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1 课题背景介绍

微电子技术是以计算机技术为基础发展起来的，特别是由于微型计算机技术的迅速发展，促进了电子技术，检测传感器技术，自动控制技术，计算机技术、机械技术以及其他技术。机电一体化这种复合型边缘学科在这一背景下应运而生。机电一体化是机械发展的必然趋势。

2 典型的机电一体化产品组成部分

（1）机械驱动器包括一个主体部分和结构部分，该种驱动器是一种用于学习的机电方式。

（2）生物量传感器是机电一体化产品测量系统操作，其可以根据检测信号的远近来控制以及执行装置。

（3） 执行装置 其功能是根据信息处理与控制装备所发出的信号来控制、驱动并控制信号发射，从而达到所请求动作信息完全被计算机接收。

（4）信号自外理和控制外输设备通常包括输出设备、输入设备以及微型控制机等。在因特网中，双坐标控制系统也称为双坐标运动X-Y工作台，在经济形数控机床的加工系统、堆叠器立体仓库的运动平面移动的领域中、绘图仪系统，机器人输送检测装置等具有一个广泛的实验教学应用[1]。

3 X-Y工作台控制系统简述及控制方案选择

X-Y工作台装置能够分别沿X阶段和Y移动。其工作原理是X、Y采用步进电机或伺服电机，通过齿轮减速器（减少速度，功率放大）和用于移动载物台的X-Y方向的滚珠丝杠驱动。这一阶段的运动控制系统是由机械系统、电气系统和电子系统合并的机电一体系统形成。一般来说，X-Y运动控制系统包括开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。开环控制系统，这样的控制位置检测装置没有反回路，通过驱动器（电路功率指令脉冲输出放大器）中的主计算机控制部进一步推动驱动步进电机转动时，其他两种控制系统原理也是类似第一种。因此，上述三种控制系统中，载物台移动的开环控制是相对稳定的、快速的、容易调试，维护简单，但控制精度低，这样的控制系统大多是经济型。闭环控制系统，它的控制精度高，移动的精确度精准，但有必要提高检测的速度和检测元件的具体位移，但是提高这些会使控制系统变得复杂，成本大大增加。半闭环控制精度比开环控制更高，但是又低于闭环控制，所以成本也介于两者之间[3]。

4 开环运动控制系统的工作原理

为了实现X-Y工作台的开环控制，即位置控制和速度控制，即以实现在所述步进电机的驱动装置的位移和速度的控制。步进电动机也称为脉冲电动机，它是一种对应的电动机控制的角速度或线位移转换电信号成脉冲的装置。步进电机为控制脉冲到其旋转轴通过的角度或线性位移运动，称为步骤。随着脉冲增加，角位移（或排量线）的数量增加，高脉冲频率也会增加，步进电机的旋转速度高，脉冲频率变化也会越快。但是随着步进电机加速，相位分布中所述脉冲的顺序变化，步进电动机也会出现反转。

5 系统执行装置的设计与选择

执行装置X-Y工作台运动控制系统是一个步进电机由步进系统及其专用驱动器所组成。我们知道，步进电动机可以是一个数字输入脉冲旋转或线性增量运动的电磁制动器。每个输入脉冲的步进电机轴的步距角增量，正比于输入脉冲转角实施方式的总数量，速度取决于各自的输入脉冲，步进电机是机电一体化产品的主体的关键部件，它通常用作恒定的速度控制和位置控制。低惯性步进电机，定位精度高，误差小，也是比较简单控制。数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等这些在机电一体化系统中都被广泛使用。步进电机分为三类：永磁式(PIM) 、反应式(VR)和混合式(HB)。PM型步形机通常是两用，因为它具有体积较小的扭矩可以实现步骤角通常为1.5度，但噪声和振动很大，和其他发达国家相比有待提高。混合式步进电机既有永磁式步进电机的特性，也有反应式步进电动机的特性。一般情况下，它被分为两相和五相，1.8度和0.72度。相对来说，混合式步进电机具有高精度，高转矩，小步进角的优点。该步进电机的应用范围很广，尤其是广泛应用于办公自动化和工厂自动化[2]。

6 结束语

脉冲分配电路，也称为脉冲分配器，其功能是从所述脉冲序列的控制部分，并按一定的分布，分配给所述步进电机线圈的指令，使得按照时间顺序在规定时间内通、断电。由于分配器循环重复，并且在不同的操作模式下进行，步进电机也是在不相同的环形分配器下有不同的数量，因此在进行该结构设计时，设计成环形分配器，这是设计驱动电路的第一步。环形分配器可以是一个普通的集成电路，利用计算机实现。运动控制解决方案也是基于PC的开环运动控制系统而设计开发。这具体应包括: PC机、软件开发工具、运动控制函数库、运动控制硬件、伺服系统（动力制动器）等。其中，PC机为运动控制器的平台。在此等条件完善下，装置X-Y工作台运动控制系统也会成功实现。