機(jī)電一體化復(fù)習(xí)資料

機(jī)電一體化一詞最早（1971年）起源于日本。機(jī)電一體話六大共性關(guān)鍵技術(shù)：精密機(jī)械技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)。機(jī)電一體化的基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力部分、傳感檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分、控制及信息處理部分、接口。接口的作用：將各要素或子系統(tǒng)連接成為一個(gè)有機(jī)整體，使各個(gè)功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動(dòng)，從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)電一體化的機(jī)械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、機(jī)械功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)越。伺服傳動(dòng)技術(shù)就是在控制指令指揮下，控制驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件按照指令要求運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能?，F(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化目標(biāo)：提咼精度、增強(qiáng)功能、提咼生產(chǎn)效率，降低成本、節(jié)約資源，降低能耗、提高安全性，可靠性、改善操作性和實(shí)用性、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和改善勞動(dòng)條件、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕重量、降低價(jià)格、增強(qiáng)柔性應(yīng)用功能。影響機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳動(dòng)鏈的動(dòng)力學(xué)性能的因素：1負(fù)載的變化負(fù)載包括工作負(fù)載、摩擦負(fù)載等。要合理選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)鏈，使之與負(fù)載變化相匹配2傳動(dòng)鏈慣性慣性影響傳動(dòng)鏈的起停特性，有影響控制的快速性、定位精度和速度偏差大小。3傳動(dòng)鏈固有頻率固有頻率影響系統(tǒng)諧振和傳動(dòng)精度。4間隙、摩擦、潤(rùn)滑和溫升它們影響傳動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性：為滿足機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的良好伺服性能，要求機(jī)械傳動(dòng)部件滿足轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、摩擦小、阻尼合理、剛度大、抗振動(dòng)性能好、間隙小得要求，還要求機(jī)械部分的動(dòng)態(tài)特性與電動(dòng)機(jī)速度環(huán)的動(dòng)態(tài)特性相匹配。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部件的摩擦特性的要求為：靜摩擦力盡可能小，動(dòng)摩擦里應(yīng)為盡可能小得正斜率，若為負(fù)斜率則易產(chǎn)生爬行，降低精度，減少壽命。齒輪傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用做多的機(jī)械傳動(dòng)裝置，主要原因是齒輪傳動(dòng)的瞬間傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)精確，且強(qiáng)度大、能承受重載、結(jié)構(gòu)緊湊、摩擦力小、效率高。液體靜壓軸承具有回轉(zhuǎn)精度高、剛度大、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、無振動(dòng)的特點(diǎn)。傳感器是借助于檢測(cè)元件接收一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。他獲取的信息，可以是各種物理量、化學(xué)量和生物量，而且轉(zhuǎn)換后的信息形式也是不盡相同。傳感器的性能：傳感器的輸入---輸出特性即是傳感器的基本特性，由于輸入信息的狀態(tài)不同，傳感器所表現(xiàn)的基本特性也不同，存在所謂的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。傳感器的靜態(tài)特性：傳感器在靜態(tài)信號(hào)作用下，其輸入---輸出關(guān)系稱為靜態(tài)特性，衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性。傳感器是測(cè)量與控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，通常應(yīng)該具有快速、準(zhǔn)確、可靠而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換的基本要求。位置傳感器分接觸式和接近式兩種。在機(jī)電一體化監(jiān)控系統(tǒng)中，特別是需對(duì)被測(cè)參量進(jìn)行顯示，總是希望傳感器及檢測(cè)電路的輸出和輸入特性呈線性關(guān)系，使測(cè)量對(duì)象在整個(gè)刻度范圍內(nèi)靈敏度一致，以便于讀數(shù)及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。用軟件進(jìn)行“線性化”處理，方法有三種：計(jì)算法、查表法和插值法。機(jī)電一體化測(cè)控系統(tǒng)的輸入信號(hào)中，一般都含各種噪聲和干擾，它們主要來自被測(cè)信號(hào)本身、傳感器或者外界的干擾。為了提高信號(hào)的可靠性，減少虛假信息的影響，可采用軟件方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。伺服系統(tǒng)主要用于機(jī)械設(shè)備位置和速度的動(dòng)態(tài)控制，在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以及自動(dòng)導(dǎo)引車等自動(dòng)化制造、裝配及測(cè)量設(shè)備中，已經(jīng)獲得非常廣泛的應(yīng)用。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型繁多，其組成和工作狀況也是不盡相同。一般來說，其基本組成可包含控制器、功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)裝置等四大部分?？刂破鞯闹饕蝿?wù)是根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控制策略。常用的控制算法有PID（比例、積分、微分）控制和最優(yōu)控制等。伺服電動(dòng)機(jī)是電氣伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，起作用是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。交流伺服電機(jī)由于克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷和機(jī)械換向器而帶來的各種限制。特別適用于一般直流伺服電機(jī)不能勝任的工作環(huán)境。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件。對(duì)這種電機(jī)施加一個(gè)電脈沖后，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，稱為一步；脈沖數(shù)增加，角位移隨之增加；脈沖頻率高，則電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度就高，反之則慢。PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。采用交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為交流伺服系統(tǒng)。目前將交流伺服系統(tǒng)分為倆大類：同步型交流伺服電機(jī)和異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)。脈寬調(diào)制技術(shù)中，以所期望的波形作為調(diào)制波，而受到它調(diào)制的信號(hào)稱為載波。在SPWM中常用等腰三角形波作為載波，因?yàn)榈妊切尾ㄊ巧舷聦挾染€性對(duì)稱變化的波形，它與光滑的正弦曲線相比較，得到一組等幅而脈沖寬度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖。由于開環(huán)控制系統(tǒng)不使用位置、速度檢測(cè)及反饋，沒有閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，因此，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、可靠性高、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。電液伺服系統(tǒng)根據(jù)被控物理量的不同，可分為：位置伺服系統(tǒng)、速度伺服控制系統(tǒng)、力或壓力伺服控制系統(tǒng)。在開環(huán)系統(tǒng)中，信號(hào)是單向傳遞的，為了改善步進(jìn)電機(jī)的控制性能，首先必須選擇良好的控制方式和咼性能的驅(qū)動(dòng)放大電路，以提咼步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩性能。系統(tǒng)軟件包括：匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、控制語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)軟件等。分布式控制系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，采用多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)形成，從下而上分為控制級(jí)、控制管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)。計(jì)算機(jī)控制實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制理論結(jié)合，對(duì)機(jī)械和過程進(jìn)行控制的一門技術(shù)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)一般可分為：人機(jī)通道及接口技術(shù)、檢測(cè)通道及接口技術(shù)、控制通道及接口技術(shù)、系統(tǒng)間通道及接口技術(shù)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是用在工業(yè)環(huán)境適應(yīng)工業(yè)要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是處理來自檢測(cè)傳感器裝置的輸入，并把處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過程，同時(shí)可對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督、管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。工業(yè)控制機(jī)分類：可編程控制器、單回路調(diào)機(jī)器、總線式工業(yè)控制機(jī)、分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、單片機(jī)微計(jì)算機(jī)。分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱為集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為集散控制系統(tǒng)（DCS）。它實(shí)際上是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。工業(yè)機(jī)器人的定義與發(fā)展，機(jī)器人學(xué)是近40年才發(fā)展起來的一門交叉性學(xué)科，它涉及到機(jī)械工程、電子學(xué)、控制理論、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、仿生學(xué)、人工智能等科學(xué)領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人本身是一種典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人定義為：一種可重復(fù)編程的多功能操作手，用以搬運(yùn)材料、零件、工具或者是一種為了完成不同操作任務(wù)，可以有多種程序流程的專門系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人的組成：一個(gè)較完善的工業(yè)機(jī)器人，一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及人工智能系統(tǒng)等部分組成。按控制方式分類：點(diǎn)位控制（PIP）工業(yè)機(jī)器人、連續(xù)軌跡控制（CP）工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)由機(jī)座、立柱、手臂、手腕和手部等部分組成。智能控制系統(tǒng)具有檢測(cè)所需新信息的能力，并能通過學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗(yàn)不斷完善計(jì)劃，該系統(tǒng)在某種程序上模擬了人的智力活動(dòng)過程，具有智能控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人為第三代工業(yè)機(jī)器人，即自治式工業(yè)機(jī)器人。FMS是指可變的、自動(dòng)化工程較高的制造系統(tǒng)，它主要包括若干臺(tái)數(shù)控機(jī)床和加工中心，用一套自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)連接起來，由分布式多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理與管理與控制,以適應(yīng)柔性的高效率零件加工。柔性可具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：