第一篇：機電一體化課程復習資料(二)

簡 述 題

1.機電一體化技術（或產品）的定義。（P1）

答：“機電一體化”是微電子技術向機械工業滲透過程中逐漸形成的一個新概念，機電一體化技術是精密機械技術、微電子技術和信息技術等各相關技術有機結合的一種新形式，是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統的總稱。

2.機電一體化系統或產品設計的目的是什么？（P2）

答：機電一體化的目的是使系統（產品）高附加價值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產品結構向輕、薄、短、小巧化方向發展，不斷滿足人們生活的多樣化需求和生產的省力化、自動化需求。

3.機電一體化系統（產品）的主要構成單元或組成部分有哪些？（P5）

答：機電一體化系統（產品）由機械系統（機構）、電子信息處理系統（計算機）、動力系統（動力源）、傳感檢測系統（傳感器）、執行元件系統（如電動機）等五個子系統組成。

4、簡述機電一體化系統或產品的機電結合（融合）設計方法。（P13）

答：機電結合法是將各組成要素有機地結合為一體構成專用或通用的功能部件（子系統），其要素之間機電參數的有機匹配比較充分。

5、簡述機電一體化系統（產品）的機電組合設計方法，特點是什么？。

答：它是將機電結合法制成的功能部件（子系統）、功能模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統（產品），故稱為組合法。

特點：在新產品（系統）系列及設備的機電一體化改造中應用這種方法，可以縮短設計及研制周期、節約工裝設備費用，且有利于生產管理、使用和維修。

6.機械傳動系統在機電一體化系統（產品）中的基本功能和作用是什么？（P22）答：傳遞轉矩和轉速，使執行元件與負載之間在轉矩與轉速方面得到最佳匹配。

7.簡答機電一體化機械傳動的主要功能，目的，基本要求。（P22）

答：主要功能：傳遞轉矩和轉速；

目的是使執行元件和負載之間在轉矩和轉速方面得到最佳匹配；

基本要求：傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩、傳遞轉矩大。

8.機電一體化系統（產品）的機械部分與一般機械系統相比，應具備哪些特殊要求？（P22）答：（1）較高的定位精度；

（2）良好的動態響應特性，就是說響應要快、穩定性要好；

（3）為確保機械系統的傳動精度和工作穩定性，在設計中，常提出無間隙、低摩擦、低

慣量、高剛度、高諧振頻率、適當的阻尼比等要求。

9.簡述滾珠絲杠傳動裝置的組成，結構和應用特點。（P25）

答：（1）組成：滾珠絲杠傳動裝置由帶螺旋槽的絲桿、螺母、滾珠和反向器（滾珠循環反向裝置）等四部分組成。

（2）結構：當絲桿轉動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止滾珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置構成滾珠的循環返回通道，從而形成滾珠流動的閉合通道。滾珠絲杠副的結構類型從螺紋滾道的截面形狀可分為單圓弧形和雙圓弧形螺紋滾道；按滾珠的循環方式可分為內循環和外循環方式；按消除軸向間隙的調整方式分為雙螺母螺紋預緊調整式、雙螺紋齒差預緊調整式、雙螺紋墊片預緊調整式和彈簧式自動調整預緊式。

（3）特點：軸向剛度高（即通過適當預緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙）、運動平穩、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等；不能自鎖，具有傳動的可逆性。

10.試分析齒輪傳動中，定軸傳動、行星傳動、諧波傳動的組成與傳動特點。

答：（1）定軸傳動

組成：定軸傳動有圓柱齒輪傳動，圓錐齒輪傳動，蝸輪蝸桿傳動。

特點：結構簡單，傳遞可靠，用幾何特性來實現傳動。

（2）行星傳動

組成:行星傳動主要是由傳動齒輪，定位齒輪，行星輪和行星架組成。

特點:結構緊湊，可實現傳動比很大，由機構傳動原理來實現傳動。

（3）諧波傳動（P38）

組成：諧波齒輪傳動由鋼輪、柔輪和波形發生器組成；

特點：結構簡單、體積小質量輕、傳動比大（幾十~幾百）、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩、承載能力強、效率高，可以向密封空間傳遞運動和動力。

11.滾動導軌副應達到的基本要求。（P56）

答：導向精度高、耐磨性高、足夠的剛度、良好的工藝性。

12.導軌的剛度所包含的主要內容有哪些？以及各部分對導軌副的導向精度影響如何？（P48）答：導軌的剛度就是抵抗載荷的能力，抵抗恒定載荷的能力稱為靜剛度，抵抗交變載荷的能力稱為動剛度。載荷引起的導軌變形一般有自身、局部和接觸三種變形，導軌剛度也包含導軌自身剛度、局部剛度和接觸剛度。

自身剛度影響導軌副本身結構上等高、等距的要求，從而影響導向精度；

局部剛度影響導軌副載荷集中部位的表面質量，從而影響導向精度；

接觸剛度影響平面的微觀不平度，即導軌副本身的平面度，從而影響導向精度。(P56)

13.機電一體化系統（產品）對執行元件的基本要求是什么？（P88）

答：（1）慣量小、動力大

（2）體積小、重量輕

（3）便于維修、安裝

（4）宜于微機控制

14.機電一體化系統對伺服控制電動機的基本要求（P88）

答：（1）性能密度大，即功率密度和比功率大；

（2）快速性好，即加速轉矩大，頻響特性好；

（3）位置控制精度高、調速范圍寬、低速運行平穩無爬行現象、分辨力高、振動噪聲??；

（4）適應起、停頻繁的工作要求；

（5）可靠性高、壽命長。

15.常用伺服電動機有哪些工作特點？（P90）

答：（1）DC伺服電機的主要特點：

① 高響應特性；

② 高功率密度（體積小、質量輕）；

③ 可實現高精度數字控制；

④ 接觸換向部件（電刷和整流子）需要維護。

（2）晶體管式無刷直流伺服電機和永磁同步型AC伺服電機的主要特點：

① 無接觸換向部件；

② 需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；

③ 具有DC伺服電機的全部優點（高響應特性、高功率密度（體積小、質量輕）、可實現高精度數字控制）。

（3）感應型（矢量控制）AC伺服電機的主要特點：

① 對定子電流的激勵分量和轉矩分量分別控制；

② 具有DC伺服電機的全部優點（高響應特性、高功率密度（體積小、質量輕）、可實現高精度數字控制）。

（4）步進電機的主要特點

① 轉角與控制脈沖數成比例，可構成直接數字控制；

② 有定位轉矩；

③ 可構成廉價的開環控制系統。

補充：伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類。

工作特點：當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

16.對于伺服電動機半閉環控制系統而言，控制系統的主要構成有哪些？（P89）

答：運算處理電路、驅動電路、伺服電機、速度傳感器、位置檢測傳感器。

17.步進電機驅動控制電路設計的基本要求是什么？

答：控制輸入電脈沖的數量及頻率，以精確控制步進電動機的轉角和轉速。

18.簡述機電一體化系統（產品）對檢測傳感器的基本要求。（P172）

答：（1）體積小、重量輕、對整機的適應性好；

（2）精度和靈敏性高、響應快、穩定性好、信噪比高；

（3）安全可靠、壽命長；

（4）便于與計算機連接；

（5）不易受被檢測對象的影響，也不影響外部環境；

（6）對環境條件適應能力強；

（7）現場安裝處理簡單、操作性能好；

（8）價格便宜。

19.簡答通用微機控制系統核心部件，通用微機控制系統的構成與特點。

答：（1）通用微機控制系統的核心部件：主控制微機

（2）通用微機控制系統的構成：主控制微機、執行元件、檢測傳感器、接口、應用軟件等；

（3）通用微機控制系統的特點：具有可靠性高，適應性強，但成本高，應采取一定的抗干擾措施等特點。適用于多品種，中小批量生產的機電一體化產品。

20.簡答專用微機控制系統核心部件，專用微機控制系統的構成與特點。

答：（1）專用微機控制系統的核心部件：通用IC芯片或重新設計制作的專用集成電路；

（2）專用微機控制系統的構成：通用IC芯片或重新設計制作的專用集成電路組成的控制系統、執行元件、檢測傳感器等；

（3）專用微機控制系統的特點：軟件采用專用機器代碼或語言，可靠性強，成本低，但適應能力差，用于大批量生產的機電一體化產品。

21.光電隔離電路的組成有哪些？主要作用是什么？（P164）

答：（1）光電隔離電路的組成主要是光電耦合器的光電信號轉換元件，如輸入端發光二極管，輸出端光敏三極管、光敏二極管和高速開關管復合結構、光敏三極管和放大晶體管構成的達林頓管、光控晶閘管等；

（2）主要作用：

① 可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電，防止不同電源之間信號干擾。

② 可以進行電平轉換；

③ 提高驅動能力。

22.機電一體化系統設計中，驅動電路設計的目的和基本要求是什么？

答：（1）目的：實現指令信號和執行驅動信號之間的有效匹配。

（2）基本要求：信號類型轉換，能量放大，質量的保證。

23.研究機電一體化系統穩態設計方法的主要目的是什么？

答：主要目的是使控制和被控制對象能完成所需要的機械運動即進行機械系統的運動學，動力學分析以及計算，保障整個機電一體化系統的整體性能

24.機電一體化系統的動態設計的目的是什么？

答：機電一體化動態設計的目的；在穩態設計的基礎上，保證系統的動態穩定性，過渡過程的品質，動態穩定精度，動態響應特性指標參數。

25.機電一體化系統的動態設計研究的主要性能指標參數有哪些？

答：主要有：響應時間，超調量，穩態誤差，收斂時間。振蕩次數，過渡時間的位置誤差。（動態誤差和穩態誤差等）

第二篇：機電一體化復習資料

一.概論

1.機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱。其包含的技術：（1）檢測傳感技術（2）信息處理技術（3）自動控制技術（4）伺服驅動技術（5）精密機械技術（6）系統總體技術

2.機電一體化系統由機械系統（機構）信息處理技術（計算機）動力系統（動力源）傳感檢測系統（傳感器）執行元件系統（如動力機）五個子系統組成。

3.伺服系統：全閉環（通過傳感器直接檢測目標運動進行反饋控制的系統）、半閉環、開環。

4.廣義的接口功能有兩種：一是變換調整；另一種是輸入/輸出。

5.（1）機電一體化系統設計的考慮方法通常有：機電互補法、融合法、組合法。其目的是綜合運用機械技術和微電子技術各自的特長設計出最佳的機電一體化系統（產品）。（2）機電一體化系統的設計類型：開發性設計、適應性設計、變異性設計。

復習題：一.機電一體化系統有哪些基本要素組成？分別實現哪些功能？

1.控制器【控制（信息存儲、處理、傳送）】2.檢測傳感器【計測（信息收集與交換）】3.執行元件【驅動（操作）】4動力源【提供動力（能量）】5.機構【構造】

二.工業三要素指的是什么？P7物質、能量和信息。

三.機電一體化必須具有以下三大目的功能1.變換（加工、處理）功能2.傳遞（移動、輸送）功能3.存儲（保持、和蓄、記錄）功能。

第二章

1.機電一體化系統的機械系統除要求其具有較高的精度外還應具有良好的動態響應特性。就是說響應要快，穩定性要好。

2.機械系統一般由減速系統、絲杠螺母副、渦輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機構、凸輪機構等非線性傳動部件、導向支撐部件、旋轉支撐部件、軸系及機架或箱體等組成。

3.傳動機構不斷適應新的技術要求（1）精密化（2）高速化（3）小型輕量化。

4.根據絲杠和螺母相對運動的組合情況，基本傳動形式有四種類型：（1）螺母固定、絲杠轉動并移動（2）絲杠轉動，螺母移動（應用最多）（3）螺母轉動，絲杠移動（4）絲杠固定，螺母轉動并移動。

5.滾珠絲杠與滑動絲杠的區別是.滾珠絲杠無自鎖。

5.P36與滑動絲杠相比,滾珠絲杠副除上述優點外,還是有軸向剛度高(通過適當預緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙)運動平穩,傳動精度高,不易磨損,使用壽命長等優點,但由于不能自鎖,具有傳動可逆性，在用做升降機傳動機構時需要采取制動措施。

6.滾珠的循環方式：內循環和外循環

內循環的優點：滾珠循環的回路矩，流暢性好，效率高，螺母的徑向尺寸較小，其不足是反向器加工困難，裝配調整也不方便———反向器式 P27

外循環：1）螺旋槽式 2）插管式：結構簡單，容易制造但是徑向尺寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。3）端蓋式

7.滾珠絲杠副的主要尺寸參數：公稱直徑d0 基本導程Ph 行程（）

導程Ph（或螺矩t）指滾珠螺母相對滾珠絲杠旋轉()弧度時的行程（或螺母上基準點的思向位移）

公稱導程Ph0通常指用做尺寸標識的導程值P28

8滾珠絲杠副軸向間隙的調整與預緊

滾珠絲杠副在此負載時，滾珠與滾道面接觸點處將產生彈性變形，換向時其軸向間隙會引起空回，這種空回是非連續性既影響傳動精度又影響系統的穩定性，單螺母絲杠副的間隙消除相當困難，實際應用中常采用以下幾種預緊調整方法：

1）雙螺母螺紋預緊調整方式，特點：結構簡單剛性好，預緊可靠，使用中調整方便，但不能精度定量地進行調整

2）雙螺母墊片預緊調整式，特點：可實現定量調整可進行精密微調使用中調整較方便。調整公式：=n*t1/Z1-n*t2/Z2n齒數t導程

3）比螺母墊片挏預緊式，特點：結構簡單，剛性高，預緊可靠但使用中調整不方便

4）彈簧式自動預緊調整式：特點：能消除使用過程中因磨損或彈性變形產生的間隙，但其結構復雜，軸向剛度低，適合用于輕載場合。

5）單螺母變位導程預緊式和螺母滾珠過盈預緊式

9.滾珠絲杠副支承方式的選擇：

1）單推—單推式：特點：軸向剛度高，預拉伸安裝時預緊力較大，但壽命比雙推—雙推式低

2）雙推—雙推式：適合于高剛度，高轉速，高精度的精密絲杠傳動系統

3）雙推—簡支式：雙推端可預伸拉安裝，預緊力小，軸承壽命較高，適用于中速，傳動精度 的長絲杠傳動系統

4）雙推—自由式：軸的剛度和承載能力低，多用于輕載，低速的垂直安裝的絲杠傳動系統P3810．個傳動比的最佳分配原則：（1）重量最輕原則對于小功率傳動系統是各級傳動i1=i2=i3=……=（）即可使傳動裝置的重量最輕。對于大功率各級傳動比一般應以“先大后小”的原則處理。（2）輸出軸轉角誤差最小原則：為了提供機電一體化系統傳遞運動精度，各級傳動比應按先小后大的原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉誤對輸出轉角精度的影響。（3）等效轉動慣量最小原則利用該原則所設計的齒輪傳動系統換算到電動機軸上的等效轉動慣量最小.（公式：）

11.導軌副的組成：承導件和運動件組成。按接觸面的摩擦性質可分：滑動導軌，滾動導軌，流體介質摩擦導軌。按其結構特點：開式導軌和閉式導軌。

12.常見的導軌副截面形式P54組合形式：雙三角形、矩形和矩形組合、三角形和矩形組合、三角形和平面組合、燕尾形導軌及其組合。（1）三角形導軌（2）矩形導軌（3）燕尾形導軌（4）圓形導軌

13.導軌副間隙地調整P57為了保證導軌正常工作 導軌滑動表面之間應保持適當的間隙。(1)壓板（2）鑲條法。

第三章

1.什么是執行元件：該元件是處于機電一體化系統的機械系統與微電子控制系統的接點部位的能量轉換部件，它能在微電子控制系統的控制下將各種形式的輸入能量轉換為機械能。

2.對執行元件的基本要求：（1）慣量小、動力大（2）體積小重量輕（3）便于維修安裝（4）易于微機控制。

執行元件種類：電動式，液動式，全動式。

3.對控制用電機的基本要求：（1）性能密度大（2）快速性好，即加速轉矩大，頻響特性好。（3）位置控制精度高，調速范圍寬，低速運行平穩無爬行現象，分辨率高振動噪聲小

（4）適應起停頻繁的工作要求（5）可靠性高壽命長。

4.三種電機的比功率：在額定輸出功率相同的條件下，比功率（），交流伺服電機得比功

率最高，直流伺服電機次之步進電機最低。電機：動力用電動機、控制用電動機。

5.DC AC的調整方法：直流伺服電機為直流供電，為調節電動機轉速和方向，需要對其直u流電壓的大小和方向進行控制。目前常用晶體管脈寬調理驅動和晶閘管直流調速驅動兩種方式。（PWM）脈寬調制

交流電動機的矢量控制是交流伺服系統的關鍵，可以利用微處理器和計算機數控（CNC）對交流電動機作磁場的矢量控制，從而獲得對交流電動機的最佳控制。

6.AC磁場的矢量圖

7.交流伺服電機的控制方法：(幅值,相位,幅相)控制

8.P103步進電機又稱脈沖電機,它是將脈沖信號轉換或機械角位移的執行元件

9.步距角:轉子沿（順）逆時針方向一步步地轉動，每步轉過的角度（轉子脈沖轉過的角度）。相：定子有個均勻分布的磁極，每兩個相對磁極組成一相。拍：從一相通電接到另一相通電稱一拍。單拍：勵磁繞組依次單獨通電運行。雙拍：兩相勵磁繞組同時通電。

10.步進電機的步距角越小,意味著它所能達到的位置精度越高,通常的步距角是1.5度或0.75度

步距角的大小,=360度 /(zm)Z：齒數 m：相*單或雙拍，轉速v=60f/mz 步距角大小與通電方式和轉子齒數有關。

11.步進電機的運行特性：1分辨率，2靜態特性，3動態特性

12.負載轉動慣量與啟動頻率的關系：隨著負載的增加，起動頻率也會降低

13.步進電機的驅動與控制，只要控制輸入電脈沖的數量及頻率就可精確控制步進電機的轉角及轉速

14.細分驅動的特點，這種得一個步距角細分面若干步的驅動方法稱為細分驅動特點：在不改動電機結構參數的情況下能使步進電機角減小，能使步進電機運行平穩，提高勻速性，并能減弱或消除振蕩，但細分后的步距角精度不高，功率放大紅色動電路也相應復雜。

15。無累積誤差

第四章

1.專用與通用的抉擇：專用控制系統適合于大批量生產機電一體化產品。對于多品種中小批量生產的機電一體化產品來說，由于還在不斷改進，結構還不十分穩定，特別是對現有設備進行改造時采用通用控制系統比較合理。

2.硬件與軟件的權衡：動算與判斷處理等，適宜用軟件來實現，而在大多數情況下，對于某種功能來說，既可用硬件來實現又可用軟件來實現

3.總線類型：由數據總線，地址總線，控制總線。

總線的組成:

4.8086有兩種工作模式：最大（MN/MX接地）和最?。∕N/MX接+5V電壓）工作模式。

5.讀圖4.7（1）8086最高訪問20位，有16個拐角，分時發出一次16一次鎖存4尋址空間64K。（2）74LS374為地址鎖存器 兩片74LS245收發器作為16位數據驅動器。

6.RAM ROM的區別：RAM存取速度快，隨機存儲器。ROM只讀存儲器。

7.總線驅動的作用：當總線上所掛芯片的數目較多時，必須加總線驅動器來提高總線的驅動

能力，否則將使系統的可靠性大大降低，甚至不能正常工作。

8.I/O接口硬件電路的組成：主要由地址譯碼器，I/O讀碼譯碼和I/O接口芯片組成。

9.I/O尋址方法（p152）由指定控制字來規定各端口的工作狀態，將此控制字送入控制寄存器后，即可規定各端口的輸入輸出。

10.實現片選的方法（1）邏輯電路法（2）譯碼器

11.LED顯示方法：動態和靜態兩種。當顯示位數很少時采用靜態法，當顯示所需的I/O太多一般采用動態顯示法。（動態顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器）

12.CPU外部連接光電隔離電路及作用

為了防止強電干擾以及他干擾信號通過I/O控制電路進入計算機影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產生，然后采用光電隔離的辦法，使微機與強電部件不共地。阻斷干擾信號的傳導，光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉換元件組成。作用：1）可將輸入與輸出央兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電。2）可以進行電平轉換3)提高驅動能力

12。PLC可編程邏輯控制器P172

13。檢測傳感器的分類與基本要求

傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變為電信號的一種變換器

傳感器按輸出性能分為：開關型，模擬型，數字型

14。校準：用戶在使用前或在使用過程中或擱置一段時間后再使用時必須對其性能參數進行復測或作必要的調整與修正。以保證其測量精度這個測的過程就是校準

第五章

機電一體化系統操作過程的控制目的有兩個，其一些根據操作條件的變化制定最佳操作方案，其二是對操作過程進行自動檢測和自動控制，提高控制性能，實現規定的目的功能

第七章

P.I.D調節是指(P表示比例,I表示積分,D表示微分)

PID調節器控制作用三種基本形式:比例作用,積分作用,微分作用.P調節缺點：存在誤差，干擾較大，慣性也較大的系統不宜采用單純的比例調節器。I調節：可以減少或消除誤差，但積分調節反應慢。

PI調節：比例積分調節克服了單純比例環節有調節誤差的缺點又避免了積分環節反應慢的弱點，既改善系統的穩定性能又改善其動態性能。

PID調節：不但能改善系統穩定性能也能改善起動態性能，噪聲大或響應快的系統不適用。

第八章

數控機電一體化改選考慮什么?

傳統機床機電一體化的改造方法有兩種：一是以微機為中心設計控制系統，另一種是采用標準的步進電機數字控制系統作為主要控制裝置。

第三篇：機電一體化復習資料

第一章

“機電一體化”是由mechanics（機械學）和electronics（電子學）組合而成的詞。機電一體化系統包含5個基本部分：動力源、傳感器、控制器、驅動部件、執行元件或機構；實現系統的5個基本功能：提供動力與能量、檢測與計量、控制、為執行機構提供驅動、完成系統功能所必需的動作。

機電一體化設備的特點：

1.操作簡單，對操作者要求低

2.生產效率高

3.產品的一致性好

4.設備安全性高

5.設備維護成本高

第二章

原動力：獨立于系統之外并為系統提供一切能量。常見的原動力有：交流電機、直流電機、壓縮空氣和壓力油。

電機按形式可分為模擬電機和數字電機，常用的交流電機和直流電機均屬于模擬電機，常用的數字電機有交流伺服電機、直流伺服電機和步進電機。

常用的減速器類型有：齒輪減速器、蝸桿減速器、行星齒輪減速器。減速器選用時，應考慮傳動比的大小、輸入/輸出軸的空間位置、使用條件以及經濟性等因素。

普通齒輪減速器具有效率高、適應性強等優點，缺點是外形尺寸較大，適用于場地空間不受限制、長期或連續大功率工作的場合。

蝸桿減速器工作平穩，無噪聲，體積小、質量輕、機構緊湊，但傳動效率低，只適用于中小功率和間歇工作的場合。

行星齒輪減速器傳動比范圍大、體積小、質量輕、結構緊湊，并且可做成輸出/輸入同軸的形式，缺點是某些類型的結構稍復雜。

直線運動大多是由電機的旋轉運動產生的。當電機勻速轉動時，被驅動件的直線運動也是勻速運動時，稱為線性直線運動。當電機勻速轉動時，被驅動件的直線運動為非勻速運動，稱之為非線性直線運動。

第三章

傳感器是將特定的物理量按照一定的規律轉換成電信號或其他形式信號的器件或裝置。傳感器由敏感元件、傳感元件及測量轉換電路3部分組成。按輸出信號的種類可

分為開關量傳感器、模擬量傳感器和數字量傳感器。

傳感器的特性是指傳感器輸出信號與輸入信號之間的對應關系，分為靜態特性和動態特性。

精度是反映自動檢測儀表的測量準確度的指標，是衡量傳感器質量的最重要的指標。

靈敏度是指在穩定狀態下，傳感器的輸出量變化值與引起該變化的輸入量變化值之比。

分辨率是指傳感器能檢測出的被測信號的最小變化量。

線性度也叫線性度非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差和傳感器滿量程輸出的百分比。

遲滯是指傳感器的正向特性與反向特性不一致的程度。

“霍爾效應”：半導體置于磁場中，當有電流流過時，在半導體的兩側會產生一個電動勢，該電動勢稱為霍爾電動勢，電動使得大小與電流和磁場的乘積成正比。

編碼器屬于數字傳感器，將角位移或線位移轉換成數字量，角度數字編碼器按照測量數據的特點可分為絕對編碼器和增量編碼器。

N位碼盤的分辨率為，能分辨的角度為

測量精度越高。

熱電偶是將兩種不同材料的導體或半導體的端點焊接起來，構成一個閉合回路，當兩個節點存在溫度差是，兩者之間便產生電動勢。

熱電阻正溫度系數：溫度升高，電阻增加。

熱電阻負溫度系數：溫度升高，電阻減小。

正壓電效應：壓電材料在受到外力的作用下，在電介質表面產生電荷，在外力消除后，電荷消失。

逆壓電效應：壓電材料在電介質的極化方向上施加交變電場或電壓，會產生機械變形，當去掉外加電場時，電介質變形消失。

第四章

主令電器按其功能可分為5類：控制按鈕、行程開關、萬能轉換開關、接近開關、主令控制器。

識讀電氣原理圖的步驟：先看主電路，后看輔助電路。，位數N越大，能分辨的角度越小，識讀電氣接線圖的步驟：1.分析清楚電氣原理圖中主電路和輔助電路所含有的元器件。

2、弄清楚電氣原理圖和接線圖中元器件的對應關系。

3、弄清電氣接線圖中導線的根數和所用導線的具體規格。

4、根據電氣接線圖中的線號研究主電路的線路方向。

5、根據線號研究輔助電路的走向。

直流電動機啟動：

1、直接啟動；

2、降壓啟動；

3、電樞回路串電阻啟動

直流電動機調速：

1、電樞串電阻調速；

2、電壓調速；

3、變磁通調速

直流電動機制動：

1、能耗制動；

2、反接制動；

3、回饋制動

交流電機啟動：

1、直接啟動；

2、降壓啟動；

3、星三角形啟動

交流電機調速方法：

1、變頻調速；

2、變極調速；

3、電磁調速；

交流電機制動方法：

1、機械制動；

2、電力制動

步進電機是一種將電脈沖信號轉換為機械角位移的電磁機械裝置。

步進電機特點:

1、步進電機的輸出轉角與輸入的脈沖個數嚴格成正比；

2、步進電機的轉速與輸入脈沖的頻率成正比；

3、改變通電相序即可改變電動機轉向

步進電機驅動器主要包括變頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器3個部分。

伺服電機可以把輸入的電壓信號變換成電機軸上的角位移和角速度等機械信號輸出，改變輸入電壓的大小和方向，就可以改變轉軸的轉速和轉向。

第五章

液壓與啟動系統的組成：控制元件、執行元件、控制調節元件、輔助元件、工作介質

液壓油為液壓系統的傳動介質，選擇時考慮兩個性質：黏性和可壓縮性

空氣壓縮機是將機械能轉換為氣壓能的轉換裝置。

儲氣罐作用：減少空壓機輸出氣流壓力脈動，保證輸出其流動的連續性；作為壓縮空氣瞬間消耗需要的存儲補充之用；儲存一定數量的壓縮空氣，當空壓機停機或突然停電等故障發生時，備急使用；降低空壓機的啟動、停止頻率，其功能相當于增大了空壓機的功率；利用儲氣罐的大表面積散熱使壓縮空氣中的一部分水蒸氣凝結成水。

干燥器的作用：除去壓縮空氣中的水分和油分，使濕空氣變成干空氣。

第六章

可編程控制器的組成包括中央處理器、存儲器、輸入接口和輸出接口。

可編程控制器的編程語言有：指令表、梯形圖與功能塊圖。

PLC的接口電路主要分為兩大類：一類采用光電隔離方式、另一類采用固體繼電器

隔離方式。

可編程控制器應用系統設計與調試的主要步驟如下：

1.深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

2.確定I/O設備

3.選擇合適的PLC類型

4.分配I/O點

5.設計應用系統梯形圖程序

6.將程序輸入PLC

7.進行軟件測試

8.應用系統整體調試

9.編制技術文件

第四篇：機電一體化 課程重點

機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱。

機電一體化系統由機械系統、信息處理系統、動力系統、傳感檢測系統、執行元件系統五個子系統組成。

全閉環系統、半閉環系統。

機電一體化的基本特征是給機械添加了“頭腦”。

機電一體化系統必須具有一下三個“目的功能”：

1、變換功能；

2、傳遞功能；

3、儲存功能。

機電一體化系統設計的考慮方法通常有：機電互補法、融合（結合）法和組合法。機電一體化系統的設計類型大致有以下三種：

1、開發性設計；

2、適應性設計；

3、變異性設計。P13

并行工程與串行工程的差異就在于在產品的設計階段就要按并行、交互、協調的工作模式進行系統設計，就是說，在設計過程中對系統生命周期內的各個階段的要求要盡可能地同時進行交互式的協調。

絲杠螺母機構主要用來將旋轉運動變換為直線運動或直線運動變換為旋轉運動。

絲杠螺母機構的基本傳動形式有：

1、螺母固定、絲杠轉動并移動（獲得較高的傳動精度）；

2、絲杠轉動、螺母移動（結構緊湊、絲杠剛性較好，適用于行程較大的場合。常用?。。?/p>

3、螺母轉動、絲杠移動；

4、絲杠固定、螺母轉動并移動。

滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道型面與滾珠接觸點的法線與絲杠軸向的垂線間的夾角α稱接觸角，一般為45°。P26

滾珠的循環方式有內循環和外循環兩種。外循環從結構上看有三種形式：

1、螺旋槽式；

2、插管式；

3、端蓋式。

基本導程Ph。

滾珠絲杠副在有負載時，滾珠與滾道面接觸點處將產生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續的，既影響傳動精度，又影響系統的穩定性。

調整預緊的方法：

1、雙螺母螺紋預緊調整式；

2、雙螺母齒差預緊調整式；

3、雙螺母墊片預緊調整式；

4、彈簧式自動調整預緊式；

5、單螺母變位導程預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式。

常用軸承的組合方式：

1、單推—單推式；

2、雙推—雙推式；

3、雙推—簡支式；

4、雙推—自由式（軸向剛度和承載能力低）。

當選定執行元件步距角α、系統脈沖當量δ和絲杠基本導程Ph之后，其減速比i應滿足匹配關系為i??Ph??)。

各級傳動比的最佳分配原則：

1、重量最輕原則；

2、輸出軸轉矩角誤差最小原則；

3、等效轉動慣量最小原則。

諧波齒輪傳動的傳動比：P41

圓柱齒輪傳動的齒側間隙的調整方法：

1、偏心套（軸）調整法；

2、軸向墊片調整法；

3、雙片薄齒輪錯齒調整法。

間歇傳動機構：

1、棘輪傳動機構；

2、槽輪傳動機構；

3、蝸形凸輪傳動機構。

機電一體化系統對導軌的基本要求是導向精度高、剛性好、運動輕便平穩、耐磨性好、溫度變化影響小以及結構工藝性好等。

導向精度是指動導軌按給定方向作直線運動的準確精度。

導軌副的截面形狀：

1、三角形導軌（磨損后能自動補償）；

2、矩形導軌；

3、燕尾形導軌；

4、圓形導軌。

靜壓導軌副工作原理P65-P66。

方向精度是指運動件轉動時，其軸線與承導件的軸線產生傾斜的程度。

置中精度是指在任意截面上，運動件的中心與承導件的中心之間產生偏移的程度。嵌入式滾動支承形式：圖a所示的結構，接觸面積小，其摩擦阻力矩較另外兩種小，但所承受的載荷也較小，在耐磨性方面也不及后兩種結構好。圖b所示結構能承受較大載荷，但摩擦阻力矩較大。圖c所示結構，在承受載荷和摩擦阻力矩方面，介于前兩者之間。P71

執行元件的種類：

1、電動式執行元件；

2、液動式執行元件；

3、氣動式執行元件。特點：P91。

步進電動機一般為開環控制，直流和交流伺服電機可采用半閉環或全閉環控制方式。閉環控制方式可得到比開環控制方式更精密的伺服控制。

電動機的功率密度PG?。電動機的比功率dp/dt?d(T?)/dt?TNd?/dtT?TN2?TN??TN/Jm。

對于起停頻率低，但要求低速平穩和扭矩脈動小，高速運行時振動、噪聲小，在整個調速范圍內均可穩定運動的機械；對起停頻率高，但不特別要求低速平穩性產品。

直流伺服電機與驅動：P98。脈寬調制直流調速驅動系統原理如圖3.4所示。P99。步進電機是將電脈沖信號轉換成機械角位移的執行元件。轉子角位移的大小及轉速分別與輸入的電脈沖數及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步。

步進電動機的特點：

1、工作狀態不易受各種干擾因素的影響；

2、步距角的誤差不會長期積累；

3、控制性能好，不易“丟步”。

步進電機的工作原理。P105-P107

步距角的大小與通電方式和轉子齒數有關，大小為：??360?/(zm)。m—運行拍數，通常等于相數或相數整數倍，即m?KN（N為電動機的相數，單拍時K=1，雙拍時K=2）。

實現環形分配的方法有三種：

1、采用計算機軟件，利用查表或計算方法來進行脈沖的環形分配，簡稱軟環分；

2、采用小規模集成電路搭接而成的三相六拍環形脈沖分配器；

3、采用專用環形分配器器件。

將一個步距角細分成若干步的驅動方法稱細分驅動。

要實現細分，需要將繞組中的矩形電流波改成階梯形電流波，即設法使繞組中的電流以若干個等幅等寬度階梯上升到額定值，并以同樣的階梯從額定值下降為零。

使用微型計算機對步進電機進行控制有串行和并行兩種方式。

專用控制系統適合于大批量生產的機電一體化產品。

對于多品種、中小批量生產的機電一體化產品來說，由于還在不斷改進，結構還不十分穩定，特別是對現有設備進行改造時，采用通用控制系統比較合理。

微型計算機：字長—微處理器的字長定義為并行數據總線的線數。字長直接影響數據的精度、尋址的能力、指令的數目和執行操作的時間。速度—速度的選擇與字長的選擇可一并考慮。

按微處理機位數可將微型計算機分為位片、4位、8位、16位、32位和64位等機種。位數是指微處理機并行處理的數據位數，即可同時傳送數據的總線寬度。

機器語言是設計計算機時所定義的、能夠直接解釋與執行的指令體系，其指令用“0”、“1”符號所組成的代碼表示。當CPU的引腳MN/MX接到+5V時，8086/8088工作于最小模式。MN/MX接地，8086/8088則工作于最大模式。最小工作模式是指單處理器系統。

最大工作模式是相對于最小工作模式而言的。其特征是系統中可以包括兩個或多個微處理器。

8086/8088引腳的功能定義。P137—P140

8086CPU最小工作模式系統的典型配置。P141圖4.7

I/O尋址方法。P152

光電隔離電路的作用：

1、可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電；

2、可以進行電平轉換；

3、提高驅動能力。

光電耦合隔離電路應用。P169

傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變為電信號的一種變換器。

按輸出信號的性質可將傳感器分為開關型、模擬型和數字型。

P180

傳感器與微機的基本接口。表4.32

模擬量轉換輸入方式。表4.33

采樣是指將連續時間信號轉變為脈沖或數字信號的過程。

D/A轉換過程。P206

直線插補與圓弧插補。P247

典型負載是指慣性負載、外力負載、彈性負載、摩擦負載。

等效轉動慣量、等效負載轉矩。P251公式（7.3）、公式（7.8）

計算舉例。P251

額定轉矩T（N.m或N.cm）應大于所需要的最大轉矩。

系統執行元件的轉矩匹配：T??Teq?T慣

有源校正，通常不是靠理論計算而是用工程整定的方法來確定其參數的。方法如：P265 調節器控制作用有三種基本形式，即比例作用、積分作用和微分作用。

控制作用對系統產生的控制結果。P267

由于減速器的主動輪和從動輪之間間隙的存在和傳動方向的變化，齒輪傳動的輸入轉角和輸出轉角之間呈滯環特性。

傳動間隙對伺服系統的影響：

1、閉環之內的動力傳動鏈齒輪間隙影響系統的穩定性；

2、反饋回路上的傳動鏈齒輪傳動間隙既影響系統的穩定性又影響系統精度。

可靠性是系統在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力。

保證系統可靠性的方法：

1、提高系統的設計和制造質量；

2、冗余技術；

3、診斷技術。干擾渠道示意圖。P281圖7.32 m

第五篇：機電一體化課程總結

課程總結

一、機電一體化的基本概念

機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統的機電產品相比，機電一體化產品具有下述優越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。

（二）生產能力和工作質量提高。機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現了工作的自動化，使得生產能力大大提高。例如，數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5 ～6 倍。

（三）使用性能改善。機電一體化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現，系統可重復實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動最優化操作。

（四）具有復合功能并且適用面廣。機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如，電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使其應用范圍大為擴大。

（五）調整和維護方便。機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中，而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品，可以事先存入若干套不同的執行程序，然后根據不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。

機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業生產過程的所有領域，因此，機電一體化產品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產品的功能，可以將其分成下述幾類。

①數控機械類。主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。

②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。

③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT 掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。

④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。

二、機電一體化產品的構成及特點

機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能，而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。

（一）機械系統。機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。

（二）動力系統。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。

（三）傳感與檢測系統。傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現，對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。

（四）信息處理及控制系統。根據機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。

（五）執行機構。執行機構在控制信息的作用下完成要求的動作，實現產品的主功能。機電一體化產品的執行機構一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構。執行機構因機電一體化產品的種類和作業對象不同而有較大的差異。執行機構是實現產品目的功能的直接執行者，其性能好壞決定著整個產品的性能，因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。機電一體化產品的五個組成部分在工作時相互協調，共同完成所規定的目的功能。在結構上，各組成部分通過各種接口及其相應的軟件有機地結合在一起，構成一個內部匹配合理、外部效能最佳的完整產品。