河南理工大學(xué) 機(jī)電一體化考試重點(diǎn)

1、機(jī)電一體化:“機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引用微電子技術(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”機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新形式，是電子技術(shù)向機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域滲透過程中逐漸形成的一個(gè)新概念。其中“Mechatronics”是Mechanics（機(jī)械學(xué)）與Electronics（電子學(xué)）組合而成的日本造英語。接口:機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，各要素或子系統(tǒng)之間必須能順利進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。為此，各要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這些聯(lián)系條件就可稱為接口A1.3系統(tǒng)工程:系統(tǒng)工

2、程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法B1.4并行工程:是把產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)、制造及其相關(guān)過程作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行綜合（并行）協(xié)調(diào)的一種工作模式C1.5虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì):虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新一代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是在基于多媒體的、交互的滲入式或侵入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者不僅能夠直接在三維空間中通過三維操作、語言指令、手勢等高度交互的方式進(jìn)行三維實(shí)體建模和裝配建模，并且最終生成精確的產(chǎn)品（系統(tǒng)）模型，以支持詳細(xì)設(shè)計(jì)與變型設(shè)計(jì)，同時(shí)能在同一環(huán)境中進(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要D1.6綠色設(shè)計(jì)；

3、所謂綠色設(shè)計(jì)，是在新產(chǎn)品（系統(tǒng)）的開發(fā)階段，就考慮其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，從而減少對(duì)環(huán)境的污染、資源的浪費(fèi)、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的負(fù)作用。綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)將產(chǎn)品（系統(tǒng)）壽命周期內(nèi)各個(gè)階段（設(shè)計(jì)、制造、使用、回收處理等）看成一個(gè)有機(jī)整體，在保證產(chǎn)品良好性能、質(zhì)量及成本等要求的情況下，還充分考慮到產(chǎn)品（系統(tǒng)）的維護(hù)資源及能源的回收利用以及對(duì)環(huán)境的影響等問題。E1.7反求設(shè)計(jì):反求設(shè)計(jì)是以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有的產(chǎn)品（系統(tǒng)）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。1.8機(jī)電一體化系統(tǒng)組成：機(jī)械系統(tǒng)，信息處理系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)，傳感監(jiān)測系統(tǒng)，執(zhí)

4、行元件系統(tǒng)1.9工業(yè)三大要素與機(jī)電一體化的三大效果：省能源省資源智能化。工業(yè)三大要素：物質(zhì)、能量和信息1.10根據(jù)輸入輸出功能接口分類：1機(jī)械接口2物理接口3信息接口4環(huán)境接口1.11機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)流程：1）根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)（2）系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分（3）接口的設(shè)計(jì)（4）綜合評(píng)價(jià)（或整體評(píng)價(jià)）（5）可靠性復(fù)查（6）試制與調(diào)試1.12機(jī)電一體化系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的考慮方法：1）機(jī)電互補(bǔ)法2）結(jié)合（融合）法3）組合法2.1機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求：）1）精密化一對(duì)某種特定的機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）來說，應(yīng)根據(jù)其性能的需要提出適當(dāng)?shù)木芏纫?。雖然不是越精密越

5、好，但由于要適應(yīng)產(chǎn)品的高定位精度等性能的要求，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精密度要求3）小型化、輕量化一一隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）精密化、高速化的發(fā)展，必然要求其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的小型、輕量化，以提高運(yùn)動(dòng)靈敏度（快速響應(yīng)性）、減小沖擊、降低能耗。為與微電子部件的微型化相適應(yīng)，也要盡可能做到使機(jī)械傳動(dòng)部件短小輕薄化。即精密化高速化小型化、輕量化2.2為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，常采取哪些措施：1）采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件；2）縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度；3）選用最佳傳動(dòng)比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力；4）縮小反向死區(qū)誤差，如采取

6、消除傳動(dòng)間隙、減少支承變形的措施；5）改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動(dòng)、降低噪聲齒輪傳動(dòng)比的最佳匹配選擇原則;重量最輕原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差原等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則2.4滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成與要求：滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)由反向器（滾珠循環(huán)反向裝置）1、螺母2、絲杠3和滾珠4等四部分組成。滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠副相比，滾珠絲杠副除上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有軸向剛度高（即通過適當(dāng)預(yù)緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙）、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但由于不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，在用做升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要采取制動(dòng)措施。2.5:機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求:機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求

7、是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。2.6導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容1）根據(jù)工作條件選擇合適的導(dǎo)軌類型；2）選擇合適的導(dǎo)軌截面開關(guān)，以保證導(dǎo)向精度3）選擇適合的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定栽花及工作范圍內(nèi)，有跔的剛度、良好的耐磨性以及運(yùn)動(dòng)輕便和低速平穩(wěn)性；4）選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后，通過調(diào)整能保持所需要的精度；5）選擇合理的耐磨涂料、潤滑方式和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦與磨損；6）制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧弦约盁崽幚怼⒕庸ず蜏y量方法等。2.7機(jī)座或機(jī)架的作用與要求:機(jī)座或機(jī)架是支承其他零部件的基礎(chǔ)部件.它既

8、能承受其他零件的工作載荷，。要求：1提高剛度和抗震性2減小熱變形3提高穩(wěn)定性4工藝性經(jīng)濟(jì)性人機(jī)工程等2.8提高導(dǎo)軌副耐磨性的措施：鑲裝導(dǎo)軌、提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度、減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力（即比壓）。3.1根據(jù)使用能量的不同，執(zhí)行元件分類；電磁式、液壓式和氣壓式等幾種類型電氣式是將電能變成電磁力，并用該電磁力驅(qū)動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。液壓式是先將電能變換為液壓能并用電磁閥改變壓力油的流向，從而使液壓執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。氣壓式與液壓式的原理相同，只是將介質(zhì)由油改為氣體而已。其它執(zhí)行元件與使用材料有關(guān)，如使用雙金屬片、形狀記憶合金或壓電元件。3.2對(duì)執(zhí)行元件的基本要求1.慣量小、動(dòng)力大2.

9、體積小、重量輕3.便于維修、安裝4.宜于微機(jī)控制3.3脈寬調(diào)制（PWM）：當(dāng)輸入一個(gè)直流電壓U就可以得到一定寬度與U成比例的方波給伺服電機(jī)電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞回路的平均電壓，從而得到不同大小的電壓值U。使直流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)與種類：特點(diǎn)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動(dòng)、電流的大小與波形的變化、溫度等）的影響，只要在它們的大小未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)椤傲恪?，因此不?huì)長期積累；控制性能好,在起動(dòng)、停止、反

10、轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟步”。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。種類：有旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；從勵(lì)磁相數(shù)來分有三相、四相、五相、六相等步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。就常用的旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來說，分為以下三種1）可變磁阻型2）永磁型3）混合型ndn7.3.5步進(jìn)電機(jī)原理（相序、步距角等）：P106ndnB.C.CBCB2ABB.C.CBCB2AB:A-3AA答：工作原理：當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖通入A相時(shí)，磁通企圖沿著磁阻最小的路徑閉合,在此磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子的1、3齒要和A級(jí)對(duì)齊。當(dāng)下一個(gè)脈沖通入B相時(shí)，磁通同樣要按磁阻最小的路徑閉合，即2、4齒要和B

11、級(jí)對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子就順逆時(shí)a=360o/znk針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。計(jì)算公式：。3.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源組成與環(huán)分方式；1.環(huán)形脈沖分配器2功率放大器環(huán)分方式：1利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行軟環(huán)分2采用小規(guī)模集成電路搭接而成三相六拍脈沖環(huán)形分配器3專用環(huán)形分配器器件3.7步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)；繞組電流不是一個(gè)方波，而是階梯波，額定電流是臺(tái)階式的投入或切除，電流分成多少個(gè)臺(tái)階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這樣將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法被稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)3.8交流伺服電機(jī)的矢量控制：思想是在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上設(shè)法模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流分量M

12、i和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量Ti,并使兩分量互相垂直，彼此獨(dú)立，然后分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就與直流電動(dòng)機(jī)相似了。因此，矢量控制的關(guān)鍵仍是對(duì)電流矢量的幅值和空間位置的控制。3.9如果要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有更小的步距角或者為減小電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、噪聲等原因，可以在每次輸入脈沖切換時(shí)，不是將繞組電流全部通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組中額定電流的一部分，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過的每步運(yùn)動(dòng)也只有步距角的一部分。這里繞組電流不是一個(gè)方波，而是階梯波，額定電流是臺(tái)階式的投入或切除，電流分成多少個(gè)臺(tái)階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這樣將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法被稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。細(xì)分驅(qū)動(dòng)的

13、特點(diǎn)是：在不改動(dòng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，能使步距角減小。但細(xì)分后的步距角精度不高，功率放大驅(qū)動(dòng)電路也相應(yīng)復(fù)雜；能使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、提高勻速性、并能減弱或消除振蕩。4.1組裝形式微型計(jì)算機(jī)分類：按組裝形式可將微型計(jì)算機(jī)分為單片機(jī)、單板機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)4.2微機(jī)構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)具有的（好處）好處：小型化多功能化；通用性增大提高了可靠性提高了設(shè)計(jì)效率；經(jīng)濟(jì)效果好；產(chǎn)品（或系統(tǒng)）標(biāo)準(zhǔn)化履件易于標(biāo)準(zhǔn)化；提高了維修保養(yǎng)性能4.3可編程序控制器（PLC）工作原理與特點(diǎn)；可編程序控制器（PLC）具有程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于編程、使用操作方便、便于維修、價(jià)格低廉等特

14、點(diǎn)4.4機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)檢測傳感器的基本要求：體積小、重量輕、對(duì)整機(jī)的適應(yīng)性好；精度和靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高；安全可靠、壽命長；便于與計(jì)算機(jī)連接；不易受被測對(duì)象（如電阻、磁導(dǎo)率）的影響，也不影響外部環(huán)境；對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)；現(xiàn)場處理簡單、操作性能好；8價(jià)格低廉。4.5：可編程控制器編程的基本原則：水平不垂直；線圈右邊無接點(diǎn)；左大右小，上大下??；雙線圈輸出不可用；輸入信號(hào)的最高頻率問題；ABIIIIAED|E!=IBD不正確正確LDLDXCLDLDXCX：廠irhX2輸出處理Y0=ON,Y1=OFF13.3S孜線圈輸出4.5傳感器用來改善其性能的措施：1，平均技術(shù)2.差分技術(shù)3穩(wěn)

15、定性處理4屏蔽和隔離5.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的操作過程控制目的：機(jī)電一體化系統(tǒng)的操作過程控制目的有兩個(gè)，其一是根據(jù)操作條件的變化，制定最佳操作方案；其二是對(duì)操作過程進(jìn)行自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制，提高控制性能，實(shí)現(xiàn)規(guī)定的目的功能。5.2反饋：反饋”是通過適當(dāng)?shù)臋z測傳感裝置將輸出量的全部或一部分返回到輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，用其偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，反饋控制的目標(biāo)是使該偏差為零在經(jīng)典控制理論中，研究機(jī)電體化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的，而傳遞函數(shù)是通過數(shù)學(xué)中的拉普拉斯變換定義的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)：。穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括使系統(tǒng)的輸出運(yùn)動(dòng)參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求、執(zhí)行元件（如電動(dòng)機(jī)）的參數(shù)選擇、功率（或轉(zhuǎn)矩）的匹配及過載能力的

16、驗(yàn)算、各主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)、信號(hào)的有效傳遞、各級(jí)增益的分配、各級(jí)之間阻抗的匹配和抗干擾措施等，并為后面動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中的校正補(bǔ)償裝置的引入留有余地。初步確定系統(tǒng)的主回路各部分特性、參數(shù)已初步確定，便可著手建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備典型負(fù)載是指慣性負(fù)載、外力負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載（滑動(dòng)摩擦負(fù)載、粘性摩擦負(fù)載、滾動(dòng)摩擦負(fù)載等）。對(duì)具體系統(tǒng)而言，其負(fù)載可能是以上幾種典型負(fù)載的組合，不一定均包含上述所有負(fù)載項(xiàng)目。5.6可靠性：所謂可靠性，是指“產(chǎn)品（或系統(tǒng)）在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”電信號(hào)干擾的來源與類型：在機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中，電噪聲的干擾是產(chǎn)生元部

17、件失效或數(shù)據(jù)傳輸、處理失誤、進(jìn)而影響其可靠性的最常見和最主要的因素，這是機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)中不可忽視的問題之一。（1）干擾源。一般來說，在機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中，用專用或通用微型計(jì)算機(jī)組成的控制器，其硬件經(jīng)過篩選和老化處理，可靠性非常高，平均無故障工作時(shí)間較長，因此，引起控制器故障（失效）的原因多半不在于其本身，而在于從各種渠道進(jìn)入控制器的干擾信號(hào)。供電干擾：控制器一般都配備有專用的直流穩(wěn)壓電源，即使如此，從交流供電網(wǎng)傳來的干擾信號(hào)仍然可能影響電源電壓的穩(wěn)定性，并可能經(jīng)過整流電源竄入控制器。這些干擾信號(hào)主要來源于附近大容量用電設(shè)備的負(fù)載變化和開、停時(shí)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。這些設(shè)備在起動(dòng)時(shí)使

18、電網(wǎng)電壓瞬時(shí)降低，在停止時(shí)又產(chǎn)生過電壓和沖擊電流。此外，雷電感應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。供電電網(wǎng)對(duì)控制器的另一種干擾是斷電或瞬時(shí)斷電，這將引起數(shù)據(jù)丟失或程序紊亂。強(qiáng)電干擾：驅(qū)動(dòng)電路中的強(qiáng)電元件如繼電器、電磁鐵和接觸器等感性負(fù)載，在斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生過電壓和沖擊電流。這些干擾信號(hào)不僅影響驅(qū)動(dòng)電路本身，還會(huì)通過電磁感應(yīng)干擾其他信號(hào)線路。這種強(qiáng)電干擾信號(hào)能通過外部接口通道影響控制器內(nèi)部I/O接口的狀態(tài)，并通過I/O接口進(jìn)入控制器。接地干擾：接地干擾是由于接地不當(dāng)、形成接地環(huán)路產(chǎn)生的。下圖為接地環(huán)路的兩種典型情況。圖a是由于接地點(diǎn)遠(yuǎn)而形成的環(huán)路，因?yàn)椴煌恢玫慕拥攸c(diǎn)一般不可能電位相同，因此形成圖中所示的地電位差；

19、圖b是采用公用地線串聯(lián)接地而形成的環(huán)路，由于各設(shè)備負(fù)載不平衡、過載或漏電等原因，可能在設(shè)備之間形成電位差；無論哪種情況形成的電位差，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)顯著的電流而干擾電路的低電平。輻射干擾：如果在控制系統(tǒng)附近存在磁場、電磁場、靜電場或電磁波輻射源，就可能通過空間感應(yīng)，直接干擾系統(tǒng)中的各設(shè)備（控制器、驅(qū)動(dòng)接口、轉(zhuǎn)換接口等）和導(dǎo)線，使其中的電平發(fā)生變化，或產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。系統(tǒng)附近或系統(tǒng)中的感性負(fù)載是最常見的干擾源，它的開、停會(huì)引起電磁場的急劇變化，其觸點(diǎn)的火花放電也會(huì)產(chǎn)生高頻輻射。人體和處于浮動(dòng)狀態(tài)的設(shè)備都可能帶有靜電，甚至可能積累很高的電壓。在靜電場中，導(dǎo)體表面的不同部位會(huì)感應(yīng)出不同的電荷，或?qū)w上

20、原有的電荷經(jīng)感應(yīng)而重新分配，這些都將干擾控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：選擇系統(tǒng)的控制方式和校正（或補(bǔ)償）形式，設(shè)計(jì)校正裝置，將其有效地連接到穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)階段所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中去，使補(bǔ)償后的系統(tǒng)成為穩(wěn)定系統(tǒng)，并滿足各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求。PID調(diào)節(jié)器控制:在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)（4）比例-積分-徴分（PID）調(diào)節(jié).這種調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的組成如圖d所示，具傳違函數(shù)為G.（$）7Q+l/（7）+7式中K.=（RC+R；CJ/（RR：）,T=RCi+R:C1,這種校正環(huán)節(jié)不但能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，也能改善其動(dòng)態(tài)性能但是，由于它含耳徽分作用

21、，在噪聲比校大或要求聃應(yīng)快的系統(tǒng)中不宜釆用；PID調(diào)節(jié)器能便閉環(huán)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，其動(dòng)態(tài)性能也比用PI調(diào)節(jié)器時(shí)更好.A數(shù)控（NC-NumericalControl）技術(shù)是指用數(shù)字化信息（數(shù)字量及字符）發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。用CNC系統(tǒng)控制機(jī)床稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，簡稱數(shù)控（CNC）機(jī)床，是一種由計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂蒲b置控制的高效自動(dòng)化機(jī)床，是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)以及精密測量等技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。CNC機(jī)床適合于多品種、小批量零件的加工。隨著微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，能夠自動(dòng)更換刀具的高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床一機(jī)械加工中心（MCMachiningCenter）發(fā)展

22、更為迅速。各工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼出現(xiàn)了雙工位和多工位交換工作臺(tái)的加工中心，與工業(yè)機(jī)器人等組成的柔性制造單元（FMC-FlexibleManufacturingCel1），以及由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、加工中心與物料搬運(yùn)裝置（搬運(yùn)機(jī)器人、運(yùn)輸小車等）組成的柔性制造系統(tǒng)（FMSFlexibleManufacturingSystem），在此基礎(chǔ)上又發(fā)展成為自動(dòng)化工廠（FAFactoryAutomation）或計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)（CIMSomputerIntegratedManufacturingSystem）等。B按工藝用途分類可分為普通數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工中心、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。按刀具相對(duì)工件移動(dòng)的軌跡分類可分為點(diǎn)位控

23、制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只能控制機(jī)床移動(dòng)部件從一個(gè)位置（點(diǎn)）精確地移動(dòng)到另一個(gè)位置，在移動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工，如數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床和數(shù)控沖床等；點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的位置，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)路線軌跡），它與點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于當(dāng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可以沿一個(gè)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行切削加工，而且其輔助功能也比較多，常用的有簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床和自動(dòng)換刀數(shù)控銑床等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)軌跡控制，故能加工形狀復(fù)雜的零件，其輔助功能亦比較齊全,常用的有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控

24、銃床及銃削加工中心等。C從控制方式來看，伺服控制系統(tǒng)有：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是不把控制對(duì)象的輸出與輸入（數(shù)控裝置輸出指令）進(jìn)行比較的控制系統(tǒng)，即機(jī)床沒有檢測反饋裝置；閉環(huán)控制系統(tǒng)，與開環(huán)控制系統(tǒng)不同的是在工作臺(tái)上安裝了位移檢測傳感器，可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位移的位置反饋，反饋信息與數(shù)控（CNC）裝置的指令值進(jìn)行比較，所得差值再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、放大，對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，從而經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)按規(guī)定移動(dòng)，直至差值趨于零時(shí)為止，以期達(dá)到預(yù)定的高精度。半閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的控制方式與閉環(huán)控制方式相類似，其主要區(qū)別在于未將減速器、滾珠絲杠、工作臺(tái)包含在閉環(huán)環(huán)路之內(nèi)，因此該方式較

25、易獲得穩(wěn)定的控制特性，只要檢測傳感器的檢測精度高、分辨力咼、絲杠副的傳動(dòng)精度咼，就可以獲得比開環(huán)控制系統(tǒng)咼得多的控制精度和速度。利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的機(jī)電一體化改造的方法有兩種，一種是以微機(jī)為中心設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；另一種是采用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置，前者需要重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜；后者選用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，比較簡單。綜合分析題：已知電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度位置控制系統(tǒng)，單個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖所示。要求（1）說明單自由度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的兩種測量方案；2）確定整個(gè)系統(tǒng)的控制方案、畫出控制系統(tǒng)原理圖。（1）依題意有兩種測量方案高速端測量方案：傳感器安裝在電機(jī)的尾部，通過測量電機(jī)的轉(zhuǎn)角

26、實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位移的間接測量?？蛇x用光電編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。低速端測量方案：傳感器安裝在工作臺(tái)上，直接測量工作臺(tái)的位移?？蛇x用光柵式位移傳感器、感應(yīng)同步器或者電位計(jì)式位移傳感器。絲杠螺母機(jī)構(gòu)控制計(jì)算機(jī)和控制方案的選擇可以使用工業(yè)PC機(jī)及或者單片機(jī)完成系統(tǒng)的控制。具體可有以下三種方案：a.工業(yè)PC機(jī)集中控制方案：用一臺(tái)工業(yè)PC機(jī)對(duì)三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)集中控制，包括任務(wù)管理和三個(gè)自由度的伺服控制系統(tǒng)原理圖如下：b.工業(yè)PC機(jī)、單片機(jī)分級(jí)控制方案：用一臺(tái)工業(yè)PC機(jī)與三個(gè)單片機(jī)通信，對(duì)三個(gè)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)管理，每個(gè)單片機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下：單片機(jī)、單片機(jī)分級(jí)控制方案：用一個(gè)單片機(jī)

27、作為主單片機(jī)與三個(gè)從單片機(jī)通信，對(duì)三個(gè)從單片機(jī)實(shí)現(xiàn)管理，每個(gè)從單片機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下：齒輪軸絲桿電動(dòng)機(jī)G1G2G3G4IIIn(r/min)720360360180720360180720J(kgm2)0.010.0160.020.0320.0240.0040.012試述如圖所示步進(jìn)電機(jī)用功率開關(guān)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理答：在繞組電流上升的過程中，VTd1VTd5按順序?qū)?。每?dǎo)通一個(gè)繞組中電流便上升一個(gè)臺(tái)階，步進(jìn)電機(jī)也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)一小步。在VTd1VTd5導(dǎo)通過程中每導(dǎo)通一個(gè)，高壓管都要跟著導(dǎo)通一次，使繞組電流能快速上升。在繞組電流下降的過程中，試述如圖所示步進(jìn)電機(jī)用功率開關(guān)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理答：在繞組電流上升的過程中，VTd1VTd5按順序?qū)āＣ繉?dǎo)通