機(jī)電一體化課本內(nèi)容匯總

機(jī)電一體化（個(gè)人整理參考看一定還要看看課本）機(jī)電一體化一一是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化產(chǎn)品一般都具有五種內(nèi)部功能，即主功能、動(dòng)力功能、檢測(cè)功能，控制功能和構(gòu)造功能。而實(shí)現(xiàn)這些功能的各個(gè)組成部分及其技術(shù)就構(gòu)成了機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體和系統(tǒng)。（1）機(jī)械本體設(shè)計(jì)要求：小型輕量（2）動(dòng)力源設(shè)計(jì)要求：效率高、可靠性好3）檢測(cè)與傳感裝置設(shè)計(jì)要求：精度高、抗干擾能力強(qiáng)（4）控制與信息處理裝置（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。分類（1）功能附加型（2）功能替代型（3）機(jī)電融合型關(guān)鍵技術(shù)（1）機(jī)械技術(shù)。（2）計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)。（3）檢測(cè)與傳感器技術(shù)。（4）自動(dòng)控制技術(shù)。（5）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。（6）系統(tǒng)總體技術(shù)。%—Z±ZL第—章穩(wěn)定是前提，精度和快速響應(yīng)性是關(guān)鍵1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能：不僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器，而且已成為伺服系統(tǒng)的一部分，要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，以滿足整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能。2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用：是支撐和導(dǎo)向。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用：根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下，完成預(yù)定操作，要有較高的靈敏度、精確度，良好的重復(fù)性和可靠性。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)性能要求：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小摩擦小阻尼合適剛度大抗振性能好間隙小常用傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：1、無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、軟軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4、同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5、諧波齒輪減速器6、間歇機(jī)構(gòu)無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于機(jī)電一體化產(chǎn)品中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有自動(dòng)換向功能，反向時(shí)如果驅(qū)動(dòng)鏈中的齒輪等傳動(dòng)副存在間隙，就會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的反向滯后于指令信號(hào)，從而影響其驅(qū)動(dòng)精度。因此必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙，以保證機(jī)構(gòu)的雙向傳動(dòng)精度。（一）圓柱齒輪傳動(dòng)⑴偏心軸套調(diào)整法電機(jī)1是通過(guò)偏心軸套2裝到殼體上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸套的轉(zhuǎn)角，就能夠方便地調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除了圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)隙。不能自動(dòng)補(bǔ)償。（2）雙片薄齒輪錯(cuò)齒法薄片齒輪由平鍵和軸連接，互相不能相對(duì)回轉(zhuǎn)。斜齒輪1和2的齒形拼裝在一起加工。裝配時(shí)，將墊片厚度增加或減少At,然后再用螺母擰緊。這時(shí)兩齒輪的螺旋線就產(chǎn)生了錯(cuò)位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒面貼緊，從而消除了間隙。結(jié)構(gòu)復(fù)雜但能夠自動(dòng)補(bǔ)償（-）斜齒輪傳動(dòng)⑴墊片調(diào)整法其特點(diǎn)是齒側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。（2）軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法（三）錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)⑴軸向壓簧調(diào)整法（2）周向壓簧調(diào)整法（四）齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1滾珠絲杠副工作原理與結(jié)構(gòu)絲杠和螺母的螺紋滾道間有滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，與螺紋滾動(dòng)形成循壞回路。滾珠絲杠副特點(diǎn)：①傳動(dòng)效率高。達(dá)到90%95%。②運(yùn)動(dòng)具有可逆性。③系統(tǒng)剛度好。④傳動(dòng)精度高。⑤使用壽命長(zhǎng)。⑥不能自鎖。需要設(shè)置制動(dòng)裝置⑦工藝復(fù)雜A.滾珠絲杠副的螺紋滾道型面（法向）的形狀有單圓弧型和雙圓弧型，B滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循壞兩種。為了提高軸向剛度，常采用止推軸承組合來(lái)支撐絲杠。目前常用的軸承組合有以下三種：雙推——自由式（一端固定，一端自由）適用于短絲杠或垂直安裝的絲杠。雙推一簡(jiǎn)支式（一端固定，一端游動(dòng)）適用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠雙推一一雙推式（兩端固定）調(diào)節(jié)軸承的間隙，并根據(jù)預(yù)計(jì)溫升產(chǎn)生的熱膨脹量對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸。適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的場(chǎng)合。（b）制動(dòng)裝置垂直傳動(dòng)時(shí)，由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高，又無(wú)自鎖能力，故需安裝制動(dòng)裝置以滿足其傳動(dòng)要求。2同步帶傳動(dòng)副同步帶傳動(dòng)是綜合了帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)特點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)。利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。（1）兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，能方便的實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)且無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確。（2）傳動(dòng)精度高，且?guī)У膹?qiáng)度高、厚度小、重量輕，用于低速及高速傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高。（3）在使用中齒形帶不需張緊，作用在軸和軸承處的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。3諧波齒輪傳動(dòng)橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個(gè)局部嚙合區(qū)；同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開(kāi)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪長(zhǎng)短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開(kāi)處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。諧波齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)①傳動(dòng)比大；②承載能力高；③傳動(dòng)精度高，基本無(wú)沖擊振動(dòng)；④可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力；⑤傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高：⑥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕。缺點(diǎn)①柔輪和波發(fā)生器制造復(fù)雜，需要專門(mén)設(shè)備，成本較高。②傳動(dòng)比卞限值較高。③不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。4軟軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有幾層緊密纏繞在一起的彈簧鋼絲層組成，相鄰層的纏繞方向相反。工作時(shí)相鄰兩層鋼絲中一層趨于擰緊，一層趨于擰松，使各層趨于壓緊來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。（1）主要用于兩個(gè)傳動(dòng)件的軸線不在同一直線上或工作時(shí)彼此要求有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。（2）可以彎曲地繞過(guò)各種障礙物，遠(yuǎn)距離傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（3）適合受連續(xù)沖擊，也適合高速、小扭矩的場(chǎng)合，其轉(zhuǎn)速可達(dá)20000i7nun，功率不超過(guò)5.5kW。（4）不適合低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)。1、導(dǎo)軌的功用：機(jī)電一體化產(chǎn)品的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是導(dǎo)軌，其作用是導(dǎo)向和支撐。2、導(dǎo)軌的組成導(dǎo)軌主要由兩部分組成:支撐（靜）導(dǎo)軌和動(dòng)導(dǎo)軌。（2）滾動(dòng)導(dǎo)軌:磨損少，壽命長(zhǎng)，定位精度高，靈敏度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。3、導(dǎo)軌的基本要求（1）導(dǎo)向精度：指動(dòng)導(dǎo)軌沿支撐導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度或圓度。（2）耐磨性。（3）疲勞和壓潰（4）剛度。（5）運(yùn)動(dòng)的靈活性和低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，避免爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)彖一運(yùn)動(dòng)件在低速運(yùn)行時(shí)，往往不是作連續(xù)的勻速運(yùn)動(dòng)而是時(shí)走時(shí)停。（6）結(jié)構(gòu)工藝性：注意制造調(diào)整維修方便，力求機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性及經(jīng)濟(jì)性好。滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)1）承載能力人2）剛性強(qiáng)3）壽命長(zhǎng)4）傳動(dòng)平穩(wěn)可靠5）具有機(jī)構(gòu)自調(diào)整能力滾動(dòng)導(dǎo)軌按滾動(dòng)體形狀，分為滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌二種。（b）按導(dǎo)軌截面形狀分：矩形和梯形兩種。四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)⑴手動(dòng)機(jī)械式（2）熱變形式（3）磁致伸縮式⑶工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器機(jī)械夾持器機(jī)械夾持器首先應(yīng)有一定的力約束和形狀約束。圓弧開(kāi)合型圓弧平行開(kāi)合型直線平行開(kāi)合型。特種末端夾持器一一工業(yè)機(jī)器人完成某類特定的作業(yè)。真空吸附手b.電磁吸附手c.靈巧手kk第二章人機(jī)接口是指操作者（人）和計(jì)算機(jī)間的接口。人機(jī)接口常用輸入設(shè)備：開(kāi)關(guān)、撥碼盤(pán)、鍵盤(pán)等。常用輸出設(shè)備：顯示器（LED、LCD、CRT）、打印機(jī)、喇叭等。1、專用性2、低速性3、高性能價(jià)格比機(jī)電接II是指機(jī)電一體化產(chǎn)品中機(jī)械裝置與控制微機(jī)之間的接II。按信息傳遞的方向可分為信息采集接口和控制輸出接口。1、AQ轉(zhuǎn)換接口及主要技術(shù)指標(biāo)信息采集接【I中模擬模擬放大電路與CPU的接II。由A/D芯片完成。常用的有雙積分式和逐次比較式兩種。雙積分式的轉(zhuǎn)換速度慢，精度高；逐次比較式的轉(zhuǎn)換速度快。2、D/A轉(zhuǎn)換接口在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，很多被控對(duì)象要求用模擬量做控制信號(hào)，而計(jì)算機(jī)只能輸出數(shù)字量，這就要求將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換接II（D/A轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成模擬量。3、功率接口在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，被控對(duì)象所需要的驅(qū)動(dòng)功率一般比較人，而計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字控制信號(hào)或經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到的模擬控制信號(hào)的功率都很小，因而必須經(jīng)過(guò)功率放人后才能夠驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。實(shí)現(xiàn)功率放大的接口電路稱為功率接口電路。單向晶閘管（SCR）：〈導(dǎo)通條件〉：是指晶閘管從阻斷到導(dǎo)通所需的條件。在晶閘管的陽(yáng)極加上正向電壓，同時(shí)在控制極加上正向電壓?！唇刂箺l件〉：是指晶閘管懂導(dǎo)通到阻斷所需的條件，晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極就不起控制作用了。只用當(dāng)流過(guò)晶閘管的電流小于保持晶閘管導(dǎo)通所需的電流即維持電流時(shí)，晶閘管才關(guān)斷?！纯刂平恰担簭牧汶妷旱奖挥|發(fā)導(dǎo)通的瞬間的這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電度角。〈導(dǎo)通角〉：從被觸發(fā)導(dǎo)通的瞬間開(kāi)始到電壓為零這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電度角。對(duì)純阻性負(fù)載有：控制角+導(dǎo)通角=180度功率晶體管：（1）功率晶體管的特點(diǎn)：所謂功率晶體管就是指在人功率范圍應(yīng)用的晶體管，有時(shí)也稱為電力晶體管，與晶閘管相比，功率晶體管有如卞特點(diǎn)；①不僅可以工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也可以工作在模擬狀態(tài)。②開(kāi)關(guān)速度遠(yuǎn)人于晶閘管。③控制比晶閘管容易。④價(jià)格高于晶閘管。光電耦合器（1）光電耦合器采取電一光一電形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，被耦合的兩部分可以自成系統(tǒng)不“共地”，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)電部分和弱電部分的隔離，避免干擾由輸出通道竄入控制微機(jī)。（2）光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，能夠吸收脈沖干擾信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。（3）可靠性高、速度快。光電耦合器（1）光電耦合器采取電一光一電形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，被耦合的兩部分可以自成系統(tǒng)不“共地”，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)電部分和弱電部分的隔離，避免干擾由輸出通道竄入控制微機(jī)。（2）光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，能夠吸收脈沖干擾信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。（3）可靠性高、速度快。第四章檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1檢測(cè)系統(tǒng)的功用及組成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需的自身和外界壞境參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，將其變成系統(tǒng)可識(shí)別的電信號(hào),傳遞給信息處理單元。2、檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求⑴靈敏度及分辨率。分辨率是指系統(tǒng)能檢測(cè)到的被檢測(cè)量的最小變化，一般情況下，系統(tǒng)靈敏度越高，其分辨率就越強(qiáng)，而分辨率高也意味著系統(tǒng)具有高的靈敏度。⑵精確度。表示檢測(cè)系統(tǒng)所獲得的檢測(cè)結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度。⑶系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性一一求快速響應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)對(duì)外界輸入信號(hào)作出反應(yīng)的快慢。（4）穩(wěn)定性避免或減小漂移（5）線性特性一一用非線性度來(lái)表示⑹靜、動(dòng)態(tài)特性好二、模擬式傳感器信號(hào)的檢測(cè)模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的組成振蕩器3數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)四、檢測(cè)信號(hào)的采集和預(yù)處理信號(hào)的預(yù)處理：信號(hào)被采入計(jì)算機(jī)后由于含有部分干擾信號(hào)，因此，在計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、運(yùn)算前必須去除混雜在有用信號(hào)中的這部分干擾信號(hào)，這個(gè)過(guò)程就是信號(hào)的預(yù)處理。預(yù)處理的目的：去干擾預(yù)處理的方法：（1）模擬信號(hào)輸人方式、采樣方式及其采樣頻率的選擇。（2）數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理（3）檢測(cè)系統(tǒng)的非線性處理。（4）零位誤差、增益誤差的補(bǔ)償和修正等。p傳感器H放大一（3）檢測(cè)系統(tǒng)的非線性處理。（4）零位誤差、增益誤差的補(bǔ)償和修正等。p傳感器H放大一...■-|葩三態(tài)緩沖器.總線模擬多路開(kāi)關(guān)-模擬多路開(kāi)關(guān)-器沖緩并行輸入口多路模擬開(kāi)關(guān)。模擬多路開(kāi)關(guān)-器沖緩并行輸入口它的作用是切換各路輸入信號(hào)。系統(tǒng)中通常使用公共的采樣保持器、放人器及A/D轉(zhuǎn)換器等器件，因此，需要使用多路開(kāi)關(guān)輪流把各路被測(cè)信號(hào)分時(shí)地與這些公用器件接通。模擬信號(hào)采樣與保持。采樣，就是連續(xù)信號(hào)的離散化。香儂(Shaimon)采樣定理一一合理選擇采樣頻率為了保證在采樣過(guò)程中不丟失原來(lái)信號(hào)中所包含的信息，采樣頻率必須按照香儂(Shannon)采樣定理來(lái)確定，即要求fsA2finax式中fniax為被采原信號(hào)f(t)的最高有效頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，常取fsA(510)finax采樣/保持電路A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程需要一定時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)外部信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，從而使得A/D的結(jié)果與實(shí)際會(huì)產(chǎn)生誤差，為了防止產(chǎn)生誤差，要求在此期間內(nèi)保持采樣信號(hào)不變。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為采樣/保持電路。四數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理預(yù)處理任務(wù)：去干擾周期干擾:數(shù)字濾波方法消除(軟件方法)隨機(jī)干擾:選用積分為干擾信號(hào)周期整數(shù)倍的雙積分A/D(碩件方法)數(shù)字濾波優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字濾波過(guò)程是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過(guò)程，不需要額外的硬件設(shè)備，不存在阻抗匹配等問(wèn)題，可靠性高，穩(wěn)定性好；可以對(duì)頻率很低或很高的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波；可根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)。但不能代替模擬濾波器？輸入信號(hào)很小、且有干擾：混疊現(xiàn)彖中值濾波。對(duì)緩慢變化的信號(hào)中由于偶然因素引起的脈沖干擾具有良好的濾除效果。原理：對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣。然后對(duì)采樣值排序，并取序列中位值作為采樣有效值。算術(shù)平均濾波。原理：對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，以其算術(shù)平均值作為有效采樣值。適用場(chǎng)合：該方法對(duì)壓力、流量等具有周期脈動(dòng)特點(diǎn)的信號(hào)具有良好的濾波效果。滑動(dòng)平均濾波。原理：該方法采用循環(huán)隊(duì)列作為采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，隊(duì)列長(zhǎng)度固定為11,每進(jìn)行一次新的采樣，把采樣數(shù)據(jù)放隊(duì)尾，扔掉原來(lái)隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)。這樣，在隊(duì)列中始終有n個(gè)最新的數(shù)據(jù)。對(duì)這n個(gè)最新數(shù)據(jù)求取平均值，作為此次采樣的有效值。。低通濾波。利用軟件算法來(lái)模擬硬件低通濾波器的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的低通濾波。5傳感器的非線性補(bǔ)償：有計(jì)算法和查表法兩大類。6零位誤差和增益誤差的補(bǔ)償零位誤差補(bǔ)償采用軟件對(duì)零位誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ址Q數(shù)字調(diào)零，零位誤差補(bǔ)償原理：模擬多路開(kāi)關(guān)可在微型機(jī)控制下將任一路被測(cè)信號(hào)接通，并經(jīng)測(cè)量及放人電路和A/D轉(zhuǎn)換器后，將信號(hào)采入

微型機(jī)。在測(cè)量時(shí)，先將多路開(kāi)關(guān)接通某一被測(cè)信號(hào)，然后將其切換到零信號(hào)輸入端，由微型機(jī)先后對(duì)被測(cè)量和零信號(hào)進(jìn)行采樣。設(shè)采樣值分別為X和aO,其中aO即為零位誤差，由微型機(jī)執(zhí)行下列運(yùn)算：y=x-aO就可得到經(jīng)過(guò)零位誤差補(bǔ)償后的采樣值y°（2）增益誤差補(bǔ)償增益誤差補(bǔ)償又稱校準(zhǔn)，采用軟件方法可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)校準(zhǔn)，其原理與數(shù)字調(diào)零相似。校準(zhǔn)時(shí)，在微型機(jī)控制下先把多路開(kāi)關(guān)接地得到樣值aO,然后把多路開(kāi)關(guān)接基準(zhǔn)輸入U(xiǎn)R,得到采樣值xR,并寄存aO和xR。正式測(cè)量時(shí)，如測(cè)得對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)U1的采樣值為XI,則輸入信號(hào)ui可按下式計(jì)算。?E—C、第五章伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、伺服系統(tǒng)的基本概念伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)彖的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱隨動(dòng)系統(tǒng)或伺服機(jī)構(gòu)。2、伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（1）比較元件（2）調(diào)節(jié)元件（3）執(zhí)行元件（4）被控對(duì)象（5）測(cè)量反饋元件比松元件兀件035-1何JB隘系統(tǒng)基手結(jié)枸方框3伺服系統(tǒng)的分類按照?qǐng)?zhí)行元件性質(zhì)的不同開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)：無(wú)檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)，精度低，抗干擾能力差，成本低。兀件閉環(huán)伺服系統(tǒng)：有檢測(cè)反饋壞節(jié)，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)式與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別是將整個(gè)機(jī)械裝置都包括到反饋環(huán)中。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：有檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)，精度較高，性能居中2、伺服系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的要求（1）慣性小，動(dòng)力犬（2）體枳小、質(zhì)量輕（3）便于計(jì)算機(jī)控制（4）成本低、可靠性好、便于安裝和維修。3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)。可以按照輸入的脈沖指令一步步地旋轉(zhuǎn)。能將脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（或直線位移）的控制電動(dòng)機(jī)。相：磁極的對(duì)數(shù)稱為“相”，相對(duì)的磁極為一相?！芭摹币灰徊竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的每一次通斷電操作。單相通電方式：每拍中只有一相繞組通電。雙相通電方式：每拍中只有兩相繞組通電。單雙相輪流通電方式：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)。一般情況下，m相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可采用單相通電、雙相通電或單雙相輪流通電方式。分別稱為m相單m拍、m相雙m拍或m相2m拍通電方式。

采用單雙相輪流通電方式可使步矩角減小一半，提高了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的分辨率。m一定子相數(shù)z一轉(zhuǎn)子齒數(shù)k一通電方式系數(shù)，若連續(xù)兩次通電相數(shù)相同為1；若不同則為2（單雙相輪流通電）。1、步距誤差：空載時(shí)實(shí)測(cè)的步矩角與理論的步矩角之差，反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)角位移的精度。2、最大靜轉(zhuǎn)矩：步進(jìn)電機(jī)在某相始終通電而處于靜止不動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所能承受的最人外加轉(zhuǎn)矩。3、啟動(dòng)矩頻特性：指步進(jìn)電機(jī)在外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，不失步的正常啟動(dòng)所能接受的最大階躍輸入脈沖頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)及特點(diǎn)4、啟動(dòng)慣頻特性：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)純慣性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。5、運(yùn)行矩頻特性：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系。2、直流伺服電動(dòng)機(jī)主要用于閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。工作原理：當(dāng)電樞繞組中通過(guò)直流電時(shí)，在定子磁場(chǎng)的作用下就會(huì)產(chǎn)生帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。通過(guò)控制電樞繞組中電流的方向和人小，就可以控制旋轉(zhuǎn)方向和速度。結(jié)構(gòu)組成：1）按定子磁場(chǎng)產(chǎn)生方式：永磁式、勵(lì)磁式2）按電樞的結(jié)構(gòu)和形狀：平滑電樞型、空心電樞型、有槽電樞型3）按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的人?。喝藨T量、中慣量、小慣量電樞電壓控制：即在定子磁場(chǎng)不變的情況下，通過(guò)控制加在電樞繞組兩端的電壓信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；又稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。勵(lì)磁磁場(chǎng)控制：即通過(guò)改變勵(lì)磁電流的人小來(lái)改變定子磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；又稱為恒功率調(diào)速方式機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)中通常采用永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)（四）直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性所謂靜態(tài)特性是指電機(jī)在穩(wěn)態(tài)情況卞工作時(shí)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電磁力矩和電樞電壓三者之間的關(guān)系。（4）影響靜態(tài)特性的因素功放電路.由圖可見(jiàn)，由于功放電路內(nèi)阻的存在，使電動(dòng)機(jī)的j機(jī)械特性變軟了。應(yīng)設(shè)法減小其內(nèi)阻。直流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩O人ZlZA擦對(duì)調(diào)速特性的影響。電機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩越人，所需的啟動(dòng)電壓越高。負(fù)載變化對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響。但在實(shí)際中，經(jīng)常會(huì)遇到負(fù)載隨轉(zhuǎn)速變化的情況，這時(shí)由于負(fù)載的變化的影響導(dǎo)致調(diào)節(jié)特性變?yōu)榉蔷€性。調(diào)節(jié)特性曲線調(diào)節(jié)特性：是指在一定的轉(zhuǎn)矩條件下，轉(zhuǎn)速與電樞電壓的關(guān)系。（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)電路單壓驅(qū)動(dòng)電路（1）單電源供電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。（2）效率低、出力小，電流波形差，主要用于對(duì)速度要求不高的小型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。高低壓驅(qū)動(dòng)電路采用高壓和低壓兩個(gè)電源供電。在步進(jìn)電機(jī)繞組剛接通時(shí)，由高壓電源供電，以加快電流上升速度，一段時(shí)間后，切換到低壓電源供電，將電流維持在一個(gè)恒定值附近。功耗小、效率低，性能比單壓驅(qū)動(dòng)電路好。斬波限流驅(qū)動(dòng)電路出力人，功耗小、效率高，電阻小，性能優(yōu)于①、②，目前應(yīng)用最廣2、直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)通過(guò)控制電樞電壓來(lái)控制輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速?？刂菩盘?hào)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)給定，通過(guò)接II和功放電路驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要有晶閘管功率放人器和晶體管功率放人器兩種。晶體管功率放大器有線性直流伺服放人器和脈寬調(diào)制放大器（PWM）（一）脈寬調(diào)制放大器（PWM）電壓■脈寬變換器其作用是根據(jù)控制指令對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，以便用寬度隨指令變化的脈沖信號(hào)去控制人功率管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電樞繞組兩端電壓的控制。由于比較器的限幅特性US的幅度不變，但脈寬隨UI的變化而變化。US的頻率由三角波的頻率所決定。當(dāng)UI=O時(shí)，US的正負(fù)脈寬相等當(dāng)UI>0時(shí)，US的正脈寬〉負(fù)脈寬當(dāng)UI<0時(shí)，US的正脈寬V負(fù)脈寬當(dāng)UI2UTPP/2時(shí)，為一正直流信號(hào)；當(dāng)UIWUTPP/2時(shí)，為一負(fù)直流信號(hào)；開(kāi)關(guān)功率放大器其作用是對(duì)電壓-脈寬變換器輸出的信號(hào)US進(jìn)行放人，輸出具有足夠功率的信號(hào)UP,以驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)。采用大功率晶體管組成。根據(jù)各晶體管基極所加控制電壓波形，可分為單極性輸出、雙極性輸出和有限單極性輸出三種方式。當(dāng)UI=O時(shí)，US的正、負(fù)脈寬相等，電機(jī)不轉(zhuǎn)。但在交流分量的作用卞，電動(dòng)機(jī)在停止位置處微振，這種微振有動(dòng)力潤(rùn)滑的作用，可消除電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的摩擦，減小啟動(dòng)電壓。當(dāng)UI>0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)。且隨著UI的增加，轉(zhuǎn)速增加當(dāng)UI<0時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。且隨著UI的減小，轉(zhuǎn)速增加。當(dāng)UI2UTPP/2或UIWUTPP/2時(shí)，US的為正或負(fù)的直流信號(hào)，V電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。四、伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案總原則：當(dāng)伺服系統(tǒng)負(fù)載不大，精度要求不高時(shí)，采用開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)負(fù)載較人或精度要求較高時(shí)，采用閉環(huán)或半閉環(huán)。1開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案（1）執(zhí)行元件的選擇，優(yōu)先選用步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)負(fù)載能力不夠時(shí)才考慮選擇馬達(dá)和液壓缸等執(zhí)行元件。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇優(yōu)先選用滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)傳遞方式：①聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獲得較高的速度，但帶負(fù)載能力差，主要用于小負(fù)載場(chǎng)合。②減速器作用：配湊脈沖當(dāng)量；轉(zhuǎn)矩放人；慣量匹配?？色@得較大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，用于負(fù)載較人場(chǎng)合。當(dāng)電機(jī)與絲