机电一体化系统构成实验
机电一体化系统仿真实验报告
机电一体化系统仿真实验报告一、实验目标本实验的目标是通过仿真模拟机电一体化系统，验证系统的工作原理和性能参数，探究机电一体化系统在不同工况下的响应特性。
二、实验原理机电一体化系统是由机械部分和电气部分组成的，其中机械部分包括传动装置、力传感器和负载，电气部分包括控制器和电机。
在机电一体化系统中，电机通过控制器产生驱动信号，控制负载的转动。
力传感器用于测量负载的转动产生的力，并反馈给控制器。
三、实验步骤1.搭建仿真模型：根据实验要求，选择合适的仿真软件，搭建机电一体化系统的仿真模型。
通过连接电机、控制器、传动装置、力传感器和负载，构建完整的系统。
2.设置参数：根据实验设定的工况，设置系统的参数。
包括电机的转速、传动装置的传动比、负载的转动惯量和滑动摩擦系数等。
3.运行仿真：对系统进行仿真运行，记录电机的转速、负载的转动惯量、力传感器的输出力以及电机的功率消耗等参数。
4.分析结果：根据仿真结果，分析系统在不同工况下的响应特性。
可以通过绘制曲线图或制作动画来观察系统的运动轨迹和力的变化情况。
五、实验结果与讨论根据实验设置的参数，在不同转速和负载惯量下进行了多组仿真实验，并记录了系统的各项参数。
1.转速与力的关系：随着电机转速的增加，负载的输出力也随之增加，但是增幅逐渐减小。
当转速达到一定值后，输出力和转速的关系呈现饱和状态。
2.负载惯量与转速的关系：在给定转速范围内，随着负载惯量的增加，电机的转速逐渐降低。
这是因为负载惯量增加会增加系统的惯性，降低了电机的响应速度。
3.功率消耗的变化：随着转速和负载惯量的增加，电机的功率消耗呈现增加的趋势。
这是因为转速和负载惯量的增加会增加电机的负载，使其需要输出更大的功率来维持转速。
四、实验总结通过此次实验，我们深入了解了机电一体化系统的工作原理和性能特点。
在不同工况下，电机的转速、负载的力输出、功率消耗等参数都有相应的变化。
通过仿真实验，我们可以准确地预测系统在不同工况下的性能表现，为设计和优化机电一体化系统提供了依据。
机电一体化实验报告
机电一体化实验报告一体化系统设计实验报告学院专业班级学号姓名指导教师XX 年1月12日实验一机电一体化系统的组成实验目的：以XY简易数控工作台为例，说明机电一体化系统的基本组成和各模块的特点。
实验设备：1台式PC机一台1标准XY工作台一套1运动控制卡一块1游标卡尺一把实验内容：XY简易数控工作台是一典型的机电一体化系统，是许多数控加工设备和电子加工设备的基本部件，XY数控工作台主要由运动控制卡、DC24V 开关电源、步进电机及其驱动器、XY向运动平台、光栅尺和霍尔限位开关组成，其之间的关系如图1、1所示。
工作原理大致为：运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理（插补运算），转化成步进电机驱动器可以接受的指令格式（速度脉冲和方向信号）发给驱动器，由驱动器进行脉冲环行分配和功率放大从而驱动步进电机，步进电机经过联轴器、滚动丝杠推动工作台按指定的速度和位移运动。
实验步骤：（1）在XY数控工作台系统中分别找到上述各个模块，并指出各模块在机电一体化系统中实现哪一模块的功能。
①运动控制卡：运动控制卡是PCL、CPCL、PXL等总线形成的板卡，通俗地讲我们可以把它看成一个单片机，有自己的算法，可以通过VC、VB、labview. BCB等语言实现其功能，数控系统即通过运动控制卡来实现对机床运动轨迹的控制。
②DC24V开关电源：对供电要求质量比较高的控制设备提供纯净、稳定、没有杂波的直流电源。
③步进电机及其驱动器：步进电机用于驱动数控工作台的X、Y两个方向的移动；步进电机通过驱动器细分，可减小步距角，从而提髙步进电机的精确率，实现脉冲分配和功率驱动放大，此外还可以消除电机的低频振荡、提高电机的输出转矩。
④XY向运动平台：分别传输X、Y两个方向的运动。
⑤光栅尺：光栅尺是一种位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。
经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。
⑥霍尔限位开关：用于限制工作台的运动超出导轨的有效长度。
机电一体化实验指导书
实验一、单管放大电路实验报告实验目的：实验此电路是否具有放大作用，以及更深刻的认识放大电路的原理和了解放大电路在生活中的应用实验原理：三极管的放大作用实验步骤：先检测三极管是否具有放大作用，再通过函数信号发生器和示波器以及模拟实验箱、万用电表来进行三极管的放大实验实验仪器：函数信号发生器、示波器、万用电表、模拟实验箱、导线数据记录：三极管是否具有放大作用的实验记录输入 1.8v输出 2.5v放大0.9v结论：三极管具有放大作用。
对放大电路的实验记录输入10mv 15mv 20mv输出200mv 300mv 400mv放大180mv 285mv 380mv结论：此电路具有放大作用。
实验二、基本运算电路实验目的：（1）加深运算放大器两条规则的认识。
（2）掌握运算放大器的使用功能。
实验原理运算放大器（简称运放）是一种包含许多晶体管的集成电路。
作用是把输入电压放大一定倍数后再输送出去，其输出电压与输入电压的比值称为电压放大倍数或电压增益。
是一种高增益、高输入电阻、低输出电阻的放大器。
下图给出了运放电路图形符号。
运放有两个输入端a （倒相输入端或反相输入端）、b （非倒相输入端或同相输入端）和一个输出端O 。
理想运放是指其开环放大倍数A →∞，输入电阻R í→∞，输出电阻R O →0，可以得出以下两条规则：（1）倒相端和非倒相端（反相输入端和同相输入端）的输入电流均为零（虚断I += I -=0）。
（2）对于公共端（地），倒相端和非倒相端（反相输入端和同相输入端）的电压相等（U +=U -）。
实验内容与步骤 1.反相比例运算电路反相比例运算电路如图所示，图 反相比例运算电路输入电压U i 通过电阻R 作用与运放的反相输入端（其中R 2=R 1∥R f ）。
根据理想运放的两条规则有U P =U N =0 I P =I N ，所以节点N 的电流方程为1R Un Ui -=Rf UoUn -有U O =—Ui R Rf 1，U O 与U i 成比例关系，比例系数为 —1R Rf，负号表示U O 与U i 反相。
机电一体化系统设计试验-机械工程试验教学中心
《机电一体化系统设计》实验实验归属：课内实验课程编码：0BH01119课程性质：专业课实验学时：6适用专业：机械设计制造及其自动化（非机电方向）一、实验教学的地位、任务及作用本实验教学在学生的认知过程中处于实践验证的重要地位。
通过对典型机电系统构成及功能的认知、PLC等典型机电系统控制系统编程训练，掌握机电一体化系统的基本原理、相关技术和机电一体化产品的设计方法。
培养学生具有综合运用机电一体化相关技术和从事一般机电一体化系统设计的能力，最终达到“以机为主、以电为用、机电有机结合”的目的。
二、实验教学的目的及学生应达到的实验能力标准本实验配合机电一体化系统设计课程，是该课程的一个重要部分，理论与实践相结合，达到巩固学生的学习效果的目的。
通过本课程实验，使学生进一步理解、掌握和运用机电系统相关技术运用，具备PLC等典型机电控制系统设计编程能力。
培养学生具备综合运用机电一体化相关技术的能力是本课程实验的目的所在。
三、实验内容及基本要求序号 实验项目名称学时实验内容与要求必开/选开1 机电一体化系统组成认知实验21．了解典型的机电一体化设备（EM系列教学设备）的结构和工作原理，建立机电一体化系统基本组成概念；2．针对EM‐400系列教学设备，体会各组成部分的作用以及相互间是如何协调工作的。
必开2 PLC系统组成实验 2 控制三相交流电机的Υ-Δ降压启动过程。
了解实验箱和控制模块结构特点完成控制系统PLC外部接线；熟悉STEP7上位编程环境及程序调试方法。
必开3 PLC编程实验 2 完成交通信号灯的自动及手动控制，让学生熟悉PLC的工作过程以及开发设计的必要环节。
实验内容：系统I/O分配、PLC外部接线、梯形图软件编程、联机调试，并对设计方案进行动作过程分析。
编程方法自定。
必开四、主要设备或软件环境1．西门子S7200系列可编程序控制器实验装置；；电机、交通灯控制模块；2．微机、STEP7 WIN4.0上位编程软件、编程电缆等；3．柔性制造系统教学设备。
机电一体化实验指导书
机电一体化实验指导书1目录实验一与非逻辑功能实验 (1)实验二定时器/计数器功能实验 (4)实验三置位/复位及脉冲指令实验 (8)实验四移位寄存器实验 (14)实验五数码显示的模拟控制 (19)实验六装配流水线的模拟控制 (23)实验七交通灯的模拟控制 (26)实验八机械手的模拟控制 (29)附录 (31)机电一体化实验指导书实验一与非逻辑功能实验一、实验目的1．熟悉PLC实验装置。
2．练习手持编程器的使用3．熟悉系统操作。
4．掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。
二、实验内容1．熟悉三菱GX-Developer 编程软件的使用方法，请详细阅读本书附录的全部内容。
2．编制梯形图并写出程序，通过程序判断Y1、Y2、Y3、Y4的输出状态，然后再输入并运行程序加以验证。
三、实验原理1．线圈驱动指令LD、LDI、OUTLD：取指令。
表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。
LDI：取反指令。
表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。
OUT：线圈驱动指令，也叫输出指令。
LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将接点接到母线上。
也可以与ANB指令、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。
OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。
对输入继电器X不能使用。
OUT指令可以连续使用多次。
LD、LDI是一个程序步指令，这里的一个程序步即是一个字。
OUT是多程序步指令，要视目标元件而定。
OUT指令的目标元件是定时器T和计数器C时，必须设置常数K。
2．接点串联指令AND、ANIAND，与指令。
用于单个常开接点的串联。
ANI，与非指令。
用于单个常闭接点的串联。
AND与ANI都是一个程序步指令，它们串联接点的个数没有限制，也就是说这两条指令可以多次重复使用。
OUT指令后，通过接点对其它线圈使用OUT指令称为纵接输出或连续输出，连续输出如果顺序不错可以多次重复。
机电一体化系统构成实验
实验一机电一体化系统组成实验实验目的1.通过了解物流生产线的结构及工作原理建立典型机电系统基本组成概念；了解机电系统五要素。
2.了解物流生产线的工作过程，体会各组成部分的作用以及相互间是如何通讯协调工作的。
实验设备：1－立体仓库系统单元 2－机械手搬运系统单元3－多工位加工系统4－多通道环行线系统单元 5－视觉检测系统单元其中巷式起重机基本结构;由丝杠驱动步进电机（5-1-1）、光杠（5-1-2）、气动储取货物机构（5-1-3）、X轴步进电机（5-1-4）、Ｘ轴光杠（5-1-5）、Ｚ轴气缸（5-1-6）、滚珠丝杠（5-1-7）组成。
巷式起重机(5-1)主要是实现货物在仓库内的自动存取机械手搬运系统单元四轴联动机械手机构结构:由伺服电机驱动可旋转角度=270°的气控机械手（具有光电传感器）（1-1-1）、②由步进电机驱动丝杠组件构成沿X、Y轴移动装置（含x、y轴限位开关）（1-1-2）、可回旋=270°的转盘机构（1-1-3）（其电气部分由直流无刷电动机、光电编码器、接近开关等）。
型材基体（1-1-4）组成。
四轴联动机械手机构主要实现空间货物的存取多工位加工系统单元4000E2多工位加工系统单元结构图如图 4-3 所示。
（2-1）－铣床（2-2）－钻床（2-3）－多工位工作台多工位工作台多工位工作台由Ｘ轴步进电机（2-3-1）、滚珠丝杠（2-3-2）、自动夹紧工作台（2-2-3）、直线导轨（2-3-4）、Ｙ轴步进电机（2-3-5）、Ｙ轴丝杠（2-3-6）、型材基体（2-3-7）组成，多工位工作台主要是通过Ｘ、Ｙ轴步进电机使自动夹紧工作台中的货箱到达预定的钻、铣工位，并对货箱进行钻、铣削加工。
见图4-3-3检测环节;在各站点均有检测环节，请根据运动控制需求分析各检测环节位置检测：接近开关、光电开关位移检测;光栅尺驱动：步进电机、负压吸盘柔性制造系统网络组成物流生产线是由主控单元1、仓储单元4、拾取单元2、加工单元3、检测单元5及传送单元和上位工控机构成。
机电一体化课程实验报告
机电一体化课程实验报告机电一体化课程实验报告机电小论文红外寻迹机器人的设计姓名：###学号：####一、综述（机电一体系统）机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。
机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。
现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。
机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。
是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
研究将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在机械装置中的一种复合化技术。
俗称机电一体化。
机械电子学(mechatronics)是由机械学(mechanics)和电子学(electronics)两个词结合而成的新词。
其全称为机械电子工程学，英语为mechanicalandelectronicalengineering。
机械电子学主要研究目的是把机械技术与微电子技术和信息技术有机地结合为一体，实现整个系统的最优化。
机械电子学可以充分发挥机械技术、微电子技术和信息技术的各自的长处和特点，促进机械产品的更新换代。
机械电子学系统主要由机械主体、传感器、信息处理和执行机构等部分组成。
较高级的系统不但有硬件，而且还有相应的软件,利用软件技术可以实现硬件难以实现的功能,使机械系统增加柔性。
典型的机械电子系统有数控机床、加工中心、工业机器人等。
机械电子学技术除用于单个机器、设备或一般的生产系统的技术改造之外，还用于柔性制造系统、计算机集成制造系统、工厂自动化、办公自动化、家庭自动化等方面。
机电一体化实验
实验环境
实验设备
使用最新的机电一体化设备，包括传感器、执行器、控制器等。
实验室条件
提供良好的实验环境，包括稳定的电源、恒定的温度和湿度。
安全措施
遵守相关的安全规章制度，确保实验过程安全可靠。
实验过程
1调试和测试Fra bibliotek2通过连接电源和控制器，对系统进行
调试和测试，确保各个部件正常工作。
实验的应用前景
工业自动化
机电一体化技术在工业自动化 领域有广泛应用，提高了生产 效率和质量。
医疗器械
机电一体化系统在医疗器械中 的应用，能够提供更精确和高 效的医疗服务。
智能家居
机电一体化技术为智能家居提 供了更智能、便捷和舒适的生 活方式。
实验的局限性
技术限制
机电一体化技术的发展仍存在一些技术难题和待解决的问题。
3
数据分析
4
利用数据处理软件，对实验数据进行 分析和图形化展示，以评估系统的性
能。
系统组装
按照实验指导书的要求，将机电一体 化系统进行组装。
数据采集
使用传感器采集实验数据，记录系统 在不同状态下的性能参数。
实验结果和分析
优势
• 提高生产效率 • 降低能耗 • 增强自动化程度
挑战
• 系统复杂性 • 故障排查困难 • 高成本
机电一体化实验
机电一体化实验涉及实验目的、实验环境、实验过程、实验结果和分析、实 验的应用前景、实验的局限性以及结论和总结。
实验目的
1 探索机电一体化技术
了解机电一体化的基本概念和原理，以及其在现代工业领域的应用。
2 培养实践操作能力
通过实验学习，掌握机电一体化系统的组装、调试和维护技能。
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实验一机电一体化系统组成实验
实验目的
1.通过了解物流生产线的结构及工作原理建立典型机电系统基本组成概念；了解机电
系统五要素。
2.了解物流生产线的工作过程，体会各组成部分的作用以及相互间是如何通讯协调工
作的。
实验设备：
1－立体仓库系统单元 2－机械手搬运系统单元3－多工位加工系统4－多通道环行线系统单元 5－视觉检测系统单元
其中巷式起重机基本结构;
由丝杠驱动步进电机（5-1-1）、光杠（5-1-2）、气动储取货物机构（5-1-3）、X轴步进电机（5-1-4）、Ｘ轴光杠（5-1-5）、Ｚ轴气缸（5-1-6）、滚珠丝杠（5-1-7）组成。
巷式起重机(5-1)主要是实现货物在仓库内的自动存取
机械手搬运系统单元
四轴联动机械手机构结构:由伺服电机驱动可旋转角度=270°的气控机械手（具有光电传感器）（1-1-1）、②由步进电机驱动丝杠组件构成沿X、Y轴移动装置（含x、y轴限位开关）（1-1-2）、可回旋=270°的转盘机构（1-1-3）（其电气部分由直流无刷电动机、光电编码器、接近开关等）。
型材基体（1-1-4）组成。
四轴联动机械手机构主要实现空间货物的存取
多工位加工系统单元
4000E2多工位加工系统单元结构图如图 4-3 所示。
（2-1）－铣床（2-2）－钻床（2-3）－多工位工作台
多工位工作台
多工位工作台由Ｘ轴步进电机（2-3-1）、滚珠丝杠（2-3-2）、自动夹紧工作台（2-2-3）、直线导轨（2-3-4）、Ｙ轴步进电机（2-3-5）、Ｙ轴丝杠（2-3-6）、型材基体（2-3-7）组成，多工位工作台主要是通过Ｘ、Ｙ轴步进电机使自动夹紧工作台中的货箱到达预定的钻、铣工位，并对货箱进行钻、铣削加工。
见图4-3-3
检测环节;在各站点均有检测环节，请根据运动控制需求分析各检测环节
位置检测：接近开关、光电开关
位移检测;光栅尺
驱动：
步进电机、负压吸盘
柔性制造系统网络组成
物流生产线是由主控单元1、仓储单元4、拾取单元2、加工单元3、检测单元5及传送单元和上位工控机构成。
其控制器均为S7-200 PLC 226 ，相互间直接通过PPI网络通讯。
PPI网络拓扑图
由主控单元通过PPI总线控制其他从站PLC的工作状态(起停与物料运行情况).具体各从站的控制任务由各从站控制器独立运算与驱动完成。
另主控单元通过EM277和CP5611与上位工控机构成PROFIBUS_DP网络.组态软件
使用组态王.
PROFIBUS网络拓扑图
将上述两种总线合并，系统完整网络拓扑如图
了解分析系统中信息数据流的传输关系。
主控系统负责通过PPI总线控制其他从站
况。
PROFIBUS 总线系统中工控机安装组
态王，作为主站，通过CP5611板卡与各
EM277为从站的下位PLC系统连接，实
现上位人机界面系统与下位控制器连
接。
思考题：
1、试分析机电系统中系统五大要
素各系统构成？
2、请根据系统能协调控制加工节
拍等现象，分析PPI通讯网络
中主站作用？
3、试分析主站与从站通讯数据区应如何规划？
4、谈谈仓储单元中显示装置的作用,可能的通讯参数与协议？
5、试分析某一单元的控制功能,并画出流程图。
6、传动导向机构分析;与滑动传动对比分析？
7、检测系统分析：各接近开关工作原理及功用分析
8、驱动系统分析：步进驱动在各系统定位（如取某层某位的工件）中运用分
析。
9、请分析仓储单元每次存取工件都需复位原因？。