机电一体化技术与系统
基于机电一体化技术的智能监测与控制系统开发
基于机电一体化技术的智能监测与控制系统开发智能监测与控制系统是目前在各个行业中被广泛应用的一种技术。
随着机电一体化技术的不断发展和进步，智能监测与控制系统的功能和应用领域也在逐渐扩大。
本文将重点介绍基于机电一体化技术的智能监测与控制系统的开发。
一、智能监测与控制系统的概述智能监测与控制系统是一种能够实时监测和控制设备运行状态的系统。
它通过传感器和执行器等硬件设备获取设备的运行数据，并通过算法和控制逻辑对设备进行控制。
智能监测与控制系统能够自动化地进行数据采集、分析和处理，实现自动监测和智能控制。
二、机电一体化技术在智能监测与控制系统中的应用1. 传感器技术的应用：机电一体化技术中的传感器可以实时采集设备的运行数据，例如温度、湿度、压力等参数，并将这些数据传输到监测与控制系统中。
通过分析这些数据，系统可以判断设备的运行状态，及时发现问题并采取相应的控制措施。
2.执行器技术的应用：机电一体化技术中的执行器可以根据监测与控制系统的指令对设备进行控制。
例如，当系统检测到设备温度过高时，可以通过控制执行器调整设备的运行状态，使温度回归正常范围。
3. 数据分析与处理技术的应用：机电一体化技术中的智能算法能够对采集到的数据进行分析和处理。
通过对设备运行数据的分析，系统可以预测设备的故障可能性，提前进行维护，从而避免设备故障导致的停机时间和损失。
三、智能监测与控制系统开发的关键步骤1. 系统需求分析：在开发智能监测与控制系统之前，首先需要明确系统的需求和目标。
根据具体的应用场景，确定系统需要监测和控制的参数、采样频率、控制策略等。
2. 硬件设计与选型：根据系统的需求，选择适当的传感器和执行器。
对于机电一体化技术，需要考虑传感器的安装方式、通信协议等因素，以及执行器的控制方式和接口。
3. 软件开发与算法设计：开发智能监测与控制系统需要编写相应的软件程序。
这包括数据采集、数据处理、算法设计和控制逻辑等方面的开发。
根据具体的应用场景，选择合适的算法和控制逻辑，实现设备的智能监测和控制。
《机电一体化技术和系统》单选题试题库
单选题试题库（200题）1. 直流电机的换向极绕组必须与电枢绕组( )。
A、串联B、并联C、垂直D、磁通方向相反2. 通常所说的486、586微机，其中486、586的含义是( )。
A、主存的大小B、芯片的规格C、硬盘的容量D、主频3. 直流电动机调速所用的斩波器主要起( )作用。
A、调电阻B、调电流C、调电抗D、调电压4. 一般工业控制微机不苛求( )。
A、用户界面良好B、精度高C、可靠性高D、实时性5. ( )不属于微机在工业生产中的应用。
A、智能仪表B、自动售票C、机床的生产控制D、电机的启动、停止控制6. ( )是指微机对生产过程中的有关参数进行控制。
A、启动控制B、顺序控制C、数值控制D、参数控制7. 液压传动中容易控制的是( )。
A、压力、方向和流量B、泄漏、噪声C、冲击、振动D、温度8、液压传动的调压回路中起主要调压作用的液压元件是( )。
A、液压泵B、换向阀C、溢流泵D、节流阀9. 无刷直流电动机与一般直流电动机最大的优点区别是( )。
A、无滑动接触和换向火花，可靠性高以及无噪声B、调速范围广C、起动性能好D、调速性能好10. 微机调节机械运动位置属于微机应用中的( )。
A、数值计算B、工业控制C、事务处理D、CAD11. 异步电动机的极数越少，则转速越高，输出转矩( )。
A、增大B、不变C、越小D、与转速无关12. 计算机在电力传动的自动控制，一般分为( )。
A、生产管理级和过程控制级B、单机控制和多机控制C、直控级和监控级D、管理级和监控级13. 液压泵的吸油高度一般应大于( )mm。
A、50B、500C、30D、30014. 微机没有( )的特点。
A、可以代替人的脑力劳动B、价格便宜C、可靠性高D、高速度的运算15. 电梯轿厢额定载重量为800kg,一般情况下轿厢可乘( )人应为满载。
A、10B、5C、8D、1516. 开环自动控制系统在出现偏差时，系统将( )。
A、不能消除偏差B、完全能消除偏差C、能消除偏差的三分之一D、能消除偏差的二分之一17. 关于计算机的特点，( )是论述的错误。
机电一体化技术基础第一章
老式英文打字机与激光打印机对比
绪论
绪论
老式英文打字机与激光打印机对比
典型机、电、光一体化产品，激光打印机是由激光器、声光调制器、高频驱动、扫描器、同步器及光偏转器等组成，其作用是把接口电路送来的二进制点阵信息调制在激光束上，之后扫描到感光体上。感光体与照相机构组成电子照相转印系统，把射到感光鼓上的图文映像转印到打印纸上，其原理与复印机相同。激光打印机是将激光扫描技术和电子显像技术相结合的非击打输出设备。 随着半导体技术趋向成熟。以美国、日本为代表的科研人员，相继研制出半导体激光打印机。这种类型打印机的打印质量好、速度快、无噪音，所以很快得到了广泛应用。
动力部分(能源部分)
按照系统控制要求为系统提供能量和动力，应尽可能实现较小的动力输入获得较大的功能输出。
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
传感检测部分
对运行过程中所需要的系统自身和外界环境各种参数及运行状态进行检测，并产生相应的反馈控制信息——传感器和专用仪器仪表。 研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器） 作 用：感受器官、反馈环节。 要 求：快速、精确获得信息并在相应的应用环境中具有高可靠性。
执行部分
由机械、电磁、电液等机构组成，根据控制信息和指令完成系统需求的动作，实现输入能量向机械能的转换。
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
驱动部分
在控制信息的作用下驱动各种执行机构完成各种动作和功能。 研究对象：执行元件及其驱动装置 执行元件种类：电动、液压、气压 驱动装置：各种电动机的驱动电源电路
1.3 机电一体化系统的相关技术
机电一体化系统主要包括六方面相关技术：
绪论
绪论
机械技术
机电一体化的基础，具有结构简单、功能更强、性能优越等特点，在刚度、精度和动态性能方面有更高的要求。
机电一体化毕业论文
机电一体化毕业论文专业：机电一体化技术课题名称：机电一体化技术与系统班级：姓名：指导老师：时间：年月日摘要机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。
此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电一体化技术的发展趋势。
关键词：机电一体化技术现状发展趋AbstractMachine incorporation is the result of modern science and technology development. It analyzes the basic things and developing background, the current condition of home and abroad, and the trend of machine incorporationKey words: machine incorporation; technology; current condition; trend目录第一篇：什么是机电一体**************************31.1机电一体化”？它的来源是什么？*******************41.2一体化技术基本概念*****************************41.3体化技术五大组成要素与四大原则：*************4第二篇：机电一体化发展历程及其趋势**************62.1一体化”的发展历程*****************************62.2一体化”发展趋势*******************************62.3的机电一体化产品*******************************72.4发展“机电一体化”而临的形势和任务*************7 第三篇：机电一体化技术及其应用*****************12 第四篇：机电一体化中的接口技术*****************17 第五篇：机电一体化系统抗干扰问题的探讨*********20 结论*******************************************21 参考文献***************************************21第一篇1.1机电一体化”？它的来源是什么？“机电一体化”在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics 的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。
机电一体化系统设计
1、先进制造技术
先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）先进制造 技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理 等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、 使用Байду номын сангаас服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产， 并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。
系统的五个子系统及其功能
• 1 计算机（微机） • 2 执行元件 • 3 机构 • 4 传感器 • 5 动力源
控制功能 操作功能 构造功能 检测功能 动力功能
2、机电一体化相关技术
机械技术、微电子技术、信息技术、 控制技术、传感器技术、驱动技术、 计算机技术、软件技术
等多种学科的技术融合在一起，紧密结合在一起。
机电一体化系统设计步骤：
• 1明确任务 • 2调研 • 3方案拟定（设计） • 4机械部件设计 • 5电气控制硬件设计 • 6控制软件设计 • 7组织生产、调试 • 8改进设计 • 9整理资料
机电一体化机械系统（特点）要求
• 1低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 • 2缩短传动链，提高传动与支承刚度。 • 3最佳传动比，减少系统等效转动惯量，提高加
• 1)单推一单推式 • 2)双推一双推式 • 3)双推一简支式 • 4)双推一自由式
1)单推一单推式
• 止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧 力。其特点是轴向刚度较高，预拉伸安装时， 预紧力较大，但轴承寿命比双推一双推式低。
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。该方式适合于高刚度、高 转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随温度的升高 会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不 对称。
机电一体化技术基础课件：典型机电一体化系统(产品)分析
典型机电一体化系统分析
(1) 什么是“插补”。 插补:就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点
的密化。
典型机电一体化系统分析
(2) 程序编制及程序载体。 ①数控程序 数控程序：是数控机床自动加工零件的工作指令。 编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零
件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程 (APT)或CAD/CAM设计。
2) 机器人分类
工业机器人
机器人
特种机器人
服务机器人 水下机器人 娱乐机器人 军用机器人 农业机器人 机器人化机器
典型机电一体化系统分析
3) 工业机器人定义 工业机器人定义：就是面向工业领域的多关节机械手或多自
由度的机器人。
工业机器人按程序输入方式区分为编程输入型和示教输 入型两类。
示教输入型机器人的示教方法有两种：一种是由操作者 用手动控制器。另一种是由操作者直接引导执行机构。
典型机电一体化系统分析
7.1 了解数控机床 1. 数控机床的发展及其基本原理
1) 数控机床的发展 （1）数控技术：即NC(Numerical Control)技术，是指用数 字化信息(数字量及字符)发出指令并实现自动控制的技术。
1952年，麻省理工学院(MIT)发明了是世界上第一台数 控机床。
典型机电一体化系统分析
ABS的主要元件如图7-21所示。
ABS的主要组成部分如下： (1) 常规液压制动系统。 (2) 轮速传感器。 (3) 电子控制单元(ECU)。 (4) 制动压力调节器。 (5) 警告灯。
典型机电一体化系统分析 2) 电子控制单元(ECU) （1）ABS电子控制单元(ECU)功用：是接受轮速传感器 及其它传感器输入的信号，进行放大、计算、比较，按 照特定的控制逻辑，分析判断后输出控制指令，控制制 动压力调节器执行压力调节任务。 （2）ABS的 ECU主要包括：输入级电路、计算电路、 输出级电路及安全保护电路。
机电一体化系统教程
二、传感器组成 传感器一般由敏感元件、传感元件和测量转换电路三部分组成
三、传感器的分类 1、按被测物理量分类 按被测物理量，可分为温度、压力、流 量、物位、位移、加速度、磁场、光通量等传感器。 2、按传感器工作原理分类 按工作原理，可分为电阻传感器、 热敏传感器、光敏传感器、电容传感器、自感 传感器、磁电传感器 等 3、按传感器转换能量供给形式分类 按转换能量供给形式，分 为能量变换型（发电型）和能量控制型（参量型）两种 。 4、按传感器工作机理分类 按工作机理，可分为结构型传感器 和物性型传感器。 习惯上常把工作原理和用途结合起来命名传感器，如电容式压力传 感器、电感式位移传感器等。
构成机电一体化系统的五大组成要素之间必须遵循结构耦合、运动传 递、信息控制与能量转换四大原则。
其涉及的技术 领域有：
1 机械技术 2 计算机与信息技术 3 系统技术 4 自动控制技术 5 传感检测技术 6 伺服传动技术
六）、发展方向：
复合化；小型化和轻型化；高速化和精确化；智能化；系统化；绿色化和网络 化
二）、主要特征： 1、多项技术的合成 2、一个系统中不同子系统在空间上的集成 3、柔性化、智能化和自动化 4、内部运行是隐蔽的 5、由于有微处理器，所以其潜在功能可以扩大 三）、研究的重要意义 1、产品加工精度、质量提高；柔性增加 2、提高生产率、降低成本 3、简化结构、节约能源 4、提高现代制造业的装备水平（如机器人、数控机床等）
学习任务二：学习常用传感器
一、电阻应变片式传感器 电阻应变式传感器主要由电阻应变片及 测量转换电路等组成。
悬臂梁测量的应变片的机械变形
图3.12 各式箔式电阻应变片
图3.11 金属丝电阻应变片的结构
—半导体敏感条；2—基底；3—引线；4—引线联接片；5—内引线 图3.13 半导体应变片
机电一体化技术与系统
第一章概述1、机电一体化术语的来源：最早（1971年）起源于日本2、机电一体化乃是在机械的主功能、动机功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与微电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。
3、机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：控制器、检测传感器、执行元件、动力源、机构。
P64、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。
例：机电一体化系统设计考虑方法及设计类型考虑方法——（1）机电互补法（2）结合（融合）法设计类型——（1）开发性设计（2）适应性设计（3）变异性设计第二章机械系统部件的选择与设计1、为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。
2、差动传动方式工作原理图：由图可知螺杆2左、右两段螺纹螺距不同、旋向相同的螺纹Ph1和Ph2，若螺母旋合圈数为5，当丝杠2转动时，Ph1=15，Ph2=8，则螺母1的移动距离为多少？解：Δλ=n(Pn1-Pn2)=352．如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动x 向工作台的三相双三拍步进电机，转子齿数z 为100。
滚珠丝杠的基本导程为l 0=6mm 。
已知传动系统的横向(x 向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。
试求：（1）步进电机的步距角α；（2）减速齿轮的传动比i 。
解：（1）K=3相，N=3拍，z=100步进电机的步距角α=360º/(z*m)= 360º/(z*K*N)= 360º/(100*3*3)=0.4 º（2）由于一个脉冲，步进电机旋转0.4 º，工作台横向(x 向)脉冲当量0.005mm ，由于滚珠丝杠的基本导程为l 0=6mm ，对应于丝杠转动一周360 º ，设一个脉冲丝杠转动的角度为x ，则 6mm/360º=0.005/x º，得x=0.3º故减速齿轮的传动比i=0.3/0.4=3/46、滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有 内循环 和 外循环 两种。
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1—齿圈 2—挡圈 3—轮毂
同步带传动的主要失效形式有三种：同步带的承载绳疲劳拉断；同步 带的打滑和跳齿；同步带齿的磨损。
设计的任务是确定带的型号、节距、节线长度、带宽、 中心距及带轮的齿数、直径等结构参数。
(1) 确定带传动的设计功率
(2) 选择带的型号和节距
(3) 带轮齿数
图2-34 滚珠花键传动 1—保持架 2—橡皮密封圈 4—外筒 5—油孔 6—负荷滚珠列 3—键槽
7—退出滚珠列 8—花键轴
第四节 支承部件
一、机电一体化系统对支承部件的要求
单击看视频 图 2-25 谐波齿轮传动
谐波齿轮传动的缺点： 1) 柔轮和波发生器制造复杂，需专门设备，成本较高；
2) 传动比下限值较高；
3) 不能做成交叉轴和相交轴的结构。 3．谐波齿轮的传动比计算
表 2-6 单级谐波齿轮传动的传动比
4．谐波齿轮传动的齿形参数及几何尺寸计算 (1) 齿形 (2) 齿形角 (3) 齿数 (4) 谐波高度
四、惯量的影响
惯量大，系统的机械常数大，响应慢。
五、间隙的影响
这些间隙对伺服系统性能有很大影响，下面以齿轮间隙为例进行分析。 1) 闭环之外数据传递的齿轮 响伺服精度。 2) 闭环之内传递动力的齿轮 为控制系统有自动校正作用。 3) 反馈回路上数据传递齿轮 齿隙，对系统稳定性无影响，但影 齿隙，对系统静态精度无影响，这是因 齿隙既影响稳定性，又影响精度。
图 2-7 典型转台伺服系统框图
第三节 机械传动
一、机电一体化系统对机械传动的要求
机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械传动部件转动惯 量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性好、间隙小，并满足小型、轻量、 高速、低噪声和高可靠性等要求。
二、总传动比的确定
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。 (一) 等效转动惯量最小原则 (二) 质量最小原则
第二章 机械传动与支承技术
第一节 机械传动系统数学模型的建立
第二节 机械结构因素对伺服系统性能的影响 第三节 机械传动 第四节 支承部件
第一节 机械传动系统数学模型的建立
一、基本物理量的折算
1．转动惯量的折算 2．粘性阻尼系数的折算 3．弹性变形系数的折算
图2-1 数控机床进给系统
图2-2 弹性变形等效作用图
三、传动链的级数和各级传动比的分配
(三) 输出轴转角误差最小原则 (四) 三种原则的选择
(四) 三种原则的选择 1) 对于传动精度要求高的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小的原 则设计。
2) 对于要求运转干稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链，可按等效转 动惯量最小原则和输出轴转角误差最小的原则设计。
(4) 带轮的节圆直径 小带轮节圆直径： (5) 验算带速 同步带传动速度 大带轮节圆直径：
(6) 同步带节线长度
(7) 计算同步带齿数
(8) 确定传动的中心距
(9) 校验小带轮与带的啮合齿数 (10) 确定同步带宽
(11) 带的工作能力验算
(二) 谐波齿轮传动 1. 谐波齿轮传动的工作原理 谐波齿轮传动主要由波形发生器H 、柔轮 1 和刚轮 2 组成。 图 2-25 所示的波发生器有两个触头，称双波发生器。 2．谐波齿轮传动的特点 1) 传动比大 2) 承载能力大 3) 传动精度高 4) 可以向密封空间传递运动或动力 5) 传动平稳 6) 传动效率较高 7) 结构简单、体积小、质量小。
摩擦力可分为粘性摩擦力、库仑摩擦力和静摩擦力三种，方向均与运动 方向相反。 1．摩擦引起动态滞后和系统误差 摩擦对伺服系统的影响主要有： 2．摩擦引起的低速爬行
三、结构弹性变形
当伺服电动机带动机械负载按指令运动时，机械系统所有的元件都会因 受力而产生程度不同的弹性变形。 当机械系统的固有频率接近或落入伺服系统带宽之中时，系统将产生谐 振而无法工作。
二、建立系统的数学模型 把各种物理量都折算到电动机轴Ⅰ上后，就可以建立数学模型了。
第二节 机械结构因素对伺服系统性能的影响
一、阻尼的影响
1) 当阻尼比 时， 系统处于等幅持续振荡状态。 2) 当 时，
系统为临界阻尼或过阻尼系统。
3) 当
时，
系统为欠阻尼系统。
图2-3 二阶系统单位阶跃响应曲线
二、摩擦的影响
3) 对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按质量最小原则设计。
四、机械传动装置
(一) 同步带传动 如图 2-18 所示，带的工作表面制有带齿，它与制有相应齿形的带轮 相啮合，用来传递运动和动力。 同步带传动具有如下特点：
1) 传动比准确，传动效率高；
2) 工作平稳，能吸收振动； 3) 不需润滑，耐油、水、耐高温，耐腐蚀，维护保养方便； 4) 中心距要求严格，安装精度要求高； 5) 制造工艺复杂，成本高。 2．同步带 的分类及应用 本节主要介绍梯型齿同步带传动。
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图 2-18 同步传动
3．同步带的结构、主要参数和尺寸规格 (1) 结构和材料 同步齿形带一般由带背， 承载绳、带齿组成。如图 2-19 所示。 (2) 主要参数和规格 同步带的主要参数是 带齿的节距 。如图 2-20 所示。
图2-19 梯形齿同步带构造
(3) 同步带的标记 带的标记包括长度代 号、型号、宽度代号。双面齿同步带还 应再加上符合D Ⅰ 或D Ⅱ。如图 2-21 所示。1—源自背2—承载绳3—包布层
4—带齿
图2-21 双面齿类型 a) DⅠ型 b) DⅡ型 图2-20 同步带主要参数
4．同步带轮 (1) 带轮的结构、材料
带轮结构如图2-22所示。
带轮材料一般采用铸铁或钢。 高速、小功率时可采用塑料或轻合金。
(2) 带轮的参数及尺寸规格
1) 齿形 2) 齿数 3) 带轮的标记 5．同步带传动的设计计算
5．谐波齿轮传动各构件的结构和材料 (1) 柔轮 (2) 刚轮 (3) 波发生器
图2-29 杯形柔轮
图2-30 带凸缘 环状刚轮
图2-31 双滚轮式 波发生器
图2-32 柔性轴承凸轮式波发生器 1—轮 2—柔轮 3—凸轮 4—柔性轴承
6．谐波齿轮减速器
(三) 滚珠花键传动 滚珠花键传动装置由花键轴、花键套、循环装置及滚珠等组成， 如图 2-34 所示。