機(jī)電一體化總結(jié)

第一章

1、機(jī)電一體化的含義：

機(jī)電一體化是在微型計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)和軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智能、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基礎(chǔ)，對(duì)各組成要素及其間的信息處理、接口耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、能量變換機(jī)理進(jìn)行研究使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成，并在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實(shí)現(xiàn)多技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)。

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成：

a機(jī)械本體：微型化、輕型化、美觀化

b伺服驅(qū)動(dòng)執(zhí)行：高精度、高速度、高可靠性

c傳感檢測(cè)單元：提高數(shù)據(jù)精度及速度

d計(jì)算機(jī)控制與信息處理e動(dòng)力源

3、機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)：

a機(jī)械技術(shù)b傳感檢測(cè)技術(shù)c信息處理技術(shù)d自動(dòng)控制技術(shù)e伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)f系統(tǒng)總技術(shù)

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)思想：機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)，在于它吸收了各相關(guān)學(xué)科之長(zhǎng)并加以綜合運(yùn)用而取得整體優(yōu)化效果，因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，要特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)融合，學(xué)科交叉的作用。機(jī)電一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)多級(jí)別、多單元組成的系統(tǒng)工程。把系統(tǒng)的各單元有機(jī)的結(jié)合成系統(tǒng)后，個(gè)單元的功能不僅相互疊加，而且相互輔助、相互促進(jìn)、相互提高，是整體的功能大于各單元功能的簡(jiǎn)單的和，即“整體大于部分的和”。當(dāng)然，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，由于各單元功能的差異性，在組成系統(tǒng)后會(huì)導(dǎo)致單元間的矛盾和摩擦，出現(xiàn)內(nèi)耗，內(nèi)耗過(guò)大，則可能出現(xiàn)整體小于部分之和的情況，從而失去了一體化的優(yōu)勢(shì)。因此，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一方面要求設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選擇與控系統(tǒng)的電氣參數(shù)相匹配的機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)；同時(shí)也要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的固有參數(shù)來(lái)選擇和確定電氣參數(shù)。綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)，使二者密切結(jié)合、相互協(xié)調(diào)、相互補(bǔ)充，充分體現(xiàn)機(jī)電一體化的優(yōu)越性。

5、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：a取代法b整體設(shè)計(jì)法c組合法6、機(jī)電一體化發(fā)展趨勢(shì)：

a微型化（大型化）b智能化c集成化d模塊化e綠色化

第二章

間隙

1齒輪傳動(dòng)齒側(cè)間隙的消除

a剛性消隙法：在嚴(yán)格控制齒輪齒厚和齒距誤差的條件下進(jìn)行的，調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，但能提高傳動(dòng)剛度。

偏心軸套式消隙機(jī)構(gòu)如圖2-18所示。電動(dòng)機(jī)1通過(guò)偏心軸套2裝在箱體上。轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸套可調(diào)整兩齒輪中心距，消除齒側(cè)間隙

b柔性消隙法：調(diào)整后齒側(cè)間隙可以自動(dòng)補(bǔ)償。采用這種消隙法時(shí)，對(duì)齒輪齒厚和齒距的精度要求可適當(dāng)降低，但對(duì)影響傳動(dòng)平穩(wěn)性有負(fù)面影響，且傳動(dòng)剛度低，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。2絲杠螺母間隙的調(diào)整：

絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)的軸向間隙為絲杠靜止時(shí)螺母考慮軸向間隙又要考慮滾珠與滾道的接觸彈性變形。絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)的調(diào)隙一般采用雙螺母結(jié)構(gòu)。

絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)的軸向間隙為絲杠靜止時(shí)螺母沿軸向的位移量

S=L/z1z2。包括墊片式調(diào)隙機(jī)構(gòu)、螺紋式調(diào)隙機(jī)構(gòu)、齒差式調(diào)隙機(jī)構(gòu)

第三章

三傳感器

1傳感器是借助于檢測(cè)元件接受一切形式的信息，并按一定規(guī)律將他轉(zhuǎn)化成另外一種信息的裝置。

2常用直線位移測(cè)量傳感器有：電感傳感器，電容傳感器，感應(yīng)同步器，光柵傳感器等。

3常用角位移傳感器有：電容傳感器，光電編碼盤等

4電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化的一種傳感器。5電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理，把被測(cè)位移量變化成線圈自感或互感變化的裝置。

1、傳感器的性能：

量程、靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力（率）、閥值等

1、線性度：傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差

2、靈敏度：輸出變化對(duì)輸入變化的比值

3、遲滯性：在正反行程期間輸入輸出特性曲線不重合程度

4、重復(fù)性：輸入量按同一方向多次測(cè)試時(shí)所得特性曲線的不重合程度2、傳感器的選用原則：a足夠的容量b與測(cè)量或控制系統(tǒng)的匹配性好c精度適當(dāng)，且穩(wěn)定性高d反應(yīng)速度快，工作可靠性好e使用性和適應(yīng)性強(qiáng)f使用經(jīng)濟(jì)

光柵由主光柵、指示光柵、電源盒光電器件組成，兩者的光刻密度相同，但體長(zhǎng)相差很多。光柵條紋密度一般為每毫米25條、50條、100條、250條等。把指示光柵平行地放在主光柵側(cè)面，并且使它們的刻線相互傾斜一個(gè)很小的角度，這時(shí)在指示光柵上就出現(xiàn)幾條較粗的明暗條紋，稱為莫爾條紋。它們是沿著與光柵條紋幾乎成垂直的方向排列。主光柵和被測(cè)物相連，它隨被測(cè)物體的直線位移而產(chǎn)生位移。當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生上下移動(dòng)。若用光電器件記錄下莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動(dòng)的距離，也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量。光柵莫爾條紋的特點(diǎn)是起放大作用，用W表示條紋寬度（mm），P表示光柵距離（mm），θ表示光柵條文間的夾角，則有：W≈P/θ光電式轉(zhuǎn)速傳感器

光電式轉(zhuǎn)速傳感器是由裝在被測(cè)軸（或與被測(cè)軸相連接的輸入軸）上的帶縫隙圓盤，光源，光電器件和指示縫隙盤組成。光源發(fā)生的光通過(guò)縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同，因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測(cè)量時(shí)間t內(nèi)的脈沖數(shù)N，則可測(cè)出轉(zhuǎn)速為n=60N/Zt

.位置傳感器分接觸式和接近式兩種，所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個(gè)物體是否已經(jīng)接觸的信息的一種傳感器；而接近式傳感器是用來(lái)判別在某一范圍內(nèi)是否有一物體的一種傳感器。

2.接觸式傳感器按其工作原理主要分為：電磁式、光電式、靜電容式、氣壓式和超聲波式。

電容傳感器C=ε將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)0εrA/δ

換為電容量變化的一種傳感器。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高分辨力、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作等優(yōu)點(diǎn)，因此在自動(dòng)檢測(cè)中得到普遍應(yīng)用。1.變極距型電容傳感器：

當(dāng)動(dòng)極板因被測(cè)量變化而向上移動(dòng)使減小時(shí)，電容量增大。

注意：傳感器輸出特性是非線性的，規(guī)定在較小間隙變化范圍內(nèi)工作。2.變面積型電容傳感器：

原理：它與變極距型不同的是，被測(cè)量通過(guò)動(dòng)極板移動(dòng)，引起兩極板有效覆蓋面積A改變，從而得到電容的變化。

這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測(cè)量較大直線位移和角位移。3．變介質(zhì)型電容傳感器

原理結(jié)構(gòu)如圖。兩平行極板固定不動(dòng)，極距為δ0，相對(duì)介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中，從而改變電容。

應(yīng)用：這種電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)形式，可以用來(lái)測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可以用來(lái)測(cè)量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體的物質(zhì)的濕度。

接近式傳感器1．電磁式傳感器

當(dāng)一個(gè)永久磁鐵或一個(gè)通有高頻電流的線圈接近一個(gè)鐵磁體時(shí)，它們的磁力線分布將發(fā)生變化，因此，可以用另一組線圈檢測(cè)這種變化。當(dāng)鐵磁體靠近或遠(yuǎn)離磁場(chǎng)時(shí)，它所引起的磁通量變化將在線圈中感應(yīng)出一個(gè)電流脈沖，其幅值正比于磁通的變化率，圖3-20給出了線圈兩端的電壓隨鐵磁體進(jìn)入磁場(chǎng)的速度而變化的曲線，箕電壓極性取決于物體進(jìn)入磁場(chǎng)還是離開(kāi)磁場(chǎng)。因此，對(duì)此電壓進(jìn)行積分便可得出一個(gè)二值信號(hào)。當(dāng)積分值小于特定的閾值時(shí)，積分器輸出低電平；反之，則輸出高電平，此時(shí)表示已接近某一物體。2．電容式傳感器

電容式接近傳感器是一個(gè)以電極為檢測(cè)端的靜電電容式接近開(kāi)關(guān)，它由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。平時(shí)檢測(cè)電極與大地之間存在一定的電容量，它成為振蕩電路的一個(gè)組成部分。當(dāng)被檢測(cè)物體接近鹼游電攝時(shí)，由于檢測(cè)電極加有電壓，檢測(cè)物體就會(huì)受到靜電感應(yīng)而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，被酒物體越靠近檢測(cè)電極，檢測(cè)電極上的電荷就越多，由于檢測(cè)電極的靜電電釋C=Q/u．所以電荷的增多，使電容C隨之增大，從而有使振蕩電路的振減弱，甚至停止震蕩。震蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)后向外輸出。電磁感應(yīng)式傳感器只能檢測(cè)電磁材料，對(duì)其它非電磁材料則無(wú)能為力。而電容傳感器卻能克服以上缺點(diǎn)，它幾乎能檢測(cè)所有的固體和液體材料。

3.光電式傳感器

這種傳感器具有體積小、可靠性

高、檢測(cè)位置精度高、響應(yīng)速度快、易與TTL及CMOS電路兼容等優(yōu)點(diǎn)，它分透光型和反射型兩種。

在透光塑光電傳感器中，發(fā)光器件和受光器件相對(duì)放置，中間留有間隙：當(dāng)被測(cè)物體到達(dá)這一間隙時(shí)，發(fā)射光被遮住，從而接收器件（光敏元件）便可檢測(cè)出物體已經(jīng)到達(dá)。這種傳感器的接口電路如圖3-21所示。反射型光電傳感器發(fā)出的光經(jīng)被測(cè)物體反射后再落到檢測(cè)件上，由于是檢測(cè)反射光，所以

得到的輸出電流Ic較小。另外，對(duì)于不同的物體

表面．信躁比也不一樣．因此，設(shè)定限幅電平就顯得非常重要圖3，22表示這種傳感器的典型應(yīng)用，它的電路和透射型傳感器大致相同，只是接收器的發(fā)射極電阻R：用得較大且為可調(diào)，這主要是因?yàn)榉瓷湫蛡鞲衅鞯墓怆娏鬏^小且有很大分散性。

3、傳感器的應(yīng)用及工作原理：例：a煙霧傳感器b鼠標(biāo)c測(cè)水箱水位

4、位置檢測(cè)：

A接觸式位置傳感器：a由微動(dòng)開(kāi)關(guān)制成的位置傳感器b二維矩陣式配置的位置傳感器

B接近式位置傳感器：a電磁式傳感器b電容式傳感器c光電式傳感器5、傳感器的非線性補(bǔ)償法：a計(jì)算法b查表法c插值法6、最小二乘法：

ykxb△i=yi-(kxi+b)

nn2△i[y(kx2ib)]i1i1n

△i2i1

b0則：b=

n2△i

i10k

則：k=

7、數(shù)字濾波方法

a算術(shù)平均值法b中值濾波法c防脈

沖干擾平均值法d程序判斷濾波法第四章

直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)相比，直線電機(jī)傳動(dòng)主要具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)直線電機(jī)由于不需要中間傳動(dòng)機(jī)械，因而使整個(gè)機(jī)械得到簡(jiǎn)化，提高了精度，減少了振動(dòng)和噪音；(2)快速響應(yīng)：用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行；(3)儀表用的直線電機(jī)，可以省去電刷和換向器等易損零件，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命；(4)直線電機(jī)由于散熱面積大，容易冷卻，所以允許較高的電磁負(fù)荷，可提高電機(jī)的容量定額；

(5)裝配靈活性大，往往可將電機(jī)和其它機(jī)件合成一體1.直線電動(dòng)機(jī)包括：直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)、直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子演變而來(lái)的一側(cè)稱作初級(jí)，由轉(zhuǎn)子演變而來(lái)的叫次級(jí)，有動(dòng)初級(jí)和動(dòng)次級(jí)。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作原理：當(dāng)初級(jí)的多相繞組中通入多相電流后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙基波磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)的磁通密度Bδ是直線移動(dòng)的，故稱為行波磁場(chǎng)。顯然，行波的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)表面上的線速度是一樣的，即為Vs，稱為同步速度，且Vs=2fτ。在行波磁場(chǎng)切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，便產(chǎn)生切向電磁力。如果初級(jí)是固定不動(dòng)的，那末次級(jí)就順著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向作直線運(yùn)動(dòng)。若初級(jí)移動(dòng)的速度用V表示，那滑差率s=(vs-v)/vs，次級(jí)移動(dòng)速度v=（1-s）vs，上式表明，直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度與電動(dòng)機(jī)極距及電源頻率成正比，因此改變極距或電源頻率都可以改變電動(dòng)機(jī)的速度。與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)一樣，改變直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)繞組的通電相序，可改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向，因而可使直線電動(dòng)機(jī)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。平板型直線電動(dòng)機(jī)僅在次級(jí)的一側(cè)具有初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形式稱單邊型，單邊型除了產(chǎn)生切向力外，還會(huì)在初、次級(jí)間產(chǎn)生較大的法向力，這在某些應(yīng)用中是不希望的，為了更充分地利用次級(jí)和消除法向力，可以在次級(jí)的兩側(cè)都裝上初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形式稱為雙邊型

1、直線電動(dòng)機(jī)

A基本結(jié)構(gòu)：初級(jí)、次級(jí)、行波磁場(chǎng)B分類：感應(yīng)、直流、步進(jìn)總傳動(dòng)比的確定im

mmLLL

TLTmTLF(JmJL

ii2)a

JL(Jm)i

i2L

TmiTiTLFc

mJ2J

miJLmi2JL令Li0

TLFT

iLF)2JLT(mTmJm

若不計(jì)摩擦，即TLF=0則iJL

Jm傳動(dòng)比分配原則

2齒輪傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配三種原則

最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則:各級(jí)傳動(dòng)比分配的結(jié)果為“前小后大”。

質(zhì)量最小原則：小功率傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配結(jié)果為“等傳動(dòng)比分配”；大功率傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配結(jié)果為“前大后小”。

輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則三種原則的選擇：（1）對(duì)于以提高傳動(dòng)精度和減小回程誤差為主的降速齒輪傳動(dòng)鏈，可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。若為增速傳動(dòng)鏈，則應(yīng)在開(kāi)始幾級(jí)就增速。（2）對(duì)于要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的伺服減速傳動(dòng)鏈，可按最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于負(fù)載變化的齒輪傳動(dòng)裝置，各級(jí)傳動(dòng)比最好采用不可約的比數(shù)，避免同時(shí)嚙合。（3）對(duì)于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動(dòng)鏈，可按質(zhì)量最小原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。（4）對(duì)于傳動(dòng)比很大的傳動(dòng)鏈，可把定軸輪系和行星輪系結(jié)合使用。第五章

可編程序控制器：（1）控制程序可變，具有很好的柔性（2）可靠性強(qiáng)，是用于工業(yè)環(huán)境（3）編程簡(jiǎn)單，使用方便（4）功能完善（5）體積小，重量輕，易于裝入機(jī)器內(nèi)部總線型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：（1）提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)和制造周期（2）提高了系統(tǒng)的可靠性（3）便與調(diào)試和維修（4）能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要，迅速改進(jìn)系統(tǒng)的性能單片機(jī)：（1）受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較�。�2）可靠性高（3）易擴(kuò)展（4）控制功能強(qiáng)（5）一般的單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，軟件開(kāi)發(fā)工作量大。

人機(jī)接口包括輸出接口與輸入接口兩類，通過(guò)輸出接口，操作者對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；通過(guò)輸入接口，操作者向系統(tǒng)輸入各種命令及控制參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制。

開(kāi)關(guān)型功率接口光電隔離技術(shù)晶閘管接口：（1）單項(xiàng)晶閘管接口（2）雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)接口繼電器輸出接口固態(tài)繼電器接口：（1）直流型SSR（2）交流型SSR

大功率場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)接口模擬量輸出接口

D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式只與模擬量輸出端的連接方式有關(guān)，與其位數(shù)無(wú)關(guān)。

單極性電壓輸出雙極性電壓輸出

1、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本要求：a具有完善的過(guò)程輸入/輸出功能b具有實(shí)時(shí)控制功能c具有可靠性

d具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)和抗干擾能力e具有豐富的軟件2、脈沖分配

A并行B串行：a硬件b程序c專用芯片

3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)接口電路

a單電壓功率放大圖圖為該電路的原理圖，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制中最簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路，在本質(zhì)上他是一個(gè)簡(jiǎn)單的功率反相器。晶體管V用作功率開(kāi)關(guān)，L是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中的一組繞組電感；RL是繞組電阻；RC是外接電阻；VD是續(xù)流二級(jí)管。工作時(shí)，晶體管V基極輸入的脈沖信號(hào)必須足夠大，使其在高電平是保證V過(guò)飽和，在地電平是V充分截止。外接電阻RC式一個(gè)限流電阻，也是為改善回路時(shí)間常數(shù)的元件。b雙電壓功率放大電路

電路結(jié)構(gòu)如圖所示，圖中使用U1和U2兩個(gè)直流電源，U1為高電壓

（80-150V）U2為低電壓（5-20V），V1，V2為兩個(gè)大功率晶體管。其中V1是高壓開(kāi)關(guān)管，V2是功率驅(qū)動(dòng)管；VD1是U2的鉗位二極管，它在V1導(dǎo)通時(shí)截止。在V1截止時(shí)，由于VD1正向偏置而向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組提供低電源U2；VD2是續(xù)流二極管，在V1，V2都截止時(shí)向繞組提供放電電路。

c斬波型功率放大電路

此類電路有兩種：一種是斬波恒流型；另一種為斬波平滑性。前者應(yīng)用較為廣泛

斬波恒流功放是利用斬波方法使電流恒定在額定值附近，典型電路如圖所示。在正常工作時(shí)，uIN端輸入步進(jìn)脈沖，這事晶體管V5導(dǎo)通，二極管VD1發(fā)光，引起V1導(dǎo)通，V2截止，V3、V4導(dǎo)通。同時(shí)，uIN使晶體管V6、V7、V8導(dǎo)通，加在繞組L上的電源U是繞組中的電流上升，當(dāng)繞組中的電流升到額定值以上時(shí)，恒流采樣電阻R12上產(chǎn)生的壓降US高于運(yùn)算放大器OP1的正輸入端參考電壓UP，是OP1輸出低平，VD2導(dǎo)通，而使V5、V1截止，V2導(dǎo)通，V2、V4截止，即關(guān)閉了電源U。這樣在繞組L中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，由于V7、V8仍導(dǎo)通，故這時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)有兩個(gè)回路進(jìn)行泄放，一個(gè)回路是L、RL、V8。R12、VD3；另一個(gè)回路是L、RL、R13、VD4、U、VD3。由于兩個(gè)泄放回路的并聯(lián)電阻很小，泄放時(shí)間常數(shù)較大，繞組L中的電流泄露放緩慢。當(dāng)電流降至額定值一下是，R12采樣電壓US低于UP，OP1輸出高電平，二極管VD2截止，晶體管V5、V1導(dǎo)通，V2截止、V3、V4導(dǎo)通。電源U又重新加于繞組L，是其電流上升。

第六章

1機(jī)電一體化產(chǎn)品典型設(shè)計(jì)進(jìn)程1、準(zhǔn)備階段2、理論設(shè)計(jì)階段3、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)施階段4、設(shè)計(jì)定型階段2性能參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)2、動(dòng)力參數(shù)3、品質(zhì)參數(shù)4、環(huán)境參數(shù)5、結(jié)構(gòu)參數(shù)6、界面參數(shù)3系統(tǒng)總體方案文件的內(nèi)容

1、系統(tǒng)的主要功能2、控制策略及方案3、個(gè)功能模塊的性能要求4、方案比較和選擇的初步確定5、為保證系統(tǒng)性能指標(biāo)所采用的技術(shù)措施6、抗干擾機(jī)可靠性設(shè)計(jì)策略7、外觀造型方案及機(jī)械主題方案8、人員組織要求9、經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度計(jì)劃的安排4常用設(shè)計(jì)策略

1、減少機(jī)械傳動(dòng)部件2、注意選用標(biāo)準(zhǔn)3、充分運(yùn)用硬件功能軟件化原則4、以微機(jī)系統(tǒng)為核心的設(shè)計(jì)策略

擴(kuò)展閱讀：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(kāi)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(kāi)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(kāi)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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