30453自考机电一体化技术及应用小抄_机电一体化技术应用

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1机电一体化：应用机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术和系统总体技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程 2滚珠花键：一种传动装置又是直线运动支撑 3传感器：借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置 4电容传感器：将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器 5电感式传感器：把被测量变化转换成线圈自感或互感变化的装置 6同步感应器：一种应用电磁感应原理制造的高精度检测原件 7鉴相式：根据感应电势的相位来鉴别位移量

8直流测速机：一种测速元件，实际上就是一台微型的直流发电机 9接触式传感器：获取两个物体是否已接触的信息的传感器

10接近式传感器：判别在某一范围内是否有某一物体的传感器

11程控增益放大器：利用计算机采用软件控制的办法来实现增益的自动变换

12隔离放大器：具有防止电网电压等对测量回路损坏的功能的放大器

13采样/保持器：使输入信号处于采样状态的器件

14软件数字量非线性校正：利用计算机软件进行非线性补偿

15数字滤波：通过一定的计算或判断来提高信噪比

16中值滤波法：在三个采样周期内连续采样读入三个检测信号，从中选择一个居中的数据作为有效信号

17伺服：在控制指令的指挥下，控制驱动原件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动

18直流伺服系统：采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统

19旋转变压器：一种输出电压随转角变化的角位移测量装置 20相敏放大器（鉴幅器）：将交流电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的交流电压的相位相适应的放大器

21占空比：高电平在一个周期之内所占的时间比率

22检测误差：由检测元件引起的误差 23原理误差：由系统结构和输入信号引起的误差

24扰动误差：负载扰动引起的误差 25交流伺服系统：采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统

26变频调速：改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行

27恒磁通变频调速：保持电动势与频率之比为常数进行控制

28恒功率变频调速：保持电动机的额定功率不变，改变负载的速度

29调制波和载波：以所期望的波形作为调制波，而受它调制的信号称为载波

30载频比：三角载波的频率跟正弦调制波的频率之比

31同步调制：改变正弦调制波频率的同时成正比的改变三角载波的频率，是载频比保持不变

32异步调制：改变正弦调制波频率的同时，三角载波频率保持不变，使载频比不断变化

33步距角：步进电动机每步转过的角度

34最高起动频率：空载时，步进电动机由静止突然起动，并不失步地进入稳速运行，所允许的起动频率的最高值

35最高工作频率：步进电动机连续运行时所能接受的最高频率

36电液速度伺服控制系统：系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，实现对系统的速度控制的系统 37电液力伺服控制系统：以力或压力为被控制物理量的控制系统

38D/A转换器：将数字量转换成模拟量的电路

A/D转换器：将模拟电压转换成数字量的器件

40集散控制系统（DCS）：由计算机技术、信号处理技术、检测技术、控制技术、通信技术和人机接口技术相互发展、渗透而产生的新型工业计算机控制系统。对生产过程进行集中监视、操作、管理、和分散控制

STD总线：一个通用工业控制的8位微型机总线

42单片微计算机：将CPU、RAM、ROM、定时/计数、多功能I/O、通信控制器，甚至图形控制器、高级语言、操作系统等都集成在一块大规模集成电路芯片上的计算机

43模糊推理：从不精确的前提集合中得出可能不精确结论的推理

44工业机器人：一种机械装置，具有通用性；可以再编程；有自动控制系统，可在无人参与下自动完成动作。45柔性制造系统（FMS）：可变的、自动化程度较高的制造系统

46计算机集成制造系统（CIMS）：是运用系统工程的整体优化观点，在人的核心作用下将现代信息技术与生产技术结合起来，从信息技术和组织上将全生产过程的各项工作系统和信息系统连接起来的生产系统 47 DDC：直接数字控制系统 48 SCC：监督控制系统 49 DCS：分布式控制系统 50 PWM：脉宽调制型

1.机电一体化的理论基础和物质基础 系统工程、控制论和信息论是理论基础。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步是物质基础。

2.机电一体化系统的基本要素与各要素的作用

（1）机械本体（2）动力部分（3）传感检测部分（4）执行部分（5）驱动部分（6）控制与信息处理部分（7）接口

3.机电一体化六个关键技术及作用（1）机械技术：是机电一体化的基础（2）传感检测：是机电一体化系统的感官（3）信息处理技术：信息的交换、存取、运算、判断和决策（4）自动控制技术：实现机电一体化系统的目标最佳化（5）伺服传动技术：在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能（6）系统总体技术：将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化

4.现代机械的机电一体化目标

（1）提高精度（2）增强功能（3）提高生产效率，降低成本（4）节约能源，降低能耗（5）提高安全性、可靠性（6）改善操作性和实用性（7）减轻劳动强度，改善劳动条件（8）简化结构，减轻重量（9）降低价格（10）增强柔性应用功能

5影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素

（1）负载的变化（2）传动链惯性（3）传动链固有频率（4）间隙、摩擦、润滑和温升

6主要间隙类型和消隙措施

齿侧间隙、传动间隙、轴向间隙、扭转间隙。齿侧间隙：刚性消隙法、柔性消隙法。轴向间隙：调整垫片的厚度。

7传感器的选用原则

（1）足够的容量（2）与测量或控制系统的匹配性好，转换灵敏度高（3）精度适当，稳定性高（4）反应速度快，工作可靠性好（5）适用性和适应性强（6）使用经济

8光电式转速传感器的结构和测速原理

由带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发出的的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上，圆盘转动时，圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间内的脉冲数，可测出转速

9接近式位置传感器的分类

（1）电磁式（2）光电式（3）静电容式（4）气压式（5）超声波式 10测量放大器的特点

（1）具有很高的共模抑制比（2）高增益（3）低噪声（4）高输入阻抗 11隔离放大器的特点

（1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏（2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路（3）共模抑制比高，能对直流和低频信号进行准确安全的测量

12常用的集成采样/保持器系列

用于一般目的：AD582、AD583、LF198。用于高速场合：HTS-0025、HTS-0010、HTC-0300。用于高分辨率场合：SHA1144 13数字滤波的优点

（1）由程序实现，不需要增加任何硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用，节约投资，提高可靠性、稳定性（2）可以对频率很低的信号实现过滤（3）灵活性好，可用不痛的滤波程序实现不痛的滤波方法，或改变滤波器的参数 14常用的数字滤波方法

（1）算术平均值法（2）中值滤波法（3）防脉冲干扰平均值法（4）程序判断滤波法

15伺服系统的结构组成（1）控制器（2）功率放大器（3）执行机构（4）检测装置 16PWM控制电路的组成（1）脉冲调制器（2）逻辑延时环节（3）晶体管基极驱动器 17直流测速机的输出特性

当负载电阻趋于无穷大时，输出电压与转速成正比。随着负载电阻变小，输出电压下降，而且输出电压与转速之间并不能严格保持线性关系。18永磁式测速机原理

恒定磁通由定子产生，当转子在磁场中旋转时，电枢绕组中即产生交变的电势，经换向器和电刷转换成与转子速度成正比的直流电路

19步进电机功率放大器的功能

将环形分配器的输出信号进行功率放大，得到步进电动机控制绕组所需的脉冲电流及所需的脉冲波形 20集成采样/保持器的特点

采样速度快、精度高、下降速度慢 L398的特点

采样速度高、保持电压下降慢、精度高

22常用非线性软件处理方法及应用场合（1）计算法：当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，可采用计算法进行。（2）查表法：用汇编语言编写程序运算都比较复杂，甚至无法建立相应的数学模型的参数计算。（3）插值法：占用内存单元多，表格编制麻烦的运算用插值法减少列表点和测量次数。

23插值法的计算机实现步骤

（1）用实验法测出传感器的变化曲线（2）将上述曲线进行分段，选取各插值基点（3）确定并计算出各差指点的值，及两相邻插值点的拟合直线的斜率，并存放在存储器中（4）计算取出X-Xi（5）找出X所在的区域，并取出该段的斜率（6）计算Ki（X-Xi）（7）计算结果y

24伺服电动机的基本要求

（1）宽广而平滑的调速范围（2）较硬的机械特性和良好的调节特性（3）快速响应（4）空载始动电压小

25永磁直流伺服电动机特点应用范围 体积小、转矩大、力矩和电流成比例、伺服性能好、反应速度快、功率体积比大、功率重量比大、稳定性好。应用于办公自动、化工厂自动化、国防工业、家用电器、仪表

26无槽电枢直流伺服电动机特点应用范围

转动惯量小、机电时间常数小、换向良好。用于需快速动作、功率较大的伺服系统

27空心杯电枢直流伺服电动机特点应用范围

转动惯量小、机电时间常数小、转向好、低速运转平滑、快速响应、寿命长、效率高。用于快速动作的伺服系统。如机器人的腕、臂关节

28印刷绕组直流伺服电动机特点应用 转向好、旋转平稳、机电时间常数小、快速响应、低速运转性能好、能承受频繁的可逆运转。试用于低速和起动、反转频繁的伺服系统

29反应式步进电动机特点

（1）气隙小（2）步距角小（3）励磁电流较大（4）电动机内部阻尼较小（5）断电时没有定位转矩

30永磁式步进电动机特点

（1）步距角大（2）控制功率较小，效率高（3）电动机内部阻尼较大，单步运行振荡时间短（4）断电时有一定的定位转矩

31永磁感应式步进电动机（混合式步进电动机）特点

（1）步距角小（2）响应频率高（3）励磁功率小（4）效率高 32晶闸管SCR特性

（1）具有正反向阻断能力（2）阳极和控制极同时加正向电压时晶闸管导通

33功率晶体管GTR工作的三种状态 截至、有源、放大饱和状态

34绝缘栅双极晶体管IGBT特性

（1）高电流密度（2）低饱和电压（3）高输入阻抗（4）高速特性

SPWM变频调速系统的组成及各部分的作用

（1）绝对值运算器：根据电动机的要求给定电位器输出电压（2）函数发生器：实现调速过程中电压和频率的协调关系（3）逻辑控制器：根据定电位器送来的电压，经逻辑开关，使控制系统的SPWM波输出相应的相序送到逆变器，实现电动机的正反转及停止。还要完成各种保护控制 36电液伺服系统的特点

响应速度快、输出功率大、结构紧凑37计算机控制系统的硬件组成主机、外围设备、过程输入输出设备、人机联系设备和通信设备等 38计算机控制系统的软件组成（1）系统软件：汇编语言、高级语言、控制语言、数据结构、操作系统、数据库系统、通信网络软件（2）应用软件：输入程序、输出程序、控制程序、人机接口程序、打印显示程序、各种公共子程序

39计算机控制系统的类型

（1）操作指导控制系统（2）直接数字控制系统（3）监督控制系统（4）分布式控制系统

40计算机控制技术的发展方向

可靠性不断提高，成本不断降低，功能模块化，控制智能化。41接口方式的种类

（1）人机通道及接口技术（2）检测通道及接口技术（3）控制通道及接口技术（4）系统间通道及接口技术 42并行接口传输数据类型和传输方法 数字量、开关量。无条件传送、查询式传送、中断传送

43可编程序控制器PLC的特点

（1）工作可靠（2）可与工业现场信号直接连接（3）积术式组合（4）编程操作容易（5）易于安装及维修 44单回路调节器特点

（1）实现了仪表和微机一体化（2）具有丰富的运算和控制功能（3）有专用的系统组态器（4）人机接口灵活（5）便与级间通信（6）有继电保护和自珍断功能

8255芯片的端口及功能

（1）数据总线驱动器：与系统总线相连，实现CPU与接口之间的信息传递（2）并行I/O端口：功能由程序决定（3）读/写控制逻辑：用于管理所有的数据或状态字的传送（4）A组和B组控制：接收来自读/写控制逻辑的命令和内部数据总线的控制字，并向对应端口发出适当的命令

8255芯片的三种工作方式

方式0：基本输入/输出方式。方式1：选通输入/输出方式。方式2：带选通双向总线I/O方式 47常用现场总线（1）PC总线工业控制计算机（2）STD总线工业控制计算机（3）Q-BUS（4）Multibus（5）VME bus 48 STD总线的特点

（1）小板结构（2）严格的标准化（3）面向I/O的设计（4）高可靠性

49对工业机器人控制系统的基本要求（1）实现对工业机器人的位姿、速度、加速度等控制功能（2）方便的人机交互动能（3）具有对外部环境的检测和感觉功能（4）具有诊断、故障监视等功能