机电一体化系统实验指导书
机电一体化课程设计指导书
机电一体化课程设计指导书一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握机电一体化基本原理，包括机械系统、电子系统、控制系统及信息处理系统的基本构成及相互关系。
2. 学习并掌握常用传感器的工作原理及其在机电一体化系统中的应用。
3. 掌握机电一体化系统的设计方法和步骤，能够运用相关知识进行简单的系统设计。
技能目标：1. 能够运用CAD软件进行简单的机械结构设计，并完成图纸绘制。
2. 能够运用编程软件对控制系统进行编程，实现对机电系统的基本控制。
3. 能够运用相关工具和仪器进行机电一体化系统的调试和故障排除。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学、探索未知的精神，提高对机电一体化技术的兴趣和认识。
2. 培养学生的团队协作意识和沟通能力，使他们在项目实践中能够主动承担责任，共同解决问题。
3. 培养学生具备安全意识、环保意识和质量意识，使其在设计过程中充分考虑这些因素，养成良好的职业素养。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在帮助学生在掌握基本理论知识的基础上，提高实践操作能力。
课程目标具体、可衡量，有助于学生和教师明确课程预期成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
在教学过程中，注重理论联系实际，激发学生的创新思维，培养具备实际操作能力的机电一体化技术人才。
二、教学内容根据课程目标，教学内容分为以下三个部分：1. 理论知识学习：- 机电一体化基本原理：讲解机械系统、电子系统、控制系统及信息处理系统的基本构成及相互关系，涉及课本第一章内容。
- 常用传感器：介绍各种传感器的工作原理及其在机电一体化系统中的应用，对应课本第二章。
- 系统设计方法：学习机电一体化系统的设计方法和步骤，包括需求分析、方案设计、详细设计等，参考课本第三章。
2. 实践操作：- 机械结构设计：运用CAD软件进行简单机械结构设计，绘制图纸，结合课本第四章内容。
- 控制系统编程：使用编程软件进行控制系统编程，实现对机电系统的基本控制，涉及课本第五章。
机电一体化实验指导书
机电⼀体化实验指导书《机电⼀体化技术》实验指导书(第⼀版)杨林初编写王佳主审适⽤专业：机械设计制造及其⾃动化机械电⼦⼯程江苏科技⼤学机械⼯程学院2010年10⽉前⾔为了使学⽣更好地理解和消化理论教学中相关知识点，掌握机电⼀体化技术中机械、电⽓、⽓压、液压等相结合的特点，以及相关的电⼦技术和计算机控制技术等理论，特编写本实验指导书。
该课程共开设两个必修实验，分别是《⼯业机器⼈产品解剖实验》和《机电⼀体化产品解剖实验》课程采⽤国际先进的以⾊列intelitek机械⼿臂为平台，详细介绍该设备的机械结构和电⽓结构，机电结合，演⽰其各个⾃由度的⼯况。
《机电⼀体化产品解剖实验》以斯沃数控维修仿真软件和数控机床实物为平台，以多媒体教学为辅助⼿段，虚拟教学和实物教学相结合，充分剖析数控机床和机械结构和电⽓结构。
本实验指导书的特点是通俗易懂，难度适中。
⽽且本实验采⽤国际和国内先进的智能化程度较⾼的机械⼿臂和数控设备作为实验平台，设备较先进，在实验中了解应⽤这些系统，可使学⽣在诸多⽅⾯获益。
如果学⽣想深⼊学习，本指导书可起到抛砖引⽟的作⽤。
由于本指导书编写时间仓促，编者⽔平有限，错漏难免，请⼴⼤师⽣指正，多提宝贵意见。
⽬录实验⼀：⼯业机器⼈产品解剖实验 (1)实验⼆：机电⼀体化产品解剖实验 (7)实验⼀：⼯业机器⼈产品解剖实验实验学时：2实验类型：演⽰实验要求：必修⼀、实验⽬的通过给定的教学机器⼈，使学⽣认识和了解⼯业机器⼈（机械⼿臂）的基本结构和组成。
初步掌握对机械⼿的编程和控制⽅法。
⼆、实验内容1.认识⼯业机器⼈的结构特点。
2.认识⼯业机器⼈的运动特性。
3.了解⼯业机器⼈电⽓控制系统的组成和控制⽅法。
4.学会简单编程，控制⼯业机器⼈完成规定的动作。
三、⼯业机器⼈结构原理SCORBOT-ER 4u是仿效⼯业机器⼈设计和研制开发的。
开放式的机械⼿臂结构让学⽣观察和学习它的内部机械装置。
如图1所⽰。
机械⼿臂各个组成部分如图2所⽰。
机电一体化系统实验指导
机械创新设计与制作综合实验指导书1机电一体化系统实验编著者：陈照强宋雪丽王毅机械工程学院2007年2月16日一、机电一体化概念机电一体化技术又称机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。
机电一体化在国外被称为Mechatronics，是日本人在20 世纪70 年代初提出来的，它是用英文Mechanics 的前半部分和Electronics 的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合，现已得到包括我国在内的世界各国的承认。
我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。
机械技术是一门古老的学科，它发展到今天经历了一个漫长的历史时期。
机械是现代工业的物质基础，国民经济的各个部门都离不开机械。
机械种类繁多，功能各异，不论哪一种机械，从诞生以来都经历了使用—改进—再使用—再改进，不断革新和逐步完善的过程。
对于某一种形式的机械，一般来说都有一定的局限性，或者说都有一定的适用范围、存在某些固有的缺点，这就迫使人们寻找新的工作原理，发明新型的机械．从而使得具有同一用途的机械具有不同的种类。
机械本身的发展也是无止境的，但是这种发展却是缓慢的。
各种机械发展到今天．单从机械角度对它们进行改进是越来越不容易了。
随着科学技术的发展，一个比较年轻的学科——电子技术正在蓬勃发展，从分立电子元件到集成电路（IC），从集成电路到大规模集成电路和超大规模集成电路，特别是微型计算机的出现，使电子技术与信息技术相结合并向其他学科渗透，把人类带人了一个神化般的世界。
信息技术（3C 技术）的主体包括计算机技术、控制技术和通信技术。
电子技术与计算机技术同机械技术相互交叉，相互渗透，使古老的机械技术焕发了青春。
在原有机械基础上引入电子计算机高性能的控制机能，并实现整体最优化，就使原来的机械产品产生了质的飞跃，变成功能更强、性能更好的新一代的机械产品或系统，这正是机电一体化的意义所在。
机电一体化技术是现代科学技术发展的必然结果。
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。
机电一体化实验指导用书2016.10.25
机电一体化实验指导用书机械基础实验教学中心目录实验一可编程控制器与步进电机驱动 (2)实验二可编程控制器与伺服电机驱动 (7)实验三来电自动复位 (10)实验四气动回路控制 (13)实验五传感器的应用 (19)实验六自动分料机构 (28)实验一可编程控制器与步进电机驱动一、实验目的：1.掌握PLC与上位机的接线。
2.熟悉PLC的一些指令，输出脉冲信号控制步进电机。
3.熟练应用GX Developer软件。
4.了解步进电机及其驱动器的应用。
二、实验器件：1.个人电脑PC。
2.PLC实验装置，型号FX3U。
3.RS—485数据通讯线。
4.步进电机，步进电机驱动器。
5.稳压电源一台,导线若干。
三、实验内容：步进电机驱动器采用高频脉宽调制技术，具有噪声低、效率高、电压范围宽、设置灵活、保护齐全运行特性良好等优点。
步进电机接线图如下图所示：说明：LED指示灯绿灯表示驱动器正常，红灯表示报警，驱动器报警时将停止工作，需要复位才能清除报警状态。
注意：（1）当控制器的控制信号的电压为5V时，连接线路中R1电阻为0欧姆；当控制信号的电压为24V时，为保证控制信号的电流符合驱动器的要求，在连接线路中R1的电阻为2K欧姆。
（2）驱动器上的FREE接口为脱机控制信号输入端口，当控制信号回路接通时，驱动器会立即切断输出的相电流，电机此时处于自由状态。
1.Kinco2M530型驱动器采用拔位开关设定电流和细分，其拨位开关设定为设定所要驱动的步进电机的电流，应与步进电机的额定电流相适应，该实验的步进电机的额定电流为2.8A细分为32。
，具体设定如下：200*细分为一个螺距所需要的脉冲数，螺距为5mm. 注意：更改拨码开关的设定之前请先切断电源。
2.输入信号的连接：公共阳端OPTO：为输入信号的公共端，OPTO端须接外部系统的VCC。
若VCC为＋5V则可直接连接，若VCC不是＋5V，则须外接限流电阻R，保证给内部光耦提供8－15mA的驱动电流。
机电一体化实验指导书精品文档27页
实验一计算机控制系统时间响应分析一、实验目的1．培养学生初步的MATLAB编程能力；2．培养学生初步利用MATLAB对离散控制系统进行时域、频域分析的能力。
二、实验原理及方法1．对如下离散控制系统进行单位阶跃响应、单位脉冲响应的仿真：8.06.15.14.32)(22+−+−=ZZZzzG2．用到的控制系统工具箱函数有：dstep( ) 离散时间阶跃响应dbode() 离散波特图dimpulse( ) 离散时间单位脉冲响应dnyquist() 离散Nyquist图3．可参考如下MATLAB语言仿真样例程序进行编程：num=[2 -3.4 1.5];den=[1 -1.6 0.8];%画离散单位阶跃响应曲线[y,x]=dstep(num,den)subplot(2,2,1)plot(y,'.r')gridxlabel('Time/s');ylabel('Amplitude');title('Discrete step response')%画离散单位脉冲响应曲线[y,x]=dimpulse(num,den);subplot(2,2,2)plot(y,'.g')gridxlabel('Time/s');ylabel('Amplitude');title('Discrete impulse response')%画离散系统bode图subplot(2,2,3)1dbode(num,den,0.1);title('Discrete Bode Plot')grid%画离散系统的nyquist图subplot(2,2,4)dnyquist(num,den,0.1)title('Discrete Nyquist Plot')grid4．参考仿真结果曲线如下：0204060-0.500.511.52Time/sAmplitudeDiscrete step response010203040-1012Time/sAmplitudeDiscrete impulse response-20190Magnitude (dB)10-1100101102-90090Phase (deg)-2024-4-2024-2 dB-4 dB0 dB10 dB6 dB-10 dB4 dB2 dB-6 dBDiscrete BodePlotFrequency (rad/sec)Discrete Nyquist PlotReal AxisImaginary Axis三、实验仪器及材料1．计算机一台；2．MATLAB平台；3．打印机一台。
机电一体化系统设计实验指导书
. . .. . . 机电一体化系统设计实验指导书朱艳彩戴士杰慨工业大学机电传动与控制实验室2008年9月.. .专目录实验一：伺服电机控制实验 (2)实验二：机械手综合实验 (8)实验一伺服电机控制实验一、实验目的三菱通用交流伺服放大器MR-J2S系列是在MR-J2系列的基础上开发的具有更高性能和更高功能的伺服系统，其控制模式有位置控制，速度控制和转矩控制以及它们之间的切换控制方式可供选者。
●该伺服放大器应用领域广泛，不但可以用于工作机械和一般工业机械等需要高精度位置控制和平稳速度控制的应用，也可用于速度控制和力控制的领域。
●该产品还有RS-232和RS-422串行通讯功能，通过安装有伺服设置软件的个人计算机就能进行参数设定，试运行，状态显示和增益调整等操作。
●与MR-J2S系列配套的伺服电机编码器采用了分辨率为131072脉冲/转的绝对位置编码器，所以比MR-J2系列具有进行更高精度控制的能力，采用高性能的CPU，大大提高产品的响应性，速度环路频率响应提高到550HZ。
●多种系列伺服马达适应不同控制需求，马达上的编码器均支持ABS模式，只要在伺服放大器上另加电池，就能构成绝对位置系统。
●使用更为方便，具有优异的自动调谐性能，机械分析功能，可以轻松实现抑制机械振动，增益搜索功能，可以自动找出最佳增益值。
二、实验容（一）、试运行电源接通后，按照以下步骤选择点动运行或无电机模式运行。
使用“MODE”按钮切换到诊断画面。
1、点动运行①、连接EMG-SG、VDD-COM，按UP/DOWN按钮可使伺服电机旋转。
松开按钮，伺服电机便停止。
通过伺服设置软件可改变运行的条件。
按钮的说明如下：②、在可以运行点动的状态下，按下MODE，则将显示“状态显示”画面，在这个画面上，用UP、DOWN进行点动运行。
每按1次MODE 按钮，就会移到下一个状态显示画面。
移到1周后又回到点动运行状态。
③、通过断开电源、按下“MODE”切换到另外画面或按“SET”2秒以上来结束点动运行。
机电一体化系统设计实验指导书
机电一体化系统设计实验指导书机械与车辆学院机电教研室安安全全注注意意事事项项机电一体化实验平台主要用于教学和科研。
在安装，使用和维护之前，请仔细阅读机电一体化测试平 台使用手册的相关文档。
并将机电一体化测试平台使用手册备在身边，以备需要时随时查阅。
使使用用注注意意事事项项使用（安装、运转、保养、检修）前，请务必熟悉并全部掌握本手册和其它相关资料，在熟知全 部机器知识、安全知识、以及注意事项后再使用设备。
本手册将安全注意事项分为“危险”“注意”“强制”“禁止”分别记载。
表 0-1 警告标志另外，即使“注意”所记载的内容，也可能因为不同的情况产生严重后果，因此任何一条注意事项都很 重要，在设备使用过程中请严格遵守。
虽然不符合“危险”“注意”的内容，但是用户在使用过程中必须严格遵守的事项， 在相关地方以记载。
实验一 FMS 认知实验一、实验目的通过操作MES 终端软件，实现对柔性制造系统的任务下达和控制加工，让学生了解CIMS 系统在现代自动化加工系统中的重要作用。
二、柔性制造系统基础知识简称ＦＭＳ，是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。
柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。
柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS 。
FMS 的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。
三、实验安排4学时、根据场地大小安排人员 四、实验步骤1. 参看入库实验完成堆垛机回零。
将水晶样件或亚克力样件入库（参考入库实验）。
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实验一计算机控制系统组成实验
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计算机控制系统基本组成概念；
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。
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。
工作站分析
了解控制功能和程序，分析各
工作站的程序控制框图，详见
系统使用说明书
思考题：
1、试分析该计算机控制系统中各系统构成
2、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、试分析顺序控制法在系统中运用？
5、谈谈仓储单元中显示装置的作用,可能的通讯参数与协议？
6、试分析某一单元的控制功能,并画出流程图。