機(jī)電一體化總結(jié)

1、機(jī)電一體化（Mechatronics）是機(jī)電一體化技術(shù)及其產(chǎn)品的統(tǒng)稱，并把柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等先進(jìn)制造技術(shù)的生產(chǎn)線和制造過(guò)程也包括在內(nèi)，發(fā)展了機(jī)電一體化的含義。包括六大關(guān)鍵技術(shù)：精密機(jī)床技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)。

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素（或組成）：①機(jī)械本體；②動(dòng)力部分；③傳感檢測(cè)部分；④執(zhí)行部分；⑤驅(qū)動(dòng)部分；⑥控制與信息處理部分；⑦接口3、接口的三個(gè)作用：①交換；②放大；③傳遞

4、機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)：①機(jī)械技術(shù)；②傳感檢測(cè)技術(shù)；③信息處理技術(shù)；④自動(dòng)控制技術(shù)；⑤伺服傳動(dòng)技術(shù)；⑥系統(tǒng)總體技術(shù)

5、機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)方法：整體設(shè)計(jì)法、組合法、替代法

6、機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)類型：開發(fā)性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變異性設(shè)計(jì)7、機(jī)械移動(dòng)系統(tǒng)的基本元件：質(zhì)量、阻尼器、彈簧

8、影響機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳動(dòng)鏈的動(dòng)力學(xué)性能的因素：①負(fù)載的變化；②傳動(dòng)鏈慣性；③傳動(dòng)鏈固有頻率；④間隙、摩擦、潤(rùn)滑和溫升

9、GD即動(dòng)物體的重量G與回轉(zhuǎn)直徑D的平方的乘積。(GD24gJ)

10、兩物體接觸面間的摩擦力在應(yīng)用上可簡(jiǎn)化為粘性摩擦力、庫(kù)侖摩擦力與靜摩擦力三類11、齒輪傳動(dòng)齒側(cè)間的消除：①剛性消隙法；②柔性消隙法

12、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的二級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，假定各主動(dòng)小齒輪具有相同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1,軸與軸承

2i1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)，各齒輪均為實(shí)心圓柱體，且齒寬和材料均相同，效率為1，則i222或

i12i13（i1,i2為齒輪系中第一、二級(jí)齒輪副的傳動(dòng)比；i為齒輪系數(shù)總傳動(dòng)比，ii1i2）

13、滾珠花鍵既是一種傳動(dòng)裝置，又是一種直線運(yùn)動(dòng)支撐，可用于機(jī)器人、機(jī)床、自動(dòng)搬運(yùn)

車等各種機(jī)械。

14、諧波齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)：①傳動(dòng)比大；②承載能力強(qiáng)；③傳動(dòng)精度高；④齒側(cè)間隙小；⑤傳動(dòng)平穩(wěn)；⑥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕。

H15、諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算irgrHzg式中：g、r、H分別為剛輪、柔gHzr輪和波形發(fā)生器的角速度；zg、zr分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)。

16、滾珠絲桿副是將普通的絲桿加上滾珠，變滑動(dòng)為滾動(dòng)，是絲桿、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件。分為：外循環(huán)插線管式和內(nèi)循環(huán)反向器式17、靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油或氣體介質(zhì)通入導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)鍵與導(dǎo)向支撐鍵之間，運(yùn)動(dòng)鍵浮在壓力油和氣體薄膜之上，與導(dǎo)向支撐件脫離接觸，使之摩擦阻力大大減小的導(dǎo)軌。18、傳感器：是借助于檢測(cè)元件接受一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。分類方法：①以被測(cè)參量來(lái)分；②以傳感器的工作原理來(lái)分。19、衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)：線性度、靈敏度、遲滯性、重復(fù)性。20、光柵：是一種新型的位移檢測(cè)元件，它的特點(diǎn)是測(cè)量精度高（可達(dá)±1um）、響應(yīng)速度快和量程范圍大等。光柵條紋密度一般為每毫米25、50、100、250條等。21、感應(yīng)同步器分為：鑒相式和鑒幅式

22、接近式位置傳感器按工作原理分為：電磁式、光電式、靜電容式、氣壓式、超聲波式。23、將放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗這種特點(diǎn)的放大器稱為測(cè)量放大器；具有能利用計(jì)算機(jī)采用軟件控制的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)變換功能的放大器叫做程控增益放大器；

24、隔離放大器特點(diǎn)：①能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞；②泄漏低電流，對(duì)于測(cè)量放大器的輸入端無(wú)須提供偏流返回通路；③共模抑制比高，能對(duì)直流和低頻信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測(cè)量。

25、A/D轉(zhuǎn)換器的特性：分辨率、相對(duì)精度、輸入電壓、輸出電阻、轉(zhuǎn)換時(shí)間（孔徑時(shí)間）26、A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時(shí)間：在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，從啟動(dòng)變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出所需要的時(shí)間。27、采樣頻率：（香儂定理）不失真檢測(cè)Ws(采樣頻率)≥2Wmax（信號(hào)最高頻率）28、模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)間離散變換和幅值離散變換(近似值)后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。29、用軟件進(jìn)行“線性化”處理的方法：計(jì)算法、查表法、插值法。30、伺服系統(tǒng):以機(jī)械運(yùn)動(dòng)量為控制對(duì)象的反饋控制系統(tǒng)

31、伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類：①控制器；②功率放大器；③執(zhí)行機(jī)構(gòu)；④檢測(cè)裝置。32、采用直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為直流伺服系統(tǒng)。

33、直流伺服系統(tǒng)種類繁多，按伺服電動(dòng)機(jī)、功率放大器、檢測(cè)元件、控制器的種類以及反饋信號(hào)與指令比較方式等分為不同類型的直流伺服系統(tǒng)

34、相敏放大器也稱鑒幅器，它的功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為與之成正比的直流電壓，并使它的極性與輸入的交流電壓的相位相適應(yīng)。35、相敏放大器的任務(wù)①將輸入交流電壓變換成直流電壓；②當(dāng)輸入交流電壓相位變成相差∏時(shí)時(shí)，輸出的直流電壓極性亦隨之改變；③輸出直流電壓的數(shù)值與輸入交流電壓的幅值成正比

36、脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大器的基本原理：利用功率器件的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。

37、采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為交流伺服系統(tǒng)。按其選用不同的電動(dòng)機(jī)而分為兩大類：同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)和異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)。38、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（或脈沖電動(dòng)機(jī)或脈沖馬達(dá)）；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多用于開環(huán)系統(tǒng)39、三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三種分配方式：三相三拍、三相六拍、雙三拍40、步距角的計(jì)算（步距角）360，m為相數(shù)，z為轉(zhuǎn)量數(shù)，k為通電方式導(dǎo)數(shù)。mzk41、細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的作用是減少步距角

42、光電隔離電路的作用：1）通過(guò)光電轉(zhuǎn)換隔離輸入/輸出2）實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換3）增加驅(qū)動(dòng)能力

44、在工業(yè)環(huán)境中使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，除去被控對(duì)象、檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)外，其余部分稱做“工業(yè)控制計(jì)算機(jī)”，簡(jiǎn)稱“工業(yè)控制機(jī)”或“工控機(jī)”

45、PLC工作特點(diǎn)：順序掃描、循環(huán)執(zhí)行（工作可靠、可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)直接連接、積數(shù)式組合、編程操作容易、易于安裝及維修）；PLC掃描工作制：輸入掃描，計(jì)算，輸出控制。（三階段工作制）

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課程總結(jié)

一、機(jī)電一體化的基本概念機(jī)電一體化是在以機(jī)械、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)為主的多門學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科，而機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的新一代產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)同時(shí)也是工程領(lǐng)域不同種類技術(shù)的綜合及集合，它是建立在機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化產(chǎn)品具有下述優(yōu)越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)等功能。在工作過(guò)程中，遇到過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、短路等電力故障時(shí)，能自動(dòng)采取保護(hù)措施，避免和減少人身和設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使用安全性。

（二）生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和檢測(cè)的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作，使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時(shí)，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工作的自動(dòng)化，使得生產(chǎn)能力大大提高。例如，數(shù)控機(jī)床對(duì)工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高5～6倍。

（三）使用性能改善。機(jī)電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡(jiǎn)化并且方便、簡(jiǎn)單。機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作過(guò)程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)可重復(fù)實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)作。高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品可通過(guò)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機(jī)自尋最佳工作程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)最優(yōu)化操作。（四）具有復(fù)合功能并且適用面廣。機(jī)電一體化產(chǎn)品跳出了機(jī)電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)化程度大大提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)化控制、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校驗(yàn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)保護(hù)和智能化等多種功能，能應(yīng)用于不同的場(chǎng)合和不同領(lǐng)域，滿足用戶需求的應(yīng)變能力較強(qiáng)。例如，電子式空氣斷路器具有保護(hù)特性可調(diào)、選擇性脫扣、正常通過(guò)電流與脫扣時(shí)電流的測(cè)量、顯示和故障自動(dòng)診斷等功能，使其應(yīng)用范圍大為擴(kuò)大。

（五）調(diào)整和維護(hù)方便。機(jī)電一體化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時(shí)，可通過(guò)改變控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)工作方式的改變，以適應(yīng)不同用戶對(duì)象的需要以及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過(guò)多種手段輸入到機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件或零件。對(duì)于具有存儲(chǔ)功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同的工作對(duì)象，只需給定一個(gè)代碼信號(hào)輸入，即可按指定的預(yù)定程序進(jìn)行自動(dòng)工作。機(jī)電一體化產(chǎn)品的自動(dòng)化檢驗(yàn)和自動(dòng)監(jiān)視功能可對(duì)工作過(guò)程中出現(xiàn)的故障自動(dòng)采取措施，使工作恢復(fù)正常。

機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的所有領(lǐng)域，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能，可以將其分成下述幾類。

①數(shù)控機(jī)械類。主要產(chǎn)品包括數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)以及全自動(dòng)洗衣機(jī)等。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械裝置。

②電子設(shè)備類。主要產(chǎn)品包括電火花加工機(jī)床、線切割機(jī)、超聲波加工機(jī)以及激光測(cè)量?jī)x等。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電子裝置。

③機(jī)電結(jié)合類。主要產(chǎn)品包括自動(dòng)探傷機(jī)、形狀自動(dòng)識(shí)別裝置、CT掃描診斷機(jī)以及自動(dòng)售貨機(jī)等。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電子裝置和機(jī)械裝置的有機(jī)結(jié)合。

④電液伺服類。主要產(chǎn)品為機(jī)電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置，控制機(jī)構(gòu)是接受電信號(hào)的液壓伺服閥。⑤信息控制類。主要產(chǎn)品包括傳真機(jī)、磁盤存儲(chǔ)器、磁帶錄像機(jī)、錄音機(jī)、復(fù)印機(jī)等。這類產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作由所接收的信息類信號(hào)來(lái)控制。除此之外，機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機(jī)電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機(jī)電融合型三類。二、機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點(diǎn)

機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能是通過(guò)其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來(lái)共同實(shí)現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來(lái)看，機(jī)電一體化產(chǎn)品具有自動(dòng)化、智能化和多功能的特性，而實(shí)現(xiàn)這種多功能一般需要機(jī)電一體化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實(shí)現(xiàn)這些功能的各個(gè)組成部分及其技術(shù)就構(gòu)成了機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。（一）機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身、框架、機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)接等機(jī)械部分。這部分是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，因此對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求。

（二）動(dòng)力系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能，去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。動(dòng)力系統(tǒng)包括電、液、氣等動(dòng)力源。機(jī)電一體化產(chǎn)品以電能利用為主，包括電源、電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路等。

（三）傳感與檢測(cè)系統(tǒng)。傳感器的作用是將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測(cè)定的物理量，同時(shí)利用檢測(cè)系統(tǒng)的功能對(duì)這些物理量進(jìn)行測(cè)定，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各種信息。傳感與檢測(cè)系統(tǒng)的功能一般由測(cè)量?jī)x器或儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測(cè)精度高、抗干擾等。（四）信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理、運(yùn)算和決策，以對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行施以按照要求的控制，實(shí)現(xiàn)控制功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口所組成。

（五）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是運(yùn)動(dòng)部件，常采用機(jī)械、電液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)因機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對(duì)象不同而有較大的差異。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個(gè)產(chǎn)品的性能，因而是機(jī)電一體化產(chǎn)品中最重要的組成部分。機(jī)電一體化產(chǎn)品的五個(gè)組成部分在工作時(shí)相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過(guò)各種接口及其相應(yīng)的軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。

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