第章机电一体化系统的机电有机结合分析与设计.ppt

第一 第6章 机电一体化系统的机电有机结合分析与设计 本章要求： 了解：机电一体化系统的稳态设计、动态设计及 可靠性、安全性设计。 6.1 机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法  6.1 机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法  6.1 机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法 6.1 机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法 6.1 机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法 2.2 机械传动部件的选择与设计 6.1 机电有机结合之一——机电一体化系统的稳态设计考虑方法 6.2 机电有机结合之二——机电一体化系统的动态设计考虑方法  6.3 可靠性、安全性设计 6.3 可靠性、安全性设计 6.3 可靠性、安全性设计 6.3 可靠性、安全性设计 6.3 可靠性、安全性设计 6.3 可靠性、安全性设计 ◆ 隔离 1.光电隔离 光电隔离是以光作为媒介在隔离的两端之间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。具有较强的隔离和抗干扰能力。 图C所示为一般光电耦合器组成的输入/输出线路。在控制系统中，它既可以用作一般输入/输出的隔离，也可以代替脉冲变压器起线路隔离与脉冲放大作用。 由于光电耦合器具有二极管、三极管的电气特性，使它能方便地组合成各种电路；又由于它靠光耦合传输信息，使它具有很强的抗电磁干扰的能力，因而在机电一体化产品中获得了极其广泛的应用。 图C 光电隔离 2.变压器隔离 对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度,如图D所示的变压器耦合隔离电路。隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断开。传输信号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成回路而被抑制。 图D 变压器隔离 共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口端的共有的信号干扰 图E所示为一种带多层屏蔽的隔离变压器。当含有直流或低频干扰的交流信号从一次侧端输入时，根据变压器原理，二次侧输出的信号滤掉了直流干扰，且低频干扰信号幅值也被大大衰减，从而达到了抑制干扰的目的。另外，在变压器的一次侧和二次侧线圈外设有静电隔离层S1和S2，其目的是防止一次和二次绕组之间的相互耦合干扰。变压器外的三层屏蔽密封体的内、外两层用铁，起磁屏蔽的作用；中间层用铜，与铁心相连并直接接地，起静电屏蔽作用。这三层屏蔽层是为了防止外界电磁场通过变压器对电路形成干扰而设置的，这种隔离变压器具有很强的抗干扰能力。 ???????????????????????????????????????????????????? 图E 多层隔离变压器 3.继电器隔离 继电器线圈和触点仅有机械上的联系，而没有直接的电的联系，因此可利用继电器线圈接收电信号，而利用其触点控制和传输电信号，从而可实现强电和弱电的隔离（如图F所示）。同时，继电器触点较多，且其触点能承受较大的负载电流，因此应用非常广泛。 图F 继电器隔离 ◆ 滤波 滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因而当接收器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。 图G所示为计算机电源采用的一种LC低通滤波器的接线图。 图G 低通滤波器 图H(a)所示为触点抖动抑制电路，对抑制各类触点或开关在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰是十分有效的。 图H(b)所示电路是交流信号抑制电路，主要用于抑制电感性负载在切断电源瞬间所产生的反电势。这种阻容吸收电路可以将电感线圈的磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量储存起来，以降低能量的消散速度。 图H(c)所示电路是输入信号的阻容滤波电路，类似的这种线路既可作为直流电源的输入滤波器，也可作为模拟电路输入信号的阻容滤波器。 图H 干扰滤波电路 ◆ 接地 1.一点接地 图I所示是并联一点接地方式。这种方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。 图I 并联一点接地 多点接地所需地线较多，一般适用于低频信号。若电路工作频率较高，电感分量大，各地线间的互感耦合会增加干扰。如图J所示，各接地点就近接于接地汇流排或底座、外壳等金属构件上。 2. 多点接地 图J 多点接地 3.地线的设计 机电一体化系统设计时要综合考虑各种地线的布局和接地方法。图K所示是一台数控机床的接地方法。 图K 数控机床的接地 ◆ 软件抗干扰设计 1.软件滤波