《机电一体化技术》课件-第七章 机电一体化系统设计

第7章机电一体化系统设计机电一体化技术7.1机电一体化总体设计7.1机电一体化系统总体设计

机电一体化系统设计是应用系统中的总体技术，是指在具体设计之前，应用系统工程的观点，从整体目标出发，综合分析机电一体化产品的性能要求及各机电单元的特性，选择最合理的单元组合方案，是实现机电一体化产品整体优化设计的过程。1、总体设计的概念7.1机电一体化系统总体设计

系统总体设计方法论是机电一体化系统设计方法论在总体方案设计阶段的技术指导。其中，整体性、互补性、等效性三原则是系统总体技术方法论的核心。如图7.1霍尔三维结构是美国系统专家霍尔提出的一种系统工程方法论。2、系统总体设计方法论图7.1霍尔三维结构7.1机电一体化系统总体设计2、系统总体设计方法论（1）等效性

等效性用于对各功能元的原理设计，是系统方案设计的基础。一个系统以实现某种或多种功能为目的，根据系统的层次性，实现总功能需要由各个子功能综合完成，这样实现同一功能会有多种原理结构方案，但原理或结构存在等效性。

互补性原则用于对组合后的方案进行筛选，是等效性原理方案选择的基础原则。系统由多个元素组成，而各个元素服务于系统中的功能，同时也会有多个元素对同一功能产生影响。

图7.2是步进电机通过一对齿轮带动滚动丝杠的传动。如果想要得到最佳传动系数，需要合理搭配各个元素的传动系数。7.1机电一体化系统总体设计2、系统总体设计方法论（2）互补性图7.2步距角、传动比、丝杆导程对脉冲当量的共同作用7.1机电一体化系统总体设计2、系统总体设计方法论（3）整体性

机电一体化系统是有机的整体，性能好坏并不是各环节单独作用的结果，也不是要求每个环节的功能都尽善尽美。只要从整体角度出发，正确制定各环节的相互联系和性能要求，使各个环节的先进性、可靠性、经济性达到和谐统一，就能使机电系统具有满意的整体功能。7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容

机电一体化系统总体设计是机电产品设计中的重要环节，设计性质不同，设计过程也不一样。就机电一体化产品开发性设计而言，包括技术资料准备、系统工作原理设计、可行性分析、初步设计方案、方案最优性评估、详细设计、设计方案审核与优化以及完成总体设计报告。其设计流程可归纳如图。图7.3系统开发设计流程7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（1）技术资料准备搜集所有相关的技术资料，包括设计需求、现有同类产品资料、相关的理论研究成果和先进技术等；了解所设计产品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。这是确定产品技术指标的主要依据；了解生产单位的设备条件、工艺手段、生产水平等，以保证缩短设计和制造周期、降低生产成本、提高产品质量；了解用户自身的一些规定、标准。指详细并全面地搜集用户对所设计产品的需求7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（2）系统工作原理设计

明确设计对象需求后，就可以开始进行系统工作原理设计，这是总体设计的关键。设计质量的优劣取决于设计人员能否有效地对系统的总功能进行合理的抽象与分解，并能合理地运用技术进行创新设计，用于开拓新的探索领域和应用新的工作原理，使总体设计方案最优化，从而形成系统总体方案的初步轮廓。

系统工作原理设计主要包括系统抽象化和系统总体功能分解两个阶段。7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（2）系统工作原理设计①系统抽象化

机电一体化系统是由若干个具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，可以满足人们的使用要求。可以将系统抽象为以下功能：

转换（加工、处理）功能

传递（移动、输送）功能存储（保持、积蓄、记录）功能

7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（2）系统工作原理设计②系统总体功能分解

为了分析机电一体化系统的子系统功能组成，需要统计实现工作对象转化的工作原理的相关信息。每一种工作对象的转化可以利用不同的工作原理来实现，可以依据具体性能指标要求从各个可行的工作方式中选择最佳的工作方式。

对复杂的机电一体化系统，采用总体功能分解法，对系统进行功能分解，建立功能结构图。这样既可显示各功能元、分功能与总功能之间的关系，又可以通过各功能元的有机组合确定系统方案。

7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（2）系统工作原理设计②系统总体功能分解

以工业机器人为例进行有关分析。工业机器人的组成大体可以分为四大部分：执行机构、驱动单元、控制系统、感知和反馈系统。执行机构按控制系统的指令进行运动，驱动系统为其提供动力，各部分关系如图7.4。

图7.4工业机器人各部分关系7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（3）可行性分析

可行性分析主要是对概念设计所提出的机电一体化产品设计要求，从理论、技术和经济等各个方面来进行论证和评估，即分析这些要求在理论上是否正确，技术上是否可行，经济上是否合理。如果其中有一项通不过，原则上都应进行概念设计的修改，只有三个方面都可行时，开发设计工作才走向下一步。

有时要求对系统及其元部件进行分析和建模，并采用计算机辅助工程技术进行计算机仿真，试验各种模型并进行选择。这样可以大大缩短开发周期，降低产品成本。7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（4）初步方案设计

初步方案设计的任务就是根据上述步骤得到的参数和要求，提出实现这些要求的技术方案。其工作内容如下：按照系统功能，从方便设计制造的角度出发划分模块；提出实现每个模块功能的技术方案，尽可能多地提出可实现的方案，以供下一步的比较、筛选和优化设计；对提出的各个方案中所包含的主要元器件和构件及主要参数进行预算和粗算，并定出1~2个最优者做最后的比较。7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（5）方案最优性评估

对于设计方案或机械结构的分析和评价，一般可以从技术性、经济性和社会性三个方面进行考虑。进行方案最优性评估的步骤如下：首先对系统进行建模并提出优化的目标函数和评价指标；其次根据建立起来的模型评价的目标函数对每一个技术方案进行计算或仿真分析；最后进一步修改技术方案，完成方案设计的评估。7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（6）详细设计

详细设计主要是对系统总体方案进行具体实施步骤的设计，其依据的是总体方案框架。从技术上将其细节逐步展开，直至完成试制产品样机所需的全部技术工作。进行辅助功能模块设计，实现辅助功能尽量直接选用标准件、通用件等现有结构；进行主体功能模块的详细设计，进一步完善、补充草图。

目前该阶段的工作内容基本都已经能够借助计算机辅助设计、辅助工程软件系统来完成。7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（7）设计方案审核与优化

设计方案的审核是在前面阶段工作的基础上，对已设计的结构整体进行优化设计，找出关键问题和薄弱环节进行干扰和差错分析，最后进行经济分析，检查成本是否满足预定规划。

系统优化就是应用最优化理论和方法，对各候选方案进行最优化计算，以期获得最优的系统方案。由于系统的结构通常很复杂，有许多目的和要求，很难完全兼顾，因此对系统的优化追求的是整体上的相对最优。7.1机电一体化系统总体设计3、总体设计的主要内容（8）完成总体设计报告

总结上述设计过程的各个方面，写出总体设计报告，为总体装配图和部件装配图的绘制做好准备。总体设计报告要突出设计重点，将所设计系统的特点阐述清楚，同时应列出所采取的措施及注意事项。

机电一体化总体设计的目的是设计出综合性能最优或较优的总体方案，作为进一步详细设计的依据。7.1机电一体化系统总体设计4、总体设计的评价方法

设计方案的审核是在前面阶段工作的基础上，对已设计的结构整体进行优化设计，找出关键问题和薄弱环节进行干扰和差错分析，最后进行经济分析，检查成本是否满足预定规划。

系统优化就是应用最优化理论和方法，对各候选方案进行最优化计算，以期获得最优的系统方案。由于系统的结构通常很复杂，有许多目的和要求，很难完全兼顾，因此对系统的优化追求的是整体上的相对最优。第7章机电一体化系统设计机电一体化技术7.2机电一体化系统的性能指标与优化7.2机电一体化系统的性能指标与优化

21（1）功能性要求分析1、使用要求分析①功能范围任何产品实现功能都有一定范围。如图7.1和图7.2，一台多功能数控机床可以通过换刀完成多种复杂的加工，单一功能的机床只能进行单一的加工。7.1多功能机床刀库7.2车床7.2机电一体化系统的性能指标与优化

22（1）功能性要求分析1、使用要求分析①功能范围产品的适用范围窄，结构简单，开发周期短，成本就较低，但产品的市场覆盖面小，产品批量小，会使单套的成本增加；如果扩大适用范围，产品结构就趋于复杂，成本增加，但批量数量的增加可以使单套成本趋于降低。确定产品的功能范围，要考虑用户使用要求和生产者的经济合理性。要综合分析市场需求、技术难度、生产企业的实力等，其中最难获得的是市场需求与功能范围的关系。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

23（1）功能性要求分析1、使用要求分析②精度指标产品的精度是指产品实现其规定功能的准确程度。产品的精度越高，制造成本就会越高，销售价格就越高，销量就会越低；产品的精度降低可以降低成本和价格，增加销量，但使用范围会减小，可能导致销量的下降。需要确定精度与成本、价格与销量的关系，进行最优计算。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

24（1）功能性要求分析1、使用要求分析③可靠性指标产品的可靠性是指产品在规定条件下，在规定时间内完成规定功能的能力。∆规定的条件：工作条件、环境条件、存储条件∆规定的时间：产品平均寿命或平均故障间隔时间∆完成规定功能：产品性能指标没有发生破坏或降低性失效7.2机电一体化系统的性能指标与优化

25（1）功能性要求分析1、使用要求分析③可靠性指标整机可靠性取决于产品可靠性最低的零部件或元器件。需要确定可靠性与成本、价格与销量关系后，对可靠性做出最优决策，如图7.3。图7.3可靠性与成本7.2机电一体化系统的性能指标与优化

26（1）功能性要求分析1、使用要求分析④维修性指标为了使产品在整个寿命期内完成既定的任务，需要通过维修保障其有效运行。维修可分为预防性维修和修复性维修，修复性维修费用一般大于预防性维修。在产品的设计阶段可以把预计维修周期短的部件设计成便于查找故障、易于拆装的结构。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

27（2）经济性要求1、使用要求分析①购置费用影响购置费用的最主要因素使生产成本，降低生产成本是降低购置费用的最主要途径，主要方法有：∆合理选用零部件和元器件，避免大材小用∆不影响工作性能的前提下，尽量简化结构∆采用标准化、系列化和通用化的零件∆

采用新结构、材料和元器件，适时进行技术更新换代7.2机电一体化系统的性能指标与优化

28（2）经济性要求1、使用要求分析②使用费用使用费用包括运行费用和维修费用，在产品设计过程中，降低使用费用的措施有：∆提高产品的自动化程度∆选用转化率高的机构或电器∆合理确定检修周期7.2机电一体化系统的性能指标与优化

29（3）安全性要求1、使用要求分析①保证人身安全的措施∆设置安全检测和防护装置∆产品外表及壳罩进行倒角和去毛刺处理∆在危险部位或区域设置警告提示或标语∆当控制装置和被控对象为分离式结构时，两者之间的电气连线应埋于地下或架在高空，并用钢管加以保护7.2机电一体化系统的性能指标与优化

30（3）安全性要求1、使用要求分析②保证产品安全的措施∆设置各种保护电器，如熔断器、热继电器等∆安装限位装置、故障报警装置和急停装置等∆采用状态检测及互锁等方法防止因误操作产生的危害7.2机电一体化系统的性能指标与优化

31（1）功能性指标2、性能指标功能范围：功能、规格、尺寸、速度功能性要求精度指标：实现规定功能的准确程度可靠性指标：规定条件、规定时间内，完成规定功能的能力7.2机电一体化系统的性能指标与优化

32（2）经济性指标2、性能指标经济性指标设计制造成本：与加工工艺、标准化程度有关系统作为产品的售价：与设计制造成本和管理水平有关产品的使用成本：与产品的设计性质、易耗品种类数量有关7.2机电一体化系统的性能指标与优化

33（3）安全性指标2、性能指标∆对系统自身的保护性能：误操作保护、故障诊断、故障避免∆对操作人员的保护性能：危险区域防护，电、碰撞、高温、高压的防护∆对环境的影响指标：对空气、水的污染程度，对周边产生噪声、震动的影响7.2机电一体化系统的性能指标与优化

34（4）特征指标2、性能指标特征性指标是决定产品功能和基本性能的指标，是设计中必须设法达到的指标，包括工作范围、运动参数、动力参数、精度等。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

35（5）优化指标2、性能指标优化指标是在产品优化设计中用来进行方案对比的评价指标，优化指标有一定的范围和可以优化选择的余地，常被选作优化指标的有生产成本、可靠度等。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

36（6）寻常性指标2、性能指标公认的、默认的指标，如成本低、设计新颖、外形美观、符合人机工程学、体积小、重量轻、工艺性好、操作简单等。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

37（1）生产能力3、优化指标

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

38（1）生产能力3、优化指标②实际生产能力G实际生产能力是指机械系统在正常运行期间单位时间内平均生产合格产品的实际数量。在实际生产中，生产能力与工作环境、操作水平、辅助操作时间、维护保养等因素有关。实际生产能力小于理论生产能力。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

39（2）成本3、优化指标成本机器成本材料及动力费用工时费用间接费用生产成本日常物化劳动消耗活劳动消耗7.2机电一体化系统的性能指标与优化

40（3）柔性3、优化指标机电一体化系统的柔性是指对外部环境变化的适应能力，用柔性系数F来表示：

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

41（3）柔性3、优化指标加工机械的柔性分为工艺柔性和结构柔性，工艺柔性体现了系统对物料品种变换应具有的适应能力，表达式为：

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

42（3）柔性3、优化指标加工机械的系统调整时间为：

提高系统的工艺柔性，必须缩短系统调整时间和增加被加工物料的批量或加工周期。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

43（3）柔性3、优化指标

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

44（3）柔性3、优化指标

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

45（3）柔性3、优化指标

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

46（4）自动化程度3、优化指标

辅助操作时间是机器实现主功能时，除完成规定工作运动外所需的时间。7.2机电一体化系统的性能指标与优化

47（5）可靠性3、优化指标①可靠度可靠度是产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的概率，记为R(t)

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

48（5）可靠性3、优化指标②平均寿命MTBF表示可维修产品的平均寿命，称为平均故障间隔时间MTTF表示不可维修产品的平均寿命，称为平均失效前时间平均寿命的估计值表示为：

7.2机电一体化系统的性能指标与优化

49（5）可靠性3、优化指标③失效率

第7章机电一体化系统设计机电一体化技术7.3功能及性能指标的分配7.3功能及性能指标的分配1、功能分配对于具有等效性的功能，将全部实现形式列出，并选出最优的方案图7.4为定量称重装置功能框图，图中三角形表示可建立滤波功能的位置。A/D基座图7.4定量称重装置功能框图给定值控制驱动送料输出值传感放大振动干扰机械滤波器模拟滤波器数字滤波器7.3功能及性能指标的分配521、功能分配选择滤波方案的条件为：存在振动干扰的条件下，保证称量工作，并且成本要低。可选择成本为优化指标。滤波器放在不同位置，对系统的动态特性会产生不同影响。其中机械滤波器不受特征指标的约束，可以将衰减率设计得足够大，但机构复杂，体积较大，因而成本也较高。模拟滤波器可以与放大器放在一起，也可以放在放大环节之后。在控制回路中串入低通滤波器后，将使控制系统阶跃响应时间增加，相位滞后增大，快速响应性能降低。故模拟滤波器不能采用高阶低通滤波器，而低阶低通滤波器效果又较差。7.3功能及性能指标的分配531、功能分配数字滤波器的算法种类多，需要计算时间，受允许的滞后时间的限制。对较低频率的干扰信号的抑制能力较弱，但数字滤波器容易实现，成本较低。三种滤波器各有特点，需要采用优化方法合理分配滤波功能。将成本作为优化指标，特征指标为约束条件，构成单目标优化问题。求出各种实现形式在满足约束条件下的一定范围内的有关性能，将这些性能列成表格，进行比较，选出最优方案，如表7.1。7.3功能及性能指标的分配541、功能分配滤波形式项目ABCD机械滤波器衰减率/dB-20-30-35-40————————成本/元100200300500模拟滤波器衰减率/dB-5-10-15-201.4735.510成本/元20202020数字滤波器衰减率/dB-12-17-20-221.52.53.54.5成本/元10101010表7.1滤波器特性7.3功能及性能指标的分配551、功能分配可行性方案机械滤波器模拟滤波器数字滤波器总衰减率/dB总成本/元1D-40-----5002AAB-423.971303AC-403.51104BB-403220从表7.1中选出可行性方案列于表7.2，可从表7.2中选出最合理的方案，既方案3。注意当约束条件改变时，会得到不同的可行性方案及相应的最优方案。表7.2滤波方案7.3功能及性能指标的分配562、性能指标分配数控装置驱动电路步进电机减速器丝杠螺母刀架位置图7.5开环数控机床刀架功能框图在总体方案中，一般都有多个环节对同一性能指标产生影响，所以应该合理地限定这些环节对总体性能指标的影响程度。满足约束条件的前提下，采用不同的分配方法构成多个可行性方案，对这些方案进行评价，选出最优的方案。如图7.5为数控车床刀架进给系统，约束条件为最大进给速度和最大定位误差，选择成本作为优化指标，构成单目标优化问题。7.3功能及性能指标的分配572、性能指标分配分析各组成环节误差产生的原因、误差范围和各精度等级的生产成本。表7.3为各组成环节的精度值与相应的生产成本。（1）刀架环节为减少计算量，将床身各部分的影响列在刀架一个环节内，将刀架相对主轴轴线的径向位置误差作为定位误差，床身各部分影响定位误差的主要原因是床鞍在水平面内移动的直线度。刀架床鞍移动直线度46810成本/千元105217.3功能及性能指标的分配582、性能指标分配组成环节指标ABCD刀架床鞍移动直线度46810成本/千元10521丝杠螺母副传动误差/微米0.5124成本/千元5321.2减速器齿轮传动误差11.222.5成本/千元0.60.60.30.3数控环节最小脉冲当量37————成本/千元32————表7.3各组成环节误差及对应成本7.3功能及性能指标的分配592、性能指标分配（2）丝杠环节丝杠螺母副的传动精度直接影响刀架的位置误差，有两种可选择的结构形式，即普通滑动丝杠和滚珠丝杠，分别对应着不同的精度等级。如果假定丝杠螺母副的传动间隙已通过间隙消除机构加以消除，则传动误差是影响位置误差的主要因素。组成环节指标ABCD丝杠螺母副传动误差/微米0.5124成本/千元5321.2滚珠丝杠滑动丝杠7.3功能及性能指标的分配602、性能指标分配（3）减速器环节该环节误差主要来自齿轮的传动误差。齿侧间隙产生的误差应采用间隙消除机构加以消除，齿轮传动误差需依据初步确定的参数，如丝杠导程、齿轮直径、传动比等，转换成与定位误差有相同方向和量纲的等效误差。考虑到两种可能的传动比和两个可能的齿轮精度等级，共得到四个品质等级的等效误差和相应的成本。组成环节指标ABCD减速器齿轮传动误差11.222.5成本/千元0.60.60.30.37.3功能及性能指标的分配612、性能指标分配（4）数控环节该环节包括了数控装置、驱动电路和步进电机。步进电机在不同载荷下，其转子的实际位置对理论位置的偏移角也不同，在不失步正常运行的情况下，该偏移角不超过±0.5个步进角。由于大量的电磁信号以及电网的波动会扰乱系统的正常运行，因此有必要讨论机电一体化技术中抗干扰的问题。数控环节最小脉冲当量37成本/千元32第7章机电一体化系统设计机电一体化技术7.4机电一体化系统抗干扰设计7.4机电一体化系统抗干扰设计637.4.1、产生干扰的因素（1）干扰的定义干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。从广义上讲，机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰，温度干扰，声波干扰，震动干扰等，其中电磁干扰最为普变且对控制系统影响最大，其他的干扰因素往往可以通过一些物理方法较为容易地解决。7.4机电一体化系统抗干扰设计7.4.1、产生干扰的因素（2）形成干扰的三个要素干扰的形成源于三个要素：干扰源、传播途径、接受载体，具体如下图7.8。三个要素缺少任何一项，干扰都不会产生。图7.8形成干扰的三要素7.4机电一体化系统抗干扰设计657.4.2、干扰源干扰源使得无用信号融入信号通道中，致使控制系统错误操作，造成系统不稳定，产生故障。机电一体化系统易受到的干扰源包括供电干扰、过程通道干扰、场干扰等。7.4机电一体化系统抗干扰设计66（1）供电干扰7.4.2、干扰源大功率设备的通断、电动机的启停等原因，电网上常常出现几百伏甚至几千伏的尖峰脉冲干扰。据统计，由电源的投入、瞬时短路、欠压、过压电网窜入的噪声引起CPU误动作及书局丢失，占各种干扰的90%以上。7.4机电一体化系统抗干扰设计67（2）过程通道干扰7.4.2、干扰源通道干扰主要来源于长线传输传输线长短的定义是相对于CPU的晶振频率而定），常见通道干扰的如下：∆

当系统有电器设备漏电、接地系统不完善等情况时，会在通道中直接串入很高共模电压或差模电压。∆各通道的传输线如果处于同根电缆中或捆扎一起，各路间会通过分布电感或分布电容产生干扰。∆电磁感应产生的干扰也在通道中形成共模或差模电压。……7.4机电一体化系统抗干扰设计68（3）场干扰7.4.2、干扰源系统周围的空间总存在着磁场、电磁场、静磁场，如太阳及天体辐射电磁波，广播电话、通信发射台的电磁波等，这些场干扰通过电源或传输线影响各功能模块的正常工作，使其中的电平发生变化或产生脉冲干扰信号。7.4机电一体化系统抗干扰设计69（1）电网电压波动抗干扰措施7.4.3、电源抗干扰的措施∆

计算机控制系统的供电应该与大功率的动力负载供电分开。∆在经常停电的地方，计算机控制系统的供电考虑安装不间断电源（UPS）。∆对于长时间欠电压、过电压和电压波动地方，应安装交流稳压器。……7.4机电一体化系统抗干扰设计70（2）电子设备内部电源线抗干扰措施7.4.3、电源抗干扰的措施对电子设备内部电源线带来的干扰问题，可以通过耦合电容加在每个集成电路的电源端子间去解决。7.4机电一体化系统抗干扰设计71（3）配电抗干扰7.4.3、电源抗干扰的措施抑制电源干扰首先从配电系统的设计上采取措施，可采用图7.9所示的配电方案。

交流稳压器

低通滤波器

直流稳压电源

电源变压器AC220V系统供电输出图7.9系统配电方案7.4机电一体化系统抗干扰设计72（3）配电抗干扰7.4.3、电源抗干扰的措施低通滤波可以抑制电网的瞬态干扰，其电路如图7.10。在初级线圈与次级线圈间加电容，可有效抑制共模干扰，其电源变压器干扰隔离电阻如图7.11.图7.10低通滤波器图7.11电源变压器干扰隔离电阻7.4机电一体化系统抗干扰设计73（4）开关电源抗干扰7.4.3、电源抗干扰的措施机电一体化系统目前使用的直流稳压电源可分为常规线性直流稳压电源和开关稳压电源，由图7.12所示的开关电源基本电路，分析产生干扰原因。图7.12开关电源基本电路7.4机电一体化系统抗干扰设计74（4）开关电源抗干扰7.4.3、电源抗干扰的措施

7.4机电一体化系统抗干扰设计75（1）干扰源分析7.4.4、控制微机抗干扰设计图7.13控制微机的干扰在控制微机设计时，考虑系统抗干扰性能，会在系统投入运行后，有较强抗干扰能力；反之，等到现场发现问题后，在进行修补，会浪费大量人力物力，控制微机干扰如图7.13。7.4机电一体化系统抗干扰设计76（1）硬件抗干扰分析7.4.4、控制微机抗干扰设计图7.14硬件抗干扰设计

硬件抗干扰设计主要从电源、抗电磁磁场干扰、地线连接、施工布线、光电隔离等方面入手，如右图图7.14。本节详细介绍用电容或阻容环节抑制干扰。7.4机电一体化系统抗干扰设计777.4.3、电源抗干扰措施图7.15触点抖动抑制电路图7.16交流火花抑制电路

电容是一个储能元件，对一些瞬时性的干扰或尖顶脉冲具有吸收的能力。∆

抑制各类出点或开关在闭合或断开瞬间因触电抖动所引起的干扰，如图7.15。∆抑制电感性负载在切断电源产生的反电势，如图7.16。7.4机电一体化系统抗干扰设计787.4.3、电源抗干扰措施图7.17输入阻容滤波电路图7.18长线干扰抑制电路∆

图7.17为输入信号的阻容；滤波电路，类似于这种电路既可以作为直流电源的输入滤波器，也可以作为模拟信号的阻容滤波器。∆抑制由于控制装置和控制对象长距离信号传输所造成干扰，如图7.18。

7.4机电一体化系统抗干扰设计79（1）电感负载两端并联放电通路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护图7.19并联电阻通路并联电阻通路无极性要求，交直流都能用，其结构简单，常用在小电流发动机绕组和一般继电器中；其缺点是工作过程中消耗功率，且释放电感所需时间较长，其电路图如右图7.19。①并联电阻通路7.4机电一体化系统抗干扰设计80（1）电感负载两端并联放电通路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护图7.20并联RC网络并联压敏电阻的电路与图7.20不同之处是R为压敏电阻。该电路平时消化功率小，释放储能时间短，常用于交直流电动机绕组、开关设备、变压器及一些功率较大的设备。②并联压敏电阻通路7.4机电一体化系统抗干扰设计81（1）电感负载两端并联放电通路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护利用稳压管和二极管的钳位作用，使开关断开时电感两端不会出现太大电压。稳压管电路适用于交、直流情况，二极管电路只适用与直流电路。③并联稳压管、二极管电路7.4机电一体化系统抗干扰设计82（1）电感负载两端并联放电通路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护图7.21并联RC网络由图7.21可知，开关断开后，电路成为自由阻尼振荡电路，电压和电流为衰减的正弦波形，交直流电源都可以使用。④并联RC网络7.4机电一体化系统抗干扰设计83（1）电感负载两端并联放电通路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护图7.22耦合线圈放电通路耦合线圈放电通路虽然抑制效果好，但制作麻烦，只适用与直流电路，且电感必须绕在铁芯或磁环上面，电路如图7.18。⑤耦合线圈放电通路7.4机电一体化系统抗干扰设计84（1）电感负载两端并联放电通路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护图7.23三级管放电通路

⑥三级管放电通路7.4机电一体化系统抗干扰设计85（2）开关触点的保护电路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护图7.24RC保护电路

切断电感性负载时防止开关触点产生火花放电的方法，可以在开关触点上加保护电路，最常用的是RC保护电路，如右图7.24。7.4机电一体化系统抗干扰设计86（2）开关触点的保护电路7.4.5、感性负载瞬态噪声抑制及触电保护图7.25并联二极管的RC保护电路

RC保护电路无极性要求，在交直流情况下都能应用。图7.25是一种RC保护电路的改进形式，即在R上面并联二极管。机电一体化技术7.4.6软件抗干扰设计7.4.6软件抗干扰设计88(1)在干扰的作用下，微机硬件部分以及与其相连