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。
《机电一体化技术与系统》试题及答案1
《机电一体化技术与系统》试题及答案一、填空题（每道3分，共30分）1. 机电一体化技术的内涵是和渗透过程中形成的一个新概念。
2. 机电一体化系统（产品）是和技术的有机结合。
3. 工业三大要素是、、、；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：4. 机电一体化研究的核心技术是问题。
5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：、、、、。
6.机电一体化接口按输入/输出功能分类、、、。
7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：、、。
8.机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：、、。
9.机电一体化技术是在机械的、、基础上引入，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。
10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）：和。
二、选择题（每小题2分，共10分）1、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_________等个五部分。
A 换向结构B 转换电路C 存储电路D检测环节2、检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和_______。
A 控制电路B 转换电路C 调制电路D 逆变电路3、以下可对异步电动机进行调速的方法是_______。
A 改变电压的大小B 改变电动机的供电频率C 改变电压的相位D 改变电动机转子绕组匝数4、执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为________、液压式和气动式等。
A 电气式B 电磁式C 磁阻式D 机械式5、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过________ 决定转角位移的一种伺服电动机。
A 脉冲的宽度B 脉冲的数量C 脉冲的相位D 脉冲的占空比三、简答题1. 机电一体化技术（或产品）的定义。
2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度3. 机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？4.简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。
机电一体化控制技术与系统课程设计
机电一体化控制技术与系统课程设计一、课程设计目的本课程设计旨在加强学生对机电一体化控制技术应用与实践的理解，激发学生的创造力和实践动手能力，培养学生的工程设计和解决实际问题的能力。
二、课程设计内容本课程设计主要涉及机械电子、自动化、计算机科学、控制理论等多个学科领域，重点掌握机电一体化控制技术应用的基本原理和实践方法，并进行实际系统设计和开发。
课程设计内容包括以下几个方面：1. 理论学习通过教师讲授、课堂讨论、学生自学等多种途径，全面了解机电一体化控制技术的基本理论知识，掌握电气控制和机械传动方面的专业知识。
2. 实践操作在基础理论学习的基础上，通过实验室中模拟实际生产过程的实践操作，运用电子控制器、传感器、驱动器等机电一体化控制元件，设计和制作一个以自动控制为主导的机电一体化控制系统，同时掌握相关软件编程和调试技术。
3. 实际应用在完成实践操作的基础上，结合实际应用案例（如水泵、齿轮箱、传送带等），对机电一体化控制系统进行实际性能测试和应用验证，实现最佳控制效果。
三、课程设计流程本课程设计流程主要包括以下步骤：1. 需求分析与系统设计初步了解实际应用背景，明确课程设计目标，确定系统架构、类型和性能指标，完成系统设计方案。
2. 系统构建和软件编程搭建机电一体化控制系统硬件平台，编写控制系统运行程序，调试并测试。
3. 性能测试和应用实现对机电一体化控制系统进行性能测试和应用实现，并进行优化和调整，使其性能达到最佳。
4. 课程设计报告完成课程设计报告，包括需求分析、系统设计及实现过程、性能测试及分析、总结和展望等。
四、课程设计评估和要求本课程设计采用知识点考核和实际操作操作相结合的评估方式，具体评估要求如下：1. 知识点考查考察学生对机电一体化控制技术应用的相关基础理论知识掌握程度。
2. 实践操作评估主要针对学生的实际操作能力和创新性，包括系统设计、软件编程、控制系统调试及应用验证等方面。
3. 课程设计报告评估考察学生对课程设计整个过程的理解和掌握，包括问题分析、系统设计和实现、测试和分析等方面。
机电一体化技术与系统项目4 CNC控制系统
最大控制轴数
最大联动轴数 轴 控 制 插补功能 脉冲当量 同步控制 双电机驱动 倾斜轴控制 前瞻控制 最大主轴数 速度控制 主 轴 控 制 传动级交换 线速度恒定 定向准停 任意位置定位 Cs轴控制 刚性攻丝
4
4 直线/圆弧 0.001mm 无 无 无 无 1 S模拟量或 BCD助控制
在数控机床上，把坐标轴运动以外 的其他动作通称为辅助动作。
实践指导
一、KND100系列CNC简介
北京KND公司与广州数控设备厂是国 产CNC的代表，根据CNC的功能，KND分 KND1、KND10、KND100、KND1000等 系列，每系列又有车床用（T型）、铣床用 （M型）两种规格，KND100系列是其代表 性的产品。
目 反向间隙补 偿 螺距误差补 偿 软件限位 硬件限位 急停/互锁 加工禁区 自动回参考 点 快进速度 刀具补偿 内置PMC
性
能
可
单向 可 无 可 无 减速开关回 参考点 24m/min C型 无 最大24/24点， 功能固定 M RS232C 无
其他
I/O连接 辅助功能 通信接口 内部网络
二、FANUC-0i系列CNC简介
为了对机械运动及加工过程进行数 字化信息控制，必须具备相应的硬件和 软件条件，这些硬件和软件的整体称为 CNC控制系统。
2．NC机床及相关产品
凡是采用了数控技术进行控制的机床统 称NC机床。 数控机床种类繁多，有钻/铣/镗类、车 削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加 工类、其他特殊用途的专用机床等，此外还 有以下以NC机床为主体的相关产品。
2．轨迹控制原理
CNC的运动轨迹控制本质上是应用 了“微分”原理，其工作原理可以简要 描述如下（见图4-1.2）。
《机电一体化技术与系统》课程教学改革研究
目， 不仅 可 综 合 掌 握Ｐ Ｃ 单 片 机 的 相关 基 础 知 识 点 ，还 可 Ｌ与
巩 固 、加 强这 些 基础 知 识 的具 体应 用 。
、
课 程 特 点分 析
因此 ，采 用 项 目驱 动 式 教 学 ，可 将 机 电一 体 化 技 术 融
１综 合性 强 ．
入 到典 型 的 、具 体 的机 电一体 化 设 备或 生 产线 中，使 学 生能
等 方 面 。这 样 ，课 程 安排 每 节添 加 新 的学 习 领域 ，实现 了从
二 、 “ 目驱 动 ” 教 学 模 式 项
《 电 一 体 化 技 术 与 系 统 》 课 程 一般 安 排 在 学 生 在 校 机
易到 难 ，循 序渐 近 的 教学 过 程 。 ２ “ ． 系统 一 学 习领 域 一系 统 ” 的教 学过 程
从 广 义 上 讲 ，各 行 业 企 业 的 生 产 设 备 都 可 视 为 机 电一 只 涉及 到 “ 滚珠 丝 杠 螺母 副 ”这 一 个新 知 识 点 。其他 内容在 体 化 系 统 。 学 生 通 过 该 课 程 的 学 习 与 训 练 ，还 应 该 能 够 将 《 机械 设 计 与制 造 基 础 》都 学过 ，学 生学 习起 来 比较 容 易接
与 系统 》课 程 或相 似 课 程 。 该课 程 覆 盖知 识 面 广 ，综 合 性 、
“ 电一 体 化 技 术 ” 的六 大 关键 技 术 。 以这 些 子 项 目为 主 机
实 践性 和 通 用 性 都很 强 ， 传 统 的 “ ”与 “ ”都 有 较 大 难 线 ， 可 以把 该 课 程 中需 掌握 的 知 识 点 、 技 能 点 串 起 来 。例 教 学 度 。如何 组 织 教 学 ，激 发 学 生 的学 习 兴趣 ，帮 助 学 生切 实 理 如 ，子 项 目 “ Ｙ ｘ 工作 台控 制 系 统 的设 计 ”涉 及 的 内容 ，包 括 Ｌ控 解 、 掌握 基 本 的机 电一 体 化应 用 技 术 ，是 该 课 程 教 学 中亟 需 基 于 数 控 装 置 的 硬 件连 接 与 软 件 设 置 、 基于 Ｐ Ｃ 制 系 统 的 解 决 的 问题 。笔 者 结合 多 年 的教 学 实 践和 应 用 体会 ，对 该 课 硬 件 连 接 与梯 形 图编 程 、基 于 单 片机 控 制 系统 的硬 件 连接 与 程 的 教 学 内容 和 教 学方 法 进 行 了有 益 的探 索 与 改 革 ，设 计 并 Ｃ 言 编 程 、 执行 单元 的功 率 驱 动接 口选 型 等 。掌 握该 子 项 语 实 践 了 “ 目驱动 ” 的教 学模 式 ，取 得 一 定 的成 效 。 项
机电一体化技术与系统(第2版)
任务一熟悉检测开关 任务二熟悉光栅与光电编码器 任务三熟悉磁栅与磁编码器
项目五交流伺服系 统
项目四步进驱动系 统
项目六变频调速系 统
任务一熟悉步进电机工作原理 任务二了解步进驱动器原理 任务三步进驱动的应用与实践
任务一熟悉交流伺服系统 任务二掌握交流伺服连接技术 任务三掌握驱动器功能与参数 任务四交流伺服的应用与实践
读书笔记
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机电一体化技术与系统（第2版）
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
本书关键字分析思维导图
教材
实践
技术
专业
应用
技术
控制
第版
一体化
院校 任务
学习
系统
技术
原理
项目
一体化
系统
领域
内容摘要
本书从应用型人才培养的实际需求出发，以较高的层次及较新的视角，对工业控制领域所涉及的机电一体化 技术与系统进行了全面的介绍，内容包括机械、液压与气动、位置检测等机电一体化基础技术；步进驱动、交流 伺服、变频调速等运动控制技术；PLC、CNC等机电一体化系统。本书编写体例新颖、思路清晰、层次分明、循序 渐进；书中的全部案例均来自工程实际，并广泛采用了国际先进标准与设计思想。本书可作为高等职业院校、高 等专科学校的机电一体化、设备维护等专业的机电一体化课程教材，也可作为机械制造与自动化、机电设备维修、 精密机械、数控技术应用等机械类专业的电气控制综合教材，并可供本科院校师生与工程技术人员参考。
机电一体化控制技术与系统期末复习
机电一体化复习提纲1.机械系统和微电子系统有机结合,从而产生新功能和新性能的新产品是机电一体化产品;机电一体化系统的基本结构要素有机械本体、执行与驱动、检测传感器、信息处理、动力;机电一体化系统中的机械系统通常由由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等组成;机电一体化系统的基本组成是能量流、物料流、信息流;机电一体化系统的信息特征微型化、嵌入式、实时性、分布化、动力特征结构分散化、功能智能化、结构特征模块化、简单化、高刚度、高精度;机电一体化的技术基础有机械设计与制造技术、微电子技术、传感器技术、软件技术、通信技术、驱动技术、自动控制技术、系统技术;2.机电一体化对机械系统的基本要求是快、准、稳：快速响应、高精度、良好的稳定性;为确保机械系统的传动精度和工作稳定性,在设计中常提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求;为达到上述要求,主要从a、采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；b、缩短传动链,简化主传动系统的机械结构；c、提高传动与支撑刚度；d、选用最佳传动比,尽可能提高加速能力；e、缩小反向死区误差；f、改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声这几个方面采取措施;机电一体化系统中的机械系统通常由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等几个部分组成;3.机电一体化系统中的传动系统应满足足够的刚度、惯性小、阻尼适中等性能要求;为确保机械系统的传动精度和工作稳定性,在设计中需满足无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比,为达到这些要求,主要采取①采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件②缩短传动链,简化传动系统的机械结构③提高传动与支撑刚度④选用最佳传动比,以达到提高系统分辨率、减少到执行元件输出轴上的等效转动惯量,尽可能提高加速能力⑤缩小反向死区误差⑥改进支撑及架体的结构设计以提高刚性、减少震动、降低噪声;4.滚珠丝杠螺母副中滚珠循环装置有外循环,内循环;滚珠丝杠支承方式有单推-单推式、双推-双推式、双推-简支式、双推-自由式;具有最大刚度的的支承方式是双推-双推式;5.滚珠丝杠螺母副中按照滚珠循环方式划分外循环,内循环;滚珠丝杠螺母副中调整间隙和预紧的方法有垫片调整式调整垫片来改变轴向力、双螺母调节式调整螺母来消除间隙或预紧齿差调节式左右螺母外端凸缘制成齿数差1的直齿圆柱齿轮,原理是什么滚珠丝杠副的安装方式有单推-单推式轴向刚度较高、预紧力较大、轴承寿命比双推-双推式低、双推-双推式刚度最高、易造成预紧力不对称、双推-简支式轴向刚度不太高、预紧力小、轴承寿命较长、适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统、双推-自由式轴向刚度和承载能力低、多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统,特点分别是什么滚珠丝杠副的选择方法是结构的选择、结构尺寸的选择公称直径和基本导出的选择;6.直齿圆柱齿轮侧隙的调整方法有中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向垫片调整法;要消除齿轮副间隙是因为侧隙会产生齿间冲击,影响传动平稳性、若出现在闭环系统中、则可能导致系统不稳定、使系统产生低频振荡,常用中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向垫片调整法、轴向压簧法等方法消除间隙;7.同步带的结构由背带、抗拉层、带齿、包布层部分组成,传动特点是传动比准确、传动效率高、工作平稳、能吸收振动,噪音小、速比范围大、允许线速度高、传动结构紧凑、适合多轴传动;但中心距要求严格,安装精度要求高,其主要参数有带齿的节距、节径、外径、节线;8.间歇传动机构有槽轮机构结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率较高,加速过程有冲击、不适合高速运动、棘轮机构优点是结构简单、运动可靠、缺点是只能进行有级调节、不适合高速传动、其他间隙运动机构凸轮式间隙运动机构、不完全齿轮机构;9.导向机构的作用是支撑和限制运动部件按给定的运动要求和运动方向运动;导轨副的组成主要由运动件和承导件组成及种类有滑动导轨、滚动导轨、液体介质摩擦导轨、弹性摩擦导轨;导轨的基本要求有导向精度高、刚度好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺好;滑动摩擦导轨截面的常用形式有V型导轨、矩形、燕尾型、圆形;滑动导轨副的组合形式有双三角形、三角形和矩形、三角形和平面导轨;如何调整导轨副间隙压板法、镶条法;10.滚动直线导轨副的结构和工作原理是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖、侧密封端盖等组成P31;滚动直线导轨副的类型有滚动体循环式和滚动体不循环式;静压导轨副的工作原理与特点分别是什么P33;11.什么是电主轴有哪些部分组成是一套组件,包括电主轴、高频变频装置、油气润滑系统、冷却系统、内置编码器和换刀装置;电主轴的特点是耐磨耐热、寿命是传统轴承的几倍、高速;电主轴需要润滑哪些部分12.什么是电主轴的刚度静刚度是主轴抵抗静态外载荷的能力,简称刚度提高电主轴静刚度的主要措施有a、提高支承刚度、包括增加轴承数量、采用高刚度的轴承和提高轴承预紧力；b、优化主轴设计,包括尽量缩短前悬伸量,并选择最佳支承跨距,在满足轴承、电机转子等工作性能的前提下,增大主轴直径;13.什么是压电效应由于晶体在机械力作下发生变形而引起带电粒子的相对位移,从而造成晶体的总电矩发生变化;压电式传感器目前多用于测量动态的力或压力;环形行波电机的工作原理是什么P40 压电驱动器与超声电机应用领域有航空航天、精密加工设备的进给机构、汽车行业、精密仪器或医疗器械、机器人关节驱动、办公自动化设备、微型机械;14.什么是微动机构是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定进给运动的机构;微动机构应满足a、低摩擦、高灵敏度,最小移动量达到使用要求；b、传动平稳、可靠,无空程和爬行,有足够的刚度,制动后能保持稳定的位置；c、有好的动态特性,即相应频率高；d、抗干扰能力强,快速响应性好；e、能实现自动控制；f、良好的结构工艺性的基本要求微动机构有双螺旋差动式、弹性变形式、热变形式、磁致伸缩式、电致伸缩式等基本类型,工作原理分别是什么P48-5015.液压机构与气动机构的特点分别是什么液压：a、在输出同等功率的条件下,机构结构紧凑,体积小,重量轻,惯性小；b、工作平稳,冲击、振动和噪音都较小,易于实现频繁的启动、换向,能够完成各种旋转运动和各种往复运动；c、操作简单、调试方便,并能在大的范围内实现无级调试,调试可达5000；d、可实现低速大力矩转动,无需减速装置;气压：a、以空气为工作介质,用后可直接排到大气,处理方便；b、动作迅速,反应快,维护简单,不存在介质变质问题,工作环境适应性好,安全可靠性优于液压、电子和电气机构；d、但工作速度稳定性稍差,工作压力低,难以获得较大的输出力；噪声大,要加消声器;真空发生器的性能指标包括耗气量、真空度、抽吸时间;常用的气动机构有哪些16.机电一体化对控制系统的基本要求有稳定性、快速性、精确性;机电一体化控制系统的类型有基于PC的控制系统、基于微处理器的控制系统、基于PLC的控制系统、其他控制系统;各有什么特点分别应用在什么场合P65—6617.工业控制计算机叫工控机;工控机的硬件有计算机基本系统和过程I/O系统;工控机的接口卡有模拟量输入输出卡处理模拟信号的输入输出、数字量输入输出卡实现各类开关信号的输入输出、运动控制卡速度控制、点位控制、电子齿轮、RS-232/RS-485模块、CAN总线接口卡,各有什么功能通常把8位和8位/16位兼容的AT总线称为ISA总线和PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的;PCI总线定义了内存地址空间、I/O 地址空间、配置地址空间三种物理地址空间;工控机的主板类型有长卡和半长卡;18.在计算机和外部交换信息中,按数据传输方式可分为串行通信和并行通信两种;串行通信接口除了RS-422还有RS-485和RS-232C;19.机电一体化系统设计类型大致可分为开发型设计、适应性设计和变异性设计;机电一体化系统设计的方法通常有机电互补法、机电结合法和组合法;20.机电一体化对控制系统的基本要求是什么机电一体化系统中的控制系统根据所选用的控制器的不同,一般可分为哪些21.根据片内程序存储器的配置上,MCS-51系列单片机有掩膜ROM、EPROM、ROMLess无片内程序存储器三种形式;模拟数据采集系统输入通道的基本构成是传感器、多路模拟开关、放大器、采样保持器、A/D 转换器;22.什么叫多路模拟开关其作用是将多路模拟信号分别与A/D转换器接通,逐一进行A/D转换,以达到分时享用A/D转换器的目的举例说明多路模拟开关的工作原理P10223.采样/保持电路的作用是保证转换精度,在A/D转换的过程中,要求信号的电压保持不变,在A/D转换完之后,又能跟踪信号电压的变化;分析采样/保持电路工作原理P10324.实现A/D转换的方法有计数法、双积分法、逐次逼近法;25.根据预先规定好的时间或条件,按照预先确定的操作顺序,对开关量实现有规律的逻辑控制,使控制过程依次进行的一种控制方法叫顺序控制;顺序控制系统有时间顺序控制系统、逻辑顺序控制系统、条件顺序控制系统;顺序控制系统有实现方法有a、由继电器组成的逻辑控制系统机械式开关；b、由晶体管组成的无触点顺序逻辑控制系统电子式开关；c、可编程序控制器软件开关；d、由计算机组成的顺序逻辑控制系统;26.可编程序控制器有哪些分类方法具体如何划分按IO点规模分类小型机、中型机、大型机；按结构特点分类箱体式、模块式、基板式27.可编程序控制器的工作机制是周期循环扫描;可编程序控制器的编程语言有梯形图、指令表、顺序功能图、功能块图、其他高级语言;PLC中存储器的作业是用于存储、运行系统和用户程序;28.P LC控制系统与继电器控制系统相比较在性能上比继电器控制系统要优越得多,特别是对工艺的适应性好,可靠性高,设计施工周期短,维护方便,可扩展性好,但价格要高于继电器控制系统可编程序控制器可以实现开关量的开环控制；模拟量的闭环控制；数字量的智能控制；数据采集与监控；联网、通信及集散控制;29.特殊辅助继电器M8000运行监控,PLC运行时接通、M8002初始脉冲、M801110ms脉冲、M8012100ms脉冲、M8030使电池欠压灯熄灭、M8033PLC停止时保持输出、M80334禁止全部输出;状态继电器的功能是是构成顺序功能图的基本要素,是步进控制简易编程的重要元件,它与STL组合使用;状态继电器初始状态：S0∽S910点；回零：S10∽S1910点；通用：S20∽S499480点；保持：S500∽S899400点；报警：S900∽S999100点；、定时器100ms、10ms、1ms累积型、100ms 累积型、计数器内部计算器16位单向计数器、32位双向计数器；高速计数器;30.P LC编程：交流电机启保停控制电路、电动机Y-Δ减压起动,交流电机正反转控制正反直接+延时切换、送料小车控制、交通灯等;P168-172 31.P LC控制系统的设计步骤a、根据工艺要求确定控制要求；b、根据控制要求确定输入输出设备,并据此确定PLC控制系统的电气原理图和PLC的IO点数；c、选择PLC类型；d、分配IO端口,设计IO连接图；e、设计操作面板；f、设计PLC程序；g、现场施工和联调；h、编制技术文档并交付使用;32.一种以一定的精确度将被测量转换为与之有确定对应关系的、易于处理和测量的某种物理量的测量部件或装置叫传感器;传感器输出的信号通常是电信号类型的;机电一体化系统中的传感检测装置一般由输入装置、中间变换装置、输出接口组成;33.如果连接到计算机,传感器的信号必须经过变换、放大、滤波步骤处理;传感器有按被测对象的不同如位移传感器、速度传感器；按传感器工作原理如光电式传感器、电阻传感器分类方法;34.常用的位置传感器接触式和非接触式、位移传感器直线位移传感器和角位移传感器、速度传感器直线速度传感器和角速度传感器、加速度传感器应变式、压电式、电磁感应式、力传感器应变式、压电式、压阻式、压磁式、电容式、差动变压器式、机械式力传感器,压力传感器应变式压力、压阻式、压电式、膜片式、薄壁圆筒式、力矩传感器电阻应变式、压磁式、磁电感应式、光电式、温度传感器热电阻、热电偶、视觉传感器CCD、CMOS;35.一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器叫光电编码器;光电编码器根据结构可分为增量式和绝对式; 36.什么是热电偶热电偶中产生热电势的条件是什么答：1热电偶是中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表二次仪表转换成被测介质的温度;2一是要有接触电位差,二是要有温度差条件是热敏电阻因温度变化引起阻值变化37.应变片的工作原理是利用金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化,从而测取相应的数值以达到目的;应变片加速度传感器利用的具体原理是当传感器随被测物体运动加速度为a时,在质量块m上产生惯性力F=ma,受惯性力的作用,悬臂梁变形,通过应变片可以测量出悬臂梁的变形量,进而间接的得到加速度a;38.常见的速度传感器有测速电机、电涡流式传感器、光电式传感器、霍尔元件等;39.电涡流的工作原理是什么如何通过电涡流测量速度的P18640.加速度传感器通常利用惯性质量受加速度的作用所产生的惯性力而造成的各种物理效应来工作常用的加速度传感器有应变式、压电式、电磁感应式;41.传感检测装置在机电一体化系统中的作用是机电一体化系统的感觉器官,主要用于获取系统内部和外部的信息机电一体化系统中的常用传感器有哪些通过举2-3例说明42.被驱动部件的机械特性有a、恒转矩型机械特性；b、离心式通风机型机械特性；c、直线型机械特性；d、恒功率型机械特性;43.晶闸管又叫可控硅,是一种具有半控特性的大功率器件,其控制电流可从数安培到数千安培,由阳极A、阴极K、控制极G组成,晶闸管一旦导通,控制极对晶闸管就不起控制作用了;晶闸管主要有单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管三种基本类型;晶闸管的导通条件是阳极和控制极都加上正向电压;44.功率晶体管又叫电力晶体管,与晶闸管相比是全控元件,从功能上可以将功率晶体管看做是一个在开关状态下的大功率三极管;IGBT驱动电路有有正、负偏压的栅控IGBT电路、隔离驱动IGBT电路;T型桥驱动电路和H型桥驱动电路的工作原理是什么PWM直流调速系统的工作原理是什么SPWM交流调速系统的工作原理是什么45.步进电机是用电脉冲信号进行控制,将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机;步进电机有反应式步进电动机、永磁式步进电动机、混合式步进电动机三大类型;步进电动机的速度脉冲信号的频率、转向脉冲信号的相序有关和转角大小输入脉冲数分别和哪些因素有关;步进电机控制电路包括脉冲分配、驱动信号放大环节;步进电机驱动方式有单极性驱动方式、双极性驱动方式、恒压驱动方式、恒流驱动方式、电压切换驱动方式;46.机电一体化系统与传统机电系统的区别是智能化;机电一体化系统的共性关键技术有精密机械技术、信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服驱动技术、系统总体技术;47.功率输出的常用接口方式除了有双向晶闸管接口,还有晶体管驱动继电器和光电耦合器隔离;48.自动化加工设备主要有加工设备主要有组合机床、数控机床、车削中心及加工中心自动化制造系统的常见类型有刚性半自动化单机、刚性自动化单机、刚性自动线、刚性综合自动化系统、一般数控机床、加工中心、混合成组制造单元、分布式数控系统DNC、柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS、柔性制造线、计算机集成制造系统;49.自动化制造系统主要有刚性半自动化单机、刚性自动化单机、刚性自动线、刚性综合自动化系统、一般数控机床、加工中心、混合成组制造单元、分布式数控系统DNC、柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS、柔性制造线、计算机集成制造系统十二种基本形式;步伐式输送装置有棘爪步伐式输送装置、回转步伐式输送装置、抬起步伐式输送装置三种类型;50.什么叫随行夹具的退回P251随行夹具的返回方式有水平返回方式、上方返回方式、下方返回方式;51.自动检验按不同的特征进行分类a、按转换测量信号的原理可以分为机械式、电气式、气动式；b、按检验过程的性质可以分为主动检验和消极检验；c、按量头与工件的接触分为接触式和非接触式；d、按被检验参数可以分为零件的尺寸偏差、几何形状误差、重量偏差等;生产过程自动化装置中辅助设备有提升装置、分路装置;52.什么叫PID P是比例环节、I积分环节、D是微分环节,是一种控制方法,PID中的P即时成比例的反映控制系统的偏差信号et、I主要用于消除稳态误差,提高系统的无差度、D能反映偏差信号的变化趋势变化速率,并能在偏差信号值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,减小调节时间分别起什么作用智能控制包括PID控制、模糊控制、专家智能控制、自学习智能控制、基于神经网络的智能控制;53.机电一体化系统设计原则是什么机电一体化系统设计的方法通常有哪些设计类型可以分为哪些1设计基本原则：①机电互补原则②功能优化原则③自动化、省力化原则④效益最佳原则⑤开放性原则2设计方法有①机电互补法②机电结合法③组合法3类型可分为①开发性设计②适应性设计③变异性设计54.名词解释放大器：放大器是能把输入讯号的电压或放大的装置,由电子管或晶体管、和其他电器元件组成;用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中; 采样/保持器：因为A/D转换需要一定的时间,为了保证转换精度,在A/D转换的过程中,要求信号的电压保持不变,在A/D转换完成后,又要能跟踪信号电压的变化;能完成这个功能的电路叫采样/保持电路采样/保持电器,Sample/Hold,简称S/H.A/D转换器：模数转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将转变为数字信号的电子元件,其主要指标是分辨率;BCD码：亦称二进码十进数或二-代码;用4位二进制数来表示1位中的0~9这10个数码;是一种二进制的数字编码形式,用代码;BCD码这种编码形式利用了四个位元来储存一个的数码,使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行;D/A转换器：数模转换器,又称D/A转换器,简称DAC,它是把数字量转变成模拟的器件;D/A转换器基本上由4个部分组成,即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关;格雷码：在一组数的编码中,若任意两个相邻的代码只有一位二进制数不同,则称这种编码为格雷码Gray Code,另外由于最大数与最小数之间也仅一位数不同,即“首尾相连”,因此又称循环码或反射码;光电耦合器：光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换;发光部分和受光部分没有电的联系,具有很高的绝缘电阻,能避免输出端对输入端的电磁干扰;香农采样定理：对于一个有限频率的连续信号,当采样频率max 2信f f s =时,采样函数才能不失真地恢复原来的连续信号;柔性制造系统：柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统Flexible Manufacturing System,英文缩写为FMS;热电阻效应：物质的电阻率随温度变化而变化的特性称为热电阻效应;单片机：是一种集成,是采用技术把具有数据处理能力的CPURAM 、、多种I/O 口和、定时器/计数器等功能可能还包括显示驱动电路、电路、模拟多路、等电路集成到一块硅片上构成的一个小而完善的;功率晶体管：从原理上讲与普通三极管是一致的,主要在大功率领域内应用;可以实现导通控制和关断控制,是全控元件,开关速度远大于晶闸管,从功能上讲,可看作是一个在开关状态下的大功率三极管;IGBT ：IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅,是由BJT 双极型和MOS 组成的复合全控型驱动式功率, 兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR 的低导通压降两方面的优点;斩波器：是一种将负载与电源接通继而又断开的晶闸管通断开关,其作用是把固定的电源电压转化成满足负载变化要求的可变电压;PWM ：T f /1=保持斩波周期不变,只改变晶闸管的导通时间on t ;这种方法称为脉冲宽带调制;可编程序控制器：可编程序控制器是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置;它采用可编程序存储器作为内部指令记忆装置,具有逻辑、排序、定时、计数及算术运算等功能,并通过数字或模拟输入/输出模块控制各种类型的设备和生产过程;超声电机：是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的,将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动;逆压电效应：逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象;压电驱动器：是利用压电振子产生振动和变形所形成的表面波或柔性波作为驱动源的驱动器;组态：组态就是用中提供的工具、方法,完成工程中某一具体任务的过程;生产过程：机械产品的生产过程是指从原材料或开始直到制造成为产品之间的各个相互联系的全部劳动过程的总和;组合机床：组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用;AGV：是指装备有电磁或光学等自动,它能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车,AGV属于轮式移动机器人WMR--Wheeled Mobile Robot的范畴;RGV：RGV,是有轨制导车辆Rail Guided Vehicle的英文缩写,又叫有轨穿梭小车, RGV小车可用于各类高密度储存方式的仓库,小车通道可设计任意长,可提高整个仓库储存量,并且在操作时无需叉车驶入巷道,使其安全性会更高;FMC：柔性制造单元是指由1~3台数控机床或加工中心组成,单元中配备有某种形式的托盘交换装置或工业机器人,由单元计算机进行程序编制和分。
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机电一体化技术与系统引言机电一体化技术是一种结合了机械工程、电子工程和计算机科学的跨学科技术，旨在将机械系统和电气系统以及控制系统集成在一起，形成相互依赖、协同工作的整体系统。
随着现代工业的发展，机电一体化技术在制造业、交通运输、能源等领域得到了广泛应用，并且对于提高生产效率、降低成本、提升产品质量具有重要意义。
本文将介绍机电一体化技术的概念、发展历程以及在不同领域的应用。
同时，将详细讨论机电一体化系统的构成、原理和关键技术，在此基础上探讨机电一体化技术在未来的发展趋势。
机电一体化技术概述机电一体化技术是以机动设备与电子技术融合为基础的一种交叉学科技术。
机械工程、电子工程和计算机科学的发展为机电一体化技术的快速发展提供了必要的支持。
机电一体化技术的目标是实现机械、电气和控制系统的协同工作，从而提高工作效率、降低能耗和保障系统的可靠性。
机电一体化技术主要包括机械设计、电气控制和信息处理三个方面。
其中，机械设计包括各类机械结构、传动装置和机械部件的设计与制造；电气控制则负责机电系统的电气部分设计和控制策略的制定；信息处理则通过计算机科学的方法进行数据采集、处理和分析，实现系统的智能化。
机电一体化技术的发展历程机电一体化技术是在机械与电气这两个传统工程领域的基础上逐步形成的。
最早的机电一体化系统可以追溯到工业革命初期，当时的机械设备开始引入电力和电气控制，以提高工作效率。
随着电子技术的发展，机电一体化系统逐渐引入了数字控制和自动化技术，从而实现了工业生产的自动化。
近年来，随着计算机科学和信息技术的快速发展，机电一体化技术得到了进一步的推广和应用。
传感器和执行器的广泛应用使得机电系统能够实现更高级的控制和自动化功能。
同时，互联网技术的普及以及大数据和人工智能的兴起，为机电一体化技术的发展带来了新的机遇和挑战。
机电一体化技术在制造业中的应用制造业是机电一体化技术应用最广泛的领域之一。
机电一体化系统在制造业中的应用可以提高生产工艺的精度、效率和柔性化。
第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接
第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接口技术机电一体化技术与系统的快速发展为各行各业带来了很多便利和创新。
在机电一体化技术与系统中，微型计算机控制系统及其接口技术起着至关重要的作用。
本文将介绍微型计算机控制系统的基本原理，以及其在机电一体化系统中的应用。
一、微型计算机控制系统的基本原理微型计算机控制系统是指借助微型计算机进行控制，其基本原理是将输入信号转换为数字信号，通过计算机的运算处理，再将输出信号转换为控制信号。
微型计算机控制系统通常由四个主要部分组成：输入设备、中央处理器、存储器和输出设备。
输入设备用于将外部信号转换为计算机可以识别的数字信号。
常见的输入设备包括传感器、编码器等，通过检测物理量的变化并将其转换为电信号，再经过模数转换装置将电信号转换为数字信号。
中央处理器是微型计算机控制系统的核心部分，它接收输入信号并进行运算处理。
中央处理器通常由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元用于控制程序的执行流程，算术逻辑单元用于执行各种算术和逻辑运算。
存储器主要用于存储程序和数据。
微型计算机控制系统的程序是预先编写好的指令序列，用于控制系统的运行。
数据则是控制系统运行过程中所需的各种参数和状态信息。
输出设备用于将计算机处理后的数字信号转换为控制信号，进而控制执行器的运动。
常见的输出设备包括电机、液压缸等，通过控制信号的输出来实现对执行器运动的控制。
二、微型计算机控制系统在机电一体化系统中的应用微型计算机控制系统在机电一体化系统中有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 自动化生产线控制系统：在自动化生产线上，微型计算机控制系统可以集成各种传感器和执行器，通过对传感器信号的检测和处理，自动控制执行器的动作，从而实现生产线的自动化控制。
2. 机器人控制系统：微型计算机控制系统在机器人控制中起着核心作用。
通过对机器人传感器信号的检测和处理，结合预先编写的控制程序，可以实现对机器人的精确控制，使机器人能够完成各种复杂的任务。
《机电一体化技术与系统》判断题试题库
√×判断题试题库（100题）1. ( ) 直流电动机反接制动，当电动机转速降低至接近零时应立即断开电源。
2. ( )有感生电动势就一定有感生电流。
3. ( ) 微机比大型机的通用性好。
4. ( )斩波器中的绝缘栅双极晶体管工作在开关状态。
5. ( ) 因为感生电流的磁通总是阻碍原磁通的变化，所以感生磁通永远与原磁通方向相反。
6. ( )PLC可编程序控制器输入部分是收集被控制设备的信息或操作指令。
7. ( ) 磁路和电路一样，也有开路状态。
8. ( )弹性联轴器具有缓冲、减震的作用。
9. ( )晶闸管斩波器的作用是把可调的直流电压变为固定的直流电压。
10. ( ) 有静差调速系统是依靠偏差进行调节；无静差调速系统是依靠偏差的积累进行调节的。
11. ( ) 双闭环调速系统包括电流环和速度环。
电流环为外环，速度环为内环，两环是串联的，又称双环串级调速。
12. ( )微机用于工业控制时又称可编程控制器。
13. ( )微机的应用使仪表向数字化、智能化的方向发展。
14. ( )自动线分为全自动生产线和半自动生产线两大类。
15. ( )产生爬行的区域是动静摩擦转变的非线性区，非线性区越宽，越容易产生爬行。
16、( )根据晶闸管的特性，改变参考电压Ug的大小，就可以改变晶闸管触发角的大小，从而使整流电压Ud变化，进而改变电动机转速。
17、( )单闭环转速负反馈调速系统在启动和堵转时电流会超过允许值，因此不需要额外设置截流反馈装置。
18、( )步进电动机的矩频特性表明输出转矩随脉冲频率升高而升高。
19、( )脉宽调制器主要作用是讲脉冲宽度可以调节的脉冲电压转换为模拟电压。
20、( )交流伺服电动机的转子电阻做的比较大，目的是使转子在转动时产生制动转矩。
21、( )直流伺服电动机的结构、原理与他励直流电动机相似。
22、( )交流伺服电动机和测速发电机的结构相似，且都是伺服电机。
23、( )矢量控制系统是对定子电流的空间矢量进行坐标变换的控制系统。
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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。