机电一体化课程复习资料(二)

第一篇：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）

第二篇：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。

第三篇：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

第四篇：机电一体化 课程重点

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。

机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个子系统组成。

全闭环系统、半闭环系统。

机电一体化的基本特征是给机械添加了“头脑”。

机电一体化系统必须具有一下三个“目的功能”：

1、变换功能；

2、传递功能；

3、储存功能。

机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、融合（结合）法和组合法。机电一体化系统的设计类型大致有以下三种：

1、开发性设计；

2、适应性设计；

3、变异性设计。P13

并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行系统设计，就是说，在设计过程中对系统生命周期内的各个阶段的要求要尽可能地同时进行交互式的协调。

丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或直线运动变换为旋转运动。

丝杠螺母机构的基本传动形式有：

1、螺母固定、丝杠转动并移动（获得较高的传动精度）；

2、丝杠转动、螺母移动（结构紧凑、丝杠刚性较好，适用于行程较大的场合。常用！！）；

3、螺母转动、丝杠移动；

4、丝杠固定、螺母转动并移动。

滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧形和双圆弧形。滚道型面与滚珠接触点的法线与丝杠轴向的垂线间的夹角α称接触角，一般为45°。P26

滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。外循环从结构上看有三种形式：

1、螺旋槽式；

2、插管式；

3、端盖式。

基本导程Ph。

滚珠丝杠副在有负载时，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。这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的稳定性。

调整预紧的方法：

1、双螺母螺纹预紧调整式；

2、双螺母齿差预紧调整式；

3、双螺母垫片预紧调整式；

4、弹簧式自动调整预紧式；

5、单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。

常用轴承的组合方式：

1、单推—单推式；

2、双推—双推式；

3、双推—简支式；

4、双推—自由式（轴向刚度和承载能力低）。

当选定执行元件步距角α、系统脉冲当量δ和丝杠基本导程Ph之后，其减速比i应满足匹配关系为iPh)。

各级传动比的最佳分配原则：

1、重量最轻原则；

2、输出轴转矩角误差最小原则；

3、等效转动惯量最小原则。

谐波齿轮传动的传动比：P41

圆柱齿轮传动的齿侧间隙的调整方法：

1、偏心套（轴）调整法；

2、轴向垫片调整法；

3、双片薄齿轮错齿调整法。

间歇传动机构：

1、棘轮传动机构；

2、槽轮传动机构；

3、蜗形凸轮传动机构。

机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等。

导向精度是指动导轨按给定方向作直线运动的准确精度。

导轨副的截面形状：

1、三角形导轨（磨损后能自动补偿）；

2、矩形导轨；

3、燕尾形导轨；

4、圆形导轨。

静压导轨副工作原理P65-P66。

方向精度是指运动件转动时，其轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。

置中精度是指在任意截面上，运动件的中心与承导件的中心之间产生偏移的程度。嵌入式滚动支承形式：图a所示的结构，接触面积小，其摩擦阻力矩较另外两种小，但所承受的载荷也较小，在耐磨性方面也不及后两种结构好。图b所示结构能承受较大载荷，但摩擦阻力矩较大。图c所示结构，在承受载荷和摩擦阻力矩方面，介于前两者之间。P71

执行元件的种类：

1、电动式执行元件；

2、液动式执行元件；

3、气动式执行元件。特点：P91。

步进电动机一般为开环控制，直流和交流伺服电机可采用半闭环或全闭环控制方式。闭环控制方式可得到比开环控制方式更精密的伺服控制。

电动机的功率密度PG。电动机的比功率dp/dtd(T)/dtTNd/dtTTN2TNTN/Jm。

对于起停频率低，但要求低速平稳和扭矩脉动小，高速运行时振动、噪声小，在整个调速范围内均可稳定运动的机械；对起停频率高，但不特别要求低速平稳性产品。

直流伺服电机与驱动：P98。脉宽调制直流调速驱动系统原理如图3.4所示。P99。步进电机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。

步进电动机的特点：

1、工作状态不易受各种干扰因素的影响；

2、步距角的误差不会长期积累；

3、控制性能好，不易“丢步”。

步进电机的工作原理。P105-P107

步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，大小为：360/(zm)。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）。

实现环形分配的方法有三种：

1、采用计算机软件，利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分；

2、采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器；

3、采用专用环形分配器器件。

将一个步距角细分成若干步的驱动方法称细分驱动。

要实现细分，需要将绕组中的矩形电流波改成阶梯形电流波，即设法使绕组中的电流以若干个等幅等宽度阶梯上升到额定值，并以同样的阶梯从额定值下降为零。

使用微型计算机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式。

专用控制系统适合于大批量生产的机电一体化产品。

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。

微型计算机：字长—微处理器的字长定义为并行数据总线的线数。字长直接影响数据的精度、寻址的能力、指令的数目和执行操作的时间。速度—速度的选择与字长的选择可一并考虑。

按微处理机位数可将微型计算机分为位片、4位、8位、16位、32位和64位等机种。位数是指微处理机并行处理的数据位数，即可同时传送数据的总线宽度。

机器语言是设计计算机时所定义的、能够直接解释与执行的指令体系，其指令用“0”、“1”符号所组成的代码表示。当CPU的引脚MN/MX接到+5V时，8086/8088工作于最小模式。MN/MX接地，8086/8088则工作于最大模式。最小工作模式是指单处理器系统。

最大工作模式是相对于最小工作模式而言的。其特征是系统中可以包括两个或多个微处理器。

8086/8088引脚的功能定义。P137—P140

8086CPU最小工作模式系统的典型配置。P141图4.7

I/O寻址方法。P152

光电隔离电路的作用：

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；

2、可以进行电平转换；

3、提高驱动能力。

光电耦合隔离电路应用。P169

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。

按输出信号的性质可将传感器分为开关型、模拟型和数字型。

P180

传感器与微机的基本接口。表4.32

模拟量转换输入方式。表4.33

采样是指将连续时间信号转变为脉冲或数字信号的过程。

D/A转换过程。P206

直线插补与圆弧插补。P247

典型负载是指惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载。

等效转动惯量、等效负载转矩。P251公式（7.3）、公式（7.8）

计算举例。P251

额定转矩T（N.m或N.cm）应大于所需要的最大转矩。

系统执行元件的转矩匹配：TTeqT惯

有源校正，通常不是靠理论计算而是用工程整定的方法来确定其参数的。方法如：P265 调节器控制作用有三种基本形式，即比例作用、积分作用和微分作用。

控制作用对系统产生的控制结果。P267

由于减速器的主动轮和从动轮之间间隙的存在和传动方向的变化，齿轮传动的输入转角和输出转角之间呈滞环特性。

传动间隙对伺服系统的影响：

1、闭环之内的动力传动链齿轮间隙影响系统的稳定性；

2、反馈回路上的传动链齿轮传动间隙既影响系统的稳定性又影响系统精度。

可靠性是系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

保证系统可靠性的方法：

1、提高系统的设计和制造质量；

2、冗余技术；

3、诊断技术。干扰渠道示意图。P281图7.32 m

第五篇：机电一体化课程总结

课程总结

一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5 ～6 倍。

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

（四）具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。

（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。

②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。

③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。

④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

二、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础，因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

（三）传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

（四）信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。

（五）执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中最重要的组成部分。机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。