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第1章 緒論 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解機(jī)電一體化的定義、機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能、相關(guān)技術(shù)和方法。明確學(xué)習(xí)內(nèi)容和目的，以及本課程的性質(zhì)和任務(wù)。 考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求 1. 機(jī)電一體化的定義:是機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能、控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱 識(shí)記：機(jī)電一體化的基本概念；機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)和物質(zhì)基礎(chǔ)； 2. 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素:機(jī)械本體、控制與信息處理、動(dòng)力、傳感器檢測(cè)、執(zhí)行元件等。 3. 1、機(jī)械子系統(tǒng) 功能：機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能 要求：可靠、小型、美觀 2、動(dòng)力子系統(tǒng) 功能：提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能 要求：效率高、、適應(yīng)性好、可靠性高 3、傳感檢測(cè)子系統(tǒng) 功能：檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能 要求：體積小、精度高、抗干擾能力強(qiáng) 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng) 功能：包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動(dòng)作 常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu) 5、電子信息處理子系統(tǒng) 功能：處理、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能 要求：高可靠性、柔性、智能化　 識(shí)記：一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)的幾個(gè)基本要素；每個(gè)功能要素在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用。 3. 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù): 1.機(jī)械技術(shù)　 機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，它不再是單一地完成系統(tǒng)間的連接，必須從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性、可靠性能及通用性等幾個(gè)方面加以改進(jìn)，使機(jī)電一體化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、重量減輕、剛性提高具有高的可靠性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，提高產(chǎn)品的可維修性，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 2.傳感檢測(cè)技術(shù)　 傳感檢測(cè)技術(shù)是機(jī)電一體化的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，它的功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度就越高。 3.信息處理技術(shù)　 信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策，主要設(shè)備是計(jì)算機(jī)或可編程序控制器及與其配套的I/O設(shè)備、顯示器和外部存儲(chǔ)器。與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密相關(guān)，指揮整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。 4.伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)　驅(qū)動(dòng)技術(shù)按動(dòng)力源可分為電動(dòng)、液壓和汽動(dòng)3種，常見(jiàn)伺服驅(qū)動(dòng)有電液馬達(dá)、脈沖液壓缸、步進(jìn)電機(jī)和交直流伺服電動(dòng)機(jī)，目前存在功能可靠性和減小體積等問(wèn)題。 5.系統(tǒng)技術(shù) 系統(tǒng)技術(shù)就是以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將整體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能子系統(tǒng)，以子系統(tǒng)進(jìn)行一次分解，生成功能更為單一的、具體的功能單元，直到找出一個(gè)最佳、可行的技術(shù)方案。 6.自動(dòng)控制技術(shù) 關(guān)于軟件方面的技術(shù)，主要以控制理論為指導(dǎo)，對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、可靠運(yùn)行等 7.軟件技術(shù)　軟件技術(shù)必須與硬件協(xié)調(diào)發(fā)展，在滿足系統(tǒng)要求的同時(shí)，必須降低成本及提高軟件的通用性。 識(shí)記：機(jī)電一體化的六個(gè)關(guān)鍵技術(shù)；各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用。 4．現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化方法 領(lǐng)會(huì)：機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的分類和現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化目標(biāo)。 第2章 機(jī)械系統(tǒng)分析 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解機(jī)械系統(tǒng)的要求，掌握常見(jiàn)傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)、特性及選用及其設(shè)計(jì)方法和消隙方法。 考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求 1. 機(jī)械傳動(dòng)裝置性能要求 : 傳動(dòng)裝置是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器，使執(zhí)行元件與負(fù)載間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。 1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。2)低摩擦 2. 滾珠絲杠副: 滾珠絲杠副是一種螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 組成：絲杠、螺母、滾珠、滾珠循環(huán)裝置； 工作原理：絲桿（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動(dòng)、迫使螺母（絲桿）軸向移動(dòng)； 特點(diǎn):1:傳動(dòng)效率高,2:運(yùn)動(dòng)具有可逆性,3:傳動(dòng)精度高,4:磨損小，使用壽命長(zhǎng)，5：不能自鎖。 循環(huán)方式:內(nèi)循環(huán)，外循環(huán) ； 滾珠絲杠副間隙調(diào)整法：1)雙螺母墊片式調(diào)隙 2)雙螺母螺紋式調(diào)隙3)雙螺母齒差式調(diào)隙 識(shí)記: 結(jié)構(gòu)組成及其特點(diǎn)，循環(huán)方式，滾珠絲杠副間隙調(diào)整方法（掌握其工作原理），滾珠絲杠副的設(shè)計(jì) 3.齒輪傳動(dòng)裝置：總傳動(dòng)比的確定： 原則：通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動(dòng)比,以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度（穩(wěn)、準(zhǔn)、快） 常見(jiàn)幾種傳動(dòng)比分配原則：1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則 2)重量最輕原則 常見(jiàn)間隙調(diào)整方法：1)錯(cuò)齒法①墊片調(diào)整法②彈簧調(diào)整法 2)偏心套法 識(shí)記： 總傳動(dòng)比的確定原則、結(jié)論及其意義，常見(jiàn)的幾種傳動(dòng)比分配原則及其分配方法，間隙的種類及常見(jiàn)的間隙調(diào)整方法（掌握其工作原理） 4. 導(dǎo)向裝置: 導(dǎo)軌的作用：支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向作運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌的基本組成：運(yùn)動(dòng)件（動(dòng)導(dǎo)軌） 承導(dǎo)件（支承導(dǎo)軌/靜導(dǎo)軌）直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌要求：（1）導(dǎo)向精度高 （2）剛度好（3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)（4）結(jié)構(gòu)工藝性好 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)：1:導(dǎo)向精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，f小，動(dòng)作輕便靈活，無(wú)爬行2: 預(yù)緊后導(dǎo)軌剛度提高，耐沖擊振動(dòng) 3:壽命長(zhǎng)4: 便于潤(rùn)滑，應(yīng)用廣泛 靜壓導(dǎo)軌：是由外界向?qū)к壝骈g通入壓力油或壓縮空氣，使運(yùn)動(dòng)件浮起，與承導(dǎo)件分開(kāi)，保證導(dǎo)軌處于液體摩擦或氣體摩擦，再由油孔流回油箱。特點(diǎn)：即使導(dǎo)軌面有不平，也能保證平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。 識(shí)記：導(dǎo)向裝置的功能及其組成，導(dǎo)向裝置的基本要求，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的特點(diǎn)，靜壓導(dǎo)軌的工作原理， 第3章 執(zhí)行裝置及伺服電動(dòng)機(jī) 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解常見(jiàn)的執(zhí)行裝置的工作原理，掌握常用的伺服執(zhí)行部件的工作原理、伺服驅(qū)動(dòng)放大和控制的方法。 1. 微動(dòng)裝置：1.機(jī)械式微動(dòng)裝置　常用的機(jī)械式微動(dòng)裝置傳動(dòng)類型有螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)、杠桿傳動(dòng)以及這幾種傳動(dòng)方案的結(jié)合。2.熱變形式微動(dòng)裝置　該類裝置利用電熱元件作為動(dòng)力源，靠電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實(shí)現(xiàn)微小位移 舉例說(shuō)明常見(jiàn)的微動(dòng)裝置， 2. 執(zhí)行裝置 什么是靜壓軸承、相比普通軸承其特點(diǎn)有哪些:靜壓軸承是流體摩擦支撐的基本類型之一，它是在軸頸與軸承之間充有一定壓力的液體或氣體，將轉(zhuǎn)軸浮起并承受負(fù)荷的一種軸承。 特點(diǎn)：f小，η高，壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速范圍高，剛度大，抗振性好，回轉(zhuǎn)精度高 執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意哪些問(wèn)題: 1)具有實(shí)現(xiàn)所需的全部運(yùn)動(dòng)形式的能力，包括給定的運(yùn)動(dòng)軌跡、給定的行程、速度方向及運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置的范圍等，并具有相應(yīng)的精度和靈敏度。2)具有傳遞所需動(dòng)力的能力。3)具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，即要求盡量減少裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、提高傳動(dòng)剛度和系統(tǒng)固有頻率，以減少摩擦和間隙等。4)可靠性高、壽命長(zhǎng)。 提高結(jié)合面剛度的主要手段是什么: 3. 伺服電動(dòng)機(jī) 機(jī)電一體化中伺服電動(dòng)機(jī)的性能要求: 1)性能密度大，即功率密度和比功率大。2)快速響應(yīng)特性好，即加減速轉(zhuǎn)矩大，頻率特性好。3)位置控制精度高，調(diào)速范圍寬，低速運(yùn)行平穩(wěn)、分辨率高。4)適應(yīng)啟停頻繁的工作要求。5)振動(dòng)和噪聲小。6)空載始動(dòng)電壓小。7)可靠性高，壽命長(zhǎng) 常用的伺服電機(jī)有哪些: 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的步距角與哪些因素有關(guān)，轉(zhuǎn)速如何計(jì)算： P-步進(jìn)電機(jī)相數(shù) Z-轉(zhuǎn)子齒數(shù) f-脈沖頻率 K-通電方式 一般最小步距角：0.75-9 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)及其含義：（1）最大靜轉(zhuǎn)矩：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在某相始終通電而處于靜止不動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能承受的最大外加轉(zhuǎn)矩，即所能輸出的最大電磁轉(zhuǎn)矩，反應(yīng)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能力和低速步進(jìn)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載能力。(2)步距誤差：空載時(shí)實(shí)測(cè)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角與理論步距角之差，它在一定程度上反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移精度。(3)運(yùn)行矩頻特性：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系。(4)最大相電壓和最大相電流：分別是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每相線圈所允許施加的最大電源電壓和流過(guò)電流。 步進(jìn)電機(jī)控制中環(huán)形分配器的作用、功率放大器的功能；常見(jiàn)的功率放大器的類型； 直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理：主磁極、電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、電刷等。 原理：主磁極的勵(lì)磁線圈在直流電源下產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，當(dāng)電樞繞組兩端接上直流電源時(shí)，在電樞繞組中就有直流電流，因而電樞繞組在磁場(chǎng)的作用下受到電磁力矩而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)這種旋轉(zhuǎn)要靠電刷對(duì)電樞繞組電流的不斷換向來(lái)維持。 直流伺服電機(jī)的控制方式：恒轉(zhuǎn)矩—電樞電壓控制；恒功率—?jiǎng)?lì)磁磁場(chǎng)控制 交流伺服電機(jī)的類型：同步型、異步型 交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理：1）定子：由于尺寸太大，硅鋼片常制成扇形，然后對(duì)成圓形。2）轉(zhuǎn)子：由磁極、轉(zhuǎn)軸、阻尼繞組、滑環(huán)、電刷等組成，在電刷和滑環(huán)通入直流電勵(lì)磁，產(chǎn)固定磁極 3）位置傳感器 轉(zhuǎn)速的計(jì)算：同步交流電機(jī) 異步交流電機(jī) 異步交流伺服電機(jī)的調(diào)速方法：（1）變頻調(diào)速：改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率f實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，是無(wú)級(jí)調(diào)速（2）改變磁極對(duì)數(shù)p調(diào)速：有級(jí)調(diào)速（精度不高的場(chǎng)合，如鏜床、銑床）（3）改變轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速（調(diào)速方法簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)單投資少，但能耗較大，輕載時(shí)調(diào)速范圍小；常用于起重、提升設(shè)備） 第4章 機(jī)電一體化常用電路及應(yīng)用 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，掌握一些常見(jiàn)的電路的工作原理及其功能。 1. 模擬電路主要元器件: 成模擬電路的主要元器件包括電阻、電容、電感線圈、變壓器、二極管、三極管、石英諧振器和繼電器等。 電阻值、電容值的表示方法：電阻：①第一色環(huán)表示電阻值的第一位數(shù)。②第二色環(huán)表示電阻值的第二位數(shù)。③第三色環(huán)表示電阻值的乘數(shù)。④第四色環(huán)表示電阻值的允許誤差。 電容：①第一色環(huán)和第二色環(huán)表示電容器容量的第一位數(shù)和第二位數(shù)。②第三色環(huán)表示電容器容量的乘數(shù)。③第四色環(huán)表示電容器容量的允許誤差。 晶閘管的導(dǎo)通條件：在陽(yáng)極上加正向電壓，同時(shí)在控制極上加正向電壓。 2. 常見(jiàn)電路 什么是變流技術(shù):電源電路主要是指為工作設(shè)備的需要，將外部電源轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需要的電源的電路部分---變流技術(shù)。 整流器、逆變器、斬波器、變頻器的功能: 整流器：把交流電變?yōu)楣潭ǖ幕蚩烧{(diào)的直流電；逆變器：把固定的直流電壓變成可調(diào)的或固定的直流電壓；斬波器：把固定的直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)的交流電壓。 能夠說(shuō)明常用的變流電路的工作原理: 集成電路的特點(diǎn): 1)電路合理，系統(tǒng)質(zhì)量高。2)降低系統(tǒng)成本，提高生產(chǎn)效率。 3)減少元器件數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性。 差動(dòng)運(yùn)算放大器電路的工作原理: PID調(diào)節(jié)電路的功能是什么：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PID調(diào)節(jié)器是廣泛應(yīng)用的通用校正裝置，其作用是對(duì)經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換的信號(hào)與給定信號(hào)相比較得到的偏差量進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生相對(duì)的輸出，去控制系統(tǒng)執(zhí)行環(huán)節(jié)。 傳導(dǎo)型干擾有哪幾類，輻射型干擾有哪幾類：傳導(dǎo)型干擾：可分為供電干擾、強(qiáng)電干擾和接地干擾。輻射型干擾： 電磁干擾、靜電干擾 常見(jiàn)濾波電路的工作原理： 隔離的方法有哪幾種，并進(jìn)行比較：光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離。 比較: 1）光電隔離體積稍大，隔離度和支持的頻率豐富；但前提必須供電。 2）變壓器隔離效果稍差些，只能針對(duì)特定的一點(diǎn)頻率和波段的信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾及隔離,相對(duì)于光耦，其體積可以做到小很多；它可實(shí)現(xiàn)無(wú)源狀態(tài)下工作。3）繼電器隔離的接觸點(diǎn)，接通時(shí)電阻很小，斷開(kāi)時(shí)無(wú)漏電流，這是晶體管開(kāi)關(guān)電路達(dá)不到的，而且耐壓高。 什么是接地，接地的目的是什么： 將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)（大地）實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接稱為接地。接地的目的有兩個(gè)：1）為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降遭受觸電危險(xiǎn)和保證設(shè)備的安全，這稱為安全接地，如把電子設(shè)備的機(jī)殼、機(jī)座等與大地相接，當(dāng)設(shè)備中存在漏電時(shí)，不致影響人身安全；2）為了給系統(tǒng)提供一個(gè)基準(zhǔn)電位，保證控制系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測(cè)量和控制精度，或是防止地環(huán)路引起的干擾，常稱為工作接地，如脈沖數(shù)字電路的零電位點(diǎn)等，或?yàn)榱艘种聘蓴_，如屏蔽接地等。 第5章 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解機(jī)電一體化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的組成、特點(diǎn)和類型。掌握接口技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用以及常用的控制方法。 考核知識(shí)點(diǎn) 1. 概述 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成: 計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方式: 1.操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC（DirectDigitalControl）3.監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)SCC （SupervisoryComputerControl） 4.分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 2. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的要求:1.實(shí)時(shí)性2.高可靠性 3.硬件配置的可裝配可擴(kuò)充性4.可維護(hù)性 常用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有哪幾種: 1.STD總線工業(yè)控制機(jī) 2.PC總線工控機(jī) STD總線工控機(jī)的突出特點(diǎn):1）模塊化設(shè)計(jì) 2）開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3. 計(jì)算機(jī)接口 計(jì)算機(jī)I/O接口的主要功能:（1）解決主機(jī)CPU和外圍設(shè)備之間的時(shí)序配合和通信聯(lián)絡(luò)問(wèn)（2）解決CPU和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題。（3）解決CPU的負(fù)載能力和外圍設(shè)備端口的選擇問(wèn)題。 I/O信號(hào)的種類: 1.數(shù)據(jù)信息2.狀態(tài)信息 3.控制信息 計(jì)算機(jī)與外部的通信方式: 1.并行通信2.串行通信 I/O接口的控制方式: 程序控制方式、中斷控制方式和直接存儲(chǔ)器存取方式。 I/O接口的編址方式: 1. I/O接口獨(dú)立編址方式 2. I/O接口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式 微機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入與輸出通道一般包括哪幾種:（1）模擬量輸入通道（2）模擬量輸出通道（3）數(shù)字量輸入通道（4）數(shù)字量輸出通道 量化單位q的概念及其計(jì)算: 量化單位q是指量化后二進(jìn)制數(shù)的最低位所對(duì)應(yīng)的模擬量的值。設(shè)fmax和fmin分別為轉(zhuǎn)換信號(hào)的最大值和最小值，i為轉(zhuǎn)換后二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，則量化單位為 4. D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨力感念及計(jì)算: 分辨率 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率表示當(dāng)輸入數(shù)字量變化了1時(shí)，輸出模擬量變化的大小。它反映了計(jì)算機(jī)的數(shù)字量輸出對(duì)執(zhí)行部件控制的靈敏程度。對(duì)于一個(gè)N位的D/A轉(zhuǎn)換器,其分辨率為： DAC0832的工作方式有哪幾種:（1）直通方式 （2）單緩沖方式（3）雙緩沖方式 第6章 檢測(cè)技術(shù) 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解各種常用傳感器的類型、結(jié)構(gòu)、靜動(dòng)態(tài)特性、測(cè)量范圍、使用條件等，掌握常用傳感器的工作原理及其應(yīng)用。 考核知識(shí)點(diǎn) 1. 傳感器技術(shù) 傳感器的定義: 一種以一定的精確度將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測(cè)量的某種物理量（如電量）的測(cè)量部件或裝置。 傳感器的構(gòu)成圖 傳感器的構(gòu)成:（1）敏感元件：是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的預(yù)變換裝置,其輸入、輸出間具有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系（最好為線性）（2）轉(zhuǎn)換元件：又稱變換器，將非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的元件。（3）基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量,如電壓、電流、頻率等。 傳感器的特性：1）靜特性：傳感器輸入量為常量或隨時(shí)間做緩慢變化時(shí)，輸入與輸出的關(guān)系 動(dòng)態(tài)特性：指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。 線性度: 傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際曲線偏離擬合曲線的程度。通常希望這個(gè)特性（曲線）為線性。 靈敏度: 傳感器在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。 遲滯: 傳感器在正、反行程中輸出/輸入特性曲線的不重合程度。 重復(fù)特性:傳感器在同一條件下,被測(cè)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)的輸出/輸入曲線不一致的程度。 傳感器信號(hào)處理電路的主要目的:（1）提高系統(tǒng)的測(cè)量精度（2）提高測(cè)流量系統(tǒng)的線性度（3）抑制噪音 2. 位移測(cè)量傳感器: 能舉出幾個(gè)具體的常用位移傳感器，并能說(shuō)出其應(yīng)用場(chǎng)合； 光電式編碼器按旋轉(zhuǎn)規(guī)律可分為哪兩種； 比較絕對(duì)式編碼器與增量式編碼器。 注意理解上課例題 3. 測(cè)速傳感器 能舉出幾個(gè)具體的常用測(cè)速傳感器； 光電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和測(cè)速原理； 注意理解上課例題 4. 傳感器接口技術(shù) 采樣保持電路的組成及工作原理: 組成：存儲(chǔ)電容C、模擬開(kāi)關(guān)S等。采樣/保持器是一種用邏輯電平控制工作狀態(tài)的器件。 采樣/保持的概念: 1）采樣：盡可能快的接收模擬輸入信號(hào)，并精確的跟蹤模擬輸入信號(hào)的變化，一直到接到保持指令為止；2）保持：對(duì)接收到的保持指令前一瞬間的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行保持。此階段相當(dāng)于一個(gè)“模擬信號(hào)存儲(chǔ)器” 5. 傳感器非線性補(bǔ)償處理 軟件數(shù)字量非線性校正的概念: 常用非線性軟件處理方法：查表法、分段線性插值； 6. 數(shù)字濾波 數(shù)字濾波的概念及其特點(diǎn): 常用的數(shù)字濾波方法: 第7章 簡(jiǎn)單機(jī)電一體化系統(tǒng) 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解機(jī)電一體化技術(shù)在典型產(chǎn)品如。 考核知識(shí)點(diǎn) 1. 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)器人的組成: 機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，檢測(cè)傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成 。 1. 滾珠絲桿中滾珠的循環(huán)方式 內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)。 2. 某4極異步交流感應(yīng)電機(jī)，電源頻率為50Hz，轉(zhuǎn)速為1470r/min，則轉(zhuǎn)差率為多少？若為同步交流電機(jī)，則轉(zhuǎn)速為多少？（計(jì)算公式前面有） 3、應(yīng)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)主要有哪些？STD總線的突出特點(diǎn)是什么？ 答：有1.STD總線工業(yè)控制機(jī) 2.PC總線工控機(jī) 特點(diǎn)：1）模塊化設(shè)計(jì) 2）開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 4、步進(jìn)電機(jī)控制中，常見(jiàn)的環(huán)形分配方法有什么，驅(qū)動(dòng)放大電路有哪些？ 答：1）計(jì)算機(jī)軟件分配2）硬件環(huán)形分配； 驅(qū)動(dòng)電路：電源驅(qū)動(dòng)、雙電源驅(qū)動(dòng)、斬波限流。 5、DAC0832是什么，它的工作方式有哪幾種？ 答：是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器，能完成從數(shù)字量輸入到模擬量（以電流形式）輸出的轉(zhuǎn)換。 工作方式：（1）直通方式（2）單緩沖方式（3）雙緩沖方式 6、齒輪傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定原則是什么？為什么？結(jié)論是什么？ 答：總傳動(dòng)比的確定：原則：通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動(dòng)比,以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度（穩(wěn)、準(zhǔn)、快）； 常見(jiàn)幾種傳動(dòng)比分配原則：1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則 2)重量最輕原則。 7、小功率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)齒輪傳動(dòng)，當(dāng)采用等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則是，各級(jí)齒輪傳動(dòng)比按照什么次序分配；若按照重量最輕原則，則各級(jí)齒輪傳動(dòng)比如何分配。 答：小功率傳動(dòng)裝置按質(zhì)量最小原則來(lái)確定傳動(dòng)比時(shí), 常選擇相等的各級(jí)傳動(dòng)比 質(zhì)量最小原則確定的各級(jí)傳動(dòng)比表現(xiàn)為“前大后小”的傳動(dòng)比分配方式。 8、絲杠螺母間隙的調(diào)整方法有哪幾種？齒輪調(diào)隙常見(jiàn)的方法有哪些？要求能說(shuō)明其工作原理。 答：絲杠螺母間隙的調(diào)整方法(1)雙螺母墊片式調(diào)隙 原理：調(diào)整墊片厚度Δ，螺母軸向移動(dòng)，消除軸向間隙(2)雙螺母螺紋式調(diào)隙 原理:螺母6有凸緣，螺母8有螺紋，用兩個(gè)圓螺母1和2鎖緊，螺母2可調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊(3)雙螺母齒差式調(diào)隙 原理：螺母2凸緣切有外齒，相差1個(gè)齒，與內(nèi)齒輪3、5嚙合。當(dāng)兩個(gè)螺母按同方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)軸向位移，位移量大小；齒輪調(diào)隙常見(jiàn)的方法：1)錯(cuò)齒法①墊片調(diào)整法②彈簧調(diào)整法 2)偏心套法 9、 一步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=60、導(dǎo)電拍數(shù)m=6，則其步距角α為多少呢？轉(zhuǎn)速又如何計(jì)算呢？ α=360/mzk n=60f/mzk 其中(k=1) 10、機(jī)電一體化的概念是什么？ 答：是機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能、控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。 11、什么是傳感器？什么是傳感器的線性度？ 答：傳感器：一種以一定的精確度將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測(cè)量的某種物理量（如電量）的測(cè)量部件或裝置。 線性度：傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際曲線偏離擬合曲線的程度。通常希望這個(gè)特性（曲線）為線性。 12、 什么是逆變器？什么是整流器？ 答：逆變器：把固定的直流電壓變成可調(diào)的或固定的直流電壓。整流器：把交流電變?yōu)楣潭ǖ幕蚩烧{(diào)的直流電。斬波器：把固定的直流電壓變成可調(diào)的交流電壓。 13、機(jī)電一體化系統(tǒng)中，齒輪傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定原則是什么？為什么？此時(shí)傳動(dòng)比等于多少？ 答：總傳動(dòng)比的確定：原則：通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動(dòng)比,以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度（穩(wěn)、準(zhǔn)、快） 常見(jiàn)幾種傳動(dòng)比分配原則：1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則 2)重量最輕原則 總傳動(dòng)比=電動(dòng)機(jī)的角位移/負(fù)載的角位移=電動(dòng)機(jī)的角速度/負(fù)載的角速度=電動(dòng)機(jī)的角加速度/負(fù)載的角加速度。 14、什么是接地？接地的目的是什么？ 答：將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)（大地）實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接稱為接地。 接地的目的有兩個(gè)：1）為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降遭受觸電危險(xiǎn)和保證設(shè)備的安全，這稱為安全接地 如把電子設(shè)備的機(jī)殼、機(jī)座等與大地相接，當(dāng)設(shè)備中存在漏電時(shí)，不致影響人身安全；2）為了給系統(tǒng)提供一個(gè)基準(zhǔn)電位，保證控制系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測(cè)量和控制精度，或是防止地環(huán)路引起的干擾，常稱為工作接地，如脈沖數(shù)字電路的零電位點(diǎn)等，或?yàn)榱艘种聘蓴_，如屏蔽接地。 15、 機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要構(gòu)成要素有哪些？檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵元件是什么？ 答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素： 14 1、機(jī)械子系統(tǒng) 功能：機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能。 要求：可靠、小型、美觀。 2、動(dòng)力子系統(tǒng) 功能：提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能。 要求：效率高、適應(yīng)性好、可靠性高。 3、傳感檢測(cè)子系統(tǒng) 功能：檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。 要求：體積小、精度高、抗干擾能力強(qiáng)。 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng) 功能：包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動(dòng)作。 常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu)。 5、電子信息處理子系統(tǒng) 功能：處理、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能。 要求：高可靠性、柔性、智能化。 16、什么是靜壓導(dǎo)軌？相比其他導(dǎo)軌其特點(diǎn)有哪些？ 答：靜壓導(dǎo)軌：是由外界向?qū)к壝骈g通入壓力油或壓縮空氣，使運(yùn)動(dòng)件浮起，與承導(dǎo)件分開(kāi)，保證導(dǎo)軌處于液體摩擦或氣體摩擦，再由油孔流回油箱。特點(diǎn)：即使導(dǎo)軌面有不平，也能保證平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。 17、PID調(diào)節(jié)電路的功能是什么？當(dāng)參數(shù)KP增大時(shí)，對(duì)系統(tǒng)有何影響？ 答：PID調(diào)節(jié)電路：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PID調(diào)節(jié)器是廣泛應(yīng)用的通用校正裝置，其作用是對(duì)經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換的信號(hào)與給定信號(hào)相比較得到的偏差量進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生相對(duì)的輸出，去控制系統(tǒng)執(zhí)行環(huán)節(jié)。 18、機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的要求有哪些？ 答：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及要求1.實(shí)時(shí)性2.高可靠性3.硬件配置的可裝配可擴(kuò)充性4.可維護(hù)性。 19、簡(jiǎn)述滾珠絲杠傳動(dòng)裝置的組成及其特點(diǎn)。 答：組成：1—絲杠　2—螺母　3—滾珠 4—滾珠循環(huán)裝置 工作原理：絲桿（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動(dòng)、迫使螺母（絲桿）軸向移動(dòng) 特點(diǎn)：1:傳動(dòng)效率高,2:運(yùn)動(dòng)具有可逆性,3:傳動(dòng)精度高,4:磨損小，使用壽命長(zhǎng)，5：不能自鎖。 20、光電式編碼器按工作原理有兩類？并對(duì)他們進(jìn)行比較。 21、計(jì)算機(jī)I/O接口的主要功能有哪些？其控制方式有哪些？編址方式有哪幾種？ 解：主要功能：（1）解決主機(jī)CPU和外圍設(shè)備之間的時(shí)序配合和通信聯(lián)絡(luò)問(wèn)題。（2）解決CPU和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題。（3）解決CPU的負(fù)載能力和外圍設(shè)備端口的選擇問(wèn)題。 控制方式：程序控制方式、中斷控制方式和直接存儲(chǔ)器存取方式。 編制方式： 1. I/O接口獨(dú)立編址方式； 2. I/O接口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式。 22、圖示斜齒輪調(diào)隙機(jī)構(gòu)，請(qǐng)分析其調(diào)整齒側(cè)間隙原理。 1、2－薄片斜齒輪 3－蝶形彈簧 4－墊片 5－螺母 6－寬齒輪 23. 試分析圖示滾珠絲杠副軸向間歇調(diào)整與預(yù)緊的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 雙螺母墊片式調(diào)隙 原理：調(diào)整墊片厚度Δ，螺母軸向移動(dòng)，消除軸向間隙 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，剛性好；但精確調(diào)整困難；滾道磨損時(shí)不能隨意調(diào)整。適用于一般的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 24、分析圖示半橋逆變的原理，并能畫出負(fù)載上的電壓和電流的波形圖。 1） V1和V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2 2）V1或V2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時(shí)，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。 25、請(qǐng)分析圖示電源電路的工作原理，并畫出輸出電壓波形圖。 26、有一變化量為0 ~ 16V的模擬信號(hào)，采用4位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入到微機(jī)控制系統(tǒng)中，試求其量化單位q，及量化誤差最大值emax。 答：q=（fmax-fmin）/2i=16/16=1V emax=q/2=0.5V 27、某工作臺(tái)采用直流電機(jī)絲杠螺母及結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺(tái)的位移為s=250mm，絲杠的螺距為t=4mm，單頭，齒輪減速比為i=5，要求測(cè)量精度為0.01mm。分析以下兩種測(cè)量方案，選擇編碼器，并進(jìn)行比較。 （1）編碼器安裝于直流電機(jī)軸； （2）編碼器安裝于大齒輪軸上。 高速端轉(zhuǎn)角測(cè)量 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)角的測(cè)量實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間接測(cè)量。設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為ns，則每個(gè)脈沖對(duì)工作臺(tái)的位移為：Δl=t/（i*ns）實(shí)際脈沖數(shù)應(yīng)大于計(jì)算值，故參考樣本選擇ns=100小型編碼器測(cè)量精度為：Δl’=t/(i*ns)=4/(5*100)=0.008mm。 低速端轉(zhuǎn)角測(cè)量 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)角的測(cè)量實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間接測(cè)量。設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為ns，直接測(cè)量轉(zhuǎn)角，與i無(wú)關(guān)，則：Δl=t/ns。 所以，ns=t/Δl=4/0.01=400實(shí)際脈沖數(shù)應(yīng)大于計(jì)算值，故參考樣本選擇n=500小型編碼器。 兩種間接測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)傳感器的分辨率要求較低，可降低費(fèi)用；缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)鏈誤差，滾珠絲杠的傳動(dòng)精度可以很高，提高齒輪傳動(dòng)精度較困難，因此測(cè)量精度要求高，宜采用低速端間接測(cè)量方案，低速端測(cè)量分辨率是高速端測(cè)量時(shí)的i倍，i小時(shí)兩者差別不大，i大時(shí)兩者分辨率則相差較大，價(jià)格相差會(huì)很多，此時(shí)應(yīng)綜合價(jià)格和測(cè)量精度要求選擇測(cè)量方案，i大時(shí)宜高速端測(cè)量。