机电一体化期末考试整理复习资料

一、绪论

1、机电一体化的定义及其主要作用：

在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。

机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化技术两层含义。

2、机电一体化的组成及其功能：

（1）执行器（执行功能）

（2）机械本体（构造功能）：起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。

（3）动力源(动力功能)：为系统提供能量和动力，使系统正常运行。

（4）传感检测单元（计测功能）：对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及

状态进行检测。

（5）控制与信息处理单元（控制功能）：按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个

系统有目的地运行。

3、机电一体化的接口：

将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。

接口包括：

电气接口—实现系统间电信号的连接。

机械接口—完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接。

人机接口—提供人与系统间的交互界面。

4、机电一体化的主功能：

（1）变换（加工、处理）功能；

（2）传递（移动、输送）功能；

（3）储存（保存、存储、记录）功能。

主功能是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。

第二章

1、机械系统的组成及作用：

（1）传动结构：主要功能是传递能量和运动，是一种力、速度变换器。

（2）导向机构：支撑和限制运动部件按给定的运动要求和给定的运动方向运动，为机械系统中各运动装置安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。

（3）支承件：机座或机架是支承其他零部件的基础部件。它既承受其它零部件的重量和工作载荷，又起保证零件相对位置的基准作用。

三者功能总结：实现传递运动和动力，支撑和导向，联系机电一体化系统各部件并实现其构造功能。

2、丝杠类型、分类、支撑方式、间隙消除和预紧方式：

丝杠螺母传动的类型与特点：

1)螺母固定、丝杆转动并移动如图a所示，该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杆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。但其轴向尺寸不易太长，刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。

2)丝杆转动、螺母移动如图b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、丝杆刚性较好。适用于工作行程较大的场合。

3)螺母转动、丝杆移动如图c所示，该传动形式需要限制螺母移动和丝杆的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。

4)丝杆固定、螺母转动并移动如图d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。

5）差动传动方式

该方式的丝杆上有基本导程(或螺距) 不同的(如l01、l02)两段螺纹，其旋向相同。当丝杆2转动时，可动螺母1的移动距离为S=n×(l01－l02)，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。

丝杠分类：滑动丝杠螺母机构、滚动丝杠螺母机构。

滚珠丝杠副支撑方式：1）单推——单推式止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧力。

2）双推一双推式两端分别安装止推轴承与深沟球轴承的组合，并施加预紧力，其轴向刚度最高。

3）双推——简支式一端安装止推轴承与深沟球轴承的组合，另一端仅安装深沟球轴承4）双推——自由式一端安装止推轴承与深沟球轴承的组合，另一端悬空呈自由状态

滚珠丝杠副的间隙消除和调整预紧：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

3、齿轮传动总传动比的分配原则：

在伺服系统中,通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比,以提高伺服系统的响应速度。根据传动关系有

式中:

——电动机的角位移、角速度、角加速度；

——负载的角位移、角速度、角加速度。

传动链的级数和各级传动比的分配a、等效转动惯量最小原则；b、质量最小原则；3、输出轴转角误差最小原则；

4、齿轮传动间隙的消除措施：

(1)、圆柱齿轮传动：（a）偏心轴套调整法；（b）轴向垫片调整法（锥度齿轮调整法）；（c）双片薄齿轮错齿调整法A、周向弹簧式（不用于功率驱动）B、周向可调拉簧式

(2)斜齿轮传动：（a）垫片调整法；（b）轴向压簧调整法

(3)锥齿轮传动：（a）轴向压簧调整法；（b）轴向弹簧调整法

第三章

1、伺服系统的组成及作用：

2、步进电动机的定义、分类及特点：

定义：步进电机是一种将脉冲信号变换成相应的直线位移（或角位移）的数字/模拟变换器。特点：1）、输出转角与输入脉冲严格成正比，且在方向上与输入脉冲同步。每输入一个电脉冲，电机就转动一个角度（步距角），当连续不断地输入脉冲，就一步一步不断转动。

若控制输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的通电顺序可以控制电机转角、转速与转向（很容易用微机实现数字控制）。

2）、输出转角的精度高，虽有（相邻）步距角误差，但无累积误差，有步距角误差，但转子转速转过一转以后，其（一转内）累积误差为“0”,不会长期积累。

3）、可实现平滑无级调速。调速范围较宽。

4）、步进电机的工作状态不易受各种干扰因素影响（如电压波动，负载变化，环境误差的影响），只要干扰因素不引起“丢步”，就不影响正常工作。

5）、其它：启停时间短，一般在信号输入几毫秒后就使电动机达到同步转速，信号切断后电机立即停止转动。

分类：（一）按运动形式：有旋转式和直线步进电机；

（二）从励磁相数分有（3、4、5、6相等）。

（三）就常用的旋转式步进电机的转子结构来说可分为三种：反应式（可变磁阻型）；

永磁式（PM）；混合式(HB)

3、步进电动机的驱动原理图及工作原理：

略；见书P71

4、环形分配器，功率分配器：

略；见书P72

5、直流伺服系统的组成：

直流电动机、位置或速度反馈装置、直流电源及控制驱动电路

6、直流电机分类：

永磁式、它激式、串激式和并激式

7、直流系统的调速：

(1)通过改变电枢电压Ua进行调理；

电枢电压调速具有起动力矩大，阻尼效果好，响应速度快且线性较好等特点，所以在伺服系统中普遍采用(t=C)。

(2)在电枢回路中串入可调电阻Ra进行调速；

(3)Ua保持恒定，在激磁回路中串入调节电阻Rf调速(弱磁调速)(p=C) 。

串入电阻调速将引起功率损耗，效率低，机械特变软，而且只能将转速调低。弱磁调理的调理范围小，所以在伺服系统的调速中，这两种方法都很少采用。

8、调压调速（三种工作原理及组成）

（1）调压调速（2）调阻调速

（3）调磁调速

第四章

1、微机控制系统设计步骤：

（一）首先确定系统整体控制方案

1、确定控制方式

2、执行元件类型

3、考虑特殊控制要求（如高精度、高可靠性、快速性）

4、微机控制系统的作用（输入/输出or变换/调整）

5、成本

（二）确定控制算法

1、数学模型：

2、常见的控制方法：

如：机床中：逐点比较法和数字积分法

直接数值控制法中的PID调节控制

位置数字伺服系统中实现最少拍控制阀

（三）选择微型计算机

1、从控制角度出发

（1）较完善的中断系统（实时控制：正常、故障）；

（2）足够的存储容量（内部资源不够，可扩展）；

（3）完善的输入/输出通道和实时时钟；

2、其他要求（从被控对象角度出发）

（1）字长；（2）速度；（3）指令。

（四）系统总体设计

1、接口设计

扩展接口常用的几种方法：

（1）选用功能接口板；（2）选用通用接口电路；（3）用集成电路自行设计接口电路。

2、通道设计

开关量数字量模拟量

3、操作控制台设计（原因、功能）。

2、软件设计的方法：

1、软件的分类（系统软件和应用软件）

2、控制系统对应用软件的要求

3、应用软件的设计方法

3、调试的步骤：

1、调试步骤

2、硬件调试与软件调试

3、系统调试

4、微机接口的扩展（地址的提供和分析）：略

第六章

1、典型负载：

惯性负载；外力负载；弹性负载；摩擦负载

2、工业机器人结构：