机器人国内外发展现状,收集资料,确定方案;2.完成英文资料翻译;3.完成总体方案设计;4.完成控制系统设计;5.完成装配,联机调试与优化;6.整理图纸等技术资料,撰写说明书,准时参加答辩。
一、选题简介、意义
 
本课题来源于无锡职业技术学院机电一体化技术创新实训室建设项目,以翻滚训练模拟器教学设备为载体,着重于培养学生实践能力和工程创新能力。本课题是以模拟飞行员训练器为基础,进行从总体方案改进设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计,设计中注重基于工程设计的机械机构、机械传动技术和控制技术的结合,开发满足职业类院校机电一体化技术实践教学需求的教学设备。
翻滚训练模拟器由一个动力源通过齿轮传动机构、带传动机构等实现两个相互垂直旋转运动的合成,以实现翻滚训练模拟器的合成翻滚运动。
控制系统采用PLC控制系统,可实现训练舱的转速、转向、转数等多种参数组合的训练模式选择。
 
二、课题综述(课题研究,主要研究的内容,要解决的问题,预期目标,研究步骤、方法及措施等)
(一)主要内容:
本课题是以模拟飞行员训练器为基础,进行从总体方案改进设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计,设计中注重基于工程设计的机械机构、机械传动技术和控制技术的结合,开发满足职业类院校机电一体化技术实践教学需求的教学设备。完成从从总体方案改进设计、结构设计、控制系统设计与开发、安装与编程调试全过程的设计。
(二)拟解决的主要问题:
1. “翻滚训练模拟器”的控制系统方案拟定;
2. 翻滚训练模拟器控制系统详细设计方案;
3. 翻滚训练模拟器控制系统设计与调试;
4. 总体调试中出现问题的分析与控制系统优化改进;
(三)预期目标:
根据项目需求,滚训练模拟器由一个动力源通过齿轮传动机构、带传动机构等实现两个相互垂直旋转运动的合成,以实现翻滚训练模拟器的合成翻滚运动。
(四)研究步骤
本课题的工作步骤分为四个阶段:
第一阶段:查阅相关文献,深入机器人实训室进行课题调研、收集资料、确定课题总体设计方案,完成开题报告;
第二阶段:分析设计要求,完成翻滚训练模拟器总体方案设计;
第三阶段:根据总体方案进行翻滚训练模拟器控制系统设计。
第四阶段:整理技术资料,完成毕业设计论文及答辩。
(五)研究方法及措施:
研究方法:本课题主要采用设计试制法。
措施:基于无锡职业技术学院机电一体化技术创新实训室现有平台,在导师的指导下,结合在校期间学习的相关专业理论与实践知识深入研究教学设备的要求与特点,设计翻滚训练模拟器的控制系统。
 
三、设计(论文)体系、结构(大纲)
第一部分  引言
1.1课题来源及研究意义
1.2国内外机电一体化技术应用概况
1.3本文的主要研究内容
第二部分  翻滚训练模拟器总体方案设计
2.1翻滚训练模拟器概述
2.2翻滚训练模拟器总体方案
2.3翻滚训练模拟器控制系统总体方案
第三部分  翻滚训练模拟器控制系统设计
3.1翻滚训练模拟器控制系统设计概述
3.2翻滚训练模拟器控制系统设计说明
  第四部分  翻滚训练模拟器装配调试分析
4.1翻滚训练模拟器装配调试分析与优化  
4.2整机调试分析与优化
第五部分  结论
致谢
第六部分 主要参考文献
附录
 主要参考文献
[1]  俞国亮.《PLC应用原理》.清华大学出版社.2005.6
[2]  路林吉.江龙康等.《可编程序控制器原理及应用》清华大学出版社,2002
[3] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京:人民邮电出版社,2004年7月
[4]  邓则名、邝穗芳等.《电器与可编程序控制器应用技术》北京:机械工业出版社,1997
[5]  廖常初.《可编程序控制器的编程方法与工程应用》重庆:重庆大学出版社,2001
[6]   瞿彩萍.《PLC应用技术》.中国劳动社会保障出版社. 2006
[7]  廖常初.《PLC梯形图程1》机械工业出版社 2004
[8]  向晓汉. 《PLC控制技术与应用》清华大学出版社 2010
[9]高勤田培成编.可编程控制器原理及应用三菱机型.电子工业出版社.2009.
[10] 张兴国.可编程控制器技术及应用.北京:中国电力出版社,2006年4月
[11] 谢克明、夏路易.可编程控制器原理与程序设计.??北京:电子工业出版社2006年7月
[12]孙玉华.可编程控制器(PLC).同济大学职业技术教育学院,2009
[13] 宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.北京:冶金工业出版社,2001年5月
 
 
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