机电一体化技术课本重点总结整理_机电一体化技术教材
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1、机电一体化技术：微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的新兴的综合性高新技术，是机械技术与微电子技术的有机结合。
2、机电一体化产品：是新型机械与微电子器件，特别是微处理器、微型机相结合而开发出来的新一代电子化机械产品。
3、机电一体化系统包括：机械本体、能源部分、测试传感部分、执行机构、、驱动装置、控制及信息处理单元
4、产品分类：发展水平：功能附加型初级系统，功能代替型中级系统，机电融合性高级系
统；
应用范围：民用机电产品，产业机电产品，办公机电产品
5、常见的伺服驱动元件：电液马达，油缸，步进电动机，交、直流伺服电动机，伺服阀
6、传统机械：由动力件、传动件、执行件和电气控制部分组成7、机械传动系统要求：满足伺服控制要求：精度、稳定度、快速响应性（影响参数：系统的阻尼比、固有频率）
动力学特性：1）负载变化：工作负载、惯性负载、摩擦负载
2）传动系统惯性：转动惯量（取决于质量和尺寸参数）
3）传动系统固有频率：远离控制系统工作频率
4）传动系统摩擦：静摩擦力尽可能小，动摩擦力尽可能小的正斜率。若为负斜率易产生爬行，降低精度，减小寿命
5）传动间隙：产生回程误差和传动误差，影响系统的传动精度和运行平稳性
8、转动惯量大的影响：使机械负载增大，使系统响应速度变慢，降低灵敏度，固有频率下降，容易产生谐波
9、圆柱体转动惯量：J=1/8md2
直线运动物体L。丝杠驱动m工作台，折算到丝杠上J=m(L。/2π)2
齿条驱动工作台折算到r。齿轮上J=mr。2
传动齿轮
J电=（1/i2）J丝
（i 减速比）
GD2=4Gj10、静摩擦力f，动摩擦力（库仑摩擦力fc、粘性摩擦力B.V）
滑动摩擦导轨：低速运动稳定性差，易产生爬行现象；
滚动摩擦导轨：与静压摩擦导轨不产生爬行，但有微小超程
摩擦力与机械传动部件的弹性变形产生位置误差，反向时，位置误差形成反转误差
11、黏性摩擦阻尼：一方面使系统功耗增大，磨损增加，使系统响应速度下降；另一方面，可改善系统的响应特性，减小振幅
12、系统刚度越大，固有频率越高，超出系统频带越宽，不易产生共振
提高刚度，增加闭环系统的稳定性，对开环系统无影响
13、频率Wn=
Wn
传动死区：也称失动量（齿侧间隙越小，系统刚度越大，失动量越小）
14、误差：传动误差和回程误差
齿隙滞迟回线
传动误差：输入轴单向回转时，输出轴转角的实际值相对与理论值的变动量（各组成部件不可能制造装配绝对准确，有温度变形和弹性变形）
回程误差：输入轴由正向回转变反方向回转时，输出轴在转角上的滞后量
注： 1）传动误差和回程误差对转角而言 2）回程误差不一定只在反向时才有意义—超前量 减小传动误差措施：1）适当提高零部件本身的精度，2）合理设计传动链，减小零部件制造装配误差对传动精度影响 3）采用消隙机构，以减少或消除回程误差 1）减小传动误差：高精度齿轮
减小回程误差：较小侧隙或零侧隙，“负侧隙”—传动效率下降；
较小中心距误差（提高末级精度
2）合理选择传动形式
直齿轮，斜齿轮，蜗轮蜗杆，锥齿轮
合理确定传动级数和分配各级传动比
传动比从高速级开始逐级递增，增加末级传动比
合理布置传动
精度低的传动机构布置在高速轴上 3）螺旋传动间隙消除
齿轮齿侧间隙消除：
刚性消除法（调整后，齿侧间隙不能自动补偿）
丝杠螺母间隙调整
柔性消除法（调整后，齿侧间隙可以自动补偿）
15、齿轮传动优点：瞬时传动比为常数，传动精确，可做到零侧隙、无回差、强度大，能承受重载，结构紧凑，摩擦率小，效率高
16、传动分配原则
1）最小等效转动惯量原则：小功率传动
前大后小
大功率传动
前小后大
2）质量最小原则：小功率传动，主动小齿轮模数、齿数、齿宽均相等
大功率传动，前大后小
3）输出轴转角误差最小原则 ：前小后大
三项原则选择时：a、提高传动精度和减小回程误差为主的减速齿轮传动链选3）设计
b、运行平稳，启停频繁伺服减速传动链选1）和3）设计
c、要求质量小的减速传动链选2）同步带按尺寸分：模数制，节距制
17、谐波齿轮传动特点：传动比大，承载能力大，传动精度高，齿侧间隙小，传动平稳，传
动效率高，结构简单，质量轻
滚珠丝杠特点：很高的传动效率，运行的可逆性，系统高刚度，传动精度高，寿命长，使用范围广
18、驱动系统性能指标：精确度，稳定性，响应速度，可靠性
19、传动误差：伺服带宽以内低频分量（回程误差）
伺服带宽以外高频分量（传动误差）20、精确度：
1）前向通道环节误差对输出精度影响（阻低频通高频）
在中低频段上，随信号频率降低呈衰减特性，对低频干扰信号有良好的抑制作用
在高频段上，接近于1，对高频信号无抑制作用
2）位于闭环之前环节误差对输出影响（通低频阻高频）
中低频段扰动信号被1:1送到输出端；高频段扰动信号经衰前后输出
21、位于闭环之后输出通道上环节的误差对系统输出精度的影响
（P59）
1）驱动系统中各环节的误差因其在系统中所处的位置不同，对系统输出精度的影响是
不同的；2）同一环节误差的高频分量和低频分量，对输出精度的影响不同；
3）输入通道上的环节误差的低频分量相当于系统输入信号的一部分，它影响输出精度；
误差的高频分量由于系统的低通特性而得到抑制，它基本上不影响系统的输出精度 4）前向通道闭环之内的环节误差的低频分量会得到反馈控制系统的补偿，对输出精度
无影响；误差的高频分量影响系统的输出精度；5）反馈通道上环节的误差相当于系
统的一部分输入信号，它对输出精度的影响和G1(s)环节误差对输出精度的影响是相
同的；6）反馈通道上环节的误差会影响系统极点位置的分布，因此他对系统的稳定
性也会有影响；7）前向通道上环节误差的低频分量会影响系统的零点和极点分布，它对系统的稳定性有影响。
22、反馈环节对输出精度影响
通低频，阻高频
影响系统极点位置分布
闭环之后输出通道上环节的误差对系统输出精度的影响
都会影响
直接馈送到输出端
23、二阶系统在欠阻尼状态下
用阶跃响应特征值来表征系统指标
1）稳态误差：被控信号的期望值与稳态值之差
稳态精度性能指标（稳态误差、静态误差）
2）上升时间tr：第一次达到100%稳态值所需时间 3）峰值时间tp：第一次达到第一个峰值所需时间 4）最大起调量 5）过渡时间
6）振荡次数N
N越小，系统阻尼性越好 频率特性法（品质指标）：开环：放大系数V。（表征精度）； 穿越频率wd（快速性）；
相
对裕量（震荡性）
闭环：谐振频率wm 截止频率wg 谐振峰值
24、功率密度：驱动元件单位重力W的输出功率P
Pw=P/W
(w/N)
25、步进电动机 角位移∝脉冲数
脉冲数——转角
频率—转速
绕组相序—转动方向
工作原理：可变磁阻式（VR）（反应式）步进电机
转子无绕组 定子带绕组电激磁产生
永磁型（PM）
转子用永磁铁 定子绕组产生电磁力
混合型（HB）
26步距角：每输入一个电脉冲信号，转子转过的角度
∝=360./PZK P：相数 Z：齿数 K：通电方式 K=m/p27、直流电动机优点：良好的调速特性，较大的启动转矩，功率大，快速响应
分类：1）电磁式；2）永磁式（直流力矩电机）：定子是永久磁铁，转子是线圈绕组
28、驱动电路：晶体管驱动电路（线性直流伺服放大器、脉宽调制放大器）
29、直流电机调速：1）电枢串接电阻调速；2）改变电枢电压调速（晶闸管整流装置）；
3）PWM直流调速；4）双闭环直流调速；5）数字式直流调速系统；6）改变励磁的恒
功率调速(高于额定转速)
30、直流电机选择（计算）
P75例4
习题4—1031、电动机功率Pm=(1.5~2.5)Tlp*nlp/
32、交流电机：1）笼型异步电动机：运行特性好，其转矩受负载波动影响小，启动电流大，常采用降压启动，用于轻载启动设备，不调速连续运转负载
2）线式交流异步电动机：用于不调速连续运转的大功率设备，起重机械上有级调速 解决启动问题：在电机转子回路中串接频敏电阻限制启动电流、获得较大启动转矩
交流异步电动机调速：1）变极调速2）电磁转差离合器调速3）转子串电阻调速4）串级调速5）变频调速
33、工业控制计算机5种典型类型：1）可编程控制器PLC；2）单多回路调节器3）微型机
测控系统4）单片微机控制器5）分散型控制系统DCS 工业控制计算机主要特点：1）丰富的过程输入/输出功能2）实时性3)高可靠性4）环境适
应性5）丰富的应用软件6）技术综合性
34、工业控制总线：1）计算机系统总线（用并行线字通信方式）；2）现场控制总线
35、计算机系统总线
种传送规定信息的公共通道，通过它可以各种数据和命令传送到各
自要去的地方：1）数据总线（信息
双向，但任一时刻，单向，由控制总线控制）
2）地址总线（单向）；3）控制总线（确定数据总线上信息流时间序列）
36、IBM PC总线
AT总线 PCI总线
MuLTI总线
STD STE G64总线 都属于系统总线
37、现场总线：是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现
双向串行多节点数字通信的系统也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络
作用：将专用微处理器置入系统的测量控制仪表，使他们各自都具有数字计算和数字通
信能力，成为能独立承担某些控制通信任务的网络节点。
特点：1）系统具有开放性和互用性；2)系统功能自治性；3）系统具有分散性；4）系统
具有对环境适应性
典型现场总线技术：基金会现场总线、Lonwords、Profibus，CAN，HART38、P114，P115
表5—4 39.传感器是一种以一定的精确度将被测量（如位移、力等）转换为与之有确定对应关系的，易于精确处理和测量的某种物理量的测量部件或装置
组成：敏感元件、转换元件、基本转换电路
40、传感器特性：静态特性和动态特性
静态特性指标：灵敏度，传感器输出变化量⊿y与引起此变化的输入变化量⊿x之比
S。=⊿y／⊿x 表示反应能力
线性度：被测值处于稳定状态时，传感器输出和输入之间的关系曲线对拟合直线的接近程度
迟滞：传感器在正（输入量最大）反（输入量最小）行程中输出输入特性曲线不重合度 重复性：传感器在输入量按同一方向做全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致程度 满量程输出：传感器测量上线与测量下线处的输出值之差 分辨率：传感器能检测到的最小输入增量
稳定性：传感器在长时间工作情况下（输入不变）输出量的变化 零漂：传感器在零输入状态下输出值的变化
精确度：测量结果与理论值的靠近程度，是系统误差和随机误差的综合指标
动态特性指标：临界频率、临界速度、稳定时间、传递函数、频率响应函数、幅频特性、相频特性、脉冲响应函数、单位阶跃响应函数、单位斜坡响应函数
41、常用传感器：①位移传感器：电感式、变压式、电涡流式、电容式、电位器时、应变片式、感应同步器、磁栅式、光栅式、光电码盘式传感器（绝对式、增量式）、激光式光纤与化学成像式、气电转换、压电式、霍尔式②速度传感器③温度传感器④力传感器 例6.2 光电编码器 例6.4速度传感器 计算 习题6-842、光电编码器原理：它由旋转孔盘和光电器件组成。它的输出是孔盘转角（或转角增量）成比例的脉冲信号，通过对脉冲信号计数可测得孔盘转角
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