机电一体化复习资料

机电一体化一词最早（1971年）起源于日本。机电一体话六大共性关键技术：精密机械技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术。机电一体化的基本要素：机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、驱动部分、控制及信息处理部分、接口。接口的作用：将各要素或子系统连接成为一个有机整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。机械技术是机电一体化的基础，机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。伺服传动技术就是在控制指令指挥下，控制驱动元件，使机械运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能。现代机械的机电一体化目标：提咼精度、增强功能、提咼生产效率，降低成本、节约资源，降低能耗、提高安全性，可靠性、改善操作性和实用性、减轻劳动强度和改善劳动条件、简化结构，减轻重量、降低价格、增强柔性应用功能。影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素：1负载的变化负载包括工作负载、摩擦负载等。要合理选择驱动电机和传动链，使之与负载变化相匹配2传动链惯性惯性影响传动链的起停特性，有影响控制的快速性、定位精度和速度偏差大小。3传动链固有频率固有频率影响系统谐振和传动精度。4间隙、摩擦、润滑和温升它们影响传动精度和运动平稳性。机械传动系统的特性：为满足机电一体化机械系统的良好伺服性能，要求机械传动部件满足转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振动性能好、间隙小得要求，还要求机械部分的动态特性与电动机速度环的动态特性相匹配。机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为：静摩擦力尽可能小，动摩擦里应为尽可能小得正斜率，若为负斜率则易产生爬行，降低精度，减少寿命。齿轮传动是机电一体化系统中使用做多的机械传动装置，主要原因是齿轮传动的瞬间传动比为常数，传动精确，且强度大、能承受重载、结构紧凑、摩擦力小、效率高。液体静压轴承具有回转精度高、刚度大、转动平稳、无振动的特点。传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。他获取的信息，可以是各种物理量、化学量和生物量，而且转换后的信息形式也是不尽相同。传感器的性能：传感器的输入---输出特性即是传感器的基本特性，由于输入信息的状态不同，传感器所表现的基本特性也不同，存在所谓的静态特性和动态特性。传感器的静态特性：传感器在静态信号作用下，其输入---输出关系称为静态特性，衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。传感器是测量与控制系统的重要环节，通常应该具有快速、准确、可靠而经济地实现信息转换的基本要求。位置传感器分接触式和接近式两种。在机电一体化监控系统中，特别是需对被测参量进行显示，总是希望传感器及检测电路的输出和输入特性呈线性关系，使测量对象在整个刻度范围内灵敏度一致，以便于读数及对系统进行分析处理。用软件进行“线性化”处理，方法有三种：计算法、查表法和插值法。机电一体化测控系统的输入信号中，一般都含各种噪声和干扰，它们主要来自被测信号本身、传感器或者外界的干扰。为了提高信号的可靠性，减少虚假信息的影响，可采用软件方法实现数字滤波。伺服系统主要用于机械设备位置和速度的动态控制，在数控机床、工业机器人、坐标测量机以及自动导引车等自动化制造、装配及测量设备中，已经获得非常广泛的应用。伺服系统的结构类型繁多，其组成和工作状况也是不尽相同。一般来说，其基本组成可包含控制器、功率放大器、执行机构和检测装置等四大部分。控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略。常用的控制算法有PID（比例、积分、微分）控制和最优控制等。伺服电动机是电气伺服系统的执行元件，起作用是把电信号转换为机械运动。交流伺服电机由于克服了直流伺服电机存在的电刷和机械换向器而带来的各种限制。特别适用于一般直流伺服电机不能胜任的工作环境。步进电机是一种将脉冲信号转换成角位移的执行元件。对这种电机施加一个电脉冲后，其转轴就转过一个角度，称为一步；脉冲数增加，角位移随之增加；脉冲频率高，则电动机旋转速度就高，反之则慢。PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变输出电压的平均值。采用交流伺服电机作为执行元件的伺服系统，称为交流伺服系统。目前将交流伺服系统分为俩大类：同步型交流伺服电机和异步型交流伺服电动机。脉宽调制技术中，以所期望的波形作为调制波，而受到它调制的信号称为载波。在SPWM中常用等腰三角形波作为载波，因为等腰三角形波是上下宽度线性对称变化的波形，它与光滑的正弦曲线相比较，得到一组等幅而脉冲宽度随时间按正弦规律变化的矩形脉冲。由于开环控制系统不使用位置、速度检测及反馈，没有闭环系统的稳定性问题，因此，具有结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低等优点。电液伺服系统根据被控物理量的不同，可分为：位置伺服系统、速度伺服控制系统、力或压力伺服控制系统。在开环系统中，信号是单向传递的，为了改善步进电机的控制性能，首先必须选择良好的控制方式和咼性能的驱动放大电路，以提咼步进电机的动态转矩性能。系统软件包括：汇编语言、高级语言、控制语言、数据结构、操作系统数据库系统、通信网络软件等。分布式控制系统综合了计算机技术、通信技术和控制技术，采用多层分级的结构形成，从下而上分为控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。计算机控制实质上就是计算机技术与控制理论结合，对机械和过程进行控制的一门技术。计算机控制系统的接口技术一般可分为：人机通道及接口技术、检测通道及接口技术、控制通道及接口技术、系统间通道及接口技术。工业控制计算机是用在工业环境适应工业要求的计算机系统，它是处理来自检测传感器装置的输入，并把处理结果输出到执行机构去控制生产过程，同时可对生产进行监督、管理的计算机系统。工业控制机分类：可编程控制器、单回路调机器、总线式工业控制机、分布式计算机控制系统、单片机微计算机。分布式计算机控制系统又称为集散型计算机控制系统，简称为集散控制系统（DCS）。它实际上是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。工业机器人的定义与发展，机器人学是近40年才发展起来的一门交叉性学科，它涉及到机械工程、电子学、控制理论、传感技术、计算机科学、仿生学、人工智能等科学领域。工业机器人本身是一种典型的机电一体化系统。工业机器人定义为：一种可重复编程的多功能操作手，用以搬运材料、零件、工具或者是一种为了完成不同操作任务，可以有多种程序流程的专门系统。工业机器人的组成：一个较完善的工业机器人，一般由操作机、驱动系统、控制系统及人工智能系统等部分组成。按控制方式分类：点位控制（PIP）工业机器人、连续轨迹控制（CP）工业机器人。工业机器人操作机由机座、立柱、手臂、手腕和手部等部分组成。智能控制系统具有检测所需新信息的能力，并能通过学习和积累经验不断完善计划，该系统在某种程序上模拟了人的智力活动过程，具有智能控制系统的工业机器人为第三代工业机器人，即自治式工业机器人。FMS是指可变的、自动化工程较高的制造系统，它主要包括若干台数控机床和加工中心，用一套自动物料搬运系统连接起来，由分布式多级计算机系统进行综合管理与管理与控制,以适应柔性的高效率零件加工。柔性可具体体现在以下几个方面：