机电一体化复习资料

第一篇：机电一体化复习资料

一.概论

1.机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。其包含的技术：（1）检测传感技术（2）信息处理技术（3）自动控制技术（4）伺服驱动技术（5）精密机械技术（6）系统总体技术

2.机电一体化系统由机械系统（机构）信息处理技术（计算机）动力系统（动力源）传感检测系统（传感器）执行元件系统（如动力机）五个子系统组成。

3.伺服系统：全闭环（通过传感器直接检测目标运动进行反馈控制的系统）、半闭环、开环。

4.广义的接口功能有两种：一是变换调整；另一种是输入/输出。

5.（1）机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、融合法、组合法。其目的是综合运用机械技术和微电子技术各自的特长设计出最佳的机电一体化系统（产品）。（2）机电一体化系统的设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计。

复习题：一.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？

1.控制器【控制（信息存储、处理、传送）】2.检测传感器【计测（信息收集与交换）】3.执行元件【驱动（操作）】4动力源【提供动力（能量）】5.机构【构造】

二.工业三要素指的是什么？P7物质、能量和信息。

三.机电一体化必须具有以下三大目的功能1.变换（加工、处理）功能2.传递（移动、输送）功能3.存储（保持、和蓄、记录）功能。

第二章

1.机电一体化系统的机械系统除要求其具有较高的精度外还应具有良好的动态响应特性。就是说响应要快，稳定性要好。

2.机械系统一般由减速系统、丝杠螺母副、涡轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支撑部件、旋转支撑部件、轴系及机架或箱体等组成。

3.传动机构不断适应新的技术要求（1）精密化（2）高速化（3）小型轻量化。

4.根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，基本传动形式有四种类型：（1）螺母固定、丝杠转动并移动（2）丝杠转动，螺母移动（应用最多）（3）螺母转动，丝杠移动（4）丝杠固定，螺母转动并移动。

5.滚珠丝杠与滑动丝杠的区别是.滚珠丝杠无自锁。

5.P36与滑动丝杠相比,滚珠丝杠副除上述优点外,还是有轴向刚度高(通过适当预紧可消除丝杠与螺母之间的轴向间隙)运动平稳,传动精度高,不易磨损,使用寿命长等优点,但由于不能自锁,具有传动可逆性，在用做升降机传动机构时需要采取制动措施。

6.滚珠的循环方式：内循环和外循环

内循环的优点：滚珠循环的回路矩，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸较小，其不足是反向器加工困难，装配调整也不方便———反向器式 P27

外循环：1）螺旋槽式 2）插管式：结构简单，容易制造但是径向尺寸较大，弯管端部用做挡珠器比较容易磨损。3）端盖式

7.滚珠丝杠副的主要尺寸参数：公称直径d0 基本导程Ph 行程（）

导程Ph（或螺矩t）指滚珠螺母相对滚珠丝杠旋转()弧度时的行程（或螺母上基准点的思向位移）

公称导程Ph0通常指用做尺寸标识的导程值P28

8滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧

滚珠丝杠副在此负载时，滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形，换向时其轴向间隙会引起空回，这种空回是非连续性既影响传动精度又影响系统的稳定性，单螺母丝杠副的间隙消除相当困难，实际应用中常采用以下几种预紧调整方法：

1）双螺母螺纹预紧调整方式，特点：结构简单刚性好，预紧可靠，使用中调整方便，但不能精度定量地进行调整

2）双螺母垫片预紧调整式，特点：可实现定量调整可进行精密微调使用中调整较方便。调整公式：=n*t1/Z1-n*t2/Z2n齿数t导程

3）比螺母垫片挏预紧式，特点：结构简单，刚性高，预紧可靠但使用中调整不方便

4）弹簧式自动预紧调整式：特点：能消除使用过程中因磨损或弹性变形产生的间隙，但其结构复杂，轴向刚度低，适合用于轻载场合。

5）单螺母变位导程预紧式和螺母滚珠过盈预紧式

9.滚珠丝杠副支承方式的选择：

1）单推—单推式：特点：轴向刚度高，预拉伸安装时预紧力较大，但寿命比双推—双推式低

2）双推—双推式：适合于高刚度，高转速，高精度的精密丝杠传动系统

3）双推—简支式：双推端可预伸拉安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速，传动精度 的长丝杠传动系统

4）双推—自由式：轴的刚度和承载能力低，多用于轻载，低速的垂直安装的丝杠传动系统P3810．个传动比的最佳分配原则：（1）重量最轻原则对于小功率传动系统是各级传动i1=i2=i3=……=（）即可使传动装置的重量最轻。对于大功率各级传动比一般应以“先大后小”的原则处理。（2）输出轴转角误差最小原则：为了提供机电一体化系统传递运动精度，各级传动比应按先小后大的原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误对输出转角精度的影响。（3）等效转动惯量最小原则利用该原则所设计的齿轮传动系统换算到电动机轴上的等效转动惯量最小.（公式：）

11.导轨副的组成：承导件和运动件组成。按接触面的摩擦性质可分：滑动导轨，滚动导轨，流体介质摩擦导轨。按其结构特点：开式导轨和闭式导轨。

12.常见的导轨副截面形式P54组合形式：双三角形、矩形和矩形组合、三角形和矩形组合、三角形和平面组合、燕尾形导轨及其组合。（1）三角形导轨（2）矩形导轨（3）燕尾形导轨（4）圆形导轨

13.导轨副间隙地调整P57为了保证导轨正常工作 导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。(1)压板（2）镶条法。

第三章

1.什么是执行元件：该元件是处于机电一体化系统的机械系统与微电子控制系统的接点部位的能量转换部件，它能在微电子控制系统的控制下将各种形式的输入能量转换为机械能。

2.对执行元件的基本要求：（1）惯量小、动力大（2）体积小重量轻（3）便于维修安装（4）易于微机控制。

执行元件种类：电动式，液动式，全动式。

3.对控制用电机的基本要求：（1）性能密度大（2）快速性好，即加速转矩大，频响特性好。（3）位置控制精度高，调速范围宽，低速运行平稳无爬行现象，分辨率高振动噪声小

（4）适应起停频繁的工作要求（5）可靠性高寿命长。

4.三种电机的比功率：在额定输出功率相同的条件下，比功率（），交流伺服电机得比功

率最高，直流伺服电机次之步进电机最低。电机：动力用电动机、控制用电动机。

5.DC AC的调整方法：直流伺服电机为直流供电，为调节电动机转速和方向，需要对其直u流电压的大小和方向进行控制。目前常用晶体管脉宽调理驱动和晶闸管直流调速驱动两种方式。（PWM）脉宽调制

交流电动机的矢量控制是交流伺服系统的关键，可以利用微处理器和计算机数控（CNC）对交流电动机作磁场的矢量控制，从而获得对交流电动机的最佳控制。

6.AC磁场的矢量图

7.交流伺服电机的控制方法：(幅值,相位,幅相)控制

8.P103步进电机又称脉冲电机,它是将脉冲信号转换或机械角位移的执行元件

9.步距角:转子沿（顺）逆时针方向一步步地转动，每步转过的角度（转子脉冲转过的角度）。相：定子有个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相。拍：从一相通电接到另一相通电称一拍。单拍：励磁绕组依次单独通电运行。双拍：两相励磁绕组同时通电。

10.步进电机的步距角越小,意味着它所能达到的位置精度越高,通常的步距角是1.5度或0.75度

步距角的大小,=360度 /(zm)Z：齿数 m：相*单或双拍，转速v=60f/mz 步距角大小与通电方式和转子齿数有关。

11.步进电机的运行特性：1分辨率，2静态特性，3动态特性

12.负载转动惯量与启动频率的关系：随着负载的增加，起动频率也会降低

13.步进电机的驱动与控制，只要控制输入电脉冲的数量及频率就可精确控制步进电机的转角及转速

14.细分驱动的特点，这种得一个步距角细分面若干步的驱动方法称为细分驱动特点：在不改动电机结构参数的情况下能使步进电机角减小，能使步进电机运行平稳，提高匀速性，并能减弱或消除振荡，但细分后的步距角精度不高，功率放大红色动电路也相应复杂。

15。无累积误差

第四章

1.专用与通用的抉择：专用控制系统适合于大批量生产机电一体化产品。对于多品种中小批量生产的机电一体化产品来说，由于还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备进行改造时采用通用控制系统比较合理。

2.硬件与软件的权衡：动算与判断处理等，适宜用软件来实现，而在大多数情况下，对于某种功能来说，既可用硬件来实现又可用软件来实现

3.总线类型：由数据总线，地址总线，控制总线。

总线的组成:

4.8086有两种工作模式：最大（MN/MX接地）和最小（MN/MX接+5V电压）工作模式。

5.读图4.7（1）8086最高访问20位，有16个拐角，分时发出一次16一次锁存4寻址空间64K。（2）74LS374为地址锁存器 两片74LS245收发器作为16位数据驱动器。

6.RAM ROM的区别：RAM存取速度快，随机存储器。ROM只读存储器。

7.总线驱动的作用：当总线上所挂芯片的数目较多时，必须加总线驱动器来提高总线的驱动

能力，否则将使系统的可靠性大大降低，甚至不能正常工作。

8.I/O接口硬件电路的组成：主要由地址译码器，I/O读码译码和I/O接口芯片组成。

9.I/O寻址方法（p152）由指定控制字来规定各端口的工作状态，将此控制字送入控制寄存器后，即可规定各端口的输入输出。

10.实现片选的方法（1）逻辑电路法（2）译码器

11.LED显示方法：动态和静态两种。当显示位数很少时采用静态法，当显示所需的I/O太多一般采用动态显示法。（动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器）

12.CPU外部连接光电隔离电路及作用

为了防止强电干扰以及他干扰信号通过I/O控制电路进入计算机影响其工作，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地。阻断干扰信号的传导，光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换元件组成。作用：1）可将输入与输出央两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电。2）可以进行电平转换3)提高驱动能力

12。PLC可编程逻辑控制器P172

13。检测传感器的分类与基本要求

传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器

传感器按输出性能分为：开关型，模拟型，数字型

14。校准：用户在使用前或在使用过程中或搁置一段时间后再使用时必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修正。以保证其测量精度这个测的过程就是校准

第五章

机电一体化系统操作过程的控制目的有两个，其一些根据操作条件的变化制定最佳操作方案，其二是对操作过程进行自动检测和自动控制，提高控制性能，实现规定的目的功能

第七章

P.I.D调节是指(P表示比例,I表示积分,D表示微分)

PID调节器控制作用三种基本形式:比例作用,积分作用,微分作用.P调节缺点：存在误差，干扰较大，惯性也较大的系统不宜采用单纯的比例调节器。I调节：可以减少或消除误差，但积分调节反应慢。

PI调节：比例积分调节克服了单纯比例环节有调节误差的缺点又避免了积分环节反应慢的弱点，既改善系统的稳定性能又改善其动态性能。

PID调节：不但能改善系统稳定性能也能改善起动态性能，噪声大或响应快的系统不适用。

第八章

数控机电一体化改选考虑什么?

传统机床机电一体化的改造方法有两种：一是以微机为中心设计控制系统，另一种是采用标准的步进电机数字控制系统作为主要控制装置。

第二篇：机电一体化复习资料

第一章

“机电一体化”是由mechanics（机械学）和electronics（电子学）组合而成的词。机电一体化系统包含5个基本部分：动力源、传感器、控制器、驱动部件、执行元件或机构；实现系统的5个基本功能：提供动力与能量、检测与计量、控制、为执行机构提供驱动、完成系统功能所必需的动作。

机电一体化设备的特点：

1.操作简单，对操作者要求低

2.生产效率高

3.产品的一致性好

4.设备安全性高

5.设备维护成本高

第二章

原动力：独立于系统之外并为系统提供一切能量。常见的原动力有：交流电机、直流电机、压缩空气和压力油。

电机按形式可分为模拟电机和数字电机，常用的交流电机和直流电机均属于模拟电机，常用的数字电机有交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机。

常用的减速器类型有：齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器。减速器选用时，应考虑传动比的大小、输入/输出轴的空间位置、使用条件以及经济性等因素。

普通齿轮减速器具有效率高、适应性强等优点，缺点是外形尺寸较大，适用于场地空间不受限制、长期或连续大功率工作的场合。

蜗杆减速器工作平稳，无噪声，体积小、质量轻、机构紧凑，但传动效率低，只适用于中小功率和间歇工作的场合。

行星齿轮减速器传动比范围大、体积小、质量轻、结构紧凑，并且可做成输出/输入同轴的形式，缺点是某些类型的结构稍复杂。

直线运动大多是由电机的旋转运动产生的。当电机匀速转动时，被驱动件的直线运动也是匀速运动时，称为线性直线运动。当电机匀速转动时，被驱动件的直线运动为非匀速运动，称之为非线性直线运动。

第三章

传感器是将特定的物理量按照一定的规律转换成电信号或其他形式信号的器件或装置。传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路3部分组成。按输出信号的种类可

分为开关量传感器、模拟量传感器和数字量传感器。

传感器的特性是指传感器输出信号与输入信号之间的对应关系，分为静态特性和动态特性。

精度是反映自动检测仪表的测量准确度的指标，是衡量传感器质量的最重要的指标。

灵敏度是指在稳定状态下，传感器的输出量变化值与引起该变化的输入量变化值之比。

分辨率是指传感器能检测出的被测信号的最小变化量。

线性度也叫线性度非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差和传感器满量程输出的百分比。

迟滞是指传感器的正向特性与反向特性不一致的程度。

“霍尔效应”：半导体置于磁场中，当有电流流过时，在半导体的两侧会产生一个电动势，该电动势称为霍尔电动势，电动使得大小与电流和磁场的乘积成正比。

编码器属于数字传感器，将角位移或线位移转换成数字量，角度数字编码器按照测量数据的特点可分为绝对编码器和增量编码器。

N位码盘的分辨率为，能分辨的角度为

测量精度越高。

热电偶是将两种不同材料的导体或半导体的端点焊接起来，构成一个闭合回路，当两个节点存在温度差是，两者之间便产生电动势。

热电阻正温度系数：温度升高，电阻增加。

热电阻负温度系数：温度升高，电阻减小。

正压电效应：压电材料在受到外力的作用下，在电介质表面产生电荷，在外力消除后，电荷消失。

逆压电效应：压电材料在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形消失。

第四章

主令电器按其功能可分为5类：控制按钮、行程开关、万能转换开关、接近开关、主令控制器。

识读电气原理图的步骤：先看主电路，后看辅助电路。，位数N越大，能分辨的角度越小，识读电气接线图的步骤：1.分析清楚电气原理图中主电路和辅助电路所含有的元器件。

2、弄清楚电气原理图和接线图中元器件的对应关系。

3、弄清电气接线图中导线的根数和所用导线的具体规格。

4、根据电气接线图中的线号研究主电路的线路方向。

5、根据线号研究辅助电路的走向。

直流电动机启动：

1、直接启动；

2、降压启动；

3、电枢回路串电阻启动

直流电动机调速：

1、电枢串电阻调速；

2、电压调速；

3、变磁通调速

直流电动机制动：

1、能耗制动；

2、反接制动；

3、回馈制动

交流电机启动：

1、直接启动；

2、降压启动；

3、星三角形启动

交流电机调速方法：

1、变频调速；

2、变极调速；

3、电磁调速；

交流电机制动方法：

1、机械制动；

2、电力制动

步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的电磁机械装置。

步进电机特点:

1、步进电机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比；

2、步进电机的转速与输入脉冲的频率成正比；

3、改变通电相序即可改变电动机转向

步进电机驱动器主要包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器3个部分。

伺服电机可以把输入的电压信号变换成电机轴上的角位移和角速度等机械信号输出，改变输入电压的大小和方向，就可以改变转轴的转速和转向。

第五章

液压与启动系统的组成：控制元件、执行元件、控制调节元件、辅助元件、工作介质

液压油为液压系统的传动介质，选择时考虑两个性质：黏性和可压缩性

空气压缩机是将机械能转换为气压能的转换装置。

储气罐作用：减少空压机输出气流压力脉动，保证输出其流动的连续性；作为压缩空气瞬间消耗需要的存储补充之用；储存一定数量的压缩空气，当空压机停机或突然停电等故障发生时，备急使用；降低空压机的启动、停止频率，其功能相当于增大了空压机的功率；利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结成水。

干燥器的作用：除去压缩空气中的水分和油分，使湿空气变成干空气。

第六章

可编程控制器的组成包括中央处理器、存储器、输入接口和输出接口。

可编程控制器的编程语言有：指令表、梯形图与功能块图。

PLC的接口电路主要分为两大类：一类采用光电隔离方式、另一类采用固体继电器

隔离方式。

可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤如下：

1.深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求

2.确定I/O设备

3.选择合适的PLC类型

4.分配I/O点

5.设计应用系统梯形图程序

6.将程序输入PLC

7.进行软件测试

8.应用系统整体调试

9.编制技术文件

第三篇：机电一体化课程复习资料(二)

简 述 题

1.机电一体化技术（或产品）的定义。（P1）

答：“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，机电一体化技术是精密机械技术、微电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。

2.机电一体化系统或产品设计的目的是什么？（P2）

答：机电一体化的目的是使系统（产品）高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。

3.机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？（P5）

答：机电一体化系统（产品）由机械系统（机构）、电子信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。

4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。（P13）

答：机电结合法是将各组成要素有机地结合为一体构成专用或通用的功能部件（子系统），其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。

5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。

答：它是将机电结合法制成的功能部件（子系统）、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称为组合法。

特点：在新产品（系统）系列及设备的机电一体化改造中应用这种方法，可以缩短设计及研制周期、节约工装设备费用，且有利于生产管理、使用和维修。

6.机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？（P22）答：传递转矩和转速，使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。

7.简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。（P22）

答：主要功能：传递转矩和转速；

目的是使执行元件和负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配；

基本要求：传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大。

8.机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？（P22）答：（1）较高的定位精度；

（2）良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好；

（3）为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中，常提出无间隙、低摩擦、低

惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。

9.简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。（P25）

答：（1）组成：滚珠丝杠传动装置由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚珠和反向器（滚珠循环反向装置）等四部分组成。

（2）结构：当丝杆转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通道。滚珠丝杠副的结构类型从螺纹滚道的截面形状可分为单圆弧形和双圆弧形螺纹滚道；按滚珠的循环方式可分为内循环和外循环方式；按消除轴向间隙的调整方式分为双螺母螺纹预紧调整式、双螺纹齿差预紧调整式、双螺纹垫片预紧调整式和弹簧式自动调整预紧式。

（3）特点：轴向刚度高（即通过适当预紧可消除丝杠与螺母之间的轴向间隙）、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等；不能自锁，具有传动的可逆性。

10.试分析齿轮传动中，定轴传动、行星传动、谐波传动的组成与传动特点。

答：（1）定轴传动

组成：定轴传动有圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动，蜗轮蜗杆传动。

特点：结构简单，传递可靠，用几何特性来实现传动。

（2）行星传动

组成:行星传动主要是由传动齿轮，定位齿轮，行星轮和行星架组成。

特点:结构紧凑，可实现传动比很大，由机构传动原理来实现传动。

（3）谐波传动（P38）

组成：谐波齿轮传动由钢轮、柔轮和波形发生器组成；

特点：结构简单、体积小质量轻、传动比大（几十~几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高，可以向密封空间传递运动和动力。

11.滚动导轨副应达到的基本要求。（P56）

答：导向精度高、耐磨性高、足够的刚度、良好的工艺性。

12.导轨的刚度所包含的主要内容有哪些？以及各部分对导轨副的导向精度影响如何？（P48）答：导轨的刚度就是抵抗载荷的能力，抵抗恒定载荷的能力称为静刚度，抵抗交变载荷的能力称为动刚度。载荷引起的导轨变形一般有自身、局部和接触三种变形，导轨刚度也包含导轨自身刚度、局部刚度和接触刚度。

自身刚度影响导轨副本身结构上等高、等距的要求，从而影响导向精度；

局部刚度影响导轨副载荷集中部位的表面质量，从而影响导向精度；

接触刚度影响平面的微观不平度，即导轨副本身的平面度，从而影响导向精度。(P56)

13.机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求是什么？（P88）

答：（1）惯量小、动力大

（2）体积小、重量轻

（3）便于维修、安装

（4）宜于微机控制

14.机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求（P88）

答：（1）性能密度大，即功率密度和比功率大；

（2）快速性好，即加速转矩大，频响特性好；

（3）位置控制精度高、调速范围宽、低速运行平稳无爬行现象、分辨力高、振动噪声小；

（4）适应起、停频繁的工作要求；

（5）可靠性高、寿命长。

15.常用伺服电动机有哪些工作特点？（P90）

答：（1）DC伺服电机的主要特点：

① 高响应特性；

② 高功率密度（体积小、质量轻）；

③ 可实现高精度数字控制；

④ 接触换向部件（电刷和整流子）需要维护。

（2）晶体管式无刷直流伺服电机和永磁同步型AC伺服电机的主要特点：

① 无接触换向部件；

② 需要磁极位置检测器（如同轴编码器等）；

③ 具有DC伺服电机的全部优点（高响应特性、高功率密度（体积小、质量轻）、可实现高精度数字控制）。

（3）感应型（矢量控制）AC伺服电机的主要特点：

① 对定子电流的激励分量和转矩分量分别控制；

② 具有DC伺服电机的全部优点（高响应特性、高功率密度（体积小、质量轻）、可实现高精度数字控制）。

（4）步进电机的主要特点

① 转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制；

② 有定位转矩；

③ 可构成廉价的开环控制系统。

补充：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类。

工作特点：当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

16.对于伺服电动机半闭环控制系统而言，控制系统的主要构成有哪些？（P89）

答：运算处理电路、驱动电路、伺服电机、速度传感器、位置检测传感器。

17.步进电机驱动控制电路设计的基本要求是什么？

答：控制输入电脉冲的数量及频率，以精确控制步进电动机的转角和转速。

18.简述机电一体化系统（产品）对检测传感器的基本要求。（P172）

答：（1）体积小、重量轻、对整机的适应性好；

（2）精度和灵敏性高、响应快、稳定性好、信噪比高；

（3）安全可靠、寿命长；

（4）便于与计算机连接；

（5）不易受被检测对象的影响，也不影响外部环境；

（6）对环境条件适应能力强；

（7）现场安装处理简单、操作性能好；

（8）价格便宜。

19.简答通用微机控制系统核心部件，通用微机控制系统的构成与特点。

答：（1）通用微机控制系统的核心部件：主控制微机

（2）通用微机控制系统的构成：主控制微机、执行元件、检测传感器、接口、应用软件等；

（3）通用微机控制系统的特点：具有可靠性高，适应性强，但成本高，应采取一定的抗干扰措施等特点。适用于多品种，中小批量生产的机电一体化产品。

20.简答专用微机控制系统核心部件，专用微机控制系统的构成与特点。

答：（1）专用微机控制系统的核心部件：通用IC芯片或重新设计制作的专用集成电路；

（2）专用微机控制系统的构成：通用IC芯片或重新设计制作的专用集成电路组成的控制系统、执行元件、检测传感器等；

（3）专用微机控制系统的特点：软件采用专用机器代码或语言，可靠性强，成本低，但适应能力差，用于大批量生产的机电一体化产品。

21.光电隔离电路的组成有哪些？主要作用是什么？（P164）

答：（1）光电隔离电路的组成主要是光电耦合器的光电信号转换元件，如输入端发光二极管，输出端光敏三极管、光敏二极管和高速开关管复合结构、光敏三极管和放大晶体管构成的达林顿管、光控晶闸管等；

（2）主要作用：

① 可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电，防止不同电源之间信号干扰。

② 可以进行电平转换；

③ 提高驱动能力。

22.机电一体化系统设计中，驱动电路设计的目的和基本要求是什么？

答：（1）目的：实现指令信号和执行驱动信号之间的有效匹配。

（2）基本要求：信号类型转换，能量放大，质量的保证。

23.研究机电一体化系统稳态设计方法的主要目的是什么？

答：主要目的是使控制和被控制对象能完成所需要的机械运动即进行机械系统的运动学，动力学分析以及计算，保障整个机电一体化系统的整体性能

24.机电一体化系统的动态设计的目的是什么？

答：机电一体化动态设计的目的；在稳态设计的基础上，保证系统的动态稳定性，过渡过程的品质，动态稳定精度，动态响应特性指标参数。

25.机电一体化系统的动态设计研究的主要性能指标参数有哪些？

答：主要有：响应时间，超调量，稳态误差，收敛时间。振荡次数，过渡时间的位置误差。（动态误差和稳态误差等）

第四篇：机电一体化系统设计复习资料(DOC)

A“机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。关于“机电一体化”(Mechatronics)这个名词的起源，说法很多。

较为人们所接受的含义： “机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引用微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称” 机电一体化的目的是提高系统(产品)高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。

优先发展的机电一体化领域必须同时具备下述几个条件：①短期或中期普遍需要；②具有显著的经济效益 ；③具备或经过短期努力能具备必需的物质技术基础；④社会效益十分显著的领域。

6大共性关键技术：1.检测传感技术，检测传感器属于机电一体化系统（或产品）的检测传感元件。2.信息（信息处理）技术，信息技术包括信息的输入、变换、运算、存储和输出技术。3自动控制技术，自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等技术。4.伺服驱动技术，伺服驱动技术，伺服驱动技术主要是执行元件中的一些技术问题。5.精密机械技术，机电一体化产品对精密机械提出的新要求有：减轻重量、缩小体积、提高精密、提高刚度、改善动态性能等。6.系统总体技术，系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能与技术方案组合成方案进行分析、评价和优选的综合应用技术。

机电一体化系统（产品）由

机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电动机)，五个子系统组成。

系统的五种内部功能：1.主功能： 实现系统“目的功能”直接必需的功能。2.动力功能： 向系统提供动力、让系统得以运转的功能。3.计测功能： 对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处理的功能。4.控制功能： 对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施 “目的功能”。5.构造功能 ：使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。

广义接口功能有两种：1.变换调整功能、调整2.输入/输出。

根据接口的变换、调整功能，可将接口分成以下四种： 1)零接口。不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连接作用的接口，称为零接口。例如输送管、接插头、接插座、接线柱、传动轴、导线、电缆等。2）无源接口。只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜等。3)有源接口。含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源接口。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转换器以及力矩变换器等。4)智能接口。含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改变接口条件的接口，称为智能接口。例如自动变速装置，通用输入／输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。

根据输入／输出功能可分成以下四种广义接口：1）机械接口2）物理接口 3）信息接口

4）环境接口。

工业三大要素 物质、能量和信息

机电一体化对三大要素的三大效果省能源，省资源，智能化

机电一体化系统（产品）设计的考虑方法：1)机电互补法又称取代法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。2）结合(融合)法，它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。3）组合法，它是将结合法制成的功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（品），故称组合法。

机电一体化系统的设计类型：1）开发性设计，它是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。2)适应性设计，它是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。3)变异性设计，它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。

B设计主要从以下几方面采取措施：1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；2)缩短传动链，提高传动与支承刚度； 3)选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力；4)缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施； 5)改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。

随着机电一体化技术的发展，要求传动机构不断适应新的技术要求。具体讲有三个方面：1)精密化，—对某种特定的机电一体化系统（或产品）来说，应根据其性能的需要提出适当的精密度要求。虽然不是越精密越好，但由于要适应产品的高定位精度等性能的要求，对机械传动机构的精密度要求也越来越高。2)高速化，—产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关。因此，机械传动机构应能适应高速运动的要求。3)小型化、轻量化，—随着机电一体化系统(或产品)精密化、高速化的发展，必然要求其传动机构的小型、轻量化，以提高运动灵敏度(快速响应性)、减小冲击、降低能耗。为与微电子部件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄化。

丝杆和螺母相对运动的组合情况，有一下类型：1.螺母固定，丝杆转动并移动；2丝杆转动、螺母移动；3.螺母转动、丝杆移动；4丝杆固定、螺母转动并移动。

丝杠螺母机构的传动形式及选择方法是：(1)螺母固定、丝杠转动并移动如图2—2a所示，该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。(2)丝杠转动、螺母移动如图2-2b所示，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。(3)螺母转动、丝杠移动如图2_2c所示，该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。(4)丝杠固定、螺母转动并移动如图2—2d所示，该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下使用极不方便，故很少应用。此外，还有差动传动方式，其传动原理如图2_3所示。该方式的丝杠上有基本导程(或螺距)不同的(如L01、L02)两段螺纹，其旋向相同。当丝杠2转动时，可动螺母1的移动距离s=n(L01-L02)(n为丝杠转速)，如果两基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位移s。因此，这种传动方式多用于各种微动机构中。

滚珠丝杠副的结构类型可以从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙的调整方法进行区别。

滚珠的循环方式有：滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。外循环---外循环方式中的滚珠在循环返向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外作循环运动。从结构上看，外循环有以下三种形式：1）螺旋槽式2）插管式3)端盖式 精度等级：根据GB/T17587.3-1998（与ISO 3408-3：1992同）标准，将滚珠丝杠副的精度分成为1、2、3、4、5、7、10共七个等级，最高级为1级，最低级为10级。

推荐采用的精度等级：数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精度的要求可选用1、2、3级，一般动力传动可选4、5级，全闭环系统可选2、3、4级。

滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧：(1)双螺母螺纹预紧调整式，(2)双螺母齿差预紧调整式，(3)双螺母垫片调整预紧式，（4）弹簧式自动调整预紧式，（5）单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。

滚珠丝杆副支承方式的选择：1之承方式：1)单推-单推式，2)双推-双推式，3)双推-简支式4)双推-自由式。2制动装置。

各级传动比的最佳分配原则：1.重量最轻原则。2.输出轴转角误差最小原则3.等效转动惯量最小原则.综合上述，在设计中应根据上述的原则并结合实际情况的可行性和经济性对转动惯量、结构尺寸和传动精度提出适当要求。具体来讲有一下几点：1，对于要求体积小、重量轻的齿轮传动系统可用重量最轻原则。2.对于要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的伺服系统的减速齿轮系，可按最小等效转动惯量和总转角误差最小的原则来处理。对于变负载的传动齿轮系统的各级传动比最好采用不可约的比数，避免同期齿合以降低噪声和振动。3.对于提高传动精度和减小回程误差为主的传动齿轮系，可按总转角误差最小原则。对于增速传动，由于增速时容易破环传动齿轮系工作的平稳性，应在开始几级就增速，并且要求每级增速比最好大于1：3，以利于增加轮系刚度、减小传动误差。4.对较大传动比传动的齿轮系，往往需要将定轴轮系和行星轮系巧妙结合为混合轮系。对于相当大的传动比，并且要求传动精度与传动效率高、传动平稳、体积小、重量轻时，可选用新型的谐波齿轮传动。

齿轮传动间隙的调整方法：1，圆柱齿轮传动：偏心套（轴）调整法，轴向垫片调整法，双片薄齿轮错齿调整法。

圆形导轨：此类导轨制造方便，外圆采用磨削，内孔经过珩磨，可达到精密配合，但磨损后很难调整和补偿间隙。圆柱形导轨有两个自由度，适用于同时作直线运动和转动的地方。若要限制转动。可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩，亦可采用双圆柱导轨。圆柱导轨用于承受轴向载荷的场合。

2-19.设有一谐波齿轮减速器，其减速比为100，柔轮齿数为100 答：根据公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知: 当iHr=100时,Zg=99,（但一般刚轮齿数比柔轮齿数多，所以舍去）当iHr=-100时,Zg=101;故该谐波减速器的刚轮齿数为101,（柔轮）输出轴方向与（波发生器）输入轴转向相反。(提示：一般来说，刚轮仅比柔轮多几个齿；刚轮固定时，柔轮与输出轴固联；柔轮固定时，刚轮与输出轴固联，两种情况下，波发生器均与输入轴固联)C．执行元件的种类及特点：1.电气式执行元件，包括控制用电动机(步进电动机、DC和AC伺服电动机)、静电电动机、磁致伸缩器件、压电元件、超声波电动机以及电磁铁等。其中，利用电磁力的电动机和电磁铁，因其实用、易得而成为常用的执行元件。对控制用电动机的性能除了要求稳速运转性能之外，还要求具有良好的加速、减速性能和伺服性能等动态性能以及频繁使用时的适应性和便于维修性能。2.液压式执行元件，主要包括往复运动的油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸占绝大多数。目前，世界上已开发了各种数字式液压式执行元件，例如电-液伺服马达和电-液步进马达，这些电-液式马达的最大优点是比电动机的转矩大，可以直接驱动运行机构，转矩/惯量比大，过载能力强，适合于重载的高加减速驱动。3.气压式执行元件，气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件无什么区别。具有代表性的气压执行元件有气缸、气压马达等。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。

对执行元件的基本要求：1.惯量小、动力大

2.体积小、重量轻，既要缩小执行元件的体积、减轻重量，同时又要增大其动力，故通常用执行元件的单位重量所能达到的输出功率或比功率，即用功率密度 或比功率密度来评价这项指标。设执行元件的重量为G，则功率密度 为 P/G。比功率密度为(T2/J)/G。3.便于维修、安装，执行元件最好不需要维修。无刷DC及AC伺服电动机就是走向无维修的一例。4.宜于微机控制，根据这个要求，用微机控制最方便的是电气式执行元件。因此机电一体化系统所用执行元件的主流是电气式，其次是液压式和气压式(在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节)。内燃机定位运动的微机控制较难，故通常仅被用于交通运输机械。

对控制用电动机的基本要求：

开环系统：步进电机。半闭环，闭环系统：伺服电动机。

D简述步进电机的工作原理：其定子有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即有A-A1、B-B1、C-C1三相，磁极上绕有励磁绕组。假定转子具有均匀分布的四个齿，当A、B、C三个磁极的绕组依次通电时，则：A、B、C三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。

简述步进电机距角大小的计算方法：步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可用下式计算：步距角＝360°／(z m)式中 z-转子齿数；m-运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即m=KN(N为电动机的相数，单拍时K＝1，双拍时K＝2)。步进电机也可以制成四相、五相、六相或更多的相数，以减小步距角并改善步进电机的性能。-说明CPU,MC,与MCS的关系：微处理机简称CPU。它是一个大规模集成电路(LSI)器件或超大规模集成电路(VLSI)器件，器件中有数据通道、多个寄存器、控制逻辑和运算逻辑部件，有的器件还含有时钟电路，为器件的工作提供定时信号。微型计算机，简称MC。它是以微处理机(CPU)为中心，加上只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、输入／输出接口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。上述微处理机、微型计算机都是从硬件角度定义的，而计算机的使用离不开软件支持。一般将配有系统软件、外围设备、系统总线接口的微型计算机称为微型计算机系统，简称MCS。

微机选用要点：不同领域可选用不同品种、不同档次的微机。生产系统自动化、机床自动化、数控机床一般应用8位或16位微机系统，特别是控制系统与被控对象分离时，可使用单板机、多板机微机系统。像家用电器、商用产品，计算机一般装在产品内，故应采用单片机或微处理器。然而，这类产品处理速度不高、处理数据量不大、处理过程又不太复杂，故主要采用4位或8位微机。在要求很高的实时控制及复杂的过程控制、高速运算及大量数据处理等场合，如智能机器人、导航系统、信号处理系统应主要使用16位与32位微机。对一般的工业控制设备及机电产品、汽车机电一体化控制、智能仪表、计算机外设控制、磅秤自动化、交通与能源管理等，多采用8位机。换句话说，4位机常用于较简单、规模较小的系统(或产品)，16位与32位机及64位机主要用于较复杂的大系统，8位机则用于中等规模的系统。由于单片机的迅速发展，它的功能更强，性能更完善，逐渐满足各种应用领域的要求，应用范围不断扩大，不但用于简单小系统，而且不断被复杂大系统所采用。

说明光电耦合器的光电隔离原理：控制输出时，从上图a可知，微机输出的控制信号经74LS04非门反相后，加到光电耦合器G的发光二极管正端。当控制信号为高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电压。当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可将光电耦合器用于信息的输入，如上图b所示。当然，光电耦合器还有其他连接方式，以实现不同要求的电平或极性转换

E．MC/FMC/FMS/FA/CIMS的含义是什么：MC：加工中心；FMC：柔性制造单元；FMS：柔性制造系统；FA:

CIMS：计算机集成制造系统。F．计算：

系统调节方法：1.PID调节器及其传递函数，2.调节作用分析，3.速度反馈校正

可靠性设计：所谓可靠性，是指“产品(或系统)在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力”。“完成规定功能”就是能够连续地保持产品(或系统)的工作能力，使各项技术指标符合规定值。

保证系统（产品）可靠性的方法：

自动控制：在系统(产品)设计中，利用机电一体化技术的优势，使系统(产品)具有自适应、自调整、自诊断甚至自修复的功能，可以大大提高系统(产品)的可靠性。这是因为自适应和自调整等自动化技术，能使机器具有适应工作条件经常变化的功能(对外界的作用作出反应)，以及恢复丧失了的工作能力的功能，使系统(产品)不仅具有完成规定功能的能力，而且能够长时期地保持这种能力，不必担心外界影响，也不必担心系统(产品)本身在运转过程中发生故障。（2）冗余技术。冗余技术又称储备技术。它是利用系统的并联模型来提高系统(产品)可靠性的一种手段。冗余有工作冗余和后备冗余两类。工作冗余：又称工作储备或掩蔽储备，是一种两个或两个以上单元并行工作的并联模型。平时，由各个单元平均负担工作应力，因此工作能力有冗余。只有当所有的单元都失效时系统才失效，如果还有任何一个单元未失效，系统就可靠地工作，不过这个单元要负担额定的全部工作应力。后备冗余：又称非工作储备或待机储备。平时只需一个单元工作，另一个单元是冗余的，用于待机备用。这种系统必须设置失效检测与转换装置，不断检测工作单元的工作状态，一旦发现失效就启动转换装置，用后备单元代替失效的工作单元。（3）诊断技术。从本质上来看，诊断技术是一种检测技术，用来取得有关系统(产品)中产生的失效(故障)类型和失效位置信息。它的任务有两个：一是出现故障时，迅速确定故障的种类和位置，以便及时修复；二是在故障尚未发生时，确定产品中有关元器件距离极限状态的程度，查明系统(产品)工作能力下降的原因，以便采取维护措施或进行自动调整，防止发生故障。诊断的过程是：首先对诊断对象进行特定的测试，取得诊断信号(输出参数)，再从诊断信号中分离出能表征故障种类和位置的异常性信号，即症兆；最后将症兆与标准数据相比较，确定故障的种类和故障位置。测试：通常有两种测试，一是在故障出现之后，为了迅速确定故障的种类和位置，对诊断对象进行的试验性测试，这时诊断对象处于非工作状态，这种情况称为诊断测

试；二是在故障发生之前，诊断对象处于工作状态，为了预测故障或及时发现故障而进行的在线测试，这种情况称为故障监测。症兆：症兆是有助于判断故障种类和故障位置的异常性诊断信号，可分为直接症兆和间接症兆两类。直接症兆是在检测产品整机的输出参数或可能出现故障的元、部件的输出参数时，取得的异常性诊断信号。例如，系统(产品)的主要性能参数异常或有关机械零件的磨损量、变形量等参数变化的信号。间接症兆是从那些与系统(产品)工作能力存在函数关系的间接参数中取出的异常性诊断信号。例如，系统(产品)的音响信号、温度变化、润滑油中的磨损产物、系统动态参数(幅频特性)等，都可作为取得间接症兆的信号。采用间接症兆进行诊断的主要优点是，可以在系统(产品)处于工作状态及不作任何拆卸的情况下,评价产品的工作能力。其缺点是，间接症兆与系统(产品)输出信号之间往往存在某种随机关系，此外，一些干扰因素也会影响间接症兆的有效性。尽管如此，间接症兆在诊断技术中还是得到了广泛应用。诊断：诊断就是将测试取得的诊断信号与设定的标准数据相比较，或利用事先确定的症兆与故障之间的对应关系，来确定故障的种类与部位。标准数据是根据系统(产品)或元、部件输出参数的极限值来设定的。症兆与故障之间的对应关系，可根据理论分析或模拟仿真试验来建立，这种关系用列表形式来表示时，称为故障诊断表，有时称为故障字典。前面简述了保证系统(产品)可靠性的方法，其中裕度法主要是一种改进硬件的措施，自动控制法以及冗余技术和诊断技术是用硬件、软件或两者结合来保证系统(产品)可靠性的措施。

干扰和抗干扰措施：（1)干扰源。一般来说，在机电一体化系统（产品）中，用专用或通用微型计算机组成的控制器，其硬件经过筛选和老化处理，可靠性非常高，平均无故障工作时间较长，因此，引起控制器故障(失效)的原因多半不在于其本身，而在于从各种渠道进入控制器的干扰信号。下图表示干扰信号进入控制器的各种渠道。这些渠道可分为两大类型：一是传导型，通过各种线路传入控制器，包括供电干扰、强电干扰和接地干扰等；二是辐射型，通过空间感应进入控制器，包括电磁干扰和静电干扰等。供电干扰：控制器一般都配备有专用的直流稳压电源，即使如此，从交流供电网传来的干扰信号仍然可能影响电源电压的稳定性，并可能经过整流电源窜入控制器。这些干扰信号主要来源于附近大容量用电设备的负载变化和开、停时产生的电压波动。这些设备在起动时使电网电压瞬时降低，在停止时又产生过电压和冲击电流。此外，雷电感应也会产生冲击电流。供电电网对控制器的另一种干扰是断电或瞬时断电，这将引起数据丢失或程序紊乱。强电干扰：驱动电路中的强电元件如继电器、电磁铁和接触器等感性负载，在断电时会产生过电压和冲击电流。这些干扰信号不仅影响驱动电路本身，还会通过电磁感应干扰其他信号线路。这种强电干扰信号能通过外部接口通道影响控制器内部I/O接口的状态，并通过I/O接口进入控制器。接地干扰：接地干扰是由于接地不当、形成接地环路产生的。下图为接地环路的两种典型情况。图a是由于接地点远而形成的环路，因为不同位置的接地点一般不可能电位相同，因此形成图中所示的地电位差；图b是采用公用地线串联接地而形成的环路，由于各设备负载不平衡、过载或漏电等原因，可能在设备之间形成电位差；无论哪种情况形成的电位差，都会产生一个显著的电流而干扰电路的低电平。辐射干扰：如果在控制系统附近存在磁场、电磁场、静电场或电磁波辐射源，就可能通过空间感应，直接干扰系统中的各设备(控制器、驱动接口、转换接口等)和导线，使其中的电平发生变化，或产生脉冲干扰信号。系统附近或系统中的感性负载是最常见的干扰源，它的开、停会引起电磁场的急剧变化，其触点的火花放电也会产生高频辐射。人体和处于浮动状态的设备都可能带有静电，甚至可能积累很高的电压。在静电场中，导体表面的不同部位会感应出不同的电荷，或导体上原有的电荷经感应而重新分配，这些都将干扰控制系统的正常运行。

（2)抗干扰措施。用来抑制上述各种干扰信号的产生或防止干扰信号危害的抗干扰措施，既有针对各种干扰源的性质和部位而采取的措施，也有从全局出发而采取的提高产品可靠性的措施。

供电系统的抗于扰措施：针对交流供电网络这个干扰源所采取的抗干扰措施主要是稳(稳压)、滤(滤波)、隔(隔离)。

增加电子交流稳压器：在直流稳压电源的交流进线侧增加电子交流稳压器、用来稳定220V单向交流进线电压，可以进一步提高电源电压的稳定性。

增加低通滤波器，用来滤去电源进线中的高频分量或脉冲电流。

加入隔离变压器，以阻断干扰信号的传导通路，并抑制干扰信号的强度。

在可靠性要求很高的地方，可采用不间断电源(具有备用直流电源)，以解决瞬时停电或瞬时电压降所造成的危害。接口电路的抗干扰措施：在控制器与执行元件之间的驱动接口电路中，少不了由弱电转强电的电感性负载，以及用来通、断电感负载的触点，这些都是产生强电干扰的干扰源。对于这种干扰，首先是采取吸收的方法抑制其产生，然后采取隔离的方法，阻断其传导。这种强电干扰，也会通过电磁感应影响控制器与检测传感器之间的转换接口电路。对于这种干扰以及从空间感应受到的其他辐射干扰，也需采取隔离的办法，以免通过转换接口进入控制器。采用RC电路或二极管和稳压二极管吸收在电感负载断开时产生的过电压，以消除强电干扰。

采用光隔离措施以防止驱动接口中的强电干扰及其他干扰信号进入控制器。如下图a所示,GT为光电耦合器，信号在其中单向传输，其输入端与输出端之间的寄生电容很小，绝缘电阻又非常大，因此干扰信号很难从输出端反馈到输入端，从而起到隔离作用。

转换接口的隔离：为了防止各种干扰影响由检测传感器传来的较弱的模拟信号，通常采用差分式运算放大器来隔离干扰信号，其原理如下图b所示。这种放大器的输出信号决定于两个输入端的电位差，即UP-Ui，而干扰信号的相位及大小对两个输入端来说是相同的，因此干扰信号就被抵消了。

对于近距离的检测传感器发出的数字或脉冲信号，不必再经过放大，可采用下图c所示的抗干扰电路。由R1和C1组成滤波器，滤去高频干扰。由于经过RC滤波后的脉冲信号往往有脉动和抖动，为了改善脉冲前沿，故增加了一级整形电路。

接地系统的抗干扰措施：要防止从接地系统传来的干扰，主要方法是切断接地环路，通常采用以下措施。

并联接地，单点接地，光电隔离。

机电一体化系统的“失效”与“故障”有何异同：如果产品不能完成规定功能，就称为失效，对于可修复的产品，也可称为故障。可见失效(或故障)是一种破坏产品(或系统)工作能力系统(产品)完成规定的功能是相对于“规定条件”和“规定时间”而言的。“规定条件”是指使用时的应力条件(工作条件)、环境条件和存储时的存储条件等，“规定条件”不同，系统（产品）的可靠性也不同。例如，同一半导体器件，在使用时要求输出不同的功率，但不同的温度和湿度等环境条件、存储条件都会影响其可靠性。“规定时间”长短的不同，系统（产品）的可靠性也不同，一般来说，规定的时间越长、故障越多，可靠性也就越低。的事件，失效(或故障)越频繁可靠性就越低。

第五篇：机电一体化

只要你学会了机电一体化的所有课程已经很不错了，机电一体化课程画法几何与机械制图、工程力学、电工电子技术、机械设计基础、液压传动、金属材料与金属工艺学、微机原理与接口技术、C语言程序设计、自动控制原理、机床电气控制、机电一体化系统设计、数控系统及应用、可编程器原理及应用、计算机辅助设计与制造等，你是学习上面这些内容吗？如果是的话，就可以找机电厂，电厂，电气控制设备厂，或普通工厂的机电维修等工作，在工作中，就学点电气自动化的知识，这样深化你的机电一体化的知识。只要你认真领会了机电一体化化的实践知识，去到那里都会很容易找到工作的。因为现在的社会都是机电自动化的社会了。现在中型的小工厂都会用得上 机电一体化，只要有控制机械的工厂都可以去实践学习。刚开始就是不求工资的高低，只要在实践中深化自己，有了第一次的就业经验，第二次就也就会很容易了，因为招聘的人一般都会问你第一次在那里工作。工作的情况，经验的，你就要好好展示你的才华了。

管理员也可以呀，专门搞画法几何与机械制图、工程力学，C语言程序设计等工作，专门专业是很不错的，将来社会所有工厂都会陆续进行改造为机电一体化控制。前景无限呀。

至今机电一体化发展已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。对机电一体化技术的基本与成长进行了简要介绍,并阐述了机电一体化的发展进程及未来的发展趋势。机电一体化是现代技术的必然结果,机电一体化技术是现代科技发展的核心技术,机电一体化专业人才也是现代社会不可或缺的核心人才。现从机电一体化技术的发展、现状、前景等方面谈机电一体化技术以及培养适应现代社会工业发展需要机电一体化专业高职人才的必要性。机电一体化是我国制造业发展的重要基础专业之一.但我国目前这个专业高层次人才奇缺,高精尖方向大部分都被国外控制.因此,如果想在这个方面发展,如果有硕士研究生学历,并有实践经验,甚至是博士研究生,那么前途无量的.机电一体化的未来发展趋势探析

【论文关键词】：光机电一体化；技术特征；发展

【论文摘要】：介绍了光机电一体化技术特征，研究了国内外技术现状和发展趋势，指出了未来发展前景和一些重要技术热点。

近些年来，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。

1.光机电一体化技术特征

光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。

1.1 体积小，重量轻，适应性强，操作更方便

光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。

1.2 功能增加，精度大幅提高

光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制 水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。

1.3 部分硬件实现软件化，智能化程度提高

传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向“软件化”和“智能化”。

1.4 产品可靠性得到提高，使用寿命增长

传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，导致可动摩擦、撞击、振动等加重，严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。

1.5 融合了多种学科新技术，衍生出许多功能更强、性能更好的新产品

光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识，包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来，衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。

1.6 产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高

光机电一体化是一门学科的边缘科学技术，多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。

2.研究现状和发展趋势

2.1研究现状

自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济实用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此，我国自行研制和生产的光机电设备，在质量上也有重大突破，为今后的推广应用打下了良好的基础。

2.2 发展趋势

光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。

从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括：

（1）激光技术

1）高单色性，利用激光高单色性作精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。

2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。

4）相干性，由于激光速频率单

一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。

（2）传感检测技术

1）激光准直，能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。

2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。

3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险的环境中，最常选用的是光纤探测器。

其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。

（3）激光快速成型技术

激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。

（4）光能驱动技术

利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器，其工作原理是将光照在形状记忆合金上，反复地通、断使材料伸缩，再利用感温磁性体的温度特性，将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性，加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证，该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段，如果能发现具有优异光作用特性的动态物质，则可使光能驱动技术广泛应用。

3.结语

技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。

参考文献

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