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淺談機電一體化課程的仿真設(shè)計論文
1 計算機仿真教學(xué)介紹
PROTEUS 與 Keil C51 軟件是兩個計算機仿真與編程軟件。兩者可以結(jié)合在一起，開發(fā)基于仿真電路的控制系統(tǒng)。機電一體化技術(shù)這門課程是機電一體化專業(yè)的必修課程。課程除了正常的實驗環(huán)節(jié)之外，需要進行機電一體化設(shè)計。以往的做法是布置課題后，由學(xué)生進行機電結(jié)合設(shè)備的參數(shù)設(shè)計和CAD繪圖設(shè)計，并將設(shè)計內(nèi)容熟練掌握。通過答辯驗證學(xué)生的課程設(shè)計結(jié)果。在建立仿真實驗室后，在課程設(shè)計的內(nèi)容上，增加了利用仿真軟件進行電機驅(qū)動電路設(shè)計，并進行仿真的環(huán)節(jié)。其做法是，教師布置并講解電機驅(qū)動的相關(guān)電路，學(xué)生根據(jù)驅(qū)動原理設(shè)計與機電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計相配套的驅(qū)動電路，然后進行仿真。使用獨立式鍵盤控制步進電動機的電路設(shè)計。所設(shè)計的驅(qū)動電路，采用PROTEUS 完成。按下S1、S2、S3 鍵盤，電機分別完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)控制。學(xué)生在設(shè)計前，必須復(fù)習(xí)步進電機的驅(qū)動原理。就是步進電機是將單片機的電脈沖轉(zhuǎn)換成步距角進行旋轉(zhuǎn)運動的裝置。一個脈沖，步進電機轉(zhuǎn)一個步距角。而脈沖的頻率決定步進電機的轉(zhuǎn)動速度。步進電機的驅(qū)動脈沖是分時由脈沖分配器供給的。因此，學(xué)生要設(shè)計步進電機的環(huán)形脈沖分配表。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生需要動手編制電路驅(qū)動所用的驅(qū)動程序。步進電機脈沖驅(qū)動電路的控制程序流程圖
機電一體化仿真設(shè)計過程
學(xué)生設(shè)計好教師要求的軟件和電路圖后，必須使用PROTEUS程序調(diào)用KEIL C51 程序進行聯(lián)調(diào)。見圖4。KEIL C51 可以根據(jù)PROTEUS 程序的調(diào)試結(jié)果進行修改，直到兩軟件將PROTEUS 所設(shè)計的硬件電路和KEIL C51 程序所代表的軟件程序完美地被結(jié)合到一起，并符合所要求的設(shè)計要求后，整個設(shè)計過程結(jié)束。學(xué)生要能夠完整地設(shè)計所要求的電路，并根據(jù)電路特點進行編程。所謂的電路特點的掌握，就是機電一體化設(shè)計中自動控制理論所需達
到和掌握的知識。這些知識中，確定為核心與必須學(xué)生掌握的部分，包括步進電機轉(zhuǎn)向原理的掌握、步距角與電機脈沖數(shù)的關(guān)系、步進電機與直流伺服電機和交流伺服電機的控制特點上的區(qū)別與聯(lián)系、步進電機環(huán)形脈沖分配的順序和特點、C 程序設(shè)計流程圖與編程語句中需要解決與注意的幾大問題等等。
學(xué)生在設(shè)計完成后，要對自己的設(shè)計進行創(chuàng)新性的變化設(shè)計。這些設(shè)計也要與之前的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念相匹配。這樣，通過增加機電一體化設(shè)計的仿真設(shè)計環(huán)節(jié)，使學(xué)生的機電結(jié)合的知識更加鞏固，同時對相關(guān)知識的理解也更趨向于立體化，也使課程設(shè)計的內(nèi)容更為豐富。學(xué)生在進行機電一體化設(shè)計時，不僅僅對機電設(shè)備結(jié)構(gòu)與驅(qū)動電機選型、機械零件參數(shù)校核，同時也動手進行控制環(huán)節(jié)的過程進行設(shè)計并驗證設(shè)計的正確性。通過這樣增加的設(shè)計環(huán)節(jié)，使此課程設(shè)計的內(nèi)容更加豐富。大大鍛煉了學(xué)生的機電結(jié)合的設(shè)計能力。增加這樣的仿真環(huán)節(jié)，對同樣有此課程的同行們，會有一定的啟示作用。
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