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1、机电一体化系统设计考试资料1. 机电一体化：在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械 装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。2. 工业三大要素：物质、能量和信息3. 机电一体化系统由机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系 统等五个子系统构成。4. 机电一体化系统设计流程：（1）根据目的功能确定产品规格、性能指标（2）系统功能部 件、功能要素的划分（3）接口的设计（4）综合评价（5）可靠性复查（6）试制与调试5. 机电一体化系统设计的考虑方法：（1）机电互补法：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
2、。（2）结合法：将各组成要素冇机结合为一体构 成专用或通用的功能部件。（3）组合法：将用结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-体化产品。6. 机电一体化设计类型：（1）开发性设计：是没有产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理 和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的系统。（2）适应性设计：是在总的方案原 理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械机构 或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附 加价值。（3）变异性设计：是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格 尺寸使Z适应于量的方面
3、有所变更的要求。7. 机电一体化设计程序：（1）明确设计思想（2）分析综合要求（3）划分功能模块（4）决 定性能参数（5）调研类似产品（6）拟定总体方案（7）方案对比定型（8）编写总体设计论 证书8. 设计准则：在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。9. 设计规律：根据设计要求首先确定离散元素间的逻辑关系，然后研究其相互间的物理关系 这样就可根据设计要求和手册确定其结构关系，最终完成全部设计工作。10. 绿色设计：在新产品的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对 环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。11. 传动机构的作用：传动机构的主要功能
4、是传递转矩与转速。日的是使执行元件与负载之 间在转矩与转速方面得到最佳匹配。12. 机电一体化对传动机构的基木要求：传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、 传递转矩大。13. 谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、 承载能力强、效率髙等一系列优点。传动比：14. 导轨的主要作用：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。导轨 副主要由承导件和运动件两大部分组成。导轨副按其接触面的摩擦性质可分为：滑动导轨、 滚动导轨、流体介质摩擦导轨。按其结构特点可分为：开式导轨和闭式导轨。15. 导轨副应满足的基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻便
5、平稳、耐磨性好、温度变化 影响小以及结构工艺好。16. 轴系设计的基本要求：（1）旋转精度（2）刚度（3）抗振性（4）热变形（5）轴上零件 的布置17. 执行元件分为：电气式、液压式和气压式（按使用能量不同分）1&电气式执行元件优点：操作简便；编程容易；能实现定位伺服；响应快、易与CPU相接; 体积小、动力较人；无污染。缺点：瞬时输出功率人；过载差，特别是由于某种原因而卡住 时，会引起烧毁事故，易受外部噪声影响。19. 气压式执行元件优点：气源方便、成本低；无泄露污染；速度快、操作比较简单。缺点： 功率小，体积大，动作不够平稳；不易小型化；远距离传输困难；工作噪声大、难丁伺服。20. 液压式执
6、行元件优点：输岀功率大，速度快，动作平稳，可实现定位伺服；易与CPU相 接；响应快。缺点：设备难于小型化；液压源或液压油要求严格；易泄露且冇污染。共69 页第 2页21机电一体化对执行元件的基本要求：（1）惯量小、动力大（2）体积小、重量轻（3）便于维修、安装（4）宜于微机控制22步进电机的特点：（1）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素的影响，只要在它们的 大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作（2）步进电机的步距角有 误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累（3）控制性能好，在起动、停止、反转时不易“丢步”。
7、23步进电机的种类：可变磁组型、永磁型、混合型（旋转式步进电机的分类）24步进电机的工作原理：步进电机定子有六个均匀分布的磁极，每两个相対磁极组成一相， 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。25步进电机步距角：a =360 / （zm） z转子齿数，m运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即m二KN （N为电动机的相数,单拍时K二1,双拍时K二2）26步进电机功放电路：单电压功率放大电路、高低压功率放大电路、恒流源功率放大电路、 斩波恒流功率放大电路、调频调压功放电路
8、。27脉宽调制直流调速驱动系统（PWM）原理：当输入一个直流控制电压U时就可得到一定 宽度与U成比例的脉冲方波来给伺服电动机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢 冋路的平均电压，从而得到不同大小的电压值，使直流电动机平滑调速。2&交流电机矢量控制：就是要同时控制电动机输入电流II的幅值和相位q,以得到交流电 动机的最佳控制。29从控制的角度出发，微机应能满足具有较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的输入/输出通道和实时时钟等要求。（从不同的被控制对象角度而言，还应考虑几个特殊要求： 字长、速度、指令。）30微型计算机的基本特点：小型化、超小型化，具有一般计算机的信息处理、计测、控制 和记
9、忆功能，价格低廉，且可靠性高、耗电少。选用要点：不同领域可选用不同品种、不同 档次的微机。4位机常用于较简单、规模较小的系统，16位和32位机及64位机主要用于较共69 页第 3页复杂的大系统，8位机则用于中等规模的系统。单片机应用范围广，不但用于简单小系统, 而且不断被复杂大系统所应用。31单片机具有：功能全、体积小、功耗低、价格便宜等优点。32机电一体化对检测传感器的基本要求：（1）体积小、重量轻、对整机的适应性好；（2）精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高；（3）安全可靠、寿命长；（4）便于与计算机连接；（5）不易受被测对象的影响，也不影响外部环境；（6）对环境条件适应能力强；（7
10、） 现场处理简单、操作性能好；（8）价格便宜。33稳态设计包括：使系统的输出运动参数达到技术要求、执行元件的参数选择、功率的匹配及过载能力的验算、各主要元部件的选择与控制电路设计、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，并为后面动态设计中的校正补偿装置的引入留 有余地。34动态设计包括：设计校正补偿装置，使系统满足动态技术指标要求；通常要进行计算机 仿真，或借助计算机进行辅助设计。35.机电一体化伺服系统的稳态设计就是要从两头入手，即首先从系统应具有的输出能力及36工业机器人一般由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组 成。37工业机器人的主要
11、技术参数：握取重量、运动速度、自由度、定位精度、程序编制与存 储容量。38自由度：确定工业机器人的末端执行器在运动空间的位置和姿态的、独立的变化参数就 是工业机器人的自由度。一般具有4、6个自由度即满足使用要求。39工业机器人按坐标形式分为：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、SCARA型、多关节 型。41、绘制由光电编码器等组成的工作台闭环伺服系统框图。42、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给三相六拍通电的步进电机励磁绕组，测得 步进电机的转速为100r/min,已知转子有24个齿，求：（1）、步进电机的步距角（2）、脉冲电源的频率43、如图所示的机电传动系统，减速机构为两级减速箱，已知
12、齿轮齿数之比为Z2/Z1二3,Z4/Z3二5,减速机构的效率为口二0.92,各齿轮的转动惯量为J1 =29. 4Nm2,J2 =78. 4Nm2J3 =49Nm2,J4 =196Nm2,电动机转动惯量Jm二294Nm2,负载惯量JL =450. 8Nm2负载转矩T2二470Nm ,试求：（1）、折算到电机轴上的负载转矩（2）、折算到电机的转动惯量。1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和 机械技术 渗透过程中形成的一个新概念。2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、 省资源、智能化。4. 机电
13、一体化研究的核心技术是接口问题。5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系 统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机 电组合法。9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入 微电 子技术，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
14、两大重要特征（转换作用方式）：以能源转换为主 和以信息转换为主11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺 母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。12滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆呱和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循 环和外循环两类。13滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧 调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推一单推式、双推一双推式、双推一简支式、双推 一自由式。15. 机电一休化系统（产品）常用齿轮传动形式冇定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形
15、式。16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最 小原则、传动精度最优原则等。17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。18导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形 式的执行元件。20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别 称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机 三种。22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作方式决定的；为了进一步提共69 页第 7页高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。24. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配 电路、驱动放大电路等组成。25. 机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、 单板机控制系统、 工业微型计算机控制系统三种。26. 提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、屏蔽技术和滤波技术27. 常用传感器主要
