机电一体化考点1

第一章机电一体化含义：机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统总称机电一体化技术：微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的新兴的综合性高技术，是机械技术和微电子技术的有机结合。关键性技术（检测传感技术信息处理技术伺服驱动技术自动控制技术精密机械技术总体技术）机电一体化产品：新型机械和微电子器件，特别是微处理器、微型计算机相结合而开发出来的新一代电子化机械产品。机电一体化产品的分类a按发展水平：功能附加型初级系统、功能代替型中级系统和机电融合型高级系统。b按应用分类：民生产品、办公产品和产业机电产品。机电一体化系统的基本要素：机电一体化系统包含机械本体、执行机构、驱动部分、测试传感部分、控制及信息处理单元、和能源等6个基本结构要素。机械本体的作用：机械系统的所有功能元素的机械支持结构，包括机身框架和机械连接等。对机械本体的要求是：它的结构、工艺、材料及形状满足产品的高效、多功能、可靠、节能、小型、重量轻、美观等要求。测试传感器部分的作用：对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可以控制的信号，为系统提供反馈信息。其功能一般由传感器或者专门的仪表来完成，它直接影响系统的控制精度和成本。执行机构的作用：完成系统的运动任务所需要的传动机构或者传动部件。应满足高强度、轻重量、高可靠性、模块化、标准化和系列化等要求。驱动部分的作用：为系统驱动动力的元件，包括各种电机、电磁、电液和电气驱动元件。应满足高效、快速响应、高可靠性、环境适应性。控制及信息处理单元的作用：将来自传感器的信息和外部输入指令进行中、存储、分析和加工、产生控制命令、控制目标系统运行。由控制计算机和相应的接口来实现。它应满足信息处理速度快、可靠、抗干扰、智能化、小型化、标准化等要求。能源的作用：系统的动力来源，包括电源、液压源和气压源。但满足高效、无害。机械技术的4个支柱学科：机械学、制造工艺学、控制、力学。机电一体化的相关技术：机械技术：是系统的基础，是不可缺少的组成部分。计算机及信息处理技术：决定系统的运行速度和控制性能。系统技术：决定系统的综合水平和成本。自动控制技术：决定系统的控制水平。传感和检测技术：决定系统精度的上限。机电一体化主要研究的三大基本要素（三大效果）：省能源、省资源、智能化。五大功能构成要素：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感系统、执行控制系统（主功能，构造功能动力功能检测功能控制功能）工业三大要素：物质、能量、信息。机电一体化系统必须具备的三大目的功能：变换功能；传递功能；储存功能。接口分类：按变换调整功能分类：零接口（插头，输送管，导线，电缆等），无源接口（进给丝杠，齿轮减速器，变压器），有源接口（放大器、光电耦合器），智能接口（总线）。按输入输出功能分类：机械接口（联轴节，万能插口）、物理接口（受电压、频率等传递扭矩的大小等）、信息接口（如C，C++、ASC码）、环境接口（防水连接器、防爆开关）。机电一体化系统的设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计机电一体化的目的：提高系统的附加价值。接口功能有：一种是输入输出，一种是变换、调整。机电互补法：特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统，以补不足。结合法：它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。组合法：它是将组合法制成的功能部件、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统。第_章机械系统的选择与设计要求：无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比。为满足上述要求，常采取哪些措施？（1）采用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）选用最佳传动比（4）缩小反向死区误差；（5）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声滚珠丝杠副的类型单圆弧型双圆弧型内循环外循环滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧：双螺母螺纹预紧调整法、双螺母齿差预紧调整法、双螺母垫片预紧调整法、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。滚珠丝杠副支承方式：双推-自由式、双推-简支式、单推-单推式、双推-双推式常用的齿轮传动间隙的调整方法：1）偏心套调整法2） 轴向垫片调整法3） 双片薄齿轮错齿调整法导轨的主要作用？导轨副的组成、种类及满足的基本要求作用：支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。组成：承导件和运动件两大部分组成。种类：滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨。要求：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响较小及结构工艺性好滑动导轨副截面形状：三角形导轨、燕尾型导轨、圆形导轨、矩形导轨。传动机构的作用？传递转矩和转速。对传动机构的基本要求工作机中的传动机构：既要要求能实现运动的变换，又要求实现动力的转换；信息机中的传动机构：要求具有运动的变换功能，只需要克服惯性力（或力矩）和各种摩擦阻力（力矩）及较小的负载5丝杠螺母机构的分类及其特点1） 螺母固定、丝杠转动并移动：结构简单，可获得较高的传动精度；2） 丝杠转动，螺母移动：结构紧凑、丝杠刚性较好，只适用于工作行程较大的场合；3） 螺母转动、丝杠移动：机构复杂且占用轴向空间较大，故应用较少；4） 丝杠固定、螺母转动并移动：结构简单、紧凑，但在多数情况下使用不便，应用较少。滚珠丝杠副的传动特点轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长；不能自锁，具有传动的可逆性，在做升降传动机构时，需要采取制动措施。齿轮传动部件的作用是转矩、转速和转向的变换器。第三章执行元件:能在微电子装置的控制下，将输入的各种形式的能量转转换为机械能。执行元件的动态特性：驱动电路电气机械变换机械量变换机电一体化系统中的执行元件的分类及特点？根据使用能量的不同，可以分为电气式，将电力能变化为电磁能，并用该电磁力驱动运行机构运动的。液压式，先将电能变换为液压能，并用电磁阀改变压力油的流向，从而使液压执行元件驱动运行机构运动。气压式，与液压式相同，只是将介质由油变为气体而巳。执行元件的基本要求：（1）惯量小、动力大。⑵体积小、重量轻。（3）便于维修、安装4宜于微机控制。步进电机的特点：步进电机的工作状态不易受各种因素干扰的影响；步进电机的步距角有误差，转子转过一定角度后会出现累积误差，但转子转过一圈后，累积误差变为零。适用于开环控制的机电一体化系统。控制性能好，在启动、停止、反转时不易丢步。由于不需要传感器，不需要反馈，可以实现开环控制。步进电动机的种类及其特点1；可变磁阻；不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。制造成本高，，效率低，转子的阻尼差，制造材料费用低，结构简单，步距角小，2：永磁；采用了永久磁铁，具有记忆能力，可用作定位驱动，pm型电机特点是励磁功率小，效率高，造价便宜，难于制造，步距角大。3：混合；不仅具有VR型步进电动机励磁功率小，效率高，而且步距角小，响应频率高的优点。步进电动机的工作原理其定子有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即有A-A、B-B、C-C三相，磁极上绕有励磁绕组。假定转子具有均匀分布的四个齿，当A、B、C三个磁极的绕组依次通电时，则A、B、C三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。环形分配方法：（1）软环分，即采用计算机软件，利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配。（2） 采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器。（3） 采用专用的环形分配器件。串行控制：具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间，具有较少的连线将信号送入步进电动机驱动电源的环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源中必须含有环形分配器。并行控制；用微型计算机系统的数个端口直接去控制步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。在电动机驱动电源内，不包括环形分配器，而其并行控制功能必须由微型计算机系统完成。静力学所研究的问题：机构输出端所受负载（力或转矩）向输入端的换算。机构内部的摩擦力（或转矩）对输入端的影响。求由上述各种力或重力加速度引起的机构内部各连杆、轴承等的受力。机构动力学：研究构成机构要素的惯性和机构中各元、部件的刚性引起振动的一门学问。平面运动机构要素的动态力及动态转矩空间运动机构要素的动态力及动态转矩Lagrange公式与动态力（或转矩）向输入端的换算机构输出端的弹性与动态特性凸轮曲线理论解决的问题：将惯性负载从一静止点移动到另一静止点时，让其运动怎样地随时间而变化问题，在机构学中是采用凸轮曲线理论处理。也同样适用于解决电动机控制中的定位问题。稳态设计包含的内容：使系统的输出运动参数达到技术要求、执行元件（如电动机）的参数选择、功率（或转矩）的匹配几过载能力的验算、各主要元部件的选择与控制电路的设计、信号的有效传递、各级增益的分配、各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施等，并为后面动态设计的校正补偿装置的引入留有余地。动态设计：设计矫正补偿装置，使系统满足动态技术指标要求，，通常要进行计算仿真，或借助计算机进行辅助设计。典型负载:：惯性负载、外力负载、内力负载、弹性负载、摩擦负载。比例调节，积分调节，比例积分调节，比例积分微分调节利用微机实现传动机床的机电一体化系统改造的方法有哪两种？一种是以微机为中心设计控制系统，另一种是采用标准的步进电动机数字控制系统作为主要控制装置，前者需要重新设计控制系统，后者采用国内标准化的微机系统。系统的伺服系统的稳态设计要从哪两头入手即首先是从系统应具有的输出能力及要求出发，选定执行元件和传动装置，其次，是从系统的精度要求出发，选择和设计检测装置及信号的前向和后向通道，最后，通过动态设计计算，设计适当的矫正补偿装置，完善电源电路及其他辅助电路，从而达到机电一体化系统的设计要求。5简述系统的数学模型建立过程及主谐振频率的计算方法。在稳态设计的基础上，利用所选元。部件的有关参数，可以绘制出系统框图，并根据自动控制理论基础课程所学知识建立各环节的传递函数，进而建立系统传递函数。线性变换机构的动态特