電大全國自考機電一體化系統(tǒng)設(shè)計(課程代碼2245)小抄

1、專業(yè)好文檔 機電一體化定義:利用電子技術(shù)傳感器，控制論，計算機使機械系統(tǒng)達到柔性化和智能化的技術(shù),涵義是指機械和電子的集成技術(shù)，是微電子技術(shù)，信息技術(shù)的快速發(fā)展并向傳統(tǒng)機械產(chǎn)品滲透和融合的結(jié)果.4a革命:工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化、社會服務(wù)自動化。 典型的機電一體化系統(tǒng)：伺服系統(tǒng)，數(shù)控機床，工業(yè)機器人，順序控制系統(tǒng)，自動導(dǎo)引車，數(shù)控自動化系統(tǒng)。 線性系統(tǒng)：輸入和輸出滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型中所有的系數(shù)與時間無關(guān)的的常量系統(tǒng)稱為定常系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，它的受控變量是機械運動，如位置、速度及加速度。數(shù)控系統(tǒng)是一種利用預(yù)先決定的指令控制一系列加工作業(yè)的系統(tǒng)。機電一體化

2、機械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的伺服性能，要求機械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、阻尼合理，剛度大，抗振性好，間隙小，并滿足小型、輕量等要求。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計過程包括哪些內(nèi)容市場調(diào)研 概念分析 可行性分析 編制設(shè)計任務(wù)書，初步設(shè)計 方案設(shè)計評級與優(yōu)化 詳細設(shè)計和參數(shù)計算 完成全部設(shè)計文件。 機電一體化（mechatronics）、開環(huán)搬運機器人（pnp）、點位式工業(yè)機器人（ptp）、連續(xù)路徑工業(yè)機器人（cp）、自動導(dǎo)引車（agv）、柔性制造系統(tǒng)：將計算機數(shù)控機床、工業(yè)機器人以及自動導(dǎo)引車連接起來的系統(tǒng)（fms）、計算機集成制造系統(tǒng)：它通過計算機網(wǎng)絡(luò)，將計算機輔助設(shè)計、輔助規(guī)劃及輔助制造，統(tǒng)一連接成一個大系統(tǒng)，實現(xiàn)

3、全廠自動化。（cims）、微機電系統(tǒng):（mems） 機電一體化系統(tǒng)模塊：機械受控模塊、測量模塊、驅(qū)動模塊、控制模塊（又由通信模塊、微計算機模塊、軟件模塊、接口模塊組成）。 微計算機模塊：負責處理由測量模塊和接口模塊提供的信息。 機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中需要貫徹整體系統(tǒng)設(shè)計思想、機和電融合的設(shè)計思想和注重創(chuàng)新的 用以下思想處理機和電的關(guān)系：（1）替代機械系統(tǒng)（極端情況下，機械的功能可以由微處理機和執(zhí)行器取代，從而使機械產(chǎn)品變成電子產(chǎn)品）。（2）簡化機械系統(tǒng)。（3）增強機械系統(tǒng)。（將正常設(shè)計的機械和控制回路相組合，可以實現(xiàn)增強機械系統(tǒng)的運動速度、精度以及柔性，有關(guān)的部件可以做得更輕、慣量更小）（4）綜

4、合機械系統(tǒng)。 設(shè)計過程：明確任務(wù)、概念設(shè)計、具體設(shè)計和詳細設(shè)計。 齒輪副消隙：（1）剛性調(diào)整法：包括調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法以及斜齒輪法。（2）柔性調(diào)整法：主要通過在雙齒輪中間加入彈性元件，（如拉簧，壓簧，蝶形彈簧）使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪齒的兩側(cè)，以消除嚙合間隙。 蝸輪蝸桿傳動特點：只能用于傳遞空間垂直交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動，優(yōu)點是傳動平穩(wěn)、噪聲小、可自鎖，但傳動效率低，功率損失較大。 對于多級減速裝置，可使相鄰各級速比滿足最小等效慣量原則，如果所有負載折合到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量與電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量相等，則速比達到最佳。 滾珠絲杠螺母副消隙及預(yù)緊方法：（1）雙螺母齒差式。（2）

5、雙螺母螺紋式。（3）雙螺母墊片式。（4）單螺母變位單程自預(yù)緊式。（預(yù)緊能有效地減小彈性變形所帶來的軸向間隙，預(yù)緊一般應(yīng)在最大軸向載荷下，既能消除間隙，又能靈活運轉(zhuǎn)。） 滾珠絲杠螺母副分為內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)（螺旋槽式、插管式、端蓋式）使?jié)L珠絲杠具有最大剛度的支撐方式是雙推雙推支撐。液體動壓支撐原理：原理是斜板承載機理，若兩平面之間的油液成楔形，二者相對運動時將產(chǎn)生壓力，從而可以承載。 導(dǎo)軌副用于引導(dǎo)運動部件的走向，保證執(zhí)行件的正確運動軌跡，并通過摩擦和阻尼影響執(zhí)行件的運動特性，如定位精度和低速均勻性。導(dǎo)軌副包括運動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。支撐件包括機身、機座、支柱及橫梁。功能是支

6、撐固定連接件，或者相對運動的部件。支撐件的靜剛度：是指支撐件產(chǎn)生的靜變形與承受的靜載荷之比。（與動載荷之比為動剛度）開式導(dǎo)軌：借助于運動件的自重和外載荷，在一定的空間位置和受力狀況下，使運動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌的工作面可靠接觸，從而保證運動導(dǎo)軌的規(guī)定運動。閉式導(dǎo)軌：借助導(dǎo)軌副本身的封閉式結(jié)構(gòu)，在變化的空間位置和，使運動導(dǎo)軌。 并聯(lián)機構(gòu)：具有多個運動自由度，且驅(qū)動器分配在不同環(huán)路上的閉式多環(huán)機構(gòu)。 設(shè)計機械傳動裝置的要求有足夠高的諧振頻率 高剛度低轉(zhuǎn)動慣量 適當?shù)淖枘岜?，良好的摩擦性和盡可能小的傳動間隙。機電測量模塊：由傳感器、信號調(diào)理電路以及測量系統(tǒng)等組成，涉及系統(tǒng)狀態(tài)和行為的信息采集與處理技術(shù)，它

7、的作用是將機械結(jié)構(gòu)模塊的狀態(tài)和性能參數(shù)變換為電的信號，并進行必要的信號轉(zhuǎn)換和信息處理，提供給檢測或控制。 根據(jù)工作原理將傳感器分為結(jié)構(gòu)性和物性性 ,結(jié)構(gòu)性傳感器是指根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)變化來實現(xiàn)信號的傳感，物性型根據(jù)傳感器敏感元件的材料本身物理特性的變化來實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換。 傳感器和測量系統(tǒng)的性能：工作特性（量程、閥值、分辨率、靈敏度、可靠性、漂移）、靜態(tài)特性（精度、重復(fù)性、誤差、線性度）、動態(tài)特性（時域和頻域指標）。 量程：由可檢測變量值的下限和上限定義，量程包含下限和上限之間的所有值。 閥值：能產(chǎn)生輸出變化的被測變量的最小變化量。 在使用時可以采取某些技術(shù)措施來改善傳感器的性能 ：1差動技術(shù)可消

8、除零位輸出和偶次非線性項2平均技術(shù)常用的平均技術(shù)有誤差平均技術(shù)（利用n個傳感器單元同時感受被測量）和數(shù)據(jù)平均技術(shù)（在相同條件下測量重復(fù)n次取平均值）。3穩(wěn)定性處理。4屏蔽隔離。5閉環(huán)技術(shù)將反饋控制技術(shù)和傳感器相結(jié)合，構(gòu)成閉環(huán)測量系統(tǒng)。 增量式編碼器是指旋轉(zhuǎn)的碼盤給出一系列脈沖，然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向由計數(shù)器對這些脈沖進行加減技術(shù)，以此來表示轉(zhuǎn)過的角位移量。 電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬電阻絲隨機械變形其電阻值發(fā)生變化 壓阻效應(yīng)當單晶硅半導(dǎo)體沿某方向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。壓電效應(yīng)：某些晶體沿一定方向受外力作用而變形是，其相應(yīng)的兩個相對表面產(chǎn)生極性相反的電荷，當外力去掉后，又恢復(fù)到

9、不帶電的狀態(tài) 霍爾效應(yīng)：金屬或半導(dǎo)體處于磁場中，當有電流通過時，在垂直于電流和磁場方向上將產(chǎn)生電動勢。 選用放大器的開關(guān)頻率時應(yīng)考慮開關(guān)頻率盡可能的高 開關(guān)頻率必須比系統(tǒng)通頻帶大10倍以上 開關(guān)頻率必須遠大于各環(huán)節(jié)的共振頻率。 感應(yīng)同步器是一種利用電磁感應(yīng)原理來測量位移的傳感器，并且它是增量式測量傳感器。 直流伺服電動機是一種受輸入電信號控制并作出快速響應(yīng)的電動機。特點是堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與控制電壓成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而近似線性下降，調(diào)速范圍寬，當控制電壓為0時能立即停轉(zhuǎn)。 直流伺服電動機的調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩恒定時，電動機轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系。調(diào)節(jié)特性與橫軸的交點為電動機的起始電壓。從原點到始

10、動電壓點的橫坐標范圍，被稱為在某一電磁轉(zhuǎn)矩值時伺服電動機的失靈區(qū)。 直流電動機線性功率放大器（驅(qū)動電路）是指功率元件工作于線性狀態(tài)，其輸出電壓或電流與控制信號成比例關(guān)系。 步進電動機又稱為脈沖電動機，采用變磁阻原理產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，將數(shù)字的電脈沖信號輸入轉(zhuǎn)化為模擬的輸出軸運動 與一般伺服電動機比較特點是可以直接數(shù)字控制，在開環(huán)系統(tǒng)中可以達到高精度的定位和調(diào)速位置誤差不會積累 轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)動的角度稱為步距角 轉(zhuǎn)速與脈沖頻率相關(guān) 步數(shù)與脈沖數(shù)相關(guān) 反應(yīng)式步進電動機：又稱變磁阻式步進電動機，其定子和轉(zhuǎn)子均由硅鋼片組成，定子上有若干對磁極，磁極上有控制繞組。在轉(zhuǎn)子的圓柱面上均勻分布有小齒。 永磁式步進電動機

11、的定子極上有二相或多項控制繞組，轉(zhuǎn)子為一對或多對的星型永久磁鋼，永磁式步進電動機由于轉(zhuǎn)子為永久磁剛，所以斷電有定位轉(zhuǎn)矩，消耗功率小，缺點是步距角大，起動和運行頻率較低，需正負脈沖供電。 對步進電動機的驅(qū)動電路有如下要求：（1) 能夠提供快速上升和下降的電流，使電流波形盡量接近矩形 .(2)具有供截止期間釋放電流的回路 ，以降低相繞組兩端的反電動勢，加快電流衰減。(3)功耗盡量低，效率要高 。 步進電動機單極性驅(qū)動電路中，晶體管開關(guān)由脈沖分配器產(chǎn)生的脈沖控制，從而使各相繞組的電流導(dǎo)通和截止。還應(yīng)有限流電阻和續(xù)流二極管。 步進電動機雙極性驅(qū)動電路：使用了四只晶體管為開關(guān)控制相繞組電流。它不僅可控制

12、相繞組電流的導(dǎo)通或截止，還可控制其方向。該電路應(yīng)具有限流電阻和續(xù)流二極管。該電路主要用于混合式或永磁式步進電機。dda法運動控制：就是采用數(shù)字量（整數(shù)）表達加速度、速度以及位置坐標，將加速度到速度和速度到位置的積分表達式，采用求和方式進行近似數(shù)值積分，從而產(chǎn)生增量式運動控制指令。間接測量的系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)，特點是可以避免傳動機構(gòu)非線性引起系統(tǒng)產(chǎn)生極限環(huán)和爬行震蕩，比閉環(huán)容易實現(xiàn)，節(jié)省投資。 直接測量的稱為全閉環(huán)系統(tǒng)，可獲得良好地控制精度，受非線性影響嚴重，在高精度場合適用。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)是反饋控制系統(tǒng)，由控制器、受控對象、反饋測量裝置以及比較器等組成。優(yōu)點：精度高、動態(tài)性能好、對環(huán)境變化靈敏

13、度低，以及抗干擾能力強。缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價格貴，不好維修。 負反饋：測量輸出變量，并將其轉(zhuǎn)換為電信號反饋到系統(tǒng)的輸入端。 根據(jù)傳遞信號不同，伺服系統(tǒng)分為：模擬伺服系統(tǒng)、參考脈沖系統(tǒng)、采樣-數(shù)據(jù)系統(tǒng)（計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)）。 采樣-數(shù)據(jù)系統(tǒng)：是指計算機參與閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)，其輸入往往由上位機生成并經(jīng)過精插補的參考指令，輸出是轉(zhuǎn)軸的角位移或工作臺的線位移。 若考慮對系統(tǒng)響應(yīng)速度的影響，采樣周期應(yīng)小于或等于系統(tǒng)的最小時間常數(shù)。若考慮系統(tǒng)的抑制干擾的能力，采樣速率應(yīng)為閉環(huán)系統(tǒng)通頻帶的10倍以上。比例積分微分控制器（pid）中：p的作用是增加開環(huán)增益，降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，增加系統(tǒng)通頻帶，但是會使系統(tǒng)變

14、得不穩(wěn)定。i的作用是使系統(tǒng)增加一階純積分，從而提高系統(tǒng)一個無靜差度，但是使系統(tǒng)相位裕量減小，穩(wěn)定性變差。d的作用是給系統(tǒng)提供阻尼，增加穩(wěn)定性，但同時增加了高頻增益，使系統(tǒng)中的高頻噪聲放大，影響系統(tǒng)正常工作。數(shù)字pid控制器的兩種實現(xiàn)方式是：在雙傳感器中，pi由微處理機位置控制實現(xiàn)，d的作用是由測速機負反饋實現(xiàn)；在單個位置傳感器的系統(tǒng)中，pid可以由微型機單獨實現(xiàn)。 如何消除因截斷誤差造成的積累誤差 ：處理截斷誤差的一種方法就是保留截斷等待它們積累到顯著值時修正整數(shù)部分，這樣就可以消除積累誤差。 在數(shù)控系統(tǒng)中，當系統(tǒng)增益取值為8001600每秒時，稱該系統(tǒng)為硬伺服。當取值為850每秒時，稱為軟伺

15、服。 點位控制是在容許加速度和速度條件下，盡可能快地由坐標位置運動到目的坐標位置，而對于兩點之間的軌跡是沒有精度要求的。連續(xù)路徑控制對于軌跡上的每一點坐標都具有一定的精度要求，不僅要求路徑連續(xù)，而且要求速度連續(xù)。 路徑只代表與軌跡有關(guān)的位置信息。軌跡是代表在空間直角坐標系或機器人連桿坐標系中運動的位置-時間曲線，是具有適當速度和加速度信息的路徑。 插補：通過數(shù)控系統(tǒng)的計算“插入、補上”運動軌跡的各中間點坐標，一般把這個過程叫做插補。插補的概念就是產(chǎn)生一系列固定長度的步距，近似不能直接到達的幾何圖形，使得刀軌路徑的最大偏差保持在一個步長以內(nèi)。根據(jù)開關(guān)條件是時間函數(shù)或事件函數(shù)，順序控制系統(tǒng)分為時間

16、驅(qū)動和事件驅(qū)動兩種類型。在時間驅(qū)動系統(tǒng)中，每一操作步驟都是在給定時刻，或是給定時間間隔之后啟停。在事件驅(qū)動過程中，每一操作步驟都是由于某一事件發(fā)生才會啟停。 描寫事件驅(qū)動過程常用梯形圖和布爾代數(shù)方程。梯形圖是描寫.最普遍的圖形表示法。布爾代數(shù)方程是代表梯形圖中梯級得另一種方法。 if we dont do that it will go on and go on. we have to stop it; we need the courage to do it.his comments came hours after fifa vice-president jeffrey webb - al

17、so in london for the fas celebrations - said he wanted to meet ivory coast international toure to discuss his complaint.cska general director roman babaev says the matter has been exaggerated by the ivorian and the british media.blatter, 77, said: it has been decided by the fifa congress that it is

18、a nonsense for racism to be dealt with with fines. you can always find money from somebody to pay them.it is a nonsense to have matches played without spectators because it is against the spirit of football and against the visiting team. it is all nonsense.we can do something better to fight racism

19、and discrimination.this is one of the villains we have today in our game. but it is only with harsh sanctions that racism and discrimination can be washed out of football.the (lack of) air up there watch mcayman islands-based webb, the head of fifas anti-racism taskforce, is in london for the footba

20、ll associations 150th anniversary celebrations and will attend citys premier league match at chelsea on sunday.i am going to be at the match tomorrow and i have asked to meet yaya toure, he told bbc sport.for me its about how he felt and i would like to speak to him first to find out what his experi

21、ence was.uefa hasopened disciplinary proceedings against cskafor the racist behaviour of their fans duringcitys 2-1 win.michel platini, president of european footballs governing body, has also ordered an immediate investigation into the referees actions.cska said they were surprised and disappointed

22、 by toures complaint. in a statement the russian side added: we found no racist insults from fans of cska.baumgartner the disappointing news: mission aborted.the supersonic descent could happen as early as sunda.the weather plays an important role in this mission. starting at the ground, conditions

23、have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. the balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. it will climb higher than the tip of mount everest (5

24、.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. as he crosses the boundary layer (called the tropopause),e can expect a lot of turbulence.the balloon will slowly drift to the edge of space at 12

25、0,000 feet ( then, i would assume, he will slowly step out onto something resembling an olympic diving platform.below, the earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. it will be like he is diving into the shallow end.skydiver preps for the big jumpwhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40