机电一体化技术基础复习大纲.ppt

1、机电一体化技术基础,复习大纲,第1章机电一体化技术概述,机电一体化的基本组成机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。机电一体化系统的基本要求快速响应性、高的精度和稳定性,基本组成及其功能,控制及信息处理单元,动力与驱动单元,执行机构单元,工作指令,机械运动,传感与检测单元,机械本体,系统接口,理论基础与关键技术,理论基础：系统论、信息论、控制论关键技术:精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、系统总体技术和接口技术,第2章机电一体化机械技术,无间隙,低摩擦,低惯量,适当的阻尼比,机电一体化系

2、统对机械零件的要求,高刚度,机械传动机构,齿轮传动如何提高传动精度如何消除齿轮传动中的侧隙圆柱直齿轮：偏心轴套调整法锥度齿轮调整法双向薄齿轮错齿调整法,滑动螺旋传动的特点：传动比大驱动负载能力强自锁（当螺纹线升角小于摩擦角）传动效率低，磨损快滑动螺旋传动的形式及应用螺母固定，螺杆转动并移动螺杆转动，螺母移动差动螺旋传动消除螺旋传动空回利用单向作用力利用调整螺母利用塑料螺母消除空回,螺旋传动,滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构(1)滚珠丝杠副的工作原理原理：具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动件，以减少摩擦，当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本上为滚动摩擦。为了防止

3、滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能循环流动,滚珠丝杠副的特点传动效率高摩擦损失小滚珠丝杠副的传动效率为0.920.96给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好运动平稳，无爬行现象，传动精度高运动具有可逆性（可将直线运动转化为回转运动，传动效率也高达90%以上）磨损小，使用寿命长（滚珠、丝杆、滚珠都经过淬硬）制造工艺复杂不能自锁,滚珠丝杆副的分类法向截面形状：单圆弧、双圆弧滚珠的循环方式内循环和外循环轴向间隙的调整垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式,机械导向机构,导向支承部件的作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定

4、的运动方向运动。滑动摩擦导轨,三角形导轨与矩形导轨的区别导轨的基本要求导轨间隙的调整如何提高导轨的耐磨性,机械支承机构,支承件的作用：承受其他零件的质量和工作载荷，保证各零件相对位置的基准支承件的设计1.应对某些关键表面及其相对位置提出相应的精度要求，以保证产品总体精度2.限制支承件的变形和振动(1)应有足够的刚度（静刚度）(2)应有足够的抗振性（动刚度）设计原则,第3章机电一体化传感检测技术,传感器的组成：敏感元件、传感元件、基本转换电路典型常见的传感器位置传感器光电传感器：光电传感器一般由发光元件(发光二极管，即LED)和受光元件(光敏三极管)组合构成，原理如图3-6所示发光元件将电信号变

5、换成光信号，而受光元件则把光信号重新变换为电信号,差动变压式传感器实质:输出电压变压器一个初级线圈，两个次级线圈极性反接，改变活动衔铁能改变线圈之间的耦合程度如果直接用交流电压表指示，输出值只能反映铁心位移的大小，不能反应极性存在零点残余电压后接差动直流输出电压,位移传感器,光栅位移传感器,被测物体位移栅距脉冲数,加速度传感器压电式传感器压电效应：当某些材料沿某一方向施加压力或拉力时，会产生变形，并在材料的某一相对表面产生符号相反的电荷;当去掉外力后，它又重新回到不带电的状态压电效应是可逆的，压电特性只和变形有关并联接法输出电荷大，电容量也大，故时间常数大，适合测量较慢变化的信号，并以电荷作为

6、输出参数测量串联接法输出电压高，本身电容小，适应以电压输出的信号和测量电路输出阻抗很高的情况,温度传感器,热电偶工作原理:热电效应当两种不同材料的导体构成一个闭合回路时，如果两端结点的温度不同，回路中就会产生电动势和电流，热电动势的大小与两种导体材料的性质及结点温度有关中间温度定律在热电偶回路中，两接点为温度T、T0时的电动势，等于该电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时热电动势的代数和：EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0),信号处理电路,传感器输出信号特点：一般比较微弱（mV、uV级），有时夹杂其它信号（干扰等）放大、调制解调、滤波、A/D转换、电桥等转换电路,第4章

7、机电一体化伺服驱动技术,伺服驱动技术：根据控制指令信息，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求运动的一种控制技术。,驱动元件与负载连接：,一、与负载固连，直接驱动,二、通过机械传动装置与负载连接,步进电动机,步进电动机是一种纯粹的数字控制电动机。其角位移与输入脉冲数严格成正比，旋转一周没有累计误差。需要脉冲电源（产生旋转磁场、提供功率驱动）。,步进电机的工作方式：以四相为例：四相单四拍四相双四拍四相单双八拍,3.步进电动机定子绕组的通电状态的变化频率越高，转子的转速越高，但脉冲频率变化过快，会引起失步或过冲,2.改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变,4.输出转角精度

8、比较高，一般只有相邻误差，但无累积误差。一圈不累积,1.步距角,步进电动机驱动电源环形分配器功率放大器,环形分配器：将脉冲指令按步进电动机的工作规律转换成各相绕组通断信号，经功率放大器，驱动各相绕组产生旋转磁场。,功率放大驱动电路完成由弱电到强电信号的转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。,通过控制步进电动机相邻两种励磁状态之间的时间间隔即可实现步进电动机速度的控制,对于硬件环形分配器，只要控制CP的频率就可以控制步进电动机的速度,对于软件环形分配器，只要控制相邻两次输出状态之间的时间间隔即控制相邻两节拍之间延时时间的长短,直流伺服系统,直流电动机的调

9、速公式,工作时转子绕组是载流导体，在定子磁场中受到电磁力的作用而形成电磁力矩使转子转动进而带动负载,PWM技术基本原理：,基本原理：利用脉宽调制器对大功率器件的开关作用进行控制，将直流电压转化成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢两端电压的平均值，从而调节电机转速,PWM脉冲宽度调节,脉宽调制控制的核心由两部分组成：1.脉宽调制器（控制回路）2.脉宽调制的开关放大器（主回路）,1、PWM调制,只要改变导通时间就可改变电枢两端的平均电压,交流伺服系统,同步电动机的转速方程为：,异步电动机的转速方程为：,调速方法主要是改变供电频率来实现,变频器,功能：将电网电压提供的恒压恒频交流

10、电变换为变压变频交流电,在交流SPWM中，输出电压是由三角载波调制正弦电压，SPWM的输出电压是幅值相等、宽度不等的方波信号。其各脉冲的面积与正弦波下的面积成比例，其脉宽基本上按正弦分布，其基波是等效正弦波用这个输出脉冲信号经功率放大后作为交流伺服电动机的相电压(电流)，改变正弦基波的频率就可以改变电机相电压(电流)的频率，实现调频调速,SPWM变频器,脉冲宽度调制技术中，以所期望的波形作为调制波，而受它调制的波称为载波。,图332双极式逆变器三相输出波形,调制波？载波？,三相SPWM间接变频器主要包括：三相SPWM变频器的控制回路脉宽调制器三相SPWM变频器的主回路整流电路、逆变电路,第5章

11、机电一体化控制及接口技术,开环伺服系统：无反馈控制优点：结构较简单、技术易掌握、成本低；缺点：精度低，抗干扰能力差。,闭环伺服系统：采用反馈控制优点：精度高、调速范围宽、动态性能好；缺点：系统结构复杂、成本高。,计算机控制系统原理图,PLC、单片机控制技术,掌握用PLC编程实现步进电机实现四相单双八拍的工作方式掌握用单片机编程实现步进电机实现四相单双八拍的工作方式,输入输出接口,行扫描法识别键盘过程：,测试有无键按下,为了判断有没有键被按下，可先经A口向所有列线输出低电平，然后再经C口输入各行线状态。若行线状态皆为高电平，则表明无键按下;若行线状态中有低电平，则表明有键按下,去抖动,由于机械触

12、点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开瞬间会出现电压抖动现象。在发生抖动时，键是否按下就很难判别,键扫描以确定按键的物理位置,扫描的过程是先使一条列线为低电平，例如，先向输出口(例如8255A口)输出FEH，然后输入行线状态，再判断行线的状态中是否有低电平，如果行线中有状态为低电平，则闭合的那个键找到，如果没有继续扫描,计算键码,键码=行值*列数+列值,等待键释放,计算键码后，再以延时和扫描的方法等待和判定键释放。当键盘释放之后就可根据键码，转相应的键处理子程序，进行数据的输入或命令的处理,LED显示器接口技术,共阳极（输入低电平点亮）,共阴极（输入低电平点亮）,排列形状,静态显示方式,动

13、态显示方式,机电接口技术,A/D转换转换过程：在进行A/D转换时，通道地址先送到ADDA-ADDC输入端，然后再ALE输入端加一个正跳变脉冲，将通道地址锁存在ADC0809内部的地址锁存器中，这样对应的模拟电压就和内部变换电路接通，为了启动，必须在START端加一个负跳变信号，此后，A/D变换开始，ADC正在工作的状态信号EOC由高电平（空闲状态）变为低电平（工作状），一旦转换结束，EOC信号就又由低电平变成高电平，此时在OE端加以高电平，即可打开数据线的三态缓冲器从D0-D7数据线读得一次变换后的数据,D/A转换,DAC0832模拟输出方式,单极性电压输出:Uout=(-D/256)*Uref双极性电压输出：U=(D-128)/128*Uref,第6章机电一体化系统设计,抗干扰技术干扰：对系统的正常工作产生不良影响