新一代EM系列-北京元茂兴控制设备技术有限责任公司.docx

新一代EM系列 机电一体化教学设备2010年版
适合专业：运动控制，数控技术，机电一体化，机电控制，自动控制，电机控制等
一、概述
1998年8月，元茂兴为清华大学精仪系开发了第一台机电一体化教学设备，并生产30台作为清华大学编写的《机电一体化》教材配套教学实验设备，承接课题的开发平台。随后，我们开发了EM-300，EM-350，EM-400机电一体化教学设备，在高教部世行两次招标中，受到各名校大量选用，有上海交通大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、天津大学、浙江工程学院，重庆工学院等。
今天，随着运动控制技术的快速发展，北京元茂兴在总结过去十年机电一体化教学设备的开发、生产和应用经验，并结合美国元茂兴对美国高校机电一体化教学、教材和教具的了解，确定了新一代机电一体化教学设备的方案，并编制了新的《机电一体化教学实验指导书》，《运动控制技术及应用》，《多轴运动控制器快速入门》，《伺服驱动简易操作手册》，开发了新的《机电控制教学软件》。
新一代机电一体化教学设备分两个层面：对老型号的改造和开发新型号。
老型号为2轴控制系统，按配的电机品种不同分为步进EM-300，直流有刷伺服EM-350，无刷伺服EM-400，改进后的型号为在原有型号后加A1，意思是随着控制技术的发展和教学易学性的要求，对原型号采用的技术进行了第一次升级，分别变为：EM-300A1，EM-350A1，EM-400A1
新型号EM-800经典机电一体化教学设备，EM-900先进机电一体化教学设备，都为3轴控制系统。而且EM-800上可实现步进，直流伺服，交流伺服的互换，即将老型号三合一，同时控制轴数增多，可进行实际零件加工。
二、什么样的机电一体化教学设备才是机电一体化相关专业最理想的教学设备？
多年来，元茂兴招聘了各高校毕业的机电一体化相关专业毕业的的大学本科及硕士毕业生已超过150人以上；通过办运动控制培训班，已为各企业培训高级技术人才1000多名。通过对这些人才的培训和培养发现，对基本概念，原理和方法的培训非常重要，众多大学没有机会让学生深刻理解和掌握这些基本概念，原理和方法，有的大学现有的教学设备由于数量有限、设备封闭专用性（不开放）、有的只是一个功能性或结构性的教学，很难进行延伸性和综合性的训练培训，只停留在演示和观摩（花架子），不能让学生全面系统的掌握机电一体化相关专业基本概念，原理和方法。这样的学生走向社会很难很快进入工作状态。
根据各高校机电一体化相关专业的教科书，其共同之处是机电一体化系统构成相似，即由机械本体，人机界面（操控平台）,控制部分,驱动部分,传动部分,机械执行器,检测和反馈，安全保护部分，干扰和噪声处理部分，通讯部分组成。所以，对每一部分的基本概念，原理和方法的培训及整个系统的分析，控制软件编制，各种电机控制模式和各种控制电机特点特性的实际训练，系统的PID调整，加速度前馈和速度前馈的应用，系统误差分析和补偿，系统故障诊断和分析，各种运动的实现和特点，针对数控机床、机器人、三坐标测量机，切割和焊接，PCB钻孔，半导体划片，电脑绣花机等不同应用来开展模拟实际训练非常重要。
机械本体：不同用途的设备，其机械本体的结构不同，复杂程度不同。
人机界面：人机界面是实现人与机器进行沟通的操控平台。
控制器主要控制三个方面的内容:运动控制(电机轴的控制),PLC控制(I/O控制), 测量控制(A/D采集及控制,视觉反馈及控制).
驱动部分：分电机驱动，液压驱动，气动。最为典型的控制电机驱动有步进电机，无刷伺服电机（交流伺服），直流有刷伺服电机。
传动：象丝杠，同步齿形带，减速机，连轴器等，都属于传动部分。
机械执行器：精密定位平台，转台，电动缸等都属于机械执行器。
检测和反馈：象常用的光电编码器，光栅尺，旋转变压器等。
安全保护：任何设备，安全保护非常重要，像安全报警，安全控制等。
干扰和噪声处理部分：设备的干扰和噪声消除是实际工程项目中比较麻烦的事情。
通讯部分：无线通讯，Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen等

三、系统构成及配置
EM-300A1步进电机驱动的机电一体化教学设备
EM-350A1直流有刷伺服驱动的机电一体化教学设备
EM-400A1交流无刷伺服驱动的机电一体化教学设备
系统构成：
◆ X-Y精密定位平台
◆ 电机及驱动器
◆ 运动控制器
◆ 操作面板
◆ 电控机箱
◆ 软件及操作手册，实验指导书
系 统 配 置

执行机构
反馈元件
驱动部分指标
机箱配置
平台配置
EM-300A1步进电机驱动的机电一体化教学设备
日本Mycom 纳米步进电机系统
无
电源12-30V， 可到每圈20万步细分
集成开关电源、两轴运动控制器美国Parker9000（经济型可选Parker1505卡），驱动部分及转接板、面板配有手轮，按钮及指示灯、RS232，Ethenet，USB，CANopen通讯端口
中美合资北京贝赛德生产的平台X/Y两轴，电机内藏滚珠丝杠微型滚动导轨定位精度<20μ重复定位精度<10μ
可选直线光栅尺反馈
行程：200X200MM台面：250X320MM
可选笔架
EM-350A1直流伺服驱动的机电一体化教学设备
美国GLENTEK直流伺服：最大速度4000r/min
1000cts/rev增量式码盘
美国Glentek驱动SMB9508，速度/位置/转矩多种控制方式及组合，25KHzPWM带宽
EM-400A1交流伺服驱动的机电一体化教学设备
美国Glentek无刷伺服：小惯量200W、0.64Nm、3000r/min
2500cts/rev增量式码盘
美国Glentek驱动SMB9807，速度/位置/转矩多种控制方式及组合，25KHzPWM带宽

关键元部件介绍：
1. 多轴运动控制器Parker9000：
9000是ACR9000的简称,是一款功能强大的独立式系统级别的多轴控制器,是一台运动控制计算机,是全球销量最大设计最优秀的开放式通用多轴运动控制器之一.
在原教学设备上，选用9000替换原控制器PMAC，主要可改进以下不足：
(1) 可靠性：教学实验的特殊性是不断的更换不同的使用者，主要部件的可靠性尤其重要； 老系统 PMAC 新系统9000
(2) 易学性：9000对初学者来说很易（半个小时）上手和深入，PMAC则需花2周的时间都不一定能上手；
(3) 功能方面：弥补了以前PMAC不能进行普遍流行的PLC梯形图编程教学；
(4) 通讯方面：以前只能RS-232通讯，而9000可以网口，USB，RS-232同时通讯，并且还有现场工业总线CANopen通讯口，可与其他厂家PLC接口，为教学提供了柔性和方便。
2. 高品质的驱动器和电机，经典的精密定位平台：
高品质的部件，让学生能真实体验这类产品的特性和了解最新行业技术，为他们未来从事设计建立一个样板，就像一台好的钢琴给初学者的作用一样。我们需要培养时代的精英，而不是落伍者。

EM-800经典机电一体化教学设备系统构成

Ø 机械本体，工件夹具。
Ø X-Y-Z 精密定位平台，高速主轴。
Ø X、Y、Z轴采用步进电机或直流有刷伺服电机或交流（直流无刷）伺服电机（这是出厂前已安装的）驱动，三种电机通过过度法兰盘和轴套与X、Y、Z精密定位平台连接安装。
Ø 步进电机驱动器采用细分驱动器，直流有刷伺服电机或交流（直流无刷）伺服电机驱动采用同一开放式驱动，可通过RS-232与计算机通讯来设置不同电机和电机配置，可选通讯协议开放（EM-801），并进行各类调整，可单独进行伺服培训。这样可省掉3个驱动器，同时也增加了功能，并降低成本。
Ø 控制器采用独立式可编程开放式多轴运动控制器，包括4轴运动控制，4点输出，20点输入光隔离I/O，通过CANopen，可以对PLC点数扩展。
Ø 标配通讯口：无线通讯Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen 。
Ø 操作面板，用于操控系统和进行PLC的编程训练。
Ø 软件，操作手册，实验指导书
Ø 附件箱：包括工具，3套步进电机及安装附件，3套直流有刷伺服电机及安装附件。
Ø 可选附件：用于展示的滚珠丝杠副，导轨，轴承，联轴器，同步齿形带，编码器，光栅尺，手持盒。
Ø 可增选功能附件：设备底座，电脑台，虎钳，第4轴旋转台，第4轴驱动及电缆。

EM-800配置技术参数

说明项
参数
英制
公制
特征参数
长x宽x高
30.70"x31.49"x36.60"
780 x800x930mm
重量
375 lbs
170 kg
发货外形尺寸
39.37" x 40.94" x 40.94"
1000 x 1040 x 1040 mm
发货重量
420 lbs
205 kg
最大钻孔直径
0.984"
25 mm
端面铣削能力
0.630"
16 mm
平面铣削能力
1.969"
50 mm
铣削高度
9.06"
230 mm

说明项
参数
英制
公制
平台尺寸
21.65" x 6.30"
550 x 160 mm
X轴行程
11"
279.40 mm
Y轴行程
5.25"
133.35 mm
Z轴行程
10"
254 mm
最大承载
33 lbs
15 kg
T槽尺寸
7/16"
12 mm
T槽数.
3
3
主轴
位置精度
0.0004"
0.01 mm
外径
2.76"
70 mm
主轴安装刀具端
R-8
R-8
速度
100-5000 RPM
100-5000 RPM
马达功率
1.33 HP
1000 W

进给轴

滚珠丝杠 (X Axis)
0.78" (dia) x 25.39" (L)
20 mm (dia) x 645 mm (L)
滚珠丝杠(Y Axis)
0.55" (dia) x 13.23" (L)
14 mm (dia) x 336 mm (L)
滚珠丝杠(Z Axis)
0.78" (dia) x 18.82" (L)
20 mm (dia) x 478 mm (L)
滚珠丝杠螺距
0.157"
4 mm
滚珠丝杠精度
Class 5
Class 5

以上参数和配置如有变化不另行通知

四、EM 系列机电一体化教学设备实验内容：
◆ 各种机电控制系统认知实验，熟悉系统组成、功能及控制原理。
◆ 运动本体设计及运动实验，以精密定位平台为例进行运动机构加减速特性实验，系统力学模型建立实验。
◆ 运动本体机构实验，熟悉精密定位平台的丝杠、导轨、螺母副、联轴器等机械构件，对运动及定位精度进行分析计算。
◆ 机电控制元部件教学，学习步进电机，伺服电机的特性和选择。
◆ 机电系统反馈测量传感器，执行元件安装维护及选型联接实验。
◆ 体验步进电机，直流有刷伺服和无刷伺服的区别。
◆ 掌握采用不同伺服环（位置环，电流环，速度环）进行调试设备和进行加工的区别。
◆ 系统分析，数学模型建立并对系统进行PID调整实验。
◆ PLC编程，运动程序编制，编译G代码，G代码编程，数控软件编程实验。
◆ 进行2D和3D（EM-800）插补编程训练
◆ 进行数控铣削加工实验（EM-800）
◆ 开展CAD，CAM实验
◆ 进行精密雕刻中英文字体实验（EM-800）
◆ 上位机软件编程实验。
◆ 数据采集分析实验。
◆ 整体机电控制系统及系统评估实验。
EM-900先进机电一体化教学设备系统构成
l 大理石平台，防震底座，工件夹具。
l X、Y轴采用气浮导轨和轴承，电机为无刷直线伺服电机，采用纳米级分辨率的光栅尺作为 反馈，采用先进的无刷伺服线性放大器作为驱动，充分体验直线电机及相关直驱技术给系统带来的高精度，高平稳性。 EM-900图片
l X轴上是一个旋转轴即θ轴，电机采用无框无刷伺服电机，采用带霍尔的高分辨率的码盘反馈，驱动器采用高带宽特性的PWM驱动器驱动，充分体验直驱电机及相关直驱技术给系统带来的高精度，高平稳性。
l Z轴和主轴，采用一体化结构。Z轴选用音圈直线电机，驱动选用线性放大器，反馈选用光栅尺；主轴选用直流无刷高速电机，驱动选用PWM驱动器，反馈为编码器。
l 控制器采用独立式可编程多轴运动控制器，包括6轴运动控制，8点输出，40点输入光隔离I/O，通过CANopen，可以对PLC点数扩展。
l 标配通讯口：Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen 。
l 操作面板，用于操控系统和进行PLC的编程训练。
l 软件，操作手册，实验指导书
l 标配通讯口：无线通讯，Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen 。
l 操作面板，用于操控系统和进行PLC的编程训练。
l 软件，操作手册，实验指导书
l 附件箱：包括工具。
l 可选附件：示波器，激光干涉仪。
l 可增选功能附件：视觉检验系统，用于半导体芯片查验；激光器，用于PCB板微小孔加工，微小切割，微小焊接，以及微小打标。
EM-600直线电机教学设备
l 采用美国Parker单轴控制和驱动一体的AR-04CE智能驱动器，
具有ACR9000的所有控制功能，软件易学易用。
l 采用中美合资北京贝赛德直线电机定位平台。 EM-600图片

ecp系列控制理论教学和研究设备
适合专业：自动控制，运动控制，机电一体化，机电控制，电机控制等

　　我公司独家代理的美国ECP公司系列控制技术与研究设备，是专为机电控制系统学术研究和工厂进行相关理论和应用教学研制的先进设备。
ECP教学系统软件：
提供三种不同解决方案：

1、 ECP Executive Program:在不十分强调实时代码产生的情况下，该软件是线形控制理论相关研究的最佳选择。特别适合于SISO（单入单出）、SIMO（单入多出）系统控制，是选择“完整系统”定货时Model205、210、220、505 型设备的标准配置。

产品系列：
◆ Model 205: 扭转振动装置
◆ Model 210：直线振动装置
◆ Model 220：工业控制系统仿真器
◆ Model 505：ECP倒置钟摆
◆ Model 730：磁悬浮装置
◆ Model 750：力矩控制陀螺仪
产品特点：
◆ 精致耐用，可靠性高
◆ 软件界面友好，易于使用，可直接同MATLAB连接
◆ 实验内容全面，步骤详细
◆ 强大的数据采集和管理功能
◆ 采用世界领先的伺服控制系统，实时性高

2、 ECP Executive USR Program:在强调实时代码产生的情况下，该软件是线形和非线形控制理论相关研究的最佳选择，支持用户自己的伺服控制算法。适合于SISO（单入单出）、SIMO（单入多出）、MIMO（多入多出）系统控制，是选择“完整系统”定货时Model730、750型设备的标准配置，是Model210、220、505型设备的选项
3、 Real-time Simulink Option:该选项协同MATLAB的Simulink及RealTime Workshop模块，利用方框图方便的建立用户自己的控制算法，然后在ECP教学设备中实时运行和验证。这样用户可以利用MATLAB强大的运算工具进行多项实验。

系统配置

组合形式
执行机构
反馈元件
伺服放大器
动态频响
尺寸(cm)
其它
Model205
扭转振动装置
标准配置:6种加第三个惯量盘:9种加二级驱动构成MIMO系统:18种
2Nm Fe-Co无刷直流伺服
高分辨率码盘16000cts/rev
5KHz电流环带宽
在0.8-7Hz范围内零极点可调整

惯量调整10：1弹簧调整4：1
Model210
直线振动装置
标准配置:12种加第三个质量块:16种加二级驱动构成MIMO系统:20种
8N水平推力 Fe-Co无刷直流伺服
高分辨率码盘16000cts/rev
5KHz电流环带宽
在1.5-7Hz范围内零极点可调整
31x92x15
质量调整10：1弹簧调整4：1阻尼调整50：1
Model220
工业控制系统仿真器
6种配置，若是MIMO系统须选择相应软件
0.3Nm Fe-Co无刷直流伺服(2)
高分辨率码盘16000cts/rev
5KHz电流环带宽
在3-10Hz范围内零极点可调整
30x30x51
驱动惯量：0.004-0.024kg.m2负载惯量：0.006-0.025 kg.m2减速比：6速从1.5:1 到 24:1
Model505
倒置钟摆

0.6Nm Fe-Co有刷直流伺服
高分辨率码盘16000cts/rev
5KHz电流环带宽
在0.4-1.2Hz范围内极点可调整
30x30x56

Model730
磁悬浮装置
6种配置
高磁通线圈，稀土元素磁体
高分辨率激光传感器
1KHz电流环带宽

50x35x30
总体行程：8cm单个磁体行程：4cm
Model750
力矩控制陀螺仪

大转矩稀土磁体电机
高分辨率光电码盘
1KHz电流环带宽

50x50x48
运动范围连续，所有电机通过贵重的金属滑环连接

◆ ECP系列控制技术教学设备部分客户名单
斯坦福大学
迈阿密大学
麻萨诸塞大学
纽约州立大学
科罗拉多大学
东京大学
加里福尼亚大学
汉城国立大学
亚利桑那州立大学
瑞典皇家工程学院
佛罗里达大学
新家坡大学
香港工程学院
日本三菱电气公司
美国波音航空公司 美
国迪士尼公司
江苏大学
 北京理工大学
 南京理工大学
哈工大

Model 205 和 Model 210
　　典型的线性振动系统教学设备，广泛应用于动力学高端研究领域和基本控制理论的教学。特别适合于刚体、高次、离散柔性系统的研究和学习。

实验内容：
1 参数识别
2 不同系统的阶跃、脉冲和谐波响应
3 任意输入的卷积和响应
4 系统设计及校正
5 多自由度系统响应等

Model220
　　适于在教学领域、工业现场进行实际控制系统的仿真教学，可对多种参数进行调整，可加入干扰因素以构成应用实例，并通过反馈控制来减少其影响，适合现场化的控制过程。

实验内容：
1 减速比/惯量变化影响
2 摩擦力影响
3 齿隙游移影响
4 驱动挠性影响
5 驱动饱和度
6 传感器量化

Model 505
可为系统识别，非最小相位系统、条件稳定系统执行不同的控制提供实验方案。

实验内容：
1 系统识别，动态模型建立
2闭环系统设计
3 动态滤波控制
4 LQR控制设计
5 跟踪控制等

Model 730
　　展示了闭环悬浮和磁体的基本原理，可用于开闭环稳态、非稳态控制、非线性系统控制，特别适用于SISO、SIMO、MIMO系统的非线性控制
实验内容：
1 非线性稳定、不稳定系统控制
2 SISO、SIMO、MIMO系统控制等多项实验

Model 750
为四自由度扭矩控制陀螺仪，可提供多自由度的刚体控制实验方案，主要用于研究动态特性复杂的非线性控制系统，也可以通过抱闸改变成对低阶系统的研究；该设备还可模拟人造卫星的姿态控制。
实验内容：
1 陀螺仪运动：章动/进动 2 反作用扭矩控制
3 二阶系统基本原理 4 SISO系统极点设置
5 多变量控制 6 LQR控制
7 SISO、SIMO、MIMO系统动态跟踪控制

EM系列机床原理，结构及操作教学设备
EM-1340复合机床
· 车/铣/钻三合一
· 可加装CNC系统
· 双动力
· 工业标准
· 1.5马力变速电机
· D1-4 凸轮锁紧卡盘
· X & Y 轴动力进给
· 电子调速
· 快速变速齿轮箱

电机控制技术培训设备
电机控制技术培训设备

电机控制技术培训中心

矩频特性测试
永磁异步电机培训设备
永磁同步电机培训设备
步进电机培训设备
直 直线电机培训设备
我公司独家代理的美国USDIDACTIC教学设备服务于不
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直流无刷伺服培训设备

自动化生产装配线培训

ECET Group

北京元茂兴控制设备技术有限责任公司 上海分公司
北京北三环中路甲29号2号楼1-1605 上海龙漕路135弄8号凯诚商务大楼411室
电话：[phone] 传真：[phone] 电话：[phone] 传真：[phone]
邮编：100029 邮编：200233

E-MOTION

专业技术教学设备

北京元茂兴控制设备技术有限责任公司
_______________________________________________________________
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