机电一体化复习整理(东大)
机电一体化重点及复习资料
1. 机电一体化的定义。
机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现系统整体的最佳化。
2. 简述机电一体化系统的组成及各组成部分的功能。
机电一体化系统的组成：A机械本体、B动力单元、C传感检测单元、D执行单元、E驱动单元、F控制及信息处理单元这六部分组成。
各成分的功能如下：1、机械本体：使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置（装配连接）在一定位置上，并保持特定的关系。
2、动力单元：按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。
3、传感检测单元：对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
4、执行单元：根据控制信息和指令在驱动单元的驱动下完成所要求的动作。
5、驱动单元：在控制信息作用下，在动力单元的支持下，驱动各种执行机构（执行单元）完成各种动作和功能。
6、控制及信息处理单元：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往驱动单元和执行机构，控制整个系统有目的地运行。
3. 机电一体化系统有哪些设计方法？分别举例。
机电一体化系统有以下三种设计方法：A.取代法，如用电气调速系统取代机械式变速机构等；B.整体设计法，如某些激光打印机的激光扫描镜；C.组合法，如设计数控机床时使各个单元有机组合融为一体。
4. 转动惯量、刚度、阻尼的折算公式。
另附资料。
5. 传动链精度对开环伺服系统、闭环伺服系统精度的影响。
开环伺服系统中，传动链的传动精度不仅取决于组成系统的单个传动件的精度，还取决于传动链的系统精度。
闭环伺服系统中的传动链，虽然对单个传动件的精度要求可以降低，但对系统精度仍有相当高的要求，以免在控制时因误差随机性太大不能补偿。
6. 举例说明缩短传动链的三种方式。
机电一体化复习资料整理总结
第一章1、机电一体化系统的构成要素与功能特征五大功能构成要素：机械系统（机构）、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)五个子系统组成。
·2、机电一体化系统（产品）设计的考虑方法：1) 机电互补法机电互补法又称取代法。
该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。
例如：用PLC或计算机取代机械式的变速器、凸轮机构、离合器等。
可简化机械结构、提高性能。
2) 结合(融合)法它是将各组成要素有机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。
例如：将电机的转子轴作为扫描镜的转轴。
3) 组合法它是将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），故称组合法。
3、机电一体化系统的设计类型1）开发性设计它是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。
2)适应性设计它是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。
3)变异性设计它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。
第二章1.机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求：（1）较高的定位精度。
（2）良好的动态响应特性。
——响应快、稳定性好。
（3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。
（4）高的谐振频率、合理的阻尼比。
2.滚珠丝杠副特点具有传动阻力小；传动效率高（92%~98%）；轴向刚度高；传动平稳；传动精度高；不易磨损、使用寿命长等优点；缺点:但不能自锁；因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。
3.消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法：双螺母螺纹预紧调整特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便; 但不能精确定量调整。
机电一体化复习内容
机电一体化复习内容第一篇：机电一体化复习内容第一章绪论1、机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？(1)、机械本体其主要功能是使构造系统的各子系统，零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上，并保持特定的关系。
(2)、动力单元按照机电一体化系统控制要求，为系统提供能量和动力，以保证系统正常运行。
(3)、传感检测单元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，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析处理产生相应的控制信息。
(4)、执行单元根据控制信息和指令完成所要求的动作。
(5)、驱动单元在控制信息作用下，驱动各执行机构完成各种动作和功能。
(6)、控制与信息处理单元将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的的运行，并达到预期的性能。
(7)、接口将各要素或子系统连接成一个有机整体。
2、机电一体化的相关技术有哪些？①机械技术②检测传感技术③信息处理技术④自动控制技术⑤伺服驱动技术⑥系统总体技术第二章机械系统设计1、分析各种机械特性对系统性能是如何影响的。
答：摩擦（稳态精度、低速爬行原因）、阻尼（欠阻尼、阻尼比不同时的影响）、间隙（G1—G4）、转动惯量（过大、过小）。
Ⅰ、摩擦特性对性能的影响分析（1）引起动态滞后和稳态误差，如果系统开始处于静止状态，当输入轴以一的角速度转动时,由于静摩擦力矩T的作用,在一定的转角θi范围内, 输出轴将不会运动,θi值即为静摩擦引起的传动死区。
在传动死区内,系统将在一段时间内对输入信号无响应,从而造成误差。
（2）引起低速抖动或爬行—导致系统运行不稳定当输入轴以恒速ω继续运动后,输出轴也以恒速ω运动, 但始终滞后输入轴一个角度θss,（θss为系统的稳态误差）。
Ⅱ阻尼（1）当阻尼比ξ＝0时，系统处于等幅持续振荡状态，因此系统不能无阻尼。
东北大学机电一体化
机电一体化复习题试题一一、简答题1.一个机电一体化系统通常由哪几部分组成？一个机电一体化系统通常由传感检测系统、驱动与执行系统、性能分析系统、控制系统和微处理器系统组成。
2.灵敏度定义是什么？灵敏度(Sensitivity)是指某方法对单位浓度或单位量待测物质变化所致的响应量变化程度，它可以用仪器的响应量或其他指示量与对应的待测物质的浓度或量之比来描述。
3.机电一体化系统中常见的驱动和执行机构有哪些？4.试列出3种能用来测位移传感器或元器件。
5.传感器的定义是什么？二、填空题1.某PLC选用了转换位数为10位的A/D转换模块，对应测量0~10V的电压。
当A/D转换值为512时，此时的被测电压值为____________。
2.传感器的迟滞的定义为________________________。
3.顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用_______。
4.三相异步电机常用的调速方法有_____________、______________和_____________，其中____________的调速性能最好。
5.变频器通过改变_________改变电机的转速；步进电机驱动器通过改变_______改变电机的转速。
6.某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为________。
7.某热敏电阻的参数表上给出：-10欧姆/度，最小温度变化量0.1度；第一个参数代表______，第二个参数代表______。
8.若需要PLC能够采集与输出模拟信号，则PLC应具有____________与_________转换模块。
9.PLC主要由___________、____________、___________、电源及外接编程器组成。
10.某PLC具有Profibus总线接口与工业以太网接口，该PLC可以通过________接入远程A/D转换模块，可以通过______________WinCC的上位机通讯。
机电一体化复习资料
机电一体化复习资料第一篇：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。
机电一体化(复习资料)
机电一体化（复习资料）名词解释1．机电一体化技术从系统观点出发，将机械技术微电子技术信息技术控制技术在系统工程基础上有机的加以综合以实现整个系统最佳化的新科学技术。
2．灵敏度12限速器作用检测速度安全钳作用限制轿或对重的运动选择题（6选5）1.一般说来，如果增大幅值穿越频率wc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts 减少2.加速度传感器的基本力学模型是弹簧—阻尼系统3.齿轮传动的总等惯量与传动级数在一定级数内有关4.顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用PLC5.伺服控制系统一般包括控制器，被控对象，执行环节，比较环节和检测环节等五个部分6．某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角θ=0.001弧度，则莫尔条纹的宽度是100mm简答题滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？答；影响1如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下，滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时将产生空回误差2 为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母，调整两个螺母的轴向位置，使两个鲁姆中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分辨压箱螺杆螺纹滚到相反的侧面使其产生一定的变行从而消除轴向间隙提高轴的高度3常用的调整预警方法有3种；垫片调隙法，螺纹调隙法。
齿差调隙法简答1．CA6140卧室车床的主轴为什么会设计成空心阶梯轴？内控用于通过棒料或卸下顶尖时所用的塔尔帮也可用于通过气动液压或电动夹紧驱动装置的传动杆。
质量比较轻，节省材料，空心件在强度刚度优于实心件2．滚动轴承承载装配时的常用方法有哪些？要注意哪些要点？常用的装配方法有敲入法，压入法，温差法！1)滚动轴承上标有代号的断面应装在课间部位，一边将来更换时查对2)轴颈或壳体孔台阶处的圆弧半径因小雨轴承的圆弧半径以保证轴承轴向定位可靠3)在同轴的两个轴承中。
必须有一个轴承的外圆或内院可以在热涨时产生轴向移动4)轴承的固定装置必须可控。
禁锢适当5)装配过程严格保持清洁，密封严密6)装配后，轴承运转灵活，无噪声，工作温升不超过规定值7)将轴承安装到轴颈或孔中时，不能通过滚动体传力计算题1刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2MM，编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？∴解：10S内转轴转了327200÷1024＝300r∵螺距T=2mm∴刀架位移量300×2=600mm∴转速300÷10=30（转/s）2三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100，双拍只通电，要求电动机转速120r/min,输入脉冲频率为多少？步距角为多少？解：N=60f/NZ60f=nzN60f=120x100x3=600HzθS=360/2N=360/100X3=1.2°答：输入脉冲频率是600Hz 布距角为1.2º。
机电一体化复习资料(汇总完整版).doc
1、机电一体化：在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。
2、机电一体化FI的捉高机械系统的附加价值（多功能，高效率，高可靠忡，省材料省能源）附加价值是机电一体化系统的综合评价指标。
3、机电一体化发展条件：短期或中期普遍需要，具有JuL著的经济效益，具备或经过短期努力能具备必须的物质技术基础。
4、五个子系统：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。
5、从自发状况想自为方向发展。
6、接U的分类：1）变换、调整：零接口、无源接口、冇源接U、智能接U。
2）输入、输出：机械接口、物理接U、信息接口、环境接U。
7、1）机电互补法：利用通用或专川电子部件取代传统机械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统。
2）结合法：各组成要素冇机结合为一体构成专用或通用的功能部件。
3）组合法：用结合法制成的功能部件、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化产品。
8、机电一体化系统的功能：变换、传递、存储。
工业三大要素：物质、能虽、信息。
9、接U的性能决定丫机电一体化系统的性能。
10、机械部分具备要求：低摩擦、无间隙、低惯景、高刚度、高的消振频率、适当的阻尼比、高的定位精度。
措施：低摩擦、短传动链、最侏传动比、反叫死区小、高刚性。
11、传动机构的作用：传递转矩与转速。
使执行元件与负载之间在转矩与转速得到最佳匹配。
传动机构的要求：精密化、高速化、小型轻景化；转动间隙小，精度高，体积小，重景轻，运动平稳，传动转矩大。
12＞滑动丝杠：结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁；摩擦阻力距大，传动效率低。
13、滚动丝杠：摩擦阻力距小，传动效率高，轴昀刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使川寿命长；结构父杂，制造成木高，不能自锁，具行运动吋逆性，便于消除轴向间隙。
14、滚珠丝杠副按螺纹滚道截囬形状分为单圆弧和双圆弧两类，按滚珠的循环方式分为内循环：滚珠循环过程屮始终与丝杠表血仅持接触，滚珠循环M路短，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸较小，但反向器加工困难，装配调整也不方便。
机电一体化重点复习版
一、机电一体化基本概念：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，相互结合的过程中，逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科。
机电一体化技术的定义：机械工程和电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装置。
二、（1）机电一体化的基本组成要素：机械本体，动力与驱动部分，执行机构，传感测试部分，控制及信息处理部分。
将这些部分归纳为结构组成要素，动力组成要素，运动组成要素，感知组成要素，智能组成要素。
（2）四个发展方向：高性能，智能化，系统化以及轻量，微型化方向发展三、（2）转动惯量随级数的增加而减少四、等效力矩的计算：P35 式2-21 （2）加速力矩计算公司：2-11五、滚珠丝杠预紧的目的是消除间隙，增大刚度。
六、不同微动机构的频率响应特性不同，最高的是磁伸缩材料。
七、存储器的种类与接口：对存储容量较小的系统，采用双极性RAM，需要调试和经常修改的程序，采用EOROM(紫外线擦除)或EEPPROM(电擦除)/接口电路设计时注意的问题1、电源分布2、时钟线路的具体布置3、MOS器件的使用。
八、光电耦合的工作原理及作用：分类：三极管型、单向可控硅型、双向可控硅型。
原理是相同的，即都是通过电-光-电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。
典型的光电耦合隔离电路有数字传递与数字量反向传递两种。
作用：利用光耦隔离器的开关特性（可传送数字信号而隔离电磁干扰，简称对数字信号进行隔离，用来传递信号而有效地隔离电磁场的电干扰。
满足计算机控制系统需要九、常见功率输出驱动器件特点及应用场合。
（1）三极管驱动电路:低压情况下的小电流开关量，十几几十用普通，几百的克林顿（2）继电器驱动电路外界交流或直流的高电压、大电流设备（3）晶闸管驱动电路交直流电机调速系统、调功系统、随动系统中（4）固态继电器驱动电路计算机控制系统中十ADC0809转换芯片与单片机的连接方法，完成一次转换需要100us;放大电路以及分辨率的计算公式；（P82-85）。
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输入/输出控制对硬件电路的要求主要：(1)能可靠地传 递各类控制信息, 并能够输入各类 传感器的信息(2) 能够进行相应的 信息转换电平的 转换与匹配；非 电量与电量的转 换；弱电与强电 转换; A/D、D/A 转换；(3)具有阻 断干扰信号进入 微机控制系统的
转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功
能是由一个元件（敏感元件）实现的。基本
转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电
路参数转换、调理成一定形式的电量输出。
传感器分类
传感器的静态特性
和动态特性：传感
器的基本特性：传
感器的特性是指传
感器所特有性质的
总称，而传感器的
输入―输出特性是
能力主要采用滤波技术、隔离技术、屏蔽技术等。 ☆光电隔离电路的基本工作原理与组成： 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。 光电隔离电路抗干扰能力 强的原因：1）光耦的输入阻抗很低。2）输入回路与输出回路之间的分布电容极小。3） 光耦的输入回路和输出回路之间是光耦合的。 需要强调指出的是, 在光电耦合器的输 入部分和输出部分必须分别采用独立的电源, 如果两端共用一个电源, 则光电耦合器 的隔离作用将失去意义。 常用光电隔离电路结构：
图a为普通型信号隔离用光电耦 合器件，以发光二极管为输入端， 光敏晶体管为输出端。这种器件 一 般 用 在 100kHz 以 下 的 频 率 信 号。图b为高速型光电耦合器件的 结构形式，与普通型的不同处在 于其输出部分采用光敏晶体管 和高速开关管组成复合结构，具 有较高的响应速度(6N137)。图c 为达林顿管输出光电耦合器件， 其输出部分以光敏晶体管和放大晶体管构成达林顿管输出。具有达林顿晶体管输出的一 切特性，可直接用于驱动较低频率的负载。图d为晶闸管输出型光电耦合器件。输出部 分为光控晶闸管，光控晶闸管有单向、双向两种形式。这种光电耦合器常用在大功率的 隔离驱动场合。 光电耦合基本配置：采用光电耦合器可以将微机与前向、后向通道以及其他相关部分 切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。
Chapter 1 机电一体化含义:机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能
和控制功能上引用微电子技术，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。 机电一体化关键技术：检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、 自动控制技术、精密机械技术及系统总体技术。 机电一体化系统：由机械系统（机 构）、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）5个子系统组成。 工业三大要素：物质、能量、信息。 机电 一体化的目的：提高系统(产品)的附加价值，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。 机电一体化系统三大目 的功能：变换(加工、处理)功能传递（移动、输送）功能存储（保持、积蓄、记 录）功能。 5种内部功能：主功能、动力功能、计测功能、控制功能、构造功能。主 功能：实现系统“目的功能”直接必需的功能。动力功能：向系统提供动力、让系统得以 运转的功能。计测功能：对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处理的功能。控 制功能：对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施“目的功能”。构造功能：使构成 系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。接口定 义：机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物 质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条 件，这些联系条件就可称为接口。接口技术的功能：变换、调整，输入/输出。按变换 调整功能分类：零接口，无源接口，有源接口，智能接口。 按输入输出功能分类：机 械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要 素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上讲，机电一体化技术研究的核心问题是 接口技术问题。 机电一体化系统常用的设计方法：机电互补法、机电结合（融合） 法:、机电组合法。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。机电一体化系统的设计流程：（1）确定产品规格、性能指标—— 运动参数、动力 参数、品质参数。（2）系统功能部件要素的划分—— 功能部件选择、设计和与系统主 功能的匹配。（3）接口设计—— 机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。（4）综 合评价或系统评价（5）可靠性检查（6）试制与调试。系统工程是组织管理系统的规 划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义 的科学方法。
量等。③ 它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等等，这
种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主要是电物理量；④ 输出与输
入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精度。输出量为电量的传感器：一般由敏
感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。
敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
度(非线性误差)传感器的理想输入—输出特性应是线性的，而实际上，许多传感器并非
具有线性的输入—输出特性，在一定程度上存在着非线性。线性度(非线性误差)是以一
定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，其不一致的最大偏差与理论满量程输出值的百
分比来进行计算(显然选定的拟合曲线不同线性度也不同)。2) 灵敏度：传感器输出变
化量Δy与引起该变化量的输入变化量Δx 之比即为静态灵敏度。k = Δy / Δx（拟合
直线即为斜率）3) 分辨力：指传感器可能检测出被测信号的最小增量。4) 迟滞：迟滞
特性说明传感器加载（输入量增大）和卸载（输入量减小）输入—输出特性曲线不重合
的程度。5) 重复性：指传感器输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线
Chapter2 微机控制系统：是将微型计算机作为机电一体化产品的控制器，结合微
型计算机的工作原理、接口电路（数字和模拟）的设计、硬件和软件的设计，以及它们 之间的匹配，实现对控制对象的有效控制。 专用控制系统的构成与特点:专用控制系统 适合于大批量生产的机电一体化产品。在开发新产品时，如果要求具有机械与电子有机 结合的紧凑结构，也只有专用控制系统才能做到。专用控制系统的设计，实际上就是 选用适当的通用IC芯片来组成控制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新 设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上。专用控制系统， 成本低，但适应能力较差。通用控制系统的构成与特点: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。通用控制系统的设计，主要是合理选择主控制 微机机型，设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，并在此基础上编制应用软件的 问题。这实质上就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专用化的问题。通用控制 系统适应性强，但成本高。硬件与软件的权衡：主要依据经济性和可靠性的标准权衡 决定。主要用分立元器件组成的控制系统——最好采用软件来实现对机电一体化产品 的主要控制功能，借口少，易调整，适应能力强。主要用专用集成元件组成的系统—— 最好选用硬件实现对机电一体化产品的主要控制功能，具有廉价、可靠、处理速度快等 特点。 微机控制系统的设计思路：（1）确定微机控制系统总体控制方案 ：从系统构 成上考虑控制方式（开环控制、半闭环控制、闭环控制）——传感元件选用（含精度） ——选用/设计执行元件——考虑被控制对象特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速 响应特性）——微机在整个控制系统中的作用（计算、数据处理、直接/间接控制方式、 控制功能、I/O接口、外围设备等）——控制系统成本核算。最终确定微机控制系统总 体控制方案。（2）确定控制算法：目的在于确定微机控制系统输入/输出之间的数字和 逻辑数学模型的数学表达方式，为控制系统输出的控制信号，实现被控制对象的各控制 功能、精度、稳定性、可靠性等要求提高可靠的理论依据。常用的控制算法：逐点比 较法和数字积分法（数控车床）、PID调节控制法（直接数字控制系统）、最小拍控制法 （位置数字伺服系统）、最优控制法、随机控制法、自适应控制法、遗传控制法、模糊 控制法、鲁棒控制法、神经网络控制法、专家系统等。 选用何种控制算法，应依据 被控制对象的具体要求而定，主要包括控制功能、精度、稳定性、可靠性等。（3）微 型计算机选择：任何微机控制系统中的微型计算机，无论被控制对象的控制要求如何， 对微型计算机都有一定最基本要求。 1）较完善的适时中断系统：微型计算机控制系 统必须具有实时控制性能。实时控制包含两个意思：一是系统正常运行时的实时控制能 力；二是在发生故障时紧急处理的能力。2）足够的存储容量（ROM、RAM、EPROM ）： 有效地保证微机系统软件、应用软件、数据处理工作的正常运行。3）完善的输入/输出 通道：输入／输出通道是外部过程和主机交换信息的通道。4）实时时钟控制：作为控 制系统实现控制功能的基准。 除此之外，还应有一些特殊要求——字长、运行速度、 指令、成本、编程难易程度、输入/输出接口扩展能力等。（4）控制系统总体设计：设 计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、 可靠性设计等问题。1）软件与硬件功能的合理分配与协调（主要依据经济性、可靠性 指标进行软件/硬件的分配、协调与权衡）2）接口设计（输入/输出信号匹配与协调）： 接口设计包括两个方面的内容：一是扩展接口(选用功能接口板，选用通用接口板，用 集成电路自行设计接口电路)二是安排通过各接口电路输入／输出端的输入／输出信 号，选定各信号输入／输出时采用何种控制方式。3）通道设计（信号通讯方式与I/O 类型）。4）操作控制台设计（人机交换方式）(5)软件设计：系统软件：主要有操作系 统、故障诊断系统、开发系统、信息处理系统等。应用软件：是由操作者依据被控制