一种微处理器控制自动平衡吊具
2控制系统概述
系统结构如图2所示,这里把整个系统按照检测、控制、通信、执行的顺序划分成四大块,各部分的工作如下:本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/160342.htm
检测部分:主要包括倾角和接近传感器等硬件。其中前者用于获得吊具的俯仰角和横滚角并传送给SP2539的子串口,为下位机判断电机转动方向,计算移动行程提供依据。后者分为软件停机传感器组和机械断电传感器组,采用双重制动策略,保障吊具在使用过程中平稳调平和安全使用。
控制部分:单片机嵌入式系统是控制机构的核心部件,首先接收检测部分的输出值,包括吊具的实时姿态、软件停机传感器组状态,同时调用子程序,处理输入信号并给出动作信号给1、2号变频器,使x,y向电机遵循指令进行动作。最后,单片机还需要和上位机设备进行交流,方便操作人员随时掌握系统的状态。
通信部分:这部分解决单片机分别与检测机构、上位机以及执行机构的信息传输。具体的讲,主要是指单片机与倾角和接近传感器、上位机调平控制指令、1、2号变频器输出频率、角度显示以及SP2539串口扩展系统之间的信息传输。
执行部分:接收单片机的输出信号,并按照上位机自动、手动调平指令调节1、2号变频器输出,从而驱动x、y向电机转动方向,促使主吊点偏移完成调平工作。无线组件将上位机和下位机无缝连接,使得上位机的控制和数据获取更加实时。
3 吊具结构及承重系统设计
3.1 吊环
考虑吊具自身重量,并考虑起吊过程的冲击加速度,根据GB825—88,选择螺钉GB 825 M36,垂直悬吊2.3t。
3.2 框架
为了足够的安全裕度,涵盖考虑最不利情形:一端固支的水平矩形等截面悬臂梁,自由端受重力10 000/2=5000 N;自重加其它零件重量4 000 N偏于安全地视为作用于悬臂梁悬出端。矩形高为100 mm,宽为68 mm;
因此,各种低碳钢均满足要求。
3.3 电机
选用YVP100L2—4变频电机,最高转速5 000 rpm,多级可调。额定功率3 kW,额定扭矩19 Nm。不使用减速机,螺距为3mm,当电机转速为960 rpm时,每秒钟吊环移动48 mm。这个速度可以看做吊具工作时的最高速度。
电机功率=吊具上升速度×(重力加速度+上升加速度)×(被吊质量+设备质量)/机械效率=0.05×(9.8+0.1)×(1 000+400)/0.22=3 kW上述式子是关于吊具彻底歪斜这种最不利情况的,裕度过大。电机功率选国标系列值3 kW。
3.4 螺纹传动机构
螺牙强度能承受(1 000+400)×9.8N的轴向力(吊具彻底歪斜,这是最不利的情况)选用梯形螺纹。因为矩形螺纹运动精度高,成本高。
根据耐磨性初选中径,梯形螺纹:
其中,[p]=18MPa,ψ=H/d=2.5,Q=14 000 N,
得到d2=11.5 mm。为了更好的刚度,选d=32 mm,螺距t=3 mm。
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