機電一體化復(fù)習(xí)

1、1. 機電一體化系統(tǒng)性能的基本要求：快速響應(yīng)性、高的精度和穩(wěn)定性。2. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）是由機械系統(tǒng)（機構(gòu)）、電子信息處理系統(tǒng)（計算機）、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)（如電動機）等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的五大要素及其相應(yīng)的功能：機構(gòu)（構(gòu)造）；計算機（控制）；動力源（動力）；傳感器（計測）；執(zhí)行元件（操作）。3. 機電一體化三大效果：省能、省資源、智能化。4. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的方法：機電互補法、結(jié)合（融合）、組合法。1. 機電一體化系統(tǒng)對機械零件的要求：無間隙；低摩擦；低慣量；高剛度；適當(dāng)?shù)淖枘岜?；高諧振頻率。2. 螺旋傳動的基本形式（按運動

2、方式）：滑動摩擦式螺旋傳動（絲桿螺母副）；滾動摩擦式螺旋傳動（滾珠絲桿螺母副）。3. 滑動螺旋傳動的特點：傳動比大；驅(qū)動負(fù)載能力強；自鎖；傳動效率低；磨損快4. 差動螺旋傳動若螺桿左、右兩段螺紋的旋向相同，常用于各種微動裝置；若旋向相反，常用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。5. 滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式與類型：1按螺紋滾道法向截形可分為單圓弧和雙圓弧，理想接觸角為45°（滾珠與滾道表面在接觸點處的公法線與過滾珠中心的螺桿直徑線間的夾角）；2按滾珠的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。4. 滾珠絲杠副的特點：傳動效率高；定位精度高、剛度好；傳動精度高；運動具有可逆性；磨損??；制造工藝復(fù)雜；不

3、能自鎖。5. 滾珠絲杠副的精度等級為1, 2, 3, 4, 5, 7, 10級精度，代號分別為1, 2, 3, 4, 5, 7, 10；其中1級最高，依次逐級降低。6. 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整方法：墊片調(diào)隙式；螺紋調(diào)隙式；齒差調(diào)隙式；彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式；單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式。7. 在伺服系統(tǒng)中，通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。傳動裝置總傳動比i的最佳值的時刻就是Jl換算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量正好等于電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm的時刻，此時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩一半用于加速負(fù)載，一半用于加速電動機轉(zhuǎn)子，達(dá)到了慣性負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的最佳匹配。傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比的分

4、配：等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則；1小功率傳動裝置：各級傳動比分配的結(jié)果應(yīng)遵循“前小后大”的原則。2大功率傳動裝置：傳動比分配的基本原則仍應(yīng)為“前小后大”。質(zhì)量最小原則；1大功率傳動裝置：確定的各級傳動比表現(xiàn)為“前大后小”的傳動比分配方式。2小功率傳動裝置：通常選擇相等的各級傳動比。輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則。如果從輸入端到輸出端的各級傳動比按“前小后大”原則排列，則總轉(zhuǎn)角誤差較小，而且低速級的誤差在總誤差中占的比重很大。因此，要提高傳動精度，就應(yīng)減少傳動級數(shù)，并使末級齒輪的傳動比盡可能大，制造精度盡可能高。8. 導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求：導(dǎo)向精度高；剛性好；運動輕便平穩(wěn)，低速時無爬行現(xiàn)象；精度的保持性，即

5、耐磨性好；溫度變化影響?。唤Y(jié)構(gòu)工藝性好等。9. 常見的導(dǎo)軌截面形狀，有三角形(分對稱、不對稱兩類)、矩形、燕尾形及圓形等四種，每種又分為凸形和凹形兩類。凸形導(dǎo)軌不易積存切屑等臟物，也不易儲存潤滑油，宜在低速下工作，如車床導(dǎo)軌；凹形導(dǎo)軌則相反，可用于高速，但必須有良好的防護(hù)裝置，以防切屑等臟物落入導(dǎo)軌，如磨床導(dǎo)軌。三角形導(dǎo)軌在垂直載荷作用下，具有磨損量自動補償功能，無間隙工作，導(dǎo)向精度高；平面導(dǎo)軌無磨損量自動補償功能，須間隙調(diào)整裝置，承載能力大。10. 常用的導(dǎo)軌副間隙調(diào)整方法有壓板和鑲條法（平鑲條和斜鑲條）兩種方法。11. 提高導(dǎo)軌副耐磨性的措施：采用鑲裝導(dǎo)軌：鑲鋼導(dǎo)軌、鑲裝塑料導(dǎo)軌、噴涂塑料

6、導(dǎo)軌、鑲裝有色金屬導(dǎo)軌。提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度；減少導(dǎo)軌單位面積上的壓力（即比壓）：1應(yīng)減輕運動部件的重量和增大導(dǎo)軌支承面的面積；2采用卸荷裝置。13. 軸系設(shè)計的基本要求：旋轉(zhuǎn)精度；剛度；抗振性；熱變形；軸上零件的布置。旋轉(zhuǎn)精度是指在裝配之后，在無負(fù)載、低速旋轉(zhuǎn)的條件下，軸前端的徑向跳動和軸向竄動量。其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調(diào)整精度。在通過帶輪將運動傳入軸系尾部時，應(yīng)該采用卸荷式結(jié)構(gòu)，使帶的拉力不直接作用在軸端；另外傳動齒輪應(yīng)盡可能安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形；在傳動齒輪的空間布置上，也應(yīng)盡量避免彎曲變形的重疊。14. 提高軸系性能的措施：提

7、高軸系的旋轉(zhuǎn)精度；措施：1）提高軸頸與架體(或箱體)支承的加工精度；2）用選配法提高軸承裝配與預(yù)緊精度；3）軸系組件裝配后對輸出端軸的外徑、端面及內(nèi)孔通過互為基準(zhǔn)進(jìn)行精加工。提高軸系組件的抗振性。措施：1）提高軸系組件的固有振動頻率、剛度和阻尼，通過計算或試驗來預(yù)測其固有振動頻率，當(dāng)阻尼很小時，應(yīng)使其固有振動頻率遠(yuǎn)離強迫振動頻率，以防止共振。一般講，剛度越高、阻尼越大，則激起的振幅越小；2）消除或減少強迫振動振源的干擾作用。構(gòu)成軸系的主要零部件均應(yīng)進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)平衡，選用傳動平穩(wěn)的傳動件、對軸承進(jìn)行合理預(yù)緊等；3）采用吸振、隔振和消振裝置。另外，還應(yīng)采取溫度控制，以減少軸系組件熱變形的影響。1

8、5. 鑄造機座的設(shè)計：保證自身剛度的措施：1）合理選擇截面形狀和尺寸；2）合理布置筋板和加強筋；3）合理的開孔和加蓋。提高機座連接處的接觸剛度；機座的模型剛度試驗；機座的結(jié)構(gòu)工藝性；機座的材料選擇。1. 步進(jìn)電機的步距角a=360/（Zm），式中：Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，m為運行拍數(shù)，通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即m=KN（N為電動機的相數(shù)，單拍時K=1，雙拍時K=2）。工作方式：課本P95步進(jìn)電動機的驅(qū)動與控制：環(huán)形脈沖分配器；功率放大器；細(xì)分驅(qū)動；步進(jìn)電動機的微機控制。2. 伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成：控制器；驅(qū)動元件；被控對象；檢測裝置。伺服系統(tǒng)的分類：按驅(qū)動元件的性質(zhì)分：1液壓（氣動）伺服系統(tǒng)；2電氣伺服

9、系統(tǒng)：直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、步進(jìn)伺服系統(tǒng)。按控制方式分：1開環(huán)伺服系統(tǒng)；2半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；3閉環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)：無反饋控制。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較簡單、技術(shù)易掌握、成本低；缺點：精度低，抗干擾能力差。一般用于精度、速度要求不高，低成本的機電一體化系統(tǒng)中。閉環(huán)伺服系統(tǒng)：采用反饋控制。優(yōu)點：精度高、調(diào)速范圍寬、動態(tài)性能好；缺點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。一般用于要求高精度、高速度的機電一體化系統(tǒng)中。3. 直流伺服電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)方式：PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)；單向晶閘管SCR觸發(fā)角控制。4. 脈寬調(diào)制控制的核心由兩部分組成：脈寬調(diào)制器（控制回路）；脈寬調(diào)制的開關(guān)放大器（主回路）。5. 如何通過PWM

10、來調(diào)節(jié)直流伺服電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向？直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速公式：，可以通過改變Ua，Ra，Q來控制電機，其中較為理想的方法是通過調(diào)節(jié)電樞回路的電壓Ua的大小和極性，分別來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；PWM技術(shù)基本原理：利用脈寬調(diào)制器對大功率器件的開關(guān)時間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)化成一定頻率的方波電壓，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞兩端電壓的平均值和極性，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。只要改變導(dǎo)通時間就可改變電樞兩端的平均電壓。極式H型可逆PWM變換器電路，雙極PWM變換器的特征就是在一個周期內(nèi)，電壓從+U變?yōu)?U。只要控制正負(fù)脈沖的寬窄，就能控制電機的正反轉(zhuǎn)：1當(dāng)正脈沖較寬時，t>T/2時，電樞兩端的

11、平均電壓為正，電機正轉(zhuǎn)，平均值越大，轉(zhuǎn)速越高；2當(dāng)正脈沖較窄時，t<T/2時，電樞兩端的平均電壓為負(fù)，電機反轉(zhuǎn)，平均的絕對值越大，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速越高。6. 異步電動機的轉(zhuǎn)速方程：n=(60f1/p)*(1-s)=n1(1-s)，式中：n1定子磁場的轉(zhuǎn)速，f1定子供電頻率，s轉(zhuǎn)差率，p極對數(shù)改變交流異步電動機的轉(zhuǎn)速有三種方法：變頻調(diào)速，特點：調(diào)速范圍寬，平滑性好，效率高；變極調(diào)速，特點：調(diào)速范圍窄，有級調(diào)速；變轉(zhuǎn)差調(diào)速， 特點：損耗大。變頻器的功能：將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻交流電變換為變壓變頻交流電。采用SPWM變頻器產(chǎn)生脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而形成和正弦信號等效的PWM波形，即SPWM波形，它

12、是由調(diào)制波和載波產(chǎn)生的。調(diào)制波（正弦波）+ 正弦波>三角波時輸出為正；載 波（三角波）- <時輸出為負(fù)1. 傳感器是將機電一體化系統(tǒng)中被檢測對象的各種物理變化量變成電信號的一種變換器。2. 模擬信號檢測系統(tǒng)的組成：振蕩器用于對傳感器信號進(jìn)行調(diào)制（將直流信號變換成某種頻率的交流信號），并為解調(diào)提供參考信號；解調(diào)器用于將已調(diào)制信號恢復(fù)成原有形式；濾波器可將無用的干擾信號濾除，并取出代表被測物理量的有效信號?；巨D(zhuǎn)換電路是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康淖兓?. 電阻鏈移相細(xì)分電路工作原理：將正余弦信號施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的接點上得到幅值和相位各不相同的電信號。這些信號經(jīng)整形、脈沖

13、形成后，就能在正余弦信號的一個周期內(nèi)獲得若干計數(shù)脈沖，實現(xiàn)細(xì)分。3. 光柵傳感器的工作原理：被測物體位移柵距×脈沖數(shù)1. 微機控制系統(tǒng)設(shè)計思路：1確定系統(tǒng)整體控制方案；2確定控制算法；3選擇微型計算機；較完善的中斷系統(tǒng) 足夠的存儲容量 完備的輸入/輸出通道和實時時鐘1） 系統(tǒng)總體設(shè)計；選用功能接口板 選用通用接口電路 用集成電路自行設(shè)計接口電路2） 軟件設(shè)計。程序模塊化設(shè)計方法 程序結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法 系統(tǒng)調(diào)試2. 調(diào)試的步驟：硬件調(diào)試軟件調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試3. 光電隔離電路：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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；3提高驅(qū)動能力。

14、4. 點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法：所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止；所謂動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描）。常用七段顯示器的結(jié)構(gòu)有：共陰極、共陽極、管腳配置。5. 行列式鍵盤工作原理：1判斷鍵盤上有無鍵按下；PA口輸出全掃描字00H，讀PC口狀態(tài)，PC0PC3為全l，則鍵盤無鍵按下，若不全為1，則有鍵按下。2去鍵的機械抖動影響；在判斷有鍵按下后，軟件延時一段時間（10-20ms），再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下狀態(tài)，則認(rèn)為有一個確定的鍵按下，否則按鍵抖動處理。3確定鍵的具體位置；依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1

15、，則所按下之鍵不在此列；如果不全為l，則所按下的鍵必在此列，而且是在與0電平行線相交的交點上的那個鍵。4計算鍵值；5求鍵值時，采用行值、列值兩個寄存器（或存儲器）。每掃描一行后，如無鍵按下，則行值寄存器加1；若有鍵按下，寄存器保持原值，并轉(zhuǎn)至求相應(yīng)的列值。此時，首先將列值讀數(shù)右移，每移位一次列值寄存器加1，直到有鍵按下（低電平）為止。最后將行值和列值相加，即得到鍵值（十六進(jìn)制數(shù)）。即：鍵值=行值×列數(shù)+列值1） 調(diào)用鍵盤掃描子程序。6. PLC的編程1） 步進(jìn)電動機的控制：四相八拍；三相六拍。2） 四層電梯的控制。1. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計過程是機電有機結(jié)合即機電參數(shù)相互匹配的過程。2

16、. 穩(wěn)態(tài)設(shè)計主要內(nèi)容：使系統(tǒng)的輸出運動參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求；執(zhí)行元件（如電機）的參數(shù)選擇；功率及過載能力的驗算；各主要元、部件的選擇與控制電路設(shè)計；信號的有效傳遞、各級增益的分配、各級之間阻抗的匹配和抗干擾措施等，為后面動態(tài)設(shè)計中的校正補償裝置的引入留有余地。3. 穩(wěn)態(tài)設(shè)計的考慮方法：1） 負(fù)載分析；典型負(fù)載 負(fù)載的等效換算2） 執(zhí)行元件的匹配選擇；系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配 系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配（直流、交流伺服電機）3） 減速比的匹配選擇與各級減速比的分配；4） 檢測傳感裝置、信號轉(zhuǎn)換接口電路、放大裝置及電源等的匹配選擇與設(shè)計。4. 動態(tài)設(shè)計的主要內(nèi)容：選擇系統(tǒng)的控制方式和校正（或補償）形式；設(shè)計

17、校正裝置，將其有效地聯(lián)接到穩(wěn)態(tài)設(shè)計階段所設(shè)計的系統(tǒng)中去，使補償后的系統(tǒng)成為穩(wěn)定系統(tǒng)，并滿足各項動態(tài)指標(biāo)的要求；通常要進(jìn)行計算機仿真，或借助計算機進(jìn)行輔助設(shè)計。最簡單的校正裝置是比例積分微分調(diào)節(jié)器，簡稱PID調(diào)節(jié)器。PID控制器的組成：式中：，偏差信號(指令信號與反饋信號之差)；Kp，比例系數(shù)；Ti，積分時間常數(shù)；Td， 微分時間常數(shù)。PID控制器的設(shè)計就是確定合適的Kp、Ti和Td。系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法：比例調(diào)節(jié)(P)。調(diào)節(jié)作用的大小主要取決于增益(比例系數(shù))Kp的大小。Kp越大，調(diào)節(jié)作用越強，但是存在調(diào)節(jié)誤差。而且Kp太大會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦

18、出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)（I）。系統(tǒng)中采用積分調(diào)節(jié)可以減少或消除誤差，但由于積分調(diào)節(jié)器響應(yīng)慢，很少單獨使用。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分(D)調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強 的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不