機電一體化復(fù)習(xí)資料VIP

機電一體化復(fù)習(xí)資料第一篇：機電一體化復(fù)習(xí)資料一.概論1.機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。其包含的技術(shù)：（1）檢測傳感技術(shù)（2）信息處理技術(shù)（3）自動控制技術(shù)（4）伺服驅(qū)動技術(shù)（5）精密機械技術(shù)（6）系統(tǒng)總體技術(shù)2.機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)（機構(gòu)）信息處理技術(shù)（計算機）動力系統(tǒng)（動力源）傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）執(zhí)行元件系統(tǒng)（如動力機）五個子系統(tǒng)組成。3.伺服系統(tǒng)：全閉環(huán)（通過傳感器直接檢測目標運動進行反饋控制的系統(tǒng)）、半閉環(huán)、開環(huán)。4.廣義的接口功能有兩種：一是變換調(diào)整；另一種是輸入/輸出。5.（1）機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法通常有：機電互補法、融合法、組合法。其目的是綜合運用機械技術(shù)和微電子技術(shù)各自的特長設(shè)計出最佳的機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）。（2）機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計類型：開發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變異性設(shè)計。復(fù)習(xí)題：一.機電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成？分別實現(xiàn)哪些功能？1.控制器【控制（信息存儲、處理、傳送）】2.檢測傳感器【計測（信息收集與交換）】3.執(zhí)行元件【驅(qū)動（操作）】4動力源【提供動力（能量）】5.機構(gòu)【構(gòu)造】二.工業(yè)三要素指的是什么？P7物質(zhì)、能量和信息。三.機電一體化必須具有以下三大目的功能1.變換（加工、處理）功能2.傳遞（移動、輸送）功能3.存儲（保持、和蓄、記錄）功能。第二章1.機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)除要求其具有較高的精度外還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性。就是說響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。2.機械系統(tǒng)一般由減速系統(tǒng)、絲杠螺母副、渦輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等非線性傳動部件、導(dǎo)向支撐部件、旋轉(zhuǎn)支撐部件、軸系及機架或箱體等組成。3.傳動機構(gòu)不斷適應(yīng)新的技術(shù)要求（1）精密化（2）高速化（3）小型輕量化。4.根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，基本傳動形式有四種類型：（1）螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動（2）絲杠轉(zhuǎn)動，螺母移動（應(yīng)用最多）（3）螺母轉(zhuǎn)動，絲杠移動（4）絲杠固定，螺母轉(zhuǎn)動并移動。5.滾珠絲杠與滑動絲杠的區(qū)別是.滾珠絲杠無自鎖。5.P36與滑動絲杠相比,滾珠絲杠副除上述優(yōu)點外,還是有軸向剛度高(通過適當(dāng)預(yù)緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙)運動平穩(wěn),傳動精度高,不易磨損,使用壽命長等優(yōu)點,但由于不能自鎖,具有傳動可逆性，在用做升降機傳動機構(gòu)時需要采取制動措施。6.滾珠的循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)內(nèi)循環(huán)的優(yōu)點：滾珠循環(huán)的回路矩，流暢性好，效率高，螺母的徑向尺寸較小，其不足是反向器加工困難，裝配調(diào)整也不方便———反向器式P27外循環(huán)：1）螺旋槽式2）插管式：結(jié)構(gòu)簡單，容易制造但是徑向尺寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。3）端蓋式7.滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)：公稱直徑d0基本導(dǎo)程Ph行程（）導(dǎo)程Ph（或螺矩t）指滾珠螺母相對滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)()弧度時的行程（或螺母上基準點的思向位移）公稱導(dǎo)程Ph0通常指用做尺寸標識的導(dǎo)程值P288滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊滾珠絲杠副在此負載時，滾珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形，換向時其軸向間隙會引起空回，這種空回是非連續(xù)性既影響傳動精度又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，單螺母絲杠副的間隙消除相當(dāng)困難，實際應(yīng)用中常采用以下幾種預(yù)緊調(diào)整方法：1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整方式，特點：結(jié)構(gòu)簡單剛性好，預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精度定量地進行調(diào)整2）雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)整式，特點：可實現(xiàn)定量調(diào)整可進行精密微調(diào)使用中調(diào)整較方便。調(diào)整公式：=n*t1/Z1-n*t2/Z2n齒數(shù)t導(dǎo)程3）比螺母墊片挏預(yù)緊式，特點：結(jié)構(gòu)簡單，剛性高，預(yù)緊可靠但使用中調(diào)整不方便4）彈簧式自動預(yù)緊調(diào)整式：特點：能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向剛度低，適合用于輕載場合。5）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和螺母滾珠過盈預(yù)緊式9.滾珠絲杠副支承方式的選擇：1）單推—單推式：特點：軸向剛度高，預(yù)拉伸安裝時預(yù)緊力較大，但壽命比雙推—雙推式低2）雙推—雙推式：適合于高剛度，高轉(zhuǎn)速，高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)3）雙推—簡支式：雙推端可預(yù)伸拉安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速，傳動精度的長絲杠傳動系統(tǒng)4）雙推—自由式：軸的剛度和承載能力低，多用于輕載，低速的垂直安裝的絲杠傳動系統(tǒng)P3810．個傳動比的最佳分配原則：（1）重量最輕原則對于小功率傳動系統(tǒng)是各級傳動i1=i2=i3=……=（）即可使傳動裝置的重量最輕。對于大功率各級傳動比一般應(yīng)以“先大后小”的原則處理。（2）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則：為了提供機電一體化系統(tǒng)傳遞運動精度，各級傳動比應(yīng)按先小后大的原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。（3）等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則利用該原則所設(shè)計的齒輪傳動系統(tǒng)換算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量最小.（公式：）11.導(dǎo)軌副的組成：承導(dǎo)件和運動件組成。按接觸面的摩擦性質(zhì)可分：滑動導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌，流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌。按其結(jié)構(gòu)特點：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。12.常見的導(dǎo)軌副截面形式P54組合形式：雙三角形、矩形和矩形組合、三角形和矩形組合、三角形和平面組合、燕尾形導(dǎo)軌及其組合。（1）三角形導(dǎo)軌（2）矩形導(dǎo)軌（3）燕尾形導(dǎo)軌（4）圓形導(dǎo)軌13.導(dǎo)軌副間隙地調(diào)整P57為了保證導(dǎo)軌正常工作導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。(1)壓板（2）鑲條法。第三章1.什么是執(zhí)行元件：該元件是處于機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與微電子控制系統(tǒng)的接點部位的能量轉(zhuǎn)換部件，它能在微電子控制系統(tǒng)的控制下將各種形式的輸入能量轉(zhuǎn)換為機械能。2.對執(zhí)行元件的基本要求：（1）慣量小、動力大（2）體積小重量輕（3）便于維修安裝（4）易于微機控制。執(zhí)行元件種類：電動式，液動式，全動式。3.對控制用電機的基本要求：（1）性能密度大（2）快速性好，即加速轉(zhuǎn)矩大，頻響特性好。（3）位置控制精度高，調(diào)速范圍寬，低速運行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象，分辨率高振動噪聲?。?）適應(yīng)起停頻繁的工作要求（5）可靠性高壽命長。4.三種電機的比功率：在額定輸出功率相同的條件下，比功率（），交流伺服電機得比功率最高，直流伺服電機次之步進電機最低。電機：動力用電動機、控制用電動機。5.DCAC的調(diào)整方法：直流伺服電機為直流供電，為調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速和方向，需要對其直u流電壓的大小和方向進行控制。目前常用晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動兩種方式。（PWM）脈寬調(diào)制交流電動機的矢量控制是交流伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵，可以利用微處理器和計算機數(shù)控（CNC）對交流電動機作磁場的矢量控制，從而獲得對交流電動機的最佳控制。6.AC磁場的矢量圖7.交流伺服電機的控制方法：(幅值,相位,幅相)控制8.P103步進電機又稱脈沖電機,它是將脈沖信號轉(zhuǎn)換或機械角位移的執(zhí)行元件9.步距角:轉(zhuǎn)子沿（順）逆時針方向一步步地轉(zhuǎn)動，每步轉(zhuǎn)過的角度（轉(zhuǎn)子脈沖轉(zhuǎn)過的角度）。相：定子有個均勻分布的磁極，每兩個相對磁極組成一相。拍：從一相通電接到另一相通電稱一拍。單拍：勵磁繞組依次單獨通電運行。雙拍：兩相勵磁繞組同時通電。10.步進電機的步距角越小,意味著它所能達到的位置精度越高,通常的步距角是1.5度或0.75度步距角的大小,=360度/(zm)Z：齒數(shù)m：相*單或雙拍，轉(zhuǎn)速v=60f/mz步距角大小與通電方式和轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)。11.步進電機的運行特性：1分辨率，2靜態(tài)特性，3動態(tài)特性12.負載轉(zhuǎn)動慣量與啟動頻率的關(guān)系：隨著負載的增加，起動頻率也會降低13.步進電機的驅(qū)動與控制，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量及頻率就可精確控制步進電機的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速14.細分驅(qū)動的特點，這種得一個步距角細分面若干步的驅(qū)動方法稱為細分驅(qū)動特點：在不改動電機結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下能使步進電機角減小，能使步進電機運行平穩(wěn)，提高勻速性，并能減弱或消除振蕩，但細分后的步距角精度不高，功率放大紅色動電路也相應(yīng)復(fù)雜。15。無累積誤差第四章1.專用與通用的抉擇：專用控制系統(tǒng)適合于大批量生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品。對于多品種中小批量生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品來說，由于還在不斷改進，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定，特別是對現(xiàn)有設(shè)備進行改造時采用通用控制系統(tǒng)比較合理。2.硬件與軟件的權(quán)衡：動算與判斷處理等，適宜用軟件來實現(xiàn)，而在大多數(shù)情況下，對于某種功能來說，既可用硬件來實現(xiàn)又可用軟件來實現(xiàn)3.總線類型：由數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。總線的組成:4.8086有兩種工作模式：最大（MN/MX接地）和最?。∕N/MX接+5V電壓）工作模式。5.讀圖4.7（1）8086最高訪問20位，有16個拐角，分時發(fā)出一次16一次鎖存4尋址空間64K。（2）74LS374為地址鎖存器兩片74LS245收發(fā)器作為16位數(shù)據(jù)驅(qū)動器。6.RAMROM的區(qū)別：RAM存取速度快，隨機存儲器。ROM只讀存儲器。7.總線驅(qū)動的作用：當(dāng)總線上所掛芯片的數(shù)目較多時，必須加總線驅(qū)動器來提高總線的驅(qū)動能力，否則將使系統(tǒng)的可靠性大大降低，甚至不能正常工作。8.I/O接口硬件電路的組成：主要由地址譯碼器，I/O讀碼譯碼和I/O接口芯片組成。9.I/O尋址方法（p152）由指定控制字來規(guī)定各端口的工作狀態(tài)，將此控制字送入控制寄存器后，即可規(guī)定各端口的輸入輸出。10.實現(xiàn)片選的方法（1）邏輯電路法（2）譯碼器11.LED顯示方法：動態(tài)和靜態(tài)兩種。當(dāng)顯示位數(shù)很少時采用靜態(tài)法，當(dāng)顯示所需的I/O太多一般采用動態(tài)顯示法。（動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器）12.CPU外部連接光電隔離電路及作用為了防止強電干擾以及他干擾信號通過I/O控制電路進入計算機影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機與強電部件不共地。阻斷干擾信號的傳導(dǎo)，光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成。作用：1）可將輸入與輸出央兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電。2）可以進行電平轉(zhuǎn)換3)提高驅(qū)動能力12。PLC可編程邏輯控制器P17213。檢測傳感器的分類與基本要求傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器傳感器按輸出性能分為：開關(guān)型，模擬型，數(shù)字型14。校準：用戶在使用前或在使用過程中或擱置一段時間后再使用時必須對其性能參數(shù)進行復(fù)測或作必要的調(diào)整與修正。以保證其測量精度這個測的過程就是校準第五章機電一體化系統(tǒng)操作過程的控制目的有兩個，其一些根據(jù)操作條件的變化制定最佳操作方案，其二是對操作過程進行自動檢測和自動控制，提高控制性能，實現(xiàn)規(guī)定的目的功能第七章P.I.D調(diào)節(jié)是指(P表示比例,I表示積分,D表示微分)PID調(diào)節(jié)器控制作用三種基本形式:比例作用,積分作用,微分作用.P調(diào)節(jié)缺點：存在誤差，干擾較大，慣性也較大的系統(tǒng)不宜采用單純的比例調(diào)節(jié)器。I調(diào)節(jié)：可以減少或消除誤差，但積分調(diào)節(jié)反應(yīng)慢。PI調(diào)節(jié)：比例積分調(diào)節(jié)克服了單純比例環(huán)節(jié)有調(diào)節(jié)誤差的缺點又避免了積分環(huán)節(jié)反應(yīng)慢的弱點，既改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能又改善其動態(tài)性能。PID調(diào)節(jié)：不但能改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能也能改善起動態(tài)性能，噪聲大或響應(yīng)快的系統(tǒng)不適用。第八章數(shù)控機電一體化改選考慮什么?傳統(tǒng)機床機電一體化的改造方法有兩種：一是以微機為中心設(shè)計控制系統(tǒng)，另一種是采用標準的步進電機數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。第二篇：機電一體化復(fù)習(xí)資料第一章“機電一體化”是由mechanics（機械學(xué)）和electronics（電子學(xué)）組合而成的詞。機電一體化系統(tǒng)包含5個基本部分：動力源、傳感器、控制器、驅(qū)動部件、執(zhí)行元件或機構(gòu)；實現(xiàn)系統(tǒng)的5個基本功能：提供動力與能量、檢測與計量、控制、為執(zhí)行機構(gòu)提供驅(qū)動、完成系統(tǒng)功能所必需的動作。機電一體化設(shè)備的特點：1.操作簡單，對操作者要求低2.生產(chǎn)效率高3.產(chǎn)品的一致性好4.設(shè)備安全性高5.設(shè)備維護成本高第二章原動力：獨立于系統(tǒng)之外并為系統(tǒng)提供一切能量。常見的原動力有：交流電機、直流電機、壓縮空氣和壓力油。電機按形式可分為模擬電機和數(shù)字電機，常用的交流電機和直流電機均屬于模擬電機，常用的數(shù)字電機有交流伺服電機、直流伺服電機和步進電機。常用的減速器類型有：齒輪減速器、蝸桿減速器、行星齒輪減速器。減速器選用時，應(yīng)考慮傳動比的大小、輸入/輸出軸的空間位置、使用條件以及經(jīng)濟性等因素。普通齒輪減速器具有效率高、適應(yīng)性強等優(yōu)點，缺點是外形尺寸較大，適用于場地空間不受限制、長期或連續(xù)大功率工作的場合。蝸桿減速器工作平穩(wěn)，無噪聲，體積小、質(zhì)量輕、機構(gòu)緊湊，但傳動效率低，只適用于中小功率和間歇工作的場合。行星齒輪減速器傳動比范圍大、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，并且可做成輸出/輸入同軸的形式，缺點是某些類型的結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。直線運動大多是由電機的旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的。當(dāng)電機勻速轉(zhuǎn)動時，被驅(qū)動件的直線運動也是勻速運動時，稱為線性直線運動。當(dāng)電機勻速轉(zhuǎn)動時，被驅(qū)動件的直線運動為非勻速運動，稱之為非線性直線運動。第三章傳感器是將特定的物理量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號或其他形式信號的器件或裝置。傳感器由敏感元件、傳感元件及測量轉(zhuǎn)換電路3部分組成。按輸出信號的種類可分為開關(guān)量傳感器、模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器。傳感器的特性是指傳感器輸出信號與輸入信號之間的對應(yīng)關(guān)系，分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。精度是反映自動檢測儀表的測量準確度的指標，是衡量傳感器質(zhì)量的最重要的指標。靈敏度是指在穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸出量變化值與引起該變化的輸入量變化值之比。分辨率是指傳感器能檢測出的被測信號的最小變化量。線性度也叫線性度非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差和傳感器滿量程輸出的百分比。遲滯是指傳感器的正向特性與反向特性不一致的程度?！盎魻栃?yīng)”：半導(dǎo)體置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在半導(dǎo)體的兩側(cè)會產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢稱為霍爾電動勢，電動使得大小與電流和磁場的乘積成正比。編碼器屬于數(shù)字傳感器，將角位移或線位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，角度數(shù)字編碼器按照測量數(shù)據(jù)的特點可分為絕對編碼器和增量編碼器。N位碼盤的分辨率為，能分辨的角度為測量精度越高。熱電偶是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的端點焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)兩個節(jié)點存在溫度差是，兩者之間便產(chǎn)生電動勢。熱電阻正溫度系數(shù)：溫度升高，電阻增加。熱電阻負溫度系數(shù)：溫度升高，電阻減小。正壓電效應(yīng)：壓電材料在受到外力的作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，在外力消除后，電荷消失。逆壓電效應(yīng)：壓電材料在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電場或電壓，會產(chǎn)生機械變形，當(dāng)去掉外加電場時，電介質(zhì)變形消失。第四章主令電器按其功能可分為5類：控制按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、接近開關(guān)、主令控制器。識讀電氣原理圖的步驟：先看主電路，后看輔助電路。，位數(shù)N越大，能分辨的角度越小，識讀電氣接線圖的步驟：1.分析清楚電氣原理圖中主電路和輔助電路所含有的元器件。2、弄清楚電氣原理圖和接線圖中元器件的對應(yīng)關(guān)系。3、弄清電氣接線圖中導(dǎo)線的根數(shù)和所用導(dǎo)線的具體規(guī)格。4、根據(jù)電氣接線圖中的線號研究主電路的線路方向。5、根據(jù)線號研究輔助電路的走向。直流電動機啟動：1、直接啟動；2、降壓啟動；3、電樞回路串電阻啟動直流電動機調(diào)速：1、電樞串電阻調(diào)速；2、電壓調(diào)速；3、變磁通調(diào)速直流電動機制動：1、能耗制動；2、反接制動；3、回饋制動交流電機啟動：1、直接啟動；2、降壓啟動；3、星三角形啟動交流電機調(diào)速方法：1、變頻調(diào)速；2、變極調(diào)速；3、電磁調(diào)速；交流電機制動方法：1、機械制動；2、電力制動步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機械角位移的電磁機械裝置。步進電機特點:1、步進電機的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個數(shù)嚴格成正比；2、步進電機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比；3、改變通電相序即可改變電動機轉(zhuǎn)向步進電機驅(qū)動器主要包括變頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器3個部分。伺服電機可以把輸入的電壓信號變換成電機軸上的角位移和角速度等機械信號輸出，改變輸入電壓的大小和方向，就可以改變轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。第五章液壓與啟動系統(tǒng)的組成：控制元件、執(zhí)行元件、控制調(diào)節(jié)元件、輔助元件、工作介質(zhì)液壓油為液壓系統(tǒng)的傳動介質(zhì)，選擇時考慮兩個性質(zhì)：黏性和可壓縮性空氣壓縮機是將機械能轉(zhuǎn)換為氣壓能的轉(zhuǎn)換裝置。儲氣罐作用：減少空壓機輸出氣流壓力脈動，保證輸出其流動的連續(xù)性；作為壓縮空氣瞬間消耗需要的存儲補充之用；儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，當(dāng)空壓機停機或突然停電等故障發(fā)生時，備急使用；降低空壓機的啟動、停止頻率，其功能相當(dāng)于增大了空壓機的功率；利用儲氣罐的大表面積散熱使壓縮空氣中的一部分水蒸氣凝結(jié)成水。干燥器的作用：除去壓縮空氣中的水分和油分，使?jié)窨諝庾兂筛煽諝?。第六章可編程控制器的組成包括中央處理器、存儲器、輸入接口和輸出接口?？删幊炭刂破鞯木幊陶Z言有：指令表、梯形圖與功能塊圖。PLC的接口電路主要分為兩大類：一類采用光電隔離方式、另一類采用固體繼電器隔離方式?？删幊炭刂破鲬?yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟如下：1.深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求2.確定I/O設(shè)備3.選擇合適的PLC類型4.分配I/O點5.設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序6.將程序輸入PLC7.進行軟件測試8.應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試9.編制技術(shù)文件第三篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計復(fù)習(xí)資料(DOC)A“機電一體化”是機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的一種新形式，是電子技術(shù)向機械技術(shù)領(lǐng)域滲透過程中逐漸形成的一個新概念。關(guān)于“機電一體化”(Mechatronics)這個名詞的起源，說法很多。較為人們所接受的含義：“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引用微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”機電一體化的目的是提高系統(tǒng)(產(chǎn)品)高附加價值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、小巧化方向發(fā)展，不斷滿足人們生活的多樣化需求和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。優(yōu)先發(fā)展的機電一體化領(lǐng)域必須同時具備下述幾個條件：①短期或中期普遍需要；②具有顯著的經(jīng)濟效益；③具備或經(jīng)過短期努力能具備必需的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)；④社會效益十分顯著的領(lǐng)域。6大共性關(guān)鍵技術(shù)：1.檢測傳感技術(shù)，檢測傳感器屬于機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）的檢測傳感元件。2.信息（信息處理）技術(shù)，信息技術(shù)包括信息的輸入、變換、運算、存儲和輸出技術(shù)。3自動控制技術(shù)，自動控制技術(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補償、再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。4.伺服驅(qū)動技術(shù)，伺服驅(qū)動技術(shù)，伺服驅(qū)動技術(shù)主要是執(zhí)行元件中的一些技術(shù)問題。5.精密機械技術(shù)，機電一體化產(chǎn)品對精密機械提出的新要求有：減輕重量、縮小體積、提高精密、提高剛度、改善動態(tài)性能等。6.系統(tǒng)總體技術(shù)，系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個功能的技術(shù)方案，再把功能與技術(shù)方案組合成方案進行分析、評價和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）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)行元件系統(tǒng)(如電動機)，五個子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的五種內(nèi)部功能：1.主功能：實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能。2.動力功能：向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能。3.計測功能：對系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息進行檢測與計算處理的功能。4.控制功能：對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)以實施“目的功能”。5.構(gòu)造功能：使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。廣義接口功能有兩種：1.變換調(diào)整功能、調(diào)整2.輸入/輸出。根據(jù)接口的變換、調(diào)整功能，可將接口分成以下四種：1)零接口。不進行任何變換和調(diào)整、輸出即為輸入等，僅起連接作用的接口，稱為零接口。例如輸送管、接插頭、接插座、接線柱、傳動軸、導(dǎo)線、電纜等。2）無源接口。只用無源要素進行變換、調(diào)整的接口，稱為無源接口。例如齒輪減速器、進給絲杠、變壓器、可變電阻器以及透鏡等。3)有源接口。含有有源要素、主動進行匹配的接口，稱為有源接口。例如電磁離合器、放大器、光電耦合器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器以及力矩變換器等。4)智能接口。含有微處理器，可進行程序編制或可適應(yīng)性地改變接口條件的接口，稱為智能接口。例如自動變速裝置，通用輸入／輸出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB總線、STD總線等。根據(jù)輸入／輸出功能可分成以下四種廣義接口：1）機械接口2）物理接口3）信息接口4）環(huán)境接口。工業(yè)三大要素物質(zhì)、能量和信息機電一體化對三大要素的三大效果省能源，省資源，智能化機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計的考慮方法：1)機電互補法又稱取代法。該方法的特點是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品（系統(tǒng))中的復(fù)雜機械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補其不足。2）結(jié)合(融合)法，它是將各組成要素有機結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件(子系統(tǒng))，其要素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。3）組合法，它是將結(jié)合法制成的功能部件(子系統(tǒng))、功能模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統(tǒng)（品），故稱組合法。機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計類型：1）開發(fā)性設(shè)計，它是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求，設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品或系統(tǒng)。2)適應(yīng)性設(shè)計，它是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應(yīng)性設(shè)計，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。3)變異性設(shè)計，它是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。B設(shè)計主要從以下幾方面采取措施：1)采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件；2)縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度；3)選用最佳傳動比，以達到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力；4)縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形的措施；5)改進支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計以提高剛性、減少振動、降低噪聲。隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，要求傳動機構(gòu)不斷適應(yīng)新的技術(shù)要求。具體講有三個方面：1)精密化，—對某種特定的機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）來說，應(yīng)根據(jù)其性能的需要提出適當(dāng)?shù)木芏纫?。雖然不是越精密越好，但由于要適應(yīng)產(chǎn)品的高定位精度等性能的要求，對機械傳動機構(gòu)的精密度要求也越來越高。2)高速化，—產(chǎn)品工作效率的高低，直接與機械傳動部件的運動速度相關(guān)。因此，機械傳動機構(gòu)應(yīng)能適應(yīng)高速運動的要求。3)小型化、輕量化，—隨著機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)精密化、高速化的發(fā)展，必然要求其傳動機構(gòu)的小型、輕量化，以提高運動靈敏度(快速響應(yīng)性)、減小沖擊、降低能耗。為與微電子部件的微型化相適應(yīng)，也要盡可能做到使機械傳動部件短小輕薄化。絲桿和螺母相對運動的組合情況，有一下類型：1.螺母固定，絲桿轉(zhuǎn)動并移動；2絲桿轉(zhuǎn)動、螺母移動；3.螺母轉(zhuǎn)動、絲桿移動；4絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動。絲杠螺母機構(gòu)的傳動形式及選擇方法是：(1)螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動如圖2—2a所示，該傳動形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動，結(jié)構(gòu)較簡單，可獲得較高的傳動精度。但其軸向尺寸不宜太長，否則剛性較差。因此只適用于行程較小的場合。(2)絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動如圖2-2b所示，該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，故需導(dǎo)向裝置。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好。適用于工作行程較大的場合。(3)螺母轉(zhuǎn)動、絲杠移動如圖2_2c所示，該傳動形式需要限制螺母移動和絲杠的轉(zhuǎn)動，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，故應(yīng)用較少。(4)絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動如圖2—2d所示，該傳動方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但在多數(shù)情況下使用極不方便，故很少應(yīng)用。此外，還有差動傳動方式，其傳動原理如圖2_3所示。該方式的絲杠上有基本導(dǎo)程(或螺距)不同的(如L01、L02)兩段螺紋，其旋向相同。當(dāng)絲杠2轉(zhuǎn)動時，可動螺母1的移動距離s=n(L01-L02)(n為絲杠轉(zhuǎn)速)，如果兩基本導(dǎo)程的大小相差較少，則可獲得較小的位移s。因此，這種傳動方式多用于各種微動機構(gòu)中。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進行區(qū)別。滾珠的循環(huán)方式有：滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。外循環(huán)---外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運動。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有以下三種形式：1）螺旋槽式2）插管式3)端蓋式精度等級：根據(jù)GB/T17587.3-1998（與ISO3408-3：1992同）標準，將滾珠絲杠副的精度分成為1、2、3、4、5、7、10共七個等級，最高級為1級，最低級為10級。推薦采用的精度等級：數(shù)控機床、精密機床和精密儀器等用于開環(huán)和半閉環(huán)進給系統(tǒng)，根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求可選用1、2、3級，一般動力傳動可選4、5級，全閉環(huán)系統(tǒng)可選2、3、4級。滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊：(1)雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式，(2)雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式，(3)雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式，（4）彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式，（5）單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式。滾珠絲桿副支承方式的選擇：1之承方式：1)單推-單推式，2)雙推-雙推式，3)雙推-簡支式4)雙推-自由式。2制動裝置。各級傳動比的最佳分配原則：1.重量最輕原則。2.輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則3.等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則.綜合上述，在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)上述的原則并結(jié)合實際情況的可行性和經(jīng)濟性對轉(zhuǎn)動慣量、結(jié)構(gòu)尺寸和傳動精度提出適當(dāng)要求。具體來講有一下幾點：1，對于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)可用重量最輕原則。2.對于要求運動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系，可按最小等效轉(zhuǎn)動慣量和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來處理。對于變負載的傳動齒輪系統(tǒng)的各級傳動比最好采用不可約的比數(shù)，避免同期齒合以降低噪聲和振動。3.對于提高傳動精度和減小回程誤差為主的傳動齒輪系，可按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。對于增速傳動，由于增速時容易破環(huán)傳動齒輪系工作的平穩(wěn)性，應(yīng)在開始幾級就增速，并且要求每級增速比最好大于1：3，以利于增加輪系剛度、減小傳動誤差。4.對較大傳動比傳動的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星輪系巧妙結(jié)合為混合輪系。對于相當(dāng)大的傳動比，并且要求傳動精度與傳動效率高、傳動平穩(wěn)、體積小、重量輕時，可選用新型的諧波齒輪傳動。齒輪傳動間隙的調(diào)整方法：1，圓柱齒輪傳動：偏心套（軸）調(diào)整法，軸向墊片調(diào)整法，雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。圓形導(dǎo)軌：此類導(dǎo)軌制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔經(jīng)過珩磨，可達到精密配合，但磨損后很難調(diào)整和補償間隙。圓柱形導(dǎo)軌有兩個自由度，適用于同時作直線運動和轉(zhuǎn)動的地方。若要限制轉(zhuǎn)動。可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩，亦可采用雙圓柱導(dǎo)軌。圓柱導(dǎo)軌用于承受軸向載荷的場合。2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為100，柔輪齒數(shù)為100答：根據(jù)公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:當(dāng)iHr=100時,Zg=99,（但一般剛輪齒數(shù)比柔輪齒數(shù)多，所以舍去）當(dāng)iHr=-100時,Zg=101;故該諧波減速器的剛輪齒數(shù)為101,（柔輪）輸出軸方向與（波發(fā)生器）輸入軸轉(zhuǎn)向相反。(提示：一般來說，剛輪僅比柔輪多幾個齒；剛輪固定時，柔輪與輸出軸固聯(lián)；柔輪固定時，剛輪與輸出軸固聯(lián)，兩種情況下，波發(fā)生器均與輸入軸固聯(lián))C．執(zhí)行元件的種類及特點：1.電氣式執(zhí)行元件，包括控制用電動機(步進電動機、DC和AC伺服電動機)、靜電電動機、磁致伸縮器件、壓電元件、超聲波電動機以及電磁鐵等。其中，利用電磁力的電動機和電磁鐵，因其實用、易得而成為常用的執(zhí)行元件。對控制用電動機的性能除了要求穩(wěn)速運轉(zhuǎn)性能之外，還要求具有良好的加速、減速性能和伺服性能等動態(tài)性能以及頻繁使用時的適應(yīng)性和便于維修性能。2.液壓式執(zhí)行元件，主要包括往復(fù)運動的油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達等，其中油缸占絕大多數(shù)。目前，世界上已開發(fā)了各種數(shù)字式液壓式執(zhí)行元件，例如電-液伺服馬達和電-液步進馬達，這些電-液式馬達的最大優(yōu)點是比電動機的轉(zhuǎn)矩大，可以直接驅(qū)動運行機構(gòu)，轉(zhuǎn)矩/慣量比大，過載能力強，適合于重載的高加減速驅(qū)動。3.氣壓式執(zhí)行元件，氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件無什么區(qū)別。具有代表性的氣壓執(zhí)行元件有氣缸、氣壓馬達等。氣壓驅(qū)動雖可得到較大的驅(qū)動力、行程和速度，但由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能在定位精度較高的場合使用。對執(zhí)行元件的基本要求：1.慣量小、動力大2.體積小、重量輕，既要縮小執(zhí)行元件的體積、減輕重量，同時又要增大其動力，故通常用執(zhí)行元件的單位重量所能達到的輸出功率或比功率，即用功率密度或比功率密度來評價這項指標。設(shè)執(zhí)行元件的重量為G，則功率密度為P/G。比功率密度為(T2/J)/G。3.便于維修、安裝，執(zhí)行元件最好不需要維修。無刷DC及AC伺服電動機就是走向無維修的一例。4.宜于微機控制，根據(jù)這個要求，用微機控制最方便的是電氣式執(zhí)行元件。因此機電一體化系統(tǒng)所用執(zhí)行元件的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式(在驅(qū)動接口中需要增加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié))。內(nèi)燃機定位運動的微機控制較難，故通常僅被用于交通運輸機械。對控制用電動機的基本要求：開環(huán)系統(tǒng)：步進電機。半閉環(huán)，閉環(huán)系統(tǒng)：伺服電動機。D簡述步進電機的工作原理：其定子有六個均勻分布的磁極，每兩個相對磁極組成一相，即有A-A1、B-B1、C-C1三相，磁極上繞有勵磁繞組。假定轉(zhuǎn)子具有均勻分布的四個齒，當(dāng)A、B、C三個磁極的繞組依次通電時，則：A、B、C三對磁極依次產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。簡述步進電機距角大小的計算方法：步距角的大小與通電方式和轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，其大小可用下式計算：步距角＝360°／(zm)式中z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m-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)。步進電機也可以制成四相、五相、六相或更多的相數(shù)，以減小步距角并改善步進電機的性能。-說明CPU,MC,與MCS的關(guān)系：微處理機簡稱CPU。它是一個大規(guī)模集成電路(LSI)器件或超大規(guī)模集成電路(VLSI)器件，器件中有數(shù)據(jù)通道、多個寄存器、控制邏輯和運算邏輯部件，有的器件還含有時鐘電路，為器件的工作提供定時信號。微型計算機，簡稱MC。它是以微處理機(CPU)為中心，加上只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、輸入／輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計算機。上述微處理機、微型計算機都是從硬件角度定義的，而計算機的使用離不開軟件支持。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計算機稱為微型計算機系統(tǒng)，簡稱MCS。微機選用要點：不同領(lǐng)域可選用不同品種、不同檔次的微機。生產(chǎn)系統(tǒng)自動化、機床自動化、數(shù)控機床一般應(yīng)用8位或16位微機系統(tǒng)，特別是控制系統(tǒng)與被控對象分離時，可使用單板機、多板機微機系統(tǒng)。像家用電器、商用產(chǎn)品，計算機一般裝在產(chǎn)品內(nèi)，故應(yīng)采用單片機或微處理器。然而，這類產(chǎn)品處理速度不高、處理數(shù)據(jù)量不大、處理過程又不太復(fù)雜，故主要采用4位或8位微機。在要求很高的實時控制及復(fù)雜的過程控制、高速運算及大量數(shù)據(jù)處理等場合，如智能機器人、導(dǎo)航系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)應(yīng)主要使用16位與32位微機。對一般的工業(yè)控制設(shè)備及機電產(chǎn)品、汽車機電一體化控制、智能儀表、計算機外設(shè)控制、磅秤自動化、交通與能源管理等，多采用8位機。換句話說，4位機常用于較簡單、規(guī)模較小的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，16位與32位機及64位機主要用于較復(fù)雜的大系統(tǒng)，8位機則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)。由于單片機的迅速發(fā)展，它的功能更強，性能更完善，逐漸滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求，應(yīng)用范圍不斷擴大，不但用于簡單小系統(tǒng)，而且不斷被復(fù)雜大系統(tǒng)所采用。說明光電耦合器的光電隔離原理：控制輸出時，從上圖a可知，微機輸出的控制信號經(jīng)74LS04非門反相后，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。當(dāng)控制信號為高電平時，經(jīng)反相后，加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，沒有光發(fā)出。這時光敏晶體管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電壓。當(dāng)控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，光敏晶體管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)通，于是輸出端的電平幾乎等于零。同樣的道理，可將光電耦合器用于信息的輸入，如上圖b所示。當(dāng)然，光電耦合器還有其他連接方式，以實現(xiàn)不同要求的電平或極性轉(zhuǎn)換E．MC/FMC/FMS/FA/CIMS的含義是什么：MC：加工中心；FMC：柔性制造單元；FMS：柔性制造系統(tǒng)；FA:CIMS：計算機集成制造系統(tǒng)。F．計算：系統(tǒng)調(diào)節(jié)方法：1.PID調(diào)節(jié)器及其傳遞函數(shù)，2.調(diào)節(jié)作用分析，3.速度反饋校正可靠性設(shè)計：所謂可靠性，是指“產(chǎn)品(或系統(tǒng))在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”?！巴瓿梢?guī)定功能”就是能夠連續(xù)地保持產(chǎn)品(或系統(tǒng))的工作能力，使各項技術(shù)指標符合規(guī)定值。保證系統(tǒng)（產(chǎn)品）可靠性的方法：自動控制：在系統(tǒng)(產(chǎn)品)設(shè)計中，利用機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢，使系統(tǒng)(產(chǎn)品)具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷甚至自修復(fù)的功能，可以大大提高系統(tǒng)(產(chǎn)品)的可靠性。這是因為自適應(yīng)和自調(diào)整等自動化技術(shù)，能使機器具有適應(yīng)工作條件經(jīng)常變化的功能(對外界的作用作出反應(yīng))，以及恢復(fù)喪失了的工作能力的功能，使系統(tǒng)(產(chǎn)品)不僅具有完成規(guī)定功能的能力，而且能夠長時期地保持這種能力，不必擔(dān)心外界影響，也不必擔(dān)心系統(tǒng)(產(chǎn)品)本身在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生故障。（2）冗余技術(shù)。冗余技術(shù)又稱儲備技術(shù)。它是利用系統(tǒng)的并聯(lián)模型來提高系統(tǒng)(產(chǎn)品)可靠性的一種手段。冗余有工作冗余和后備冗余兩類。工作冗余：又稱工作儲備或掩蔽儲備，是一種兩個或兩個以上單元并行工作的并聯(lián)模型。平時，由各個單元平均負擔(dān)工作應(yīng)力，因此工作能力有冗余。只有當(dāng)所有的單元都失效時系統(tǒng)才失效，如果還有任何一個單元未失效，系統(tǒng)就可靠地工作，不過這個單元要負擔(dān)額定的全部工作應(yīng)力。后備冗余：又稱非工作儲備或待機儲備。平時只需一個單元工作，另一個單元是冗余的，用于待機備用。這種系統(tǒng)必須設(shè)置失效檢測與轉(zhuǎn)換裝置，不斷檢測工作單元的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)失效就啟動轉(zhuǎn)換裝置，用后備單元代替失效的工作單元。（3）診斷技術(shù)。從本質(zhì)上來看，診斷技術(shù)是一種檢測技術(shù)，用來取得有關(guān)系統(tǒng)(產(chǎn)品)中產(chǎn)生的失效(故障)類型和失效位置信息。它的任務(wù)有兩個：一是出現(xiàn)故障時，迅速確定故障的種類和位置，以便及時修復(fù)；二是在故障尚未發(fā)生時，確定產(chǎn)品中有關(guān)元器件距離極限狀態(tài)的程度，查明系統(tǒng)(產(chǎn)品)工作能力下降的原因，以便采取維護措施或進行自動調(diào)整，防止發(fā)生故障。診斷的過程是：首先對診斷對象進行特定的測試，取得診斷信號(輸出參數(shù))，再從診斷信號中分離出能表征故障種類和位置的異常性信號，即癥兆；最后將癥兆與標準數(shù)據(jù)相比較，確定故障的種類和故障位置。測試：通常有兩種測試，一是在故障出現(xiàn)之后，為了迅速確定故障的種類和位置，對診斷對象進行的試驗性測試，這時診斷對象處于非工作狀態(tài)，這種情況稱為診斷測試；二是在故障發(fā)生之前，診斷對象處于工作狀態(tài)，為了預(yù)測故障或及時發(fā)現(xiàn)故障而進行的在線測試，這種情況稱為故障監(jiān)測。癥兆：癥兆是有助于判斷故障種類和故障位置的異常性診斷信號，可分為直接癥兆和間接癥兆兩類。直接癥兆是在檢測產(chǎn)品整機的輸出參數(shù)或可能出現(xiàn)故障的元、部件的輸出參數(shù)時，取得的異常性診斷信號。例如，系統(tǒng)(產(chǎn)品)的主要性能參數(shù)異常或有關(guān)機械零件的磨損量、變形量等參數(shù)變化的信號。間接癥兆是從那些與系統(tǒng)(產(chǎn)品)工作能力存在函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)中取出的異常性診斷信號。例如，系統(tǒng)(產(chǎn)品)的音響信號、溫度變化、潤滑油中的磨損產(chǎn)物、系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)(幅頻特性)等，都可作為取得間接癥兆的信號。采用間接癥兆進行診斷的主要優(yōu)點是，可以在系統(tǒng)(產(chǎn)品)處于工作狀態(tài)及不作任何拆卸的情況下,評價產(chǎn)品的工作能力。其缺點是，間接癥兆與系統(tǒng)(產(chǎn)品)輸出信號之間往往存在某種隨機關(guān)系，此外，一些干擾因素也會影響間接癥兆的有效性。盡管如此，間接癥兆在診斷技術(shù)中還是得到了廣泛應(yīng)用。診斷：診斷就是將測試取得的診斷信號與設(shè)定的標準數(shù)據(jù)相比較，或利用事先確定的癥兆與故障之間的對應(yīng)關(guān)系，來確定故障的種類與部位。標準數(shù)據(jù)是根據(jù)系統(tǒng)(產(chǎn)品)或元、部件輸出參數(shù)的極限值來設(shè)定的。癥兆與故障之間的對應(yīng)關(guān)系，可根據(jù)理論分析或模擬仿真試驗來建立，這種關(guān)系用列表形式來表示時，稱為故障診斷表，有時稱為故障字典。前面簡述了保證系統(tǒng)(產(chǎn)品)可靠性的方法，其中裕度法主要是一種改進硬件的措施，自動控制法以及冗余技術(shù)和診斷技術(shù)是用硬件、軟件或兩者結(jié)合來保證系統(tǒng)(產(chǎn)品)可靠性的措施。干擾和抗干擾措施：（1)干擾源。一般來說，在機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中，用專用或通用微型計算機組成的控制器，其硬件經(jīng)過篩選和老化處理，可靠性非常高，平均無故障工作時間較長，因此，引起控制器故障(失效)的原因多半不在于其本身，而在于從各種渠道進入控制器的干擾信號。下圖表示干擾信號進入控制器的各種渠道。這些渠道可分為兩大類型：一是傳導(dǎo)型，通過各種線路傳入控制器，包括供電干擾、強電干擾和接地干擾等；二是輻射型，通過空間感應(yīng)進入控制器，包括電磁干擾和靜電干擾等。供電干擾：控制器一般都配備有專用的直流穩(wěn)壓電源，即使如此，從交流供電網(wǎng)傳來的干擾信號仍然可能影響電源電壓的穩(wěn)定性，并可能經(jīng)過整流電源竄入控制器。這些干擾信號主要來源于附近大容量用電設(shè)備的負載變化和開、停時產(chǎn)生的電壓波動。這些設(shè)備在起動時使電網(wǎng)電壓瞬時降低，在停止時又產(chǎn)生過電壓和沖擊電流。此外，雷電感應(yīng)也會產(chǎn)生沖擊電流。供電電網(wǎng)對控制器的另一種干擾是斷電或瞬時斷電，這將引起數(shù)據(jù)丟失或程序紊亂。強電干擾：驅(qū)動電路中的強電元件如繼電器、電磁鐵和接觸器等感性負載，在斷電時會產(chǎn)生過電壓和沖擊電流。這些干擾信號不僅影響驅(qū)動電路本身，還會通過電磁感應(yīng)干擾其他信號線路。這種強電干擾信號能通過外部接口通道影響控制器內(nèi)部I/O接口的狀態(tài)，并通過I/O接口進入控制器。接地干擾：接地干擾是由于接地不當(dāng)、形成接地環(huán)路產(chǎn)生的。下圖為接地環(huán)路的兩種典型情況。圖a是由于接地點遠而形成的環(huán)路，因為不同位置的接地點一般不可能電位相同，因此形成圖中所示的地電位差；圖b是采用公用地線串聯(lián)接地而形成的環(huán)路，由于各設(shè)備負載不平衡、過載或漏電等原因，可能在設(shè)備之間形成電位差；無論哪種情況形成的電位差，都會產(chǎn)生一個顯著的電流而干擾電路的低電平。輻射干擾：如果在控制系統(tǒng)附近存在磁場、電磁場、靜電場或電磁波輻射源，就可能通過空間感應(yīng)，直接干擾系統(tǒng)中的各設(shè)備(控制器、驅(qū)動接口、轉(zhuǎn)換接口等)和導(dǎo)線，使其中的電平發(fā)生變化，或產(chǎn)生脈沖干擾信號。系統(tǒng)附近或系統(tǒng)中的感性負載是最常見的干擾源，它的開、停會引起電磁場的急劇變化，其觸點的火花放電也會產(chǎn)生高頻輻射。人體和處于浮動狀態(tài)的設(shè)備都可能帶有靜電，甚至可能積累很高的電壓。在靜電場中，導(dǎo)體表面的不同部位會感應(yīng)出不同的電荷，或?qū)w上原有的電荷經(jīng)感應(yīng)而重新分配，這些都將干擾控制系統(tǒng)的正常運行。（2)抗干擾措施。用來抑制上述各種干擾信號的產(chǎn)生或防止干擾信號危害的抗干擾措施，既有針對各種干擾源的性質(zhì)和部位而采取的措施，也有從全局出發(fā)而采取的提高產(chǎn)品可靠性的措施。供電系統(tǒng)的抗于擾措施：針對交流供電網(wǎng)絡(luò)這個干擾源所采取的抗干擾措施主要是穩(wěn)(穩(wěn)壓)、濾(濾波)、隔(隔離)。增加電子交流穩(wěn)壓器：在直流穩(wěn)壓電源的交流進線側(cè)增加電子交流穩(wěn)壓器、用來穩(wěn)定220V單向交流進線電壓，可以進一步提高電源電壓的穩(wěn)定性。增加低通濾波器，用來濾去電源進線中的高頻分量或脈沖電流。加入隔離變壓器，以阻斷干擾信號的傳導(dǎo)通路，并抑制干擾信號的強度。在可靠性要求很高的地方，可采用不間斷電源(具有備用直流電源)，以解決瞬時停電或瞬時電壓降所造成的危害。接口電路的抗干擾措施：在控制器與執(zhí)行元件之間的驅(qū)動接口電路中，少不了由弱電轉(zhuǎn)強電的電感性負載，以及用來通、斷電感負載的觸點，這些都是產(chǎn)生強電干擾的干擾源。對于這種干擾，首先是采取吸收的方法抑制其產(chǎn)生，然后采取隔離的方法，阻斷其傳導(dǎo)。這種強電干擾，也會通過電磁感應(yīng)影響控制器與檢測傳感器之間的轉(zhuǎn)換接口電路。對于這種干擾以及從空間感應(yīng)受到的其他輻射干擾，也需采取隔離的辦法，以免通過轉(zhuǎn)換接口進入控制器。采用RC電路或二極管和穩(wěn)壓二極管吸收在電感負載斷開時產(chǎn)生的過電壓，以消除強電干擾。采用光隔離措施以防止驅(qū)動接口中的強電干擾及其他干擾信號進入控制器。如下圖a所示,GT為光電耦合器，信號在其中單向傳輸，其輸入端與輸出端之間的寄生電容很小，絕緣電阻又非常大，因此干擾信號很難從輸出端反饋到輸入端，從而起到隔離作用。轉(zhuǎn)換接口的隔離：為了防止各種干擾影響由檢測傳感器傳來的較弱的模擬信號，通常采用差分式運算放大器來隔離干擾信號，其原理如下圖b所示。這種放大器的輸出信號決定于兩個輸入端的電位差，即UP-Ui，而干擾信號的相位及大小對兩個輸入端來說是相同的，因此干擾信號就被抵消了。對于近距離的檢測傳感器發(fā)出的數(shù)字或脈沖信號，不必再經(jīng)過放大，可采用下圖c所示的抗干擾電路。由R1和C1組成濾波器，濾去高頻干擾。由于經(jīng)過RC濾波后的脈沖信號往往有脈動和抖動，為了改善脈沖前沿，故增加了一級整形電路。接地系統(tǒng)的抗干擾措施：要防止從接地系統(tǒng)傳來的干擾，主要方法是切斷接地環(huán)路，通常采用以下措施。并聯(lián)接地，單點接地，光電隔離。機電一體化系統(tǒng)的“失效”與“故障”有何異同：如果產(chǎn)品不能完成規(guī)定功能，就稱為失效，對于可修復(fù)的產(chǎn)品，也可稱為故障。可見失效(或故障)是一種破壞產(chǎn)品(或系統(tǒng))工作能力系統(tǒng)(產(chǎn)品)完成規(guī)定的功能是相對于“規(guī)定條件”和“規(guī)定時間”而言的。“規(guī)定條件”是指使用時的應(yīng)力條件(工作條件)、環(huán)境條件和存儲時的存儲條件等，“規(guī)定條件”不同，系統(tǒng)（產(chǎn)品）的可靠性也不同。例如，同一半導(dǎo)體器件，在使用時要求輸出不同的功率，但不同的溫度和濕度等環(huán)境條件、存儲條件都會影響其可靠性?！耙?guī)定時間”長短的不同，系統(tǒng)（產(chǎn)品）的可靠性也不同，一般來說，規(guī)定的時間越長、故障越多，可靠性也就越低。的事件，失效(或故障)越頻繁可靠性就越低。第四篇：機電一體化課程復(fù)習(xí)資料(二)簡述題1.機電一體化技術(shù)（或產(chǎn)品）的定義。（P1）答：“機電一體化”是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成的一個新概念，機電一體化技術(shù)是精密機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的一種新形式，是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。2.機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計的目的是什么？（P2）答：機電一體化的目的是使系統(tǒng)（產(chǎn)品）高附加價值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、小巧化方向發(fā)展，不斷滿足人們生活的多樣化需求和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。3.機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的主要構(gòu)成單元或組成部分有哪些？（P5）答：機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）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)行元件系統(tǒng)（如電動機）等五個子系統(tǒng)組成。4、簡述機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的機電結(jié)合（融合）設(shè)計方法。（P13）答：機電結(jié)合法是將各組成要素有機地結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)），其要素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。5、簡述機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機電組合設(shè)計方法，特點是什么？。答：它是將機電結(jié)合法制成的功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱為組合法。特點：在新產(chǎn)品（系統(tǒng)）系列及設(shè)備的機電一體化改造中應(yīng)用這種方法，可以縮短設(shè)計及研制周期、節(jié)約工裝設(shè)備費用，且有利于生產(chǎn)管理、使用和維修。6.機械傳動系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中的基本功能和作用是什么？（P22）答：傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使執(zhí)行元件與負載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。7.簡答機電一體化機械傳動的主要功能，目的，基本要求。（P22）答：主要功能：傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；目的是使執(zhí)行元件和負載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配；基本要求：傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大。8.機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機械部分與一般機械系統(tǒng)相比，應(yīng)具備哪些特殊要求？（P22）答：（1）較高的定位精度；（2）良好的動態(tài)響應(yīng)特性，就是說響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好；（3）為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計中，常提出無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?.簡述滾珠絲杠傳動裝置的組成，結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點。（P25）答：（1）組成：滾珠絲杠傳動裝置由帶螺旋槽的絲桿、螺母、滾珠和反向器（滾珠循環(huán)反向裝置）等四部分組成。（2）結(jié)構(gòu)：當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合通道。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型從螺紋滾道的截面形狀可分為單圓弧形和雙圓弧形螺紋滾道；按滾珠的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)方式；按消除軸向間隙的調(diào)整方式分為雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式、雙螺紋齒差預(yù)緊調(diào)整式、雙螺紋墊片預(yù)緊調(diào)整式和彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式。（3）特點：軸向剛度高（即通過適當(dāng)預(yù)緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙）、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等；不能自鎖，具有傳動的可逆性。10.試分析齒輪傳動中，定軸傳動、行星傳動、諧波傳動的組成與傳動特點。答：（1）定軸傳動組成：定軸傳動有圓柱齒輪傳動，圓錐齒輪傳動，蝸輪蝸桿傳動。特點：結(jié)構(gòu)簡單，傳遞可靠，用幾何特性來實現(xiàn)傳動。（2）行星傳動組成:行星傳動主要是由傳動齒輪，定位齒輪，行星輪和行星架組成。特點:結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)傳動比很大，由機構(gòu)傳動原理來實現(xiàn)傳動。（3）諧波傳動（P38）組成：諧波齒輪傳動由鋼輪、柔輪和波形發(fā)生器組成；特點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小質(zhì)量輕、傳動比大（幾十~幾百）、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高，可以向密封空間傳遞運動和動力。11.滾動導(dǎo)軌副應(yīng)達到的基本要求。（P56）答：導(dǎo)向精度高、耐磨性高、足夠的剛度、良好的工藝性。12.導(dǎo)軌的剛度所包含的主要內(nèi)容有哪些？以及各部分對導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度影響如何？（P48）答：導(dǎo)軌的剛度就是抵抗載荷的能力，抵抗恒定載荷的能力稱為靜剛度，抵抗交變載荷的能力稱為動剛度。載荷引起的導(dǎo)軌變形一般有自身、局部和接觸三種變形，導(dǎo)軌剛度也包含導(dǎo)軌自身剛度、局部剛度和接觸剛度。自身剛度影響導(dǎo)軌副本身結(jié)構(gòu)上等高、等距的要求，從而影響導(dǎo)向精度；局部剛度影響導(dǎo)軌副載荷集中部位的表面質(zhì)量，從而影響導(dǎo)向精度；接觸剛度影響平面的微觀不平度，即導(dǎo)軌副本身的平面度，從而影響導(dǎo)向精度。(P56)13.機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對執(zhí)行元件的基本要求是什么？（P88）答：（1）慣量小、動力大（2）體積小、重量輕（3）便于維修、安裝（4）宜于微機控制14.機電一體化系統(tǒng)對伺服控制電動機的基本要求（P88）答：（1）性能密度大，即功率密度和比功率大；（2）快速性好，即加速轉(zhuǎn)矩大，頻響特性好；（3）位置控制精度高、調(diào)速范圍寬、低速運行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象、分辨力高、振動噪聲?。唬?）適應(yīng)起、停頻繁的工作要求；（5）可靠性高、壽命長。15.常用伺服電動機有哪些工作特點？（P90）答：（1）DC伺服電機的主要特點：①高響應(yīng)特性；②高功率密度（體積小、質(zhì)量輕）；③可實現(xiàn)高精度數(shù)字控制；④接觸換向部件（電刷和整流子）需要維護。（2）晶體管式無刷直流伺服電機和永