机电一体化课程总结

第一篇：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。

第二篇：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

第三篇：机电一体化总结

理论水平方面。实践需要理论指导，只有理论成立才有实践的可能，工作后，我时刻意识到自己知识的贫乏，电厂是生产一线，各个环节充满着技术，但对于普通的操作等工作，即便是吃老本，也是能操作的，但要使得工作能够游刃有余，懂得操作背后的原理，那就必须树立强烈的紧迫感和坚持不懈的再学习毅力，我常常为这些貌似复杂原理而发呆，为了使得自己能较透彻掌握自己岗位的技术原理，提高自己的技术水平，1996年我参加了报考参加由天津水利学校发起的水利系统中专自学考试，不耻下问，经过较为艰苦的努力，2010年获得毕业证书毕业，当年获得了技术员资格，在理论上友赢得了主动权。但是，随着时代脚步的快速前进，知识、技术更新的速度日新月异，面对新形势，自己又仿佛是井底之蛙，掌握的知识也是杯水车薪，为掌握新的理论，与时俱进，2010年，我踊跃参加了三峡水利大学的函授学习，将在今年毕业。自从参加工作以来，在历年机组的大修期间我都积极参加，并对照自己原有的各项知识结合电厂的设备具体运行状况使自己的理论知识和实践更好的结合，一方面放弃休息时间利用各种资料进行专业学习，有针对性地强化自己的专业知识储备;另一方面对自己不清楚的问题向老师傅求教，勤思、多做、苦学、牢记。利用较短的时间学会了各个设备的电器、机械图纸，弄清楚各个设备的运行原理和各个机电保护设备的铭牌参数和整定值，使自己能更准确地在运行工作中判断运行状况，给自己增添了许多工作信心。

第四篇：机电一体化总结

1、机电一体化（Mechatronics）是机电一体化技术及其产品的统称，并把柔性制造系统和计算机集成制造系统等先进制造技术的生产线和制造过程也包括在内，发展了机电一体化的含义。包括六大关键技术：精密机床技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、系统总体技术。

2、机电一体化系统的基本功能要素（或组成）：①机械本体；②动力部分；③传感检测部分；④执行部分；⑤驱动部分；⑥控制与信息处理部分；⑦接口

3、接口的三个作用：①交换；②放大；③传递

4、机电一体化的相关技术：①机械技术；②传感检测技术；③信息处理技术；④自动控制技术；⑤伺服传动技术；⑥系统总体技术

5、机电一体化的设计方法：整体设计法、组合法、替代法

6、机电一体化的设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计

7、机械移动系统的基本元件：质量、阻尼器、弹簧

8、影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素：①负载的变化；②传动链惯性；③传动链固有频率；④间隙、摩擦、润滑和温升

9、GD即动物体的重量G与回转直径D的平方的乘积。(GD24gJ)

10、两物体接触面间的摩擦力在应用上可简化为粘性摩擦力、库仑摩擦力与静摩擦力三类

11、齿轮传动齿侧间的消除：①刚性消隙法；②柔性消隙法

12、电动机驱动的二级齿轮传动系统，假定各主动小齿轮具有相同的转动惯量J1,轴与轴承

2i1转动惯量不计，各齿轮均为实心圆柱体，且齿宽和材料均相同，效率为1，则i222 或

i12i（i1,i2为齿轮系中第一、二级齿轮副的传动比；i为齿轮系数总传动比，ii1i2）

13、滚珠花键既是一种传动装置，又是一种直线运动支撑，可用于机器人、机床、自动搬运车等各种机械。

14、谐波齿轮传动特点：①传动比大；②承载能力强；③传动精度高；④齿侧间隙小；⑤传动平稳；⑥结构简单，体积小，重量轻。

H15、谐波齿轮传动的传动比计算irgrHzg式中：g、r、H分别为刚轮、柔gHzr

轮和波形发生器的角速度；zg、zr分别为刚轮和柔轮的齿数。

16、滚珠丝杆副是将普通的丝杆加上滚珠，变滑动为滚动，是丝杆、螺母、滚珠等零件组成的机械元件。分为：外循环插线管式和内循环反向器式

17、静压导轨是将具有一定压力的油或气体介质通入导轨的运动键与导向支撑键之间，运动键浮在压力油和气体薄膜之上，与导向支撑件脱离接触，使之摩擦阻力大大减小的导轨。

18、传感器：是借助于检测元件接受一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。分类方法：①以被测参量来分；②以传感器的工作原理来分。

19、衡量传感器静态特性的重要指标：线性度、灵敏度、迟滞性、重复性。

20、光栅：是一种新型的位移检测元件，它的特点是测量精度高（可达±1um）、响应速度快和量程范围大等。光栅条纹密度一般为每毫米25、50、100、250条等。

21、感应同步器分为：鉴相式和鉴幅式

22、接近式位置传感器按工作原理分为：电磁式、光电式、静电容式、气压式、超声波式。

23、将放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗这种特点的放大器具有能利用计算机采用软件控制的办法来实现增益的自动变换功能的放大器叫做程控增益放大器；

24、隔离放大器特点：①能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏；②泄漏低电流，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路；③共模抑制比高，能对直流和低频信号进行准确、安全的测量。

25、A/D转换器的特性：分辨率、相对精度、输入电压、输出电阻、转换时间（孔径时间）

26、A/D转换器的孔径时间：在对模拟信号进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出所需要的时间。

27、采样频率：（香侬定理）不失真检测Ws(采样频率)≥2Wmax（信号最高频率）

28、模拟信号经过时间离散变换和幅值离散变换(近似值)后转换成数字信号。

29、用软件进行“线性化”处理的方法：计算法、查表法、插值法。

30、伺服系统:以机械运动量为控制对象的反馈控制系统

31、伺服系统的结构组成及分类：①控制器；②功率放大器；③执行机构；④检测装置。

32、采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为直流伺服系统。

33、直流伺服系统种类繁多，按伺服电动机、功率放大器、检测元件、控制器的种类以及反馈信号与指令比较方式等分为不同类型的直流伺服系统

34、相敏放大器也称鉴幅器，它的功能是将交流电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的交流电压的相位相适应。

35、相敏放大器的任务①将输入交流电压变换成直流电压；②当输入交流电压相位变成相差∏时时，输出的直流电压极性亦随之改变；③输出直流电压的数值与输入交流电压的幅值成正比

36、脉宽调制型（PWM）功率放大器的基本原理：利用功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变输出电压的平均值。

37、采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为交流伺服系统。按其选用不同的电动机而分为两大类：同步型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机。

38、步进电动机（或脉冲电动机或脉冲马达）；步进电动机多用于开环系统

39、三相步进电动机的三种分配方式：三相三拍、三相六拍、双三拍

40、步距角的计算（步距角）360，m为相数，z为转量数，k为通电方式导数。mzk41、细分驱动电路的作用是减少步距角

42、光电隔离电路的作用：1）通过光电转换隔离输入/输出2）实现电平转换3）增加驱动能力

44、在工业环境中使用计算机控制系统，除去被控对象、检测仪表和执行机构外，其余部分称做“工业控制计算机”，简称“工业控制机”或“工控机”

45、PLC工作特点：顺序扫描、循环执行（工作可靠、可与工业现场信号直接连接、积数式组合、编程操作容易、易于安装及维修）；PLC输入扫描，计算，输出控制。（三阶段工作制）

第五篇：机电一体化总结

第一章

1、机电一体化的含义：

机电一体化是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术和软件编程技术等群体技术，从系统的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智能、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究使得整个系统有机结合与综合集成，并在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

2、机电一体化系统的组成：

a机械本体：微型化、轻型化、美观化

b伺服驱动执行：高精度、高速度、高可靠性

c传感检测单元：提高数据精度及速度

d计算机控制与信息处理 e动力源

3、机电一体化相关技术：

a机械技术 b传感检测技术 c信息处理技术 d自动控制技术 e伺服驱动技术 f系统总技术

4、机电一体化系统开发的设计思想： 机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长并加以综合运用而取得整体优化效果，因此在机电一体化系统开发的过程中，要特别强调技术融合，学科交叉的作用。机电一体化系统开发是一项多级别、多单元组成的系统工程。把系统的各单元有机的结合成系统后，个单元的功能不仅相互叠加，而且相互辅助、相互促进、相互提高，是整体的功能大于各单元功能的简单的和，即“整体大于部分的和”。当然，如果设计不当，由于各单元功能的差异性，在组成系统后会导致单元间的矛盾和摩擦，出现内耗，内耗过大，则可能出现整体小于部分之和的情况，从而失去了一体化的优势。因此，在开发过程中，一方面要求设计机械系统时，应选择与控系统的电气参数相匹配的机械系统参数；同时也要求设计控制系统时，应根据机械系统的固有参数来选择和确定电气参数。综合应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、相互补充，充分体现机电一体化的优越性。

5、机电一体化系统设计方法： a取代法 b整体设计法 c组合法

6、机电一体化发展趋势：

a微型化（大型化）b智能化 c集成化d模块化 e绿色化

第二章

间隙

1齿轮传动齿侧间隙的消除

a刚性消隙法：在严格控制齿轮齿厚和齿距误差的条件下进行的，调整后齿侧间隙不能自动补偿，但能提高传动刚度。

偏心轴套式消隙机构如图2-18所示。电动机1通过偏心轴套2装在箱体上。转动偏心轴套可调整两齿轮中心距，消除齿侧间隙

b柔性消隙法：调整后齿侧间隙可以自动补偿。采用这种消隙法时，对齿轮齿厚和齿距的精度要求可适当降低，但对影响传动平稳性有负面影响，且传动刚度低，结构也较复杂。2丝杠螺母间隙的调整：

丝杠螺母传动系统的轴向间隙为丝杠静止时螺母考虑轴向间隙又要考虑滚珠与滚道的接触弹性变形。丝杠螺母传动系统的调隙一般采用双螺母结构。

丝杠螺母传动系统的轴向间隙为丝杠静止时螺母沿轴向的位移量

S=L/z1z2。包括垫片式调隙机构、螺纹式调隙机构、齿差式调隙机构

第三章

三传感器传感器是借助于检测元件接受一切形式的信息，并按一定规律将他转化成另外一种信息的装置。

2常用直线位移测量传感器有：电感传感器，电容传感器，感应同步器，光栅传感器等。

3常用角位移传感器有：电容传感器，光电编码盘等

4电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容量变化的一种传感器。5电感式传感器利用电磁感应原理，把被测位移量变化成线圈自感或互感变化的装置。

1、传感器的性能：

量程、灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨力（率）、阀值等

1、线性度：传感器实际特性曲线与拟合直线之间的偏差

2、灵敏度：输出变化对输入变化的比值

3、迟滞性：在正反行程期间输入—输出特性曲线不重合程度

4、重复性：输入量按同一方向多次测试时所得特性曲线的不重合程度

2、传感器的选用原则： a足够的容量 b与测量或控制系统的匹配性好 c精度适当，且稳定性高 d反应速度快，工作可靠性好 e使用性和适应性强 f使用经济

光栅由主光栅、指示光栅、电源盒光电器件组成，两者的光刻密度相同，但体长相差很多。光栅条纹密度一般为每毫米25条、50条、100条、250条等。把指示光栅平行地放在主光栅侧面，并且使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹，称为莫尔条纹。它们是沿着与光栅条纹几乎成垂直的方向排列。主光栅和被测物相连，它随被测物体的直线位移而产生位移。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生上下移动。若用光电器件记录下莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的距离，也就测得了被测物体的位移量。光栅莫尔条纹的特点是起放大作用，用W表示条纹宽度（mm），P表示光栅距离（mm），θ表示光栅条文间的夹角，则有：W≈P/θ 光电式转速传感器

光电式转速传感器是由装在被测轴（或与被测轴相连接的输入轴）上的带缝隙圆盘，光源，光电器件和指示缝隙盘组成。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间t内的脉冲数N，则可测出转速为n=60N/Zt

.位置传感器分接触式和接近式两种，所谓接触式传感器就是能获取两个物体是否已经接触的信息的一种传感器；而接近式传感器是用来判别在某一范围内是否有一物体的一种传感器。

2.接触式传感器按其工作原理主要分为：电磁式、光电式、静电容式、气压式和超声波式。

电容传感器C=ε将被测非电量的变化转0εrA/δ

换为电容量变化的一种传感器。这种传感器具有结构简单、高分辨力、可实现非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作等优点，因此在自动检测中得到普遍应用。1.变极距型电容传感器 ：

当动极板因被测量变化而向上移动使减小时，电容量增大。

注意：传感器输出特性是非线性的，规定在较小间隙变化范围内工作。2.变面积型电容传感器 ：

原理：它与变极距型不同的是，被测量通过动极板移动，引起两极板有效覆盖面积A改变，从而得到电容的变化。

这种传感器的输出特性呈线性。因而其量程不受线性范围的限制，适合于测量较大直线位移和角位移。3．变介质型电容传感器

原理结构如图。两平行极板固定不动，极距为δ0，相对介电常数为ε的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变电容。

应用：这种电容传感器有较多的结构形式，可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可以用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体的物质的湿度。

接近式传感器 1．电磁式传感器

当一个永久磁铁或一个通有高频电流的线圈接近一个铁磁体时，它们的磁力线分布将发生变化，因此，可以用另一组线圈检测这种变化。当铁磁体靠近或远离磁场时，它所引起的磁通量变化将在线圈中感应出一个电流脉冲，其幅值正比于磁通的变化率，图3-20给出了线圈两端的电压随铁磁体进入磁场的速度而变化的曲线，箕电压极性取决于物体进入磁场还是离开磁场。因此，对此电压进行积分便可得出一个二值信号。当积分值小于特定的阈值时，积分器输出低电平；反之，则输出高电平，此时表示已接近某一物体。2．电容式传感器

电容式接近传感器是一个以电极为检测端的静电电容式接近开关，它由高频振荡电路、检波电路、放大电路、整形电路及输出电路组成。平时检测电极与大地之间存在一定的电容量，它成为振荡电路的一个组成部分。当被检测物体接近硷游电摄时，由于检测电极加有电压，检测物体就会受到静电感应而产生极化现象，被酒物体越靠近检测电极，检测电极上的电荷就越多，由于检测电极的静电电释C= Q/u．所以电荷的增多，使电容C随之增大，从而有使振荡电路的振减弱，甚至停止震荡。震荡电路的振荡与停振这两种状态被检测电路转换为开关信号后向外输出。电磁感应式传感器只能检测电磁材料，对其它非电磁材料则无能为力。而电容传感器却能克服以上缺点，它几乎能检测所有的固体和液体材料。

3.光电式传感器

这种传感器具有体积小、可靠性

高、检测位置精度高、响应速度快、易与TTL及CMOS电路兼容等优点，它分透光型和反射型两种。

在透光塑光电传感器中，发光器件和受光器件相对放置，中间留有间隙：当被测物体到达这一间隙时，发射光被遮住，从而接收器件（光敏元件）便可检测出物体已经到达。这种传感器的接口电路如图3-21所示。反射型光电传感器发出的光经被测物体反射后再落到检测件上，由于是检测反射光，所以

得到的输出电流Ic较小。另外，对于不同的物体

表面．信躁比也不一样．因此，设定限幅电平就显得非常重要图3，22表示这种传感器的典型应用，它的电路和透射型传感器大致相同，只是接收器的发射极电阻R：用得较大且为可调，这主要是因为反射型传感器的光电流较小且有很大分散性。

3、传感器的应用及工作原理： 例：a烟雾传感器b鼠标 c测水箱水位

4、位置检测：

A接触式位置传感器：a由微动开关制成的位置传感器 b二维矩阵式配置的位置传感器

B接近式位置传感器：a电磁式传感器 b电容式传感器 c光电式传感器

5、传感器的非线性补偿法： a计算法 b查表法 c插值法

6、最小二乘法：

ykxb

△i=yi-(kxi+b)

n

n

△i



[y(kx2

ib)] i1i1n



△i2 i

1b0

则：b=

n 

△i

i1

0 k

则：k=

7、数字滤波方法

a算术平均值法 b中值滤波法 c防脉

冲干扰平均值法 d程序判断滤波法第四章

直线电动机与旋转电机传动相比，直线电机传动主要具有下列优点：(1)直线电机由于不需要中间传动机械，因而使整个机械得到简化，提高了精度，减少了振动和噪音；(2)快速响应： 用直线电机驱动时，由于不存在中间传动机构的惯量和阻力矩的影响，因而加速和减速时间短，可实现快速启动和正反向运行；(3)仪表用的直线电机，可以省去电刷和换向器等易损零件，提高可靠性，延长使用寿命；(4)直线电机由于散热面积大，容易冷却，所以允许较高的电磁负荷，可提高电机的容量定额；

(5)装配灵活性大，往往可将电机和其它机件合成一体 1.直线电动机包括：直线感应电动机、直线直流电动机、直线步进电动机 由定子演变而来的一侧称作初级，由转子演变而来的叫次级，有动初级和动次级。直线感应电动机工作原理：当初级的多相绕组中通入多相电流后，会产生一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度Bδ是直线移动的，故称为行波磁场。显然，行波的移动速度与旋转磁场在定子内表面上的线速度是一样的，即为Vs，称为同步速度，且Vs=2fτ。在行波磁场切割下，次级导条将产生感应电动势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，便产生切向电磁力。如果初级是固定不动的，那末次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。若初级移动的速度用V表示，那滑差率s=(vs-v)/vs，次级移动速度v=（1-s）vs，上式表明，直线感应电动机的速度与电动机极距及电源频率成正比，因此改变极距或电源频率都可以改变电动机的速度。与旋转电动机一样，改变直线电动机初级绕组的通电相序，可改变电动机运动的方向，因而可使直线电动机作往复直线运动。平板型直线电动机仅在次级的一侧具有初级，这种结构形式称单边型，单边型除了产生切向力外，还会在初、次级间产生较大的法向力，这在某些应用中是不希望的，为了更充分地利用次级和消除法向力，可以在次级的两侧都装上初级，这种结构形式称为双边型

1、直线电动机

A基本结构：初级、次级、行波磁场 B分类：感应、直流、步进 总传动比的确定im

m

m LL

L

TLTmTLF

(Jm

JL

ii

2)a

JL (Jm)i

i2

L

TmiTiT LFc

mJ2

J

miJLmi2

JL

令  L

i0

TLFT

iLF)2



JL T(mTmJm

若不计摩擦，即TLF=0则i

JL

Jm

传动比分配原则

2齿轮传动链的级数和各级传动比的分配 三种原则

最小等效转动惯量原则:各级传动比分配的结果为“前小后大”。

质量最小原则：小功率传动装置传动比分配结果为“等传动比分配”；大功率传动装置传动比分配结果为“前大后小”。

输出轴的转角误差最小原则 三种原则的选择：（1）对于以提高传动精度和减小回程误差为主的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小原则设计。若为增速传动链，则应在开始几级就增速。（2）对于要求运动平稳，启停频繁和动态性能好的伺服减速传动链，可按最小等效转动惯量和输出轴转角误差最小原则进行设计。对于负载变化的齿轮传动装置，各级传动比最好采 用不可约的比数，避免同时啮合。（3）对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按质量最小原则进行设计。（4）对于传动比很大的传动链，可把定轴轮系和行星轮系结合使用。第五章

可编程序控制器：（1）控制程序可变，具有很好的柔性（2）可靠性强，是用于工业环境（3）编程简单，使用方便（4）功能完善（5）体积小，重量轻，易于装入机器内部 总线型工业控制计算机：（1）提高设计效率，缩短设计和制造周期（2）提高了系统的可靠性（3）便与调试和维修（4）能适应技术发展的需要，迅速改进系统的性能 单片机：（1）受集成度限制，片内存储器容量较小（2）可靠性高（3）易扩展（4）控制功能强（5）一般的单片机内无监控程序或系统通用管理软件，软件开发工作量大。

人机接口包括输出接口与输入接口两类，通过输出接口，操作者对系统的运行状态，各种参数进行监测；通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制。

开关型功率接口 光电隔离技术 晶闸管接口：（1）单项晶闸管接口（2）双向晶闸管驱动接口 继电器输出接口 固态继电器接口：（1）直流型SSR（2）交流型SSR

大功率场效应管开关接口 模拟量输出接口

D/A转换器的输出方式只与模拟量输出端的连接方式有关，与其位数无关。

单极性电压输出 双极性电压输出

1、工业控制计算机系统的基本要求： a具有完善的过程输入/输出功能 b具有实时控制功能 c具有可靠性

d具有较强的环境适应和抗干扰能力 e具有丰富的软件

2、脉冲分配

A并行 B串行：a硬件 b程序 c专用芯片

3、步进电动机的功率驱动接口电路

a单电压功率放大图图为该电路的原理图，是步进电动机控制中最简单的一种驱动电路，在本质上他是一个简单的功率反相器。晶体管V用作功率开关，L是步进电动机中的一组绕组电感；RL是绕组电阻；RC是外接电阻；VD是续流二级管。

工作时，晶体管V基极输入的脉冲信号必须足够大，使其在高电平是保证V过饱和，在地电平是V充分截止。外接电阻RC式一个限流电阻，也是为改善回路时间常数的元件。b双电压功率放大电路

电路结构如图所示，图中使用U1和U2两个直流电源，U1为高电压（80-150V）U2为低电压（5-20V），V1，V2为两个大功率晶体管。其中V1是高压开关管，V2是功率驱动管；VD1是U2的钳位二极管，它在V1导通时截止。在V1截止时，由于VD1正向偏置而向步进电动机绕组提供低电源U2；VD2是续流二极管，在V1，V2都截止时向绕组提供放电电路。

c斩波型功率放大电路

此类电路有两种：一种是斩波恒流型；另一种为斩波平滑性。前者应用较为广泛

斩波恒流功放是利用斩波方法使电流恒定在额定值附近，典型电路如图所示。在正常工作时，uIN端输入步进脉冲，这事晶体管V5导通，二极管VD1发光，引起V1导通，V2截止，V3、V4导通。同时，uIN使晶体管V6、V7、V8导通，加在绕组L上的电源U是绕组中的电流上升，当绕组中的电流升到额定值以上时，恒流采样电阻R12上产生的压降US高于运算放大器OP1的正输入端参考电压UP，是OP1输出低平，VD2导通，而使V5、V1截止，V2导通，V2、V4截止，即关闭了电源U。这样在绕组L中产生反电动势，由于V7、V8仍导通，故这时的反电动势有两个回路进行泄放，一个回路是L、RL、V8。R12、VD3；另一个回路是L、RL、R13、VD4、U、VD3。由于两个泄放回路的并联电阻很小，泄放时间常数较大，绕组L中的电流泄露放缓慢。当电流降至额定值一下是，R12采样电压US低于UP，OP1输出高电平，二极管VD2截止，晶体管V5、V1导通，V2截止、V3、V4导通。电源U又重新加于绕组L，是其电流上升。

第六章

1机电一体化产品典型设计进程

1、准备阶段

2、理论设计阶段

3、产品的设计实施阶段

4、设计定型阶段 2性能参数

运动参数

2、动力参数

3、品质参数

4、环境参数

5、结构参数

6、界面参数 3系统总体方案文件的内容

1、系统的主要功能

2、控制策略及方案

3、个功能模块的性能要求

4、方案比较和选择的初步确定

5、为保证系统性能指标所采用的技术措施

6、抗干扰机可靠性设计策略

7、外观造型方案及机械主题方案

8、人员组织要求

9、经费和进度计划的安排 4常用设计策略

1、减少机械传动部件

2、注意选用标准

3、充分运用硬件功能软件化原则

4、以微机系统为核心的设计策略