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经济型电子万能试验机系统

经济型电子万能试验机

系统组成单元主要分成电机驱动单元、测量单元、电机控制单元、机械部分、上位PC机等五部分,各个部分具体设计方案如下。

中均采用交流伺服电机,它在大转矩下工作稳定性高、小转矩下定位精度高、测量数据准确,但成本昂贵。因而在力矩满足要求的前提下,本研究中该部分选用步进电机及细分驱动器。其主要功能是接收电机控制卡发送的脉冲信号,将其转换成相应的控制指令来驱动步进电机以设定的速度正转、反转以及停止,从而控制横梁上升、下降、停止。细分驱动器可以大幅减小电机步距角,提高位置控制精度。在电机不产生失步的情况下,可以通过计算脉冲数获得电机转动角度,计算出横梁移动的位移。在此我们采用的是三相混合式步进电机及相应的三相细分驱动器,驱动器由直流电源供电,具有最大30000步/转的十六种细分模式可选,大幅提高了定位精度。

二、电机控制单元:该部分主要功能是接收上位PC机的运动指令,产生相应的脉冲信号,发送给电机驱动器。在此选用6030电机控制卡,其根据上位机的命令产生脉冲序列,包括脉冲个数(位置)、频率(速度)及频率变化率(加速度),它通过PCI总线与上位PC机实现通信,只需将控制卡插入PC机主机插槽内,使用方便。

中的执行部件动横梁是利用滚珠丝杠螺母副传动,螺母和动横梁通过螺纹连接固定,这样滚珠丝杠转动即可实现动横梁的上升下降运动。滚珠丝杠是由步进电机通过联轴器直接带动,动横梁与称重传感器、夹具之间的连接均是通过螺纹。

四、测量单元:该测量系统部分主要包括变形测量、位移测量、负荷测量以及AD采集卡。系统的变形是通过标准的引伸计来测量的,它能够将变形的变化量按比例转换成电压的变化,这样通过处理电压变化量即可计算出实际变形量。而位移是通过与横梁固定的拉杆?式直线位移传感器获得,它同样将位移的变化量成比例地转换为电压变化,由计算电压变化即可得到横梁的位移;另外,在不失步的情况下,亦可根据控制卡发送的脉冲数来计算电机的转角,以获得横梁的位移,这样可省略位移传感器。而利用位移传感器构成位移闭环控制系统,结果较准确,避免了因电机丢步造成的定位不准确的影响。负荷测量是采用日月科技公司生产的标准S型称重传感器,其测量原理与变形测量一样,均将被测量转换为电压信号,计算方便。传感器一般测得的信号均为微弱的电信号,需要经过放大器的放大才能被AD采集卡测得。AD采集卡将传感器测得的模拟量信号转换成数字信号,其利用PCI总线传输给上位PC机,供上位机处理。

五、上位PC机:在Windows XP操作系统下,以Visual Basic为开发环境,完成上位机测控软件的编写,达到人机友好界面设计的目的。上位机需将接收到的数据采集卡的二进制数据转换成所需的实际值,并通过运算向6030控制卡发送电机运动指令,该部分使软件具有人机界面友好、功能易扩充、迎合使用者需求的优点。

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