机电一体化复习重点

机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息处理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。

机电一体化技术是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与测试技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等现代高新技术群体之上的一种高新技术。

机电一体化的目的是使产品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又能省材料、省能源，并使产品向轻、薄、细、小、巧的方向发展，以不断满足人们的多样化要求和生产的省力化、自动化需求。

机电一体化产品举例:机械制造及数控设、自动生产线、办公自动化设备汽车、机器人、医疗仪器及设备、家用电器、航空航天设备等电子打字机、复印机、传真机机电一体化产品一般都具有五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能，控制功能和构造功能。

机电一体化的基本结构要素：(1)机械本体(2)动力源(3)检测与传感装置(4)控制与信息处理装置(5)执行机构。

机电一体化产品的可分为以下三种（1）功能附加型（2）功能替代型（3）机电融合型
机电一体化设计的关键技术（1）机械技术（2）计算机与信息处理技术（3）检测与传感器技术（4）自动控制技术（5）伺服驱动技术（6）系统总体技术。

检测系统的功用：对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测,将其变成系统可识别的电信号,传递给信息处理单元。

检测系统的组成：传感器及相应的信号检测与处理电路构成机电一体化产品的检测系统。

检测系统的基本要求特性：⑴灵敏度及分辨率。

系统的绝对灵敏度S=Δy/Δx。

⑵精确度。

表示检测系统所获得的检测结果与被测量真值的一致程度。

⑶系统的频率响应特性——要求快速响应（4）稳定性——避免或减小漂移5）线性特性——用非线性度来表示⑹静、动态特性好
在设计检测系统时应如何选择灵敏度、精确度等指标?
答：（1）分辨率是指系统能检测到的被检测量的最小变化，一般情况下，系统灵敏度越高，其分辨率就越强，而分辨率高也意味着系统具有高的灵敏度。

（2精确度。

表示检测系统所获得的检测结果与被测量真值的一致程度。

注意：①在设计检测系统时，应尽可能保持各环节具有相同或相近的精确度。

②若不能保持各环节具有相同的精确度，应该按前面环节精度高于后面环节的原则布置系统③选择一个检测系统的精确度，应从检测系统的最终目的和经济情况两方面综合考虑。

检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。

检测系统设计的步骤1设计任务分析2系统方案选择3系统构成框图设计4环节设计与制造5总装调试及实验分析6系统运行及考核
2、典型模拟信号检测系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？对信号调制的作用是什么？
传感器：相当于人的感官，直接感受被检测量。

基本检测电路：（C、R、L）（U、Q、I）
放大器：传感器的微弱信号进行适当放大。

转换电路：将放大后的电信号进行适当的预处理，并将其转换为信息系统可以接受的数字信号。

A/D。

解调器：用于将已调制信号恢复成原有形式
接口电路：接口电路负责检测系统与信息处理系统的连接，一方面接受信息处理系统的控制，另一方面将检测系统的信号传给信息处理系统。

振荡器：用于对传感器信号进行调制，并为解调提供参考信号。

量程切换电路：避免放大器饱和并满足不同测量范围的需要。

滤波器：将无用的干扰信号滤除，并取出代表被测物理量的有效信号
数字式传感器信号的检测组成：传感器—放大—整形—接口电路—CPU
信号的预处理：信号被采入计算机后由于含有部分干扰信号，因此，在计算机对信号进行分析、运算前必须去除混杂在有用信号中的这部分干扰信号，这个过程就是信号的预处理。

预处理的方法：（1）模拟信号输人方式、采样方式及其采样频率的选择（2）数字信号的预处理（3）检测系统的非线性处理4）零位误差、增益误差的补偿和修正等。

4种转换输入方式：(1)模拟量的转换输入方式。

(2)多路模拟开关。

(3)模拟信号采样与保持。

4数字信号的预处理
预处理任务：去干扰。

干扰分类：周期干扰和随机干扰
多路模拟开关的作用是切换各路输入信号。

主要有电力机械开关和集成模拟电子开关。

电力机械开关中最常用的是继电器。

3、数字滤波的优点是什么？
1）数字滤波过程是计算机的运算过程，不需要额外的硬件设备，不存在阻抗匹配等问题，可靠性高，稳定性好；
2）可以对频率很低或很高的信号实现滤波；
（3）可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数。

4、中值滤波、算术平均滤波、滑动平均滤波、低通滤波的原理和适用场合是什么？
中值滤波适用场合：中值滤波方法对缓慢变化的信号中由于偶然因素引起的脉冲干扰具有良好的滤除效果。

中值滤波原理：对信号连续进行n 次采样。

然后对采样值排序，并取序列中位值作为采样有效值。

算术平均滤波方法的原理：对信号连续进行n 次采样，以其算术平均值作为有效采样值。

适用场合：该方法对压力、流量等具有周期脉动特点的信号具有良好的滤波效果。

滑动平均滤波方法的原理：该方法采用循环队列作为采样数据存储器，队列长度固定为n ，每进行一次新的采样，把采样数据放队尾，扔掉原来队首的一个数据。

这样，在队列中始终有n 个最新的数据。

对这n 个最新数据求取平均值，作为此次采样的有效值。

特点：这种方法每采样一次，便可得到一个有效采样值，因而速度快，实时性好，对周期性干扰具有良好的抑制作用。

低通滤波适用场合：当被测信号变化缓慢时，可采用数字低通滤波的方法去除干扰。

数字低通滤波器利用软件算法来模拟硬件低通滤波器的功能，实现对信号的低通滤波。

低通滤波方法的原理：（图示）从电容取电压为低通滤波
5、为何对传感器进行非线性、零位和增益误差补偿？原理是什么？
传感器的非线性补偿：许多实际传感器的传输特性是非线性的，直接影响信号的检测精度。

在机电一体化产品中，常采用软件方法对此非线性传输特性进行补偿，以降低对传感器的要求。

在采用线性插值法对传感器的非线性进行补偿时，应先根据传感器的标定值按上式，求出系数a1i 、a0i ，然后将a1i 、a0i 做成表格，编在程序里。

程序运行时，先判断采样值x 位于哪个区间，然后取出该区间对应的系数ali 和a0i ，按式 即可求得对应于x 的传感器输入值(即被测量)y 。

零位误差和增益误差的补偿：在检测系统中，由于传感器、测量电路和放大电路等不可避免地存在温度漂移和时间漂移，这样就引起了零位误差和增益误差。

这类误差属于系统误差，当误差较大时会对系统的精度产生很大影响，所以必须对它们进行补偿 a
a i i i
x 011+=ρ
零位误差补偿原理：模拟多路开关可在微型机控制下将任一路被测信号接通，并经测量及放大电路和A ／D 转换器后，将信号采入微型机。

在测量时，先将多路开关接通某一被测信号，然后将其切换到零信号输入端，由微型机先后对被测量和零信号进行采样。

设采样值分别为x 和a0，其中a0即为零位误差，由微型机执行下列运算：y=x-a0就可得到经过零位误差补偿后的采样值y 。

增益误差补偿原理：校准时，在微型机控制下先把多路开关接地得到采样值a0 ，然后把多路开关接基准输入UR ，得到采样值xR ，并寄存a0和xR 。

正式测量时，如测得对应输入信号Ui 的采样值为xi ，则输入信号Ui 可按下式计算。

U a x a x U R R i i 00--=。