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1、第1章绪论1.1机电一体化技术的产生与发展机电一体化技术的产生：机械化技术的发展：工业革命开始控制技术发展：20世纪30年代，开始快速发展，以军工技术为载体信息处理技术的发展：20世纪60年代，开始快速发展，以大规模集成电路为载体机电一体化技术的产生：自从控制技术快速发展，就20世纪70年代，60年代提出，70开始快速发展机电一体化技术的发展：自动化技术发展的必然产物：各个学科综合结果，尤其自动化技术+计算机技术。（日本：机械制造领域：为提高生产效率，自动化生产、生产过程信息化控制；美国：主动将自动化技术（正像乔布什说的“人们并不清楚自己需要什么，需要你来告诉他们”）、信息化技术推广到工程技术
2、的各个领域；英国学者：各个领域发展过程中的自然渗透，涉及大量学科。中国：国家9.5开始大力支持；各个高校对机电一体化的理解）1.2机电一体化的相关技术图1控制系统的基本组成图2 机电一体化技术体系传感器技术、自动控制技术、精密机械技术、伺服传动技术、系统总成技术1.2.1传感器技传感器：能检测各种物理量，将测得的各种参量转换为电信号，并输送到信息处理部分的功能器件。完成对各种信息的检测、收集，这些信息包括：位移、位置、速度、加速度、力；压力、流量、温度；电压、电流因此传感器首先需要有敏感元件部分。输出量通常为模拟电流、电压、数字量，因此传感器通常配有专用的信号处理电路。1.2.2信息处理技术完
3、成对信息的输入、输出、计算、分析、存储。通常为专用控制装置，以及计算机、单片机、A/D、D/A 完成上位机的信息交换功能。1.2.3自动控制技术各种控制单元，以自动化过程为控制目的的各种逻辑控制；以某些参数值为控制目的的各种参数控制；以 某些综合指标为控制目标的最优化控制。等等。高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。各种控制理论、特殊控制策略、专用算法1.2.4伺服传动技术电机拖动技术液压传动及伺服控制技术气压传动技术1.2.5精密机械技术为更好地与控制技术结合，精密机械技术较一般的同类机械精度要求更高，要有更好的可靠性及维护性， 同时要有更新颖的结构
4、。高精度导轨、精密滚珠丝杠、高精度轴承、高精度齿轮，微电机系统、高精度伺服系统1.2.5系统总体技术局部最优技术：就某一指标局部达到最优。总体最优技术：系统中的关键元件的指标可能非最有，但系统的各种指标总体评价最有。1.3机电一体化技术的发展前景性能方面：高精度、高效率、高性能、智能化。如数控机床的精度可达到0.1m ；最新电液伺服阀带宽可 大1000Hz以上；功能方面：小型化、轻型化、多功能。如微型电机、特种电机，尤其是近几年出现的新型压电执行器（应 用于电液伺服阀、特种加工）、超声电机（高速高精度控制、特种加工）。层次方面：复合集成、系统化。如复合控制系统（电力驱动+液压伺服）、实时仿真与
5、控制系统（DSPACE）、 多模式电机控制器（多自由度电机）1.4液压钢索张拉系统1.4.1钢索张拉系统要求张拉系统:要求：1.按照给定的张拉力-时间曲线对钢索进行张拉，记录相关数据（画张拉曲线并对张拉过程进行解释）2. 锁紧钢索3. 实现信息化管理1.4.2张拉系统组成首先介绍目前的张拉过程特点：机液液压系统；人工控制；人工监理缺点：精度低；张拉过程难以规范化；无法多点张拉同步；无法信息化。执行机构（伺服传动系统）：液压缸，也可以包括液压系统压力传感器（检测传感系统）：压力一一 电压（电流）转换 控制器（控制系统）：液压系统+PLC+控制算法 信息处理（信息处理系统）：数据记录、存储，报警、
6、提示。整体最优设计（系统总成技术）：伺服系统/比例系统/开关系统1.5无人机姿态控制系统本章思考题什么是机电一体化？其组成要素是什么？与机电一体化相关的技术有哪些？机电一体化是在什么背景下产生和发展起来的？通过列举生活中的实例来说明机电一体化的组成要素和作用。机电一体化发展的前景如何？第2章传感器技术2.1位移传感器2.1.1电感式位移传感器N 2 AT变气隙式（变阻式）:高频反射涡电流式:结构简单、被测物体精度高、性能稳定、工作可靠，应用广泛。2.1.2差动变压器式传感器dE = - 12 E = - 132 dt 3 dt结构简单、测量精度高测量范围 2. 5mm工作温度-25C-100C
7、线性度+ 0. 05秀储存温度-55C-150C分辨力0. 1 P m抗震动2G/lkHz噪 声0. lmV耐冲击lOOOG/lOms功 耗 电信号。常见类型：交流异步测速发电机（永磁式）、直流测速发电机工作原理：发电机工作原理交流：励磁绕组、输出绕组、转子直流：永久磁铁、输出绕组（换向机构）、转子特点：线性度好，理论上输出电压与转速严格线性关系增益高2.2.1回转编码器的使用时钟 I 11 11 11 11 11 I 111 I 11 11 11 11 11 11 11 I编码器 I I计数器控制II Illi III清零 输出时钟频率越高、测速误差越小。但时钟频率受到计数器容量和工作上限频
8、率的影响。（解释：电机转速范围对计数器选择的影响：）周祖德教材？23：有关于关于时钟频率、转速、寄存器位数之间的匹配计算。需要讲清楚:（1）一个A相脉冲中，时钟脉冲过多导致计数器溢出。解决办法：增加计数器位数；限制被测电机的最小测量转速。（2）一个A相脉冲中，时钟脉冲太少导致计数器计数相对误差过大。解决办法：限制被测电机的最高测量转速2.3位置传感器位置传感器与位移传感器位置传感器应用：工作台到位检测，行程开关，通常为开关量2.3.1接触式位置传感器微动开关，矩阵式位置传感器2.3.2接近式位置传感器电磁式：用于检测电磁材料。（画图解释涡电流式、霍尔）电容式：几乎可以检测所有的固体和液体材料。（画图）将电容其作为振荡电路的一部分。光电式：对环境有一定要求。（画图：透射型、反射性（输出电流小）气压式、超声波式：在很多情况下：位移传感器可以对位置进行测量，如涡电流式传感器；位置传感器也可以作为位移传感器使用，如编码器。2.4压力传感器（图）2.4.1压阻式压力传感器一种半导体材料的电阻率随其所受的压力变化2.4.2应变式压力传感器外界压力是半导体电阻或应变片的形状发生变化，导致其电阻变化2.4.3压电式压力传感器利用压电效应简述光电式传感器的类型以及各自的工作原理。(*)对位置检测装置的基本要求有哪些？简述光栅式传感器的工
