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1、专业好文档 机电一体化定义:利用电子技术传感器，控制论，计算机使机械系统达到柔性化和智能化的技术,涵义是指机械和电子的集成技术，是微电子技术，信息技术的快速发展并向传统机械产品渗透和融合的结果.4A革命:工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、社会服务自动化。 典型的机电一体化系统：伺服系统，数控机床，工业机器人，顺序控制系统，自动导引车，数控自动化系统。 线性系统：输入和输出满足线性叠加原理的系统。数学模型中所有的系数与时间无关的的常量系统称为定常系统。 伺服系统是一种反馈控制系统，它的受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度。数控系统是一种利用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统。机电一体化
2、机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻尼合理，刚度大，抗振性好，间隙小，并满足小型、轻量等要求。 机电一体化系统设计过程包括哪些内容市场调研 概念分析 可行性分析 编制设计任务书，初步设计 方案设计评级与优化 详细设计和参数计算 完成全部设计文件。 机电一体化（mechatronics）、开环搬运机器人（PNP）、点位式工业机器人（PTP）、连续路径工业机器人（CP）、自动导引车（AGV）、柔性制造系统：将计算机数控机床、工业机器人以及自动导引车连接起来的系统（FMS）、计算机集成制造系统：它通过计算机网络，将计算机辅助设计、辅助规划及辅助制造，统一连接成一个大系统，实现
3、全厂自动化。（CIMS）、微机电系统:（MEMS） 机电一体化系统模块：机械受控模块、测量模块、驱动模块、控制模块（又由通信模块、微计算机模块、软件模块、接口模块组成）。 微计算机模块：负责处理由测量模块和接口模块提供的信息。 机电一体化产品设计中需要贯彻整体系统设计思想、机和电融合的设计思想和注重创新的 用以下思想处理机和电的关系：（1）替代机械系统（极端情况下，机械的功能可以由微处理机和执行器取代，从而使机械产品变成电子产品）。（2）简化机械系统。（3）增强机械系统。（将正常设计的机械和控制回路相组合，可以实现增强机械系统的运动速度、精度以及柔性，有关的部件可以做得更轻、惯量更小）（4）综
4、合机械系统。 设计过程：明确任务、概念设计、具体设计和详细设计。 齿轮副消隙：（1）刚性调整法：包括调整中心距法、选择装配法、带锥度齿轮法以及斜齿轮法。（2）柔性调整法：主要通过在双齿轮中间加入弹性元件，（如拉簧，压簧，蝶形弹簧）使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮齿的两侧，以消除啮合间隙。 蜗轮蜗杆传动特点：只能用于传递空间垂直交错轴之间的回转运动，优点是传动平稳、噪声小、可自锁，但传动效率低，功率损失较大。 对于多级减速装置，可使相邻各级速比满足最小等效惯量原则，如果所有负载折合到电动机轴上的转动惯量与电动机转子转动惯量相等，则速比达到最佳。 滚珠丝杠螺母副消隙及预紧方法：（1）双螺母齿差式。（2）
5、双螺母螺纹式。（3）双螺母垫片式。（4）单螺母变位单程自预紧式。（预紧能有效地减小弹性变形所带来的轴向间隙，预紧一般应在最大轴向载荷下，既能消除间隙，又能灵活运转。） 滚珠丝杠螺母副分为内循环、外循环（螺旋槽式、插管式、端盖式）使滚珠丝杠具有最大刚度的支撑方式是双推双推支撑。液体动压支撑原理：原理是斜板承载机理，若两平面之间的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。 导轨副用于引导运动部件的走向，保证执行件的正确运动轨迹，并通过摩擦和阻尼影响执行件的运动特性，如定位精度和低速均匀性。导轨副包括运动导轨和支撑导轨。滑动导轨易产生低速爬行现象。支撑件包括机身、机座、支柱及横梁。功能是支
6、撑固定连接件，或者相对运动的部件。支撑件的静刚度：是指支撑件产生的静变形与承受的静载荷之比。（与动载荷之比为动刚度）开式导轨：借助于运动件的自重和外载荷，在一定的空间位置和受力状况下，使运动导轨和支撑导轨的工作面可靠接触，从而保证运动导轨的规定运动。闭式导轨：借助导轨副本身的封闭式结构，在变化的空间位置和，使运动导轨。 并联机构：具有多个运动自由度，且驱动器分配在不同环路上的闭式多环机构。 设计机械传动装置的要求有足够高的谐振频率 高刚度低转动惯量 适当的阻尼比，良好的摩擦性和尽可能小的传动间隙。机电测量模块：由传感器、信号调理电路以及测量系统等组成，涉及系统状态和行为的信息采集与处理技术，它
7、的作用是将机械结构模块的状态和性能参数变换为电的信号，并进行必要的信号转换和信息处理，提供给检测或控制。 根据工作原理将传感器分为结构性和物性性 ,结构性传感器是指根据传感器的结构变化来实现信号的传感，物性型根据传感器敏感元件的材料本身物理特性的变化来实现信号的转换。 传感器和测量系统的性能：工作特性（量程、阀值、分辨率、灵敏度、可靠性、漂移）、静态特性（精度、重复性、误差、线性度）、动态特性（时域和频域指标）。 量程：由可检测变量值的下限和上限定义，量程包含下限和上限之间的所有值。 阀值：能产生输出变化的被测变量的最小变化量。 在使用时可以采取某些技术措施来改善传感器的性能 ：1差动技术可消
8、除零位输出和偶次非线性项2平均技术常用的平均技术有误差平均技术（利用n个传感器单元同时感受被测量）和数据平均技术（在相同条件下测量重复n次取平均值）。3稳定性处理。4屏蔽隔离。5闭环技术将反馈控制技术和传感器相结合，构成闭环测量系统。 增量式编码器是指旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向由计数器对这些脉冲进行加减技术，以此来表示转过的角位移量。 电阻应变效应：金属电阻丝随机械变形其电阻值发生变化 压阻效应当单晶硅半导体沿某方向受到外力作用时，其电阻率发生变化，导致电阻值发生变化。压电效应：某些晶体沿一定方向受外力作用而变形是，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到
9、不带电的状态 霍尔效应：金属或半导体处于磁场中，当有电流通过时，在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势。 选用放大器的开关频率时应考虑开关频率尽可能的高 开关频率必须比系统通频带大10倍以上 开关频率必须远大于各环节的共振频率。 感应同步器是一种利用电磁感应原理来测量位移的传感器，并且它是增量式测量传感器。 直流伺服电动机是一种受输入电信号控制并作出快速响应的电动机。特点是堵转转矩与控制电压成正比，转速随转矩的增加而近似线性下降，调速范围宽，当控制电压为0时能立即停转。 直流伺服电动机的调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机转速随控制电压变化的关系。调节特性与横轴的交点为电动机的起始电压。从原点到始
10、动电压点的横坐标范围，被称为在某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区。 直流电动机线性功率放大器（驱动电路）是指功率元件工作于线性状态，其输出电压或电流与控制信号成比例关系。 步进电动机又称为脉冲电动机，采用变磁阻原理产生电磁转矩，将数字的电脉冲信号输入转化为模拟的输出轴运动 与一般伺服电动机比较特点是可以直接数字控制，在开环系统中可以达到高精度的定位和调速位置误差不会积累 转子每步转动的角度称为步距角 转速与脉冲频率相关 步数与脉冲数相关 反应式步进电动机：又称变磁阻式步进电动机，其定子和转子均由硅钢片组成，定子上有若干对磁极，磁极上有控制绕组。在转子的圆柱面上均匀分布有小齿。 永磁式步进电动机
11、的定子极上有二相或多项控制绕组，转子为一对或多对的星型永久磁钢，永磁式步进电动机由于转子为永久磁刚，所以断电有定位转矩，消耗功率小，缺点是步距角大，起动和运行频率较低，需正负脉冲供电。 对步进电动机的驱动电路有如下要求：（1) 能够提供快速上升和下降的电流，使电流波形尽量接近矩形 .(2)具有供截止期间释放电流的回路 ，以降低相绕组两端的反电动势，加快电流衰减。(3)功耗尽量低，效率要高 。 步进电动机单极性驱动电路中，晶体管开关由脉冲分配器产生的脉冲控制，从而使各相绕组的电流导通和截止。还应有限流电阻和续流二极管。 步进电动机双极性驱动电路：使用了四只晶体管为开关控制相绕组电流。它不仅可控制
12、相绕组电流的导通或截止，还可控制其方向。该电路应具有限流电阻和续流二极管。该电路主要用于混合式或永磁式步进电机。DDA法运动控制：就是采用数字量（整数）表达加速度、速度以及位置坐标，将加速度到速度和速度到位置的积分表达式，采用求和方式进行近似数值积分，从而产生增量式运动控制指令。间接测量的系统称为半闭环系统，特点是可以避免传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行震荡，比闭环容易实现，节省投资。 直接测量的称为全闭环系统，可获得良好地控制精度，受非线性影响严重，在高精度场合适用。 闭环伺服系统是反馈控制系统，由控制器、受控对象、反馈测量装置以及比较器等组成。优点：精度高、动态性能好、对环境变化灵敏
13、度低，以及抗干扰能力强。缺点：结构比较复杂，价格贵，不好维修。 负反馈：测量输出变量，并将其转换为电信号反馈到系统的输入端。 根据传递信号不同，伺服系统分为：模拟伺服系统、参考脉冲系统、采样-数据系统（计算机闭环控制系统）。 采样-数据系统：是指计算机参与闭环控制的伺服系统，其输入往往由上位机生成并经过精插补的参考指令，输出是转轴的角位移或工作台的线位移。 若考虑对系统响应速度的影响，采样周期应小于或等于系统的最小时间常数。若考虑系统的抑制干扰的能力，采样速率应为闭环系统通频带的10倍以上。比例积分微分控制器（PID）中：P的作用是增加开环增益，降低系统稳态误差，增加系统通频带，但是会使系统变
14、得不稳定。I的作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个无静差度，但是使系统相位裕量减小，稳定性变差。D的作用是给系统提供阻尼，增加稳定性，但同时增加了高频增益，使系统中的高频噪声放大，影响系统正常工作。数字PID控制器的两种实现方式是：在双传感器中，PI由微处理机位置控制实现，D的作用是由测速机负反馈实现；在单个位置传感器的系统中，PID可以由微型机单独实现。 如何消除因截断误差造成的积累误差 ：处理截断误差的一种方法就是保留截断等待它们积累到显著值时修正整数部分，这样就可以消除积累误差。 在数控系统中，当系统增益取值为8001600每秒时，称该系统为硬伺服。当取值为850每秒时，称为软伺
15、服。 点位控制是在容许加速度和速度条件下，尽可能快地由坐标位置运动到目的坐标位置，而对于两点之间的轨迹是没有精度要求的。连续路径控制对于轨迹上的每一点坐标都具有一定的精度要求，不仅要求路径连续，而且要求速度连续。 路径只代表与轨迹有关的位置信息。轨迹是代表在空间直角坐标系或机器人连杆坐标系中运动的位置-时间曲线，是具有适当速度和加速度信息的路径。 插补：通过数控系统的计算“插入、补上”运动轨迹的各中间点坐标，一般把这个过程叫做插补。插补的概念就是产生一系列固定长度的步距，近似不能直接到达的几何图形，使得刀轨路径的最大偏差保持在一个步长以内。根据开关条件是时间函数或事件函数，顺序控制系统分为时间驱动和事件驱动两种类型。在时间驱动系统中，每一操作步骤都是在给定时刻，或是给定时间间隔之后启停。在事件驱动过程中，每一操作步骤都是由于某一事件发生才会启停。 描写事件驱动过程常用梯形图和布尔代数方程。梯形图是描写.最普遍的图形表示法。布尔代数方程是代表梯形图中梯级得另一种方法。 If we dont do that it will go on and go on. We have to sto
