机电一体化复习重点.docx

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机电一体化复习重点

第一章绪论

1、机电一体化技术的主要特征

1）整体结构最优化在传统机械产品中，为了增加实现某一种功能或实现某一种控制规律，往往靠增加机械结构的办法来实现。

而在设计机电一体化系统时，可以从机械、电子、计算机硬件和软件四个方面去实现同一功能。

这里的最优，不一定是尖端技术，关键是指满足用户要求的最优组合。

2）系统控制智能化大多数机电一体化系统都具有自动控制、自动检测、自动信息处理、自动修正、自动诊断、自动记录和自动显示等功能。

3）操作性能柔性化由于计算机软件技术的引入，只需改变传动机构的运动规律而不必改变硬件机构来协调不同生产对象的加工生产。

机电一体化技术是以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电子器件的相互作用和影响在，整个装置包括软件在内，具有很好的灵活性。

2、机电一体化系统的共性关键技术

1）检测传感技术

2）信息处理技术包括信息的输入、变换、换算、存储和输出技术

3）自动控制技术包括经典控制理论和现代控制理论

4）伺服驱动技术是直接执行操作的技术，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、它对动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。

5）精密机械技术机电一体化技术要求精密机械减轻重量、减小体积、减小变形（热变形）、改善动态性能，提高使用寿命，提高关键零部件的精度和刚度。

6）系统总体技术接口技术是系统技术中的一个重要方面。

她是实现系统各部分有机连接的保证。

主要包括电气接口、机械接口、人-机接口、软件接口。

3、机电一体化系统的功能构成原理

4、机电一体化的功能构成要素

5、机电一体化系统设计的步骤

建立四大功能技术矩阵：

主功能、动力功能、信息处理、控制功能、结构功能

第二章机电一体化典型机械零部件设计

机电一体化系统要求有快速响应性、高的精度和稳定性。

在系统分析中，质量、弹簧和阻尼这三个理想的机械元件代表了机械系统各组成部分的本质。

1）机械系统建模中基本物理量描述和等效转化

A．能量等效

B．功等效

建立系统的数学模型

2）平均效应原理应用平均效应作用可使误差得到均化从而提高机构的运动精度或定位精度。

采用平均效应原理使机械精度均化，应满足以下三个条件：

a.参与工作的滚动体或其他中间元件要易于产生弹性变形；

b.滚动体或中间元件的制造误差要小于或等于弹性变形误差；

c.在工作时负载力能自动消除间隙。

3）变形最小原则要求零部件因受自重、外载、温度变化、工艺内应力以及振动等因素的影响而产生的变形误差最小。

采取措施如下：

a.提高零部件结构刚度

b.减小温度的影响（此处有一个计算题）

c.内应力产生的变形

4）误差的分类

a.根据误差的性质分：

随机误差—由许多独立因素的微量变化综合的结果；系统误差—大小和方向在测量过程中是不变的或按某一规律变化的；粗大误差—由测量人员的疏忽或错误在测量值中出现的异常误差。

b.按被测参数的时间特性分：

静态参数误差和动态参数误差

c.根据误差之间的时间关系分：

独立误差和相关误差

d．按误差来源分：

方法误差、制造误差、运行误差、人为误差、测量误差和环境误差（必考）

5）精度的定义根据误差的不同性质，精度可分为：

a.准确度它用系统误差大小来表示，反映了系统的测量值偏离真值的程度

b.精密度它用随机误差大小来表示，反映了测量值与真值的离散程度

c.精确度它是系统误差和随机误差的综合反映。

6）影响机械传动链力学性能的主要因素：

（必考）

（1）负载变化

（2）惯性的大小

（3）固有频率的高低

（4）摩擦、间隙、温升、润滑等因素

7）齿轮传动中的等效转动惯量原则

1）小功率传动

各级传动比的分配按“前小后大”次序，结构比较紧凑。

2）输出轴转角误差最小原则

为提高轮系的传动精度，从输入端到输出端的各级传动比应按“前小后大”次序分配。

而且要使最后一集传动比尽可能大，同时最后一级齿轮副制造精度应尽可能高。

这样可以减小各齿轮副的加工误差、安装误差以及回转误差。

补充：

1、滚珠螺旋传动的校正：

疲劳点蚀（动载荷）、变形（静载荷）、刚度、压杆稳定计算（失稳）

2、滚珠螺旋传动的预紧方式：

单螺母变位导程预紧、单螺母增大钢球直径预紧、双螺母垫片预紧

3、滚珠丝杆副的几何参数：

公称直径、基本导程、接触角

4、主轴回转精度的一般定义：

作为主轴回转运动时，主轴内线速度为零的点的连线，称为主轴在该瞬时的回转中心线。

由于轴承的误差、轴颈的圆度、主轴的挠曲、轴系的振动等原因，每一瞬时主轴的回转中心线O—O都在变动。

这些瞬时回转中心线的平均空间位置，定为理想回转中心线O—O，且与固定参考坐标系固联。

主轴每一瞬时的回转中心线相对于理想回转中心线的偏离量为δ，这些偏移量的带宽就是主轴的回转精度。

8）轴系热特性

（1）轴系热特性主要参数

A.热源强度

B.温升

C.热位移

（2）改善轴系热特性的措施

A.减少热量减少热源；降低热源的发热量

B.加强散热合理规划冷却和冷却剂的通道；改善轴系散热条件

C.热位移补偿直接补偿—检测装置将实际热位移和许用值进行比较，超差时伺服机构给出补偿运动抵消轴系热位移；间接补偿—检测装置发现温度场的不对称度太大时，伺服机构借助外部热源或冷源，使热场保持对称

D.减小热位移结构设计

9）密珠轴承高精度的特点：

（1）接触型面为简单型面，工艺性好，圆度或平面度可保证在0.5微米以下

（2）利用配磨内圈滚道尺寸或配研钢球等方法，易保证合理的配合过盈量

（3）利用平均效应原理，使密珠轴承的回转精度达到0.1~0.5微米的高水平，因此广泛的应用于高精度机械和仪器中。

10）滚动导轨的特点：

（1）摩擦系数小

（2）动、静摩擦系数基本相同

（3）可以预紧

（4）定位精度高

（5）保养方面

（6）寿命长

第三章伺服驱动技术

1）伺服系统的组成：

控制器、功率放大器、执行机构和检测装置四大部分。

2）伺服电动机的基本要求：

（1）具有较宽而平滑的调速范围

（2）具有较硬的机械特性和良好的调节特性

（3）具有快速响应特性

（4）空载启动电压小

补充：

1、步进电动机的结构与工作原理（P70即通电方式）

2、步距角：

步距角是指每给一个脉冲信号，电动机转子转过的角度的理论值，取决于电动机的结构与控制方式。

式中：

P—定子相数；Z—转子齿数；K—通电系数，即通电拍数与相数的比值，K=m/K.

3）步进电机的驱动电路：

（1）单电压驱动电路

工作原理：

整个驱动电路共分二级：

第一级（VT1，VT2）是射极跟随器，作电流放大；第二级（VT3）是功率放大，直接用来驱动步进电机绕组。

现以A相为例：

当输入信号Uu（即环形分配器输出的脉冲信号）为低电平时，虽然VT1，VT2管等都导通，但只要适当选择R1，R3，R5的阻值，使Ub3<0，那么VT1管就截止，A相绕组就断电。

当输入信号为高电平时，Ub3>0，VT3管饱和导通，步进电机的A相绕组通电。

（2）高低双电压驱动电路

工作原理：

4）步进电机的单片机控制：

为了加强系统的抗干扰能力，驱动电路和单片机的接口部分使用了光电隔离（只用于数电，不用于模电）

5）直流电机的调速方式：

广泛采用调节电枢电压方式，也有调节电枢电阻方式，调磁调速方式

第四章传感检测系统设计

1）检测系统设计的一般步骤：

（1）设计任务分析

（2）系统方案选择

（3）系统构成框图设计

（4）设计与制造环节

（5）总装调试及实验分析

（6）系统运行及考核

补充：

1、检测传感器种类很多，按其测量转换形式可分为模拟式传感器（将被测物理量转换成模拟电信号）和数字式传感器（直接输出编码或脉冲信号）。

2、霍尔元件传感器

3、涡流式传感器

4、模拟式传感器组成原理：

采样、A/D转换、V/F转换

5、数字传感器的构成，提高精度的方法、细分方法

6、压电式传感器的原理（p20）

第五章计算机控制技术

1）量化单位q定义：

M：

被转换的模拟量满量程；N：

转换成二进制的位数

量化误差：

N越大，量化误差越小，但N过大会导致计算机有效字长的增加

2）计算机控制系统典型结构

计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。

3）计算机控制系统的类型

（1）

操作指导控制系统计算机只起数据采集和处理的作用，它不参与对系统的控制

（2）直接数字控制系统计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控对象。

（3）监督控制系统监督机制是根据最原始的生产工艺信息及现场检测信息，按照描述生产过程的数字模型，计算出生产过程的最优设定值，输入给定DDC系统的连续控制系统

（4）分布式控制系统

分布式控制系统综合运用了计算机技术、通讯技术和控制技术。

采用多层分级的结构形式，自下而上分为控制级，控制管理级，生产管理级和经营管理级。