机电一体化课程的仿真设计



机电一体化课程的仿真设计

王 伟

（沈阳工学院,辽宁抚顺,113122）

摘要：机电一体化技术课程设计是机电一体化专业的实践课程。应用仿真软件，设计自动控制程序，丰富课程设计的内容。通过增加机电一体化设计的仿真设计环节，使学生的机电结合的知识更加巩固，同时对相关知识的理解也更趋向于立体化。这样的仿真环节，对同样有此课程的同行们，会有一定的启示作用。

关键词：仿真软件；机电一体化课程设计

Simulation and design of Mechatronics course

Wang Wei

（Shenyang Institute of Engineering,Fushun, Liaoning,113122)

Abstract：Mechatronics technology curriculum design is the practical course of Mechatronics major. Application of simulation software,design automatic control program,enrich the contents of curriculum design.Through the design of the mechanical and electrical integration design,the combination of the mechanical and electrical knowledge is more consolidated,and the understanding of the relevant knowledge is also more three-dimensional..Such simulation link,for the same course of the peer,there will be a certain inspiration.

Keywords：simulation software; mechatronics course design

1　计算机仿真教学介绍

PROTEUS与 Keil C51软件是两个计算机仿真与编程软件。两者可以结合在一起，开发基于仿真电路的控制系统。

图1　步进电机驱动电路图

机电一体化技术这门课程是机电一体化专业的必修课程。课程除了正常的实验环节之外，需要进行机电一体化设计。以往的做法是布置课题后，由学生进行机电结合设备的参数设计和CAD绘图设计，并将设计内容熟练掌握。通过答辩验证学生的课程设计结果。在建立仿真实验室后，在课程设计的内容上，增加了利用仿真软件进行电机驱动电路设计，并进行仿真的环节。其做法是，教师布置并讲解电机驱动的相关电路，学生根据驱动原理设计与机电一体化结构设计相配套的驱动电路，然后进行仿真。

图1就是使用独立式键盘控制步进电动机的电路设计。所设计的驱动电路，采用PROTEUS完成。按下S1、S2、S3键盘，电机分别完成正转、反转和停转控制。学生在设计前，必须复习步进电机的驱动原理。就是步进电机是将单片机的电脉冲转换成步距角进行旋转运动的装置。一个脉冲，步进电机转一个步距角。而脉冲的频率决定步进电机的转动速度。步进电机的驱动脉冲是分时由脉冲分配器供給的。因此，学生要设计步进电机的环形脉冲分配表。如图2所示。

在此基础上，学生需要动手编制电路驱动所用的驱动程序。步进电机脉冲驱动电路的控制程序流程图如图3所示。所编C语言控制程序截图如图4所示。

图2　步进电机环形脉冲分配表

图3　C语言编程流程图

图4　KEIL C51编程截图

2　机电一体化仿真设计过程

学生设计好教师要求的软件和电路图后，必须使用PROTEUS程序调用KEIL C51程序进行联调。见图4。KEIL C51可以根据PROTEUS程序的调试结果进行修改，直到两软件将PROTEUS所设计的硬件电路和KEIL C51程序所代表的软件程序完美地被结合到一起，并符合所要求的设计要求后，整个设计过程结束。学生要能够完整地设计所要求的电路，并根据电路特点进行编程。所谓

的电路特点的掌握，就是机电一体化设计中自动控制理论所需达到和掌握的知识。这些知识中，确定为核心与必须学生掌握的部分，包括步进电机转向原理的掌握、步距角与电机脉冲数的关系、步进电机与直流伺服电机和交流伺服电机的控制特点上的区别与联系、步进电机环形脉冲分配的顺序和特点、C程序设计流程图与编程语句中需要解决与注意的几大问题等等。

学生在设计完成后，要对自己的设计进行创新性的变化设计。这些设计也要与之前的结构设计理念相匹配。这样，通过增加机电一体化设计的仿真设计环节，使学生的机电结合的知识更加巩固，同时对相关知识的理解也更趋向于立体化，也使课程设计的内容更为丰富。学生在进行机电一体化设计时，不仅仅对机电设备结构与驱动电机选型、机械零件参数校核，同时也动手进行控制环节的过程进行设计并验证设计的正确性。通过这样增加的设计环节，使此课程设计的内容更加丰富。大大锻炼了学生的机电结合的设计能力。增加这样的仿真环节，对同样有此课程的同行们，会有一定的启示作用。

图4　PROTEUS仿真电路调试图

参考文献

[1] 《单片机C语言应用100例 第二版》 王东峰，陈圆圆，郭向阳编著 电子工业出版社 2013.5

[3] 《单片机应用技术》 曾庆波，何一楠幸春红编著 哈尔滨工业大学出版社 2010.07

[3] 《8051单片机的C语言应用程序设计与实践》 刘昌华，易逵编著 国防工业出版社 2012.07