华中农业大学机电一体化

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1、第一章 概论1. 机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发 展过程中相互叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。2.机电一体化系统包括：机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动 力源，各要素之间通过接口相联系。机械本体是机电一体化系统的基础，起着支撑系统中其它功能单元，传递运动和 动力的作用。检测传感部分监测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化， 并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检测到的信息向执行器发出相 应的控制指令。电子控制单元，又称 ECU （Electrical Control Unit）, 是机电一体化系统的核心，负

2、 责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根 据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的 地运行。执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部 件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动几种方式。动力源作用就是按照系统控制要求向机器系统提供能量和动力使系统正常运行。 提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。3.机电一体化共性关键技术主要有：检测传感技术、信息处理技术、控制技术、 伺服驱动技术、机械技术和系统总体技术。第二章 检测与传感器1.传感器按输出信号的性质分为开关型、模拟型、数字型。2. 传感器静态

3、特性的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。3. 光栅是一种新型的位移检测元件，是一种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲 的测量装置。根据载体，分为透射光栅和反射光栅；根据外形，分为直线光栅和 圆光栅。4.光栅位移传感器由标尺光栅、指示光栅、光电器件和光源等组成。一般标尺光 栅和指示光栅的刻线密度是相同的，而刻线之间的距离 W 称为栅距。5. 光栅位移传感器工作原理：如果把两块栅距 W 相等的光栅平行安装，且让它 们的刻痕之间有较小的夹角e时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这 种条纹称莫尔条纹，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的方向排列。特点：测量精确 度高（可达土 1p m）、响应

4、速度快、量程范围大、可进行非接触测量等。其易 于实现数字测量和自动控制。6. 莫尔条纹具有如下特点： 莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹具 有平均光栅误差的作用。7. 通过光电元件，可将 莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信 号。测量分辨率等于栅距。提高测量分辨率的常用方法是细分。8. 感应同步器是利用电磁感应原理把两个平面绕组间的位移量转换成电信号的 一种位移传感器。按测量机械位移的对象不同，感应同步器分为直线型和圆盘型。 直线型感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。9. 定尺绕组是连续的。滑尺上分布着两个励磁绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕 组。10

5、. 感应同步器的工作原理：在滑尺的正弦绕组中，施加频率为f （一般为10kHz） 的交变电流时定尺绕组感应出频率为f的感应电势。感应电势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。特点：成本低，受环境温度影响小，测量精度高，且为非接 触测量。11. 感应同步器是利用感应电压的变化来进行位置检测的。测量方式有：相位工 作法和幅值工作法。12. 磁栅是利用电磁特性来进行机械位移的检测。13. 磁栅工作原理：磁栅式位移传感器由磁尺（磁栅）、磁头和检测电路等部分 组成。磁尺是采用录磁的方法，记录磁化信号，作为基准刻度标尺。磁头把磁栅 上的磁信号检测出来并转换成电信号。检测电路主要用来供给磁头激励电压和磁 头检测

6、到的信号转换为脉冲信号输出。特点：结构简单、使用方便、动态范围大（120m ）和磁信号可以重新录制。但需要屏蔽和防尘。磁栅的测量方式有鉴幅测量方式和鉴相测量方式。14. 旋转变压器是一种利用电磁感应原理将转角变换为电压信号的传感器。 工作原理：旋转变压器由定子和转子组成。当以一定频率的激磁电压加于定子绕 组时，转子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或在一定转角范 围内与转角成正比关系。特点：结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，输出 信号大，抗干扰好。15. 光电编码器是一种码盘式角度数字检测元件。两种基本类型： 增量式编码 器、绝对式编码器16. 增量式编码器是指随转轴旋转的码盘

7、给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用 计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。17. 绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码 的检测元件。编码盘有光电式、接触式和电磁式三种。18. 由于制造和安装精度的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，会产生读数 误差，这种误差称非单值性误差。19. 为了消除非单值性误差，可采用以下的方法：（1）循环码盘。 是消除非单值性误差的一种有效方法。（2）带判位光电装置的二进制循环码盘。只有当信号位处的光电元件有信号时 才读数，这样就不会产生非单值性误差。22. 根据定子磁极激磁方式的不同，直流测速发电机可分为电磁式和永磁式

8、两种。23. 差动变压器式速度传感器除了可测量位移外，还可测量速度。24. 加速度传感器常用的有应变片式和压电式。25. 通常测力传感器的弹性元件有柱式、梁式。26. 固态图像传感器是采用光电转换原理，将被测物体的光像转换为电子图像信 号输出的一种大规模集成电路光电元件，常称电荷耦合器件（简称 CCD）。 特点：体积小，析像度高，功耗小，广泛用于非接触的尺寸、形状、损伤的测量， 以及图像处理和自动控制等领域。27. CCD 的基本功能，即电荷的产生、存储、转移、输出。 构成 CCD 的基本单元 是 MOS 电容器。28. 固态图像传感器依其光敏元排列方式分为线型、面型等种。应用：可以判别 被测

9、物体的位置、尺寸、形状和异物的混入29. 激光检测主要是利用激光的方向性、单色性、相干性以及随时间、空间的可 聚焦性的特点。30. 当激光照射到相对运动的物体上时，被物体散射（或反射）光的频率将发生改变，这种现象称为多普勒效应。相应地，将散射（或反射）光的频率与光源光 频率的差值称为多普勒频移。31. 超声波检测基本原理：利用某些非声量的物理量与描述超声波介质声学特性 的超声量之间存在着直接或间接的关系。依据这些规律，通过超声量的测定来测 出某些被测物理量。32. 超声波检测多采用超声波源向被测介质发射超声波，然后接收与被测介质相 作用之后的超声波，从中得到所需信息。检测过程如下：图240超声

10、波检测过程33. 传感器的选择：（1）测试要求和条件。（2）传感器特性。（3）使用条件。34. 传感器的正确使用是指：（1）传感器的输出特性进行线性化处理和补偿。（2）传感器的标定。（3）抗干扰措施。分为屏蔽、接地、隔离、滤波。 38.振荡器用于对传感器信号进行调制，并为解调提供参考信号； 量程变换电路 的作用是避免放大器饱和并满足不同测量范围的需要；解调器用于将已调制信号 恢复成原有形式；滤波器可将无用的干扰信号滤除，并取出代表被测物理量的有 效信号；运算电路可对信号进行各种处理，以正确获得所需的物理量，其功能也 可在对信号进行模/数转换后，由数字计算机来实现。计笄机39.数字信号检测系统分

11、为绝对码数字式、增量码数字式。40.绝对码数字式：传感器输出的编码与被测量一一对应。图243 绝对码数字信号检测系统41. 增量码数字式：传感器输出增量码信号，即信号变化的周期数与被测量成正 比。 在图 244 中，传感器的输出多数为正弦波信号，需先经放大、整形后变 成数字脉冲信号。为提高分辨率，常采用细分电路使传感器信号每变化 1/n 个周期计一个数，其中 n 称为细分数。辨向电路用于辨别被测量的变化方向。放大郡细分电路计魏讎显示执行机梅播向申JS 图244壇量码数字信号检测系统42. 开关信号检测系统传感器的输出信号为开关信号，这类信号的测量电路实质 为功率放大电路。43. 多路模拟开关又

12、称为多路转换开关，简称多路开关，其作用是分别或依次把 各路检测信号与A/D转换器接通，以节省A/D转换器件。44. 采集，就是把时间连续的信号变成一串不连续的脉冲时间序列的过程。信号 采样是通过采样开关来实现。每隔时间间隔T闭合一次，每次闭合持续时间T , 其中，T称为采样周期，其倒数fs=1/T称为采样频率，T称为采样时间或采样宽 度，采样后的脉冲序列称为采样信号。采样信号是一个离散的模拟信号，它在时 间轴上是离散的，但在函数轴上仍是连续的，因而还需要用 A/D 转换器将其转 换成数字量。45. 采样/保持电路：A/D转换过程需要一定时间，为防止产生误差，要求在此期 间内保持采样信号不变。4

13、6. 数字信号预处理的目的：去除混杂在有用信号中的各种干扰，并对检测系统 的非线性、零位误差和增益误差等进行补偿和修正。47. 消除混杂在有用信号中的干扰的方法：（1）采用积分时间为 20ms 整数倍的 双积分型 A/D 转换器，可有效地消除周期性干扰。 （2）对于随机性干扰，可 采用数字滤波的方法予以削弱或消除。48. 数字滤波实质上是一种程序滤波，与模拟滤波相比具有如下优点：不需要 额外的硬件设备，不存在阻抗匹配问题。可以对频率很低或很高的信号实现滤 波。可以根据信号的不同而采用不同的滤波方法或滤波参数。49. 常用的数字滤波方法：（1）中值滤波：原理是对信号连续进行 n 次采样，然后对采

14、样值排序，并取序 列中位值作为采样有效值。（2）算术平均滤波方法：原理是对信号连续进行n次采样，以其算术平均值作 为有效采样值。（3）滑动平均滤波：采用循环队列作为采样数据存储器，队列长度固定为 n， 每进行一次新的采样，把采样数据放入队尾，扔掉原来队首的一个数据。对周期 性干扰具有良好的抑制作用。（4）低通滤波：用软件算法来模拟硬件低通滤波的功能。第三章 接口技术1. 接口定义：各子系统之间以及子系统内各模块之间相互联接的硬件及相关协议 软件。2.接口以信息处理系统分为人机接口、机电接口。人机接口包括输入接口与输出 接口两类。按照信息和能量的传递方向，机电接口可分为信息采集接口（传感器 接口

15、）与控制输出接口。3. 常用的输入设备：控制开关、BCD二十进制码拨盘、键盘等；常用的输出设备：状态指示灯、发光二极管显 示器、液晶显示器、微型打 印机、阴极射线管显示器等。4. 人机接口的特点：专用性、低速性、高性价比5. 输入接口的方法和适用场合：（1）开关输入接口：一些二值型控制命令和参数（2）拨盘输入接口：系统需要输入少量的参数（3）键盘输入接口：当需要操作者输入的指令或参数比较多时6. 软件消抖是在检测到开关状态后，延时一段时间再进行检测，若两次检测到的 开关状态相同则认为有效。延时时间应大于抖动时间。7. 控制微机通过信息采集接口检测机械系统的状态，经过运算处理，发出有关控 制信号

16、，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件去调节系统 的运行状态，使其按设计要求运行。8. 信息采集接口： A/D 转换接口、 USB 接口。控制量输出接口：光电耦合器、晶 闸管、功率晶体管、功率场效应晶体管、 C 绝缘栅双级晶体管、固态继电器。9. 信号调节器作用是调节模拟信号的幅度，使模拟信号的大小符合A/D转换的要 求。采样保持的作用是减小孔径误差。10. 分辨率： A/D 转换器对微小输入量变化的敏感程度的描述。11. 量化误差是由于用有限数字对模拟数值进行离散取值（量化）而引起的误差。12. 奈奎斯特采样定理 的内容是:为了使采样输出信号能无失真地复现原输入信 号， 必须

17、使采样频率至少为输入信号最高有效频率的两倍，否则会出现频率混 叠误差。13. 抗混叠滤波的作用是依据采样定理，滤除输入信号过高的频率成分，减小混 叠误差。14. A/D 转换器完成一次转换所需要的时间为 A/D 转换时间，其倒数为转换速 率。15. A/D转换器的转换精度反映了实际A/D转换器的量化值与理想值的差值，可 表示成绝对误差或相对误差。16. 计算机输出的控制信号主要有三种形态：数字量、开关量和频率量。17. DAC0832 的输出是电流型的。18. 在控制微机和功率放大电路之间，常常使用 光电耦合器。光电耦合器由发光 二极管和光敏晶体管组成，当在发光二极管二端加正向电压时，发光二极

18、管点亮， 照射光敏晶体管使之导通，产生输出信号。19. 光电耦合器的信号传递采取电-光-电形式，发光部分和受光部分不接触，被耦 合的两个部分可以自成系统，能够实现强电部分和弱电部分隔离，避免干扰由输 出通道窜入控制微机。光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，能够吸收尖峰 干扰信号，所以具有很强的抑制干扰能力。20. 特点:光电耦合器作为开关应用时，具有耐用、可靠性高和高速等优点，响应 时间一般为数微秒以内，高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于 10ns 。SO31Pl, 0710721.图示是光电耦合器的接口电路，图中的VT1是大功率晶体管，W是步进电动机、 接触器等的线圈， VD2 是续流

19、二极管。若无二极管VD2，当VT1由导通到截止时，由换路定则可知，电感W的电流不 能突然变为0，它将强迫通过晶体管VT1。由于VT1处于截止状态，在VT1两 端产生非常大的电压，有可能击穿晶体管。若有续流管VD2,则为W的电流提 供了通路，电流不会强迫流过晶体管，从而保护了晶体管。22. 在接口电路设计中，应考虑光电耦合器的两个参数:电流传输比与时间延迟。 电流传输比是指光电晶体管的集电极电流IC与发光二极管的电流Ii之比。 时间延迟是指光电耦合器在传输脉冲信号时，输出信号与输入信号的延迟时间。23. 因为 Ic/ Ii 20%，lc/ 10 20%，所以 lc2mA在图（b）中，当DAC80

20、31的P1.0为低电平时，设发光二极管中的电流为10mA, 由于4N25的电流传输比20%，所以光敏晶体管中的电流Ic2mA，大功率晶 体管把这个电流放大就可以带动步进电动机等负载。24. 单向晶闸管一旦导通，控制极对晶闸管就不起控制作用了。只有当流过晶闸 管的电流小于保持晶闸管导通所需要的电流即维持电流时，晶闸管才关断。25. 光控晶闸管特点：受光信号控制，实现了输入与输出的隔离。26. 温控晶闸管的温度特性是负特性，也就是说当温度升高时，正向温控晶闸管 的门槛电压会降低。27. 温控晶闸管阴极电压固定，温度升高至某值，温控晶闸管导通，温度继续上 升，保持导通；温度下降至某值，温控晶闸管截止

21、。可实现温度的开关控制。28. 功率晶体管，高电压，强电流下使用。可以工作在开关状态，也可以工作在 模拟状态。在机电一体化产品中，它基本上被用来做高速开关器件。29. 固态继电器（SSR）是一种无触点功率型通断电子开关，又名固态开关。第四章 控制系统1. 控制系统分类（1）按照有无反馈测量装置分为：开环控制系统、闭环控制系统（2）按照信号处理技术分类：模拟控制系统、数字控制系统（3）按照应用分类：调节系统 、跟踪系统、过程控制系统（4）按系统给定信号的特点分类：恒值控制系统、程序控制系统、随动控制系 统2. 动态性能指标通常为：延迟时间td、上升时间tt、峰值时间tp、调节时间ts、 超调量a

22、3. 输入信号与反馈信号比较后的差值供给控制器，以调节被控对象输出的大小， 从而形成闭环控制回路。所以，闭环控制系统亦称为反馈控制系统。4. 开环控制系统优点：简单、经济、容易维修以及价格便宜。缺点：精度低，对 环境变化和干扰十分敏感。5. 闭环控制系统优点：精度高，动态性能好，抗干扰能力强。缺点：结构复杂， 维修困难，价格昂贵6. 用数学的方法来描述系统输出量与输入量之间的关系，这种系统特性的数学描 述就称为系统的数学模型。7.数学模型的表达形式主要有两大类 ：非参量模型、参量模型8. 当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，就称为非参量模型。非参量模 型可以用系统在一定形式的输入作用下的

23、输出曲线或数据来表示。根据输入形式 的不同，主要有:阶跃响应曲线、脉冲响应曲线、矩形脉冲响应曲线9. 当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。参量模型可分为 ：时 域模型、复数域模型、频域模型10. 线性定常系统的传递函数定义为零初始条件下，输出量（响应函数）的拉普 拉斯变换与输入量（输入函数）的拉普拉斯变换之比。11.数学模型的两种建立方式：机理建模、实验建模12.描述系统特性的参数:放大系数K。K越大，表示系统的输入量有一定变化时，对输出量的影响就越 大。（2）时间常数T。时间常数T越大，表示系统受到干扰作用后，被控变量变化 越慢，达到新的稳定值所需的时间越长。（3）滞后时间 T

24、有的系统在受到输入作用后，被控变量却滞后一定的时间才发生变化，这种现象 称为滞后现象。根据滞后性质的不同，可分为传递滞后和容量滞后两类。传递滞 后又叫纯滞后，一般用TO表示。容量滞后也叫过渡滞后。即系统在受到阶跃输 入作用后，被控变量开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近14. 从计算机的角度来看，微机控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括被 控对象、执行机构、计算机本身及其外围设备。计算机及其外围设备一般包括中 央处理器、内存储器、磁盘驱动器、各种接口电路、以 AD 转换和 DA 转换 为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通道以及各种显示、记录设备、运行操 作台等。15.

25、软件是指支持系统运行、并对系统进行管理和控制的程序的总和。从功能上 分为系统软件、应用软件。15.微机控制系统是一种离散控制系统，它相对于连续控制系统，主要有以下特 点：（1）具有完善的输入输出通道。（2）具有实时控制功能。（3）便于实现 复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改。（4）利用依次巡回的方式实现多 路分时控制。（5）可靠性高，对环境适应性强。16. 按干扰的来源，可以把干扰分为外部干扰和内部干扰。 17.干扰按其特性可分为直流干扰、交流干扰和随机干扰三类。18.干扰按作用可分为常态干扰和共态干扰。19. 常态干扰是指叠加在被测信号上的干扰。被测信号一般是直流或缓变信号， 而干扰多是

26、快变的杂乱的交变信号。常态干扰和被测信号在信号输入回路中地位 相同，所以它以电压源的形式与信号源串联。20.抗干扰技术主要有硬件抗干扰技术、软件抗干扰技术。21.接地分为接实地、接虚地。 接实地指的是与大地作良好的连接。接虚地指的是与电位的基准点相连接。22. 如果把电位基准点与大地连接，则称为共地连接，如果把电位基准点自行浮 置或浮空（即与大地电气绝缘），则称为浮地连接。23. 计算机控制系统的接地设计与一般电气设备强电的接地设计的区别 ：一般强 电设备的接地，主要是以通路为目的；而计算机控制系统的接地，主要是从屏蔽、 从信号基准点的选取，即从抗干扰的角度考虑的。24. 采用接地技术时，应注

27、意的问题：机壳接地（其余部分浮空）优于全机浮 空。一般低频（1MHz以下）电路应一点接地，高频（10MHz以上）电路应多点接地。 计算机控制系统宜采用一点接地。一点接地又分为 串联一点接地和并联一点接 地，后者较前者抗干扰能力强。交流地和信号地不能共用。所有的模拟公 共导（地）线应该与数字公共导（地）线分开走线。功率地，这种地线电流大，地 线应粗些，且应与小信号地线分开走线。25. 计算机控制系统常采用“三套法”接地系统，即把系统中接地分成三类：信 号地、功率地、机壳26. 数字控制器一般采用两种设计方法：（1）模拟化的设计方法，也称间接设计 方法；（2） 离散化设计方法，也称直接设计方法27

28、. 间接设计方法的基本思路是 ：当系统的采样频率足够高时，采样系统的特性 接近于连 续变化的模拟系统，因而可以忽略采样开关和保持器，将整个系统看 成是连续变化的模拟系统而进行设计。设计的实质是将一个模拟控制器离散化， 用数字控制器取代模拟控制器。28. 模拟控制器离散化必须要满足系统对实时性、可靠性和精确度的要求。29. 常用的差分近似方法有两种：后向差分和前向差分。为便于编程， 离散化只 采用后向差分法。30. 数字 PID 控制算法：位置式算式、增量式算式、速度式算式31. 若执行机构不带积分部件，其位置和计算机输出的数字量是一一对应的话（如 电液伺服阀），就要采用位置式算式。若执行机构带

29、积分部件（如步进电动机或步 进电动机带动阀门或带动多圈电位器），就可用增量式算法。若执行机构要求速 度设定就选用速度式算式。32用扩充临界比例度法选择PID参数选择一个合适的采样周期T,控制器作纯比例Kp控制。调整Kp的值，使系 统出现临界振荡，记下相应的临界振荡周期Ts和临界振荡增益Ks。选择合适 的控制度，通常，当控制度为 1.05 时，数字控制器和模拟控制器的控制效果相当。第五章 伺服系统1.伺服系统亦称随动系统，能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的 位置、速度或力输出的自动控制系统。是根据输入指令值与输出物理量之间的偏 差进行动作控制的。2.从系统组成元件的性质，伺服系统分为

30、电气伺服系统、液压伺服系统、电气 液压伺服系统、电气气动伺服系统 。3.伺服系统的结构类型 ：由控制器、执行元件、被控对象、反馈测量装置 等部 分组成 。4. 对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。在进行伺服系统设计时， 必须首先满足稳定性要求，然后在满足精度要求的前提下尽量提高系统的快速响 应性。5. 伺服系统对输入指令信号的响应速度常由系统的上升时间来表征。伺服系统动 态响应过程结束的迅速程度用系统的调整时间来描述。6.伺服系统的稳定性是由系统本身特性决定的。 7.伺服系统的执行元件主要有电动机、电磁铁、油缸和液压马达等。8.将执行元件分为电气式、液压式和气压式。9.伺服电动机将

31、电压信号转换为转矩和转速以驱动被控对象，当信号电压的大小 和极性（或相位）发生变化时，电动机的转速和转向将灵敏、准确地跟着变化。10. 伺服电动机有交流和直流两种。交流伺服电动机转子分为鼠笼转子和杯形转 子两种结构型式。11. 消除自转现象的措施（两相交流伺服电动机在工作时，励磁绕组始终接在电 源上的原因）：当转子阻值增大到一定程度，会产生最大转矩。那么，可把伺 服电机的转子电阻设计得很大。当交流伺服电机去掉控制电压后，单相供电时 的电磁转矩的方向总是与转子转向相反。所以，是一个制动转矩。由于制动转矩 的存在，可使转子迅速停止转动，从而避免“自转”现象。增大伺服电机转子 阻值，既有利于消除“自

32、转”现象，同时还使稳定运行段加宽、启动转矩增大。12. 两相交流伺服电动机的控制方法有三种：幅值控制；相位控制；幅值 相位控制。13. 利用改变控制电压幅值大小来改变转速的方法，称为 幅值控制方法。电动机 转向的改变是利用改变控制电压Uc的极性来实现的。14. 交流伺服电动机用于小功率，直流伺服电动机用于大功率。15. 直流伺服电动机类型：电磁式、永磁式。16. 直流伺服电动机转速和转向的控制可以通过改变控制电压Uc或改变磁通来 实现。改变控制电压的方法称为电枢控制，改变磁通的方法称为磁场控制。在机 电一体化系统中大都采用电枢控制方式（永磁式伺服电动机只能采取电枢控制）。17. 步进电动机能将

33、脉冲信号直接转换成角位移（或直线位移），这在计算机控制系 统中特别方便，使用它可省去数模转换接口。定子绕组每改变一次通电方式，称 为一拍。18. 由于步进电动机的角位移是一个步距一个步距（对应一个脉冲）移动的，所 以称为步进电动机。19. 步进电动机走一步所转过的角度称为步距角。同一台步进电动机，因通电方 式不同，运行时步距角也是不同的。20. 步进电动机的启动频率低于运行频率。21. 不失步启动的最高脉冲频率为 启动频率。运行频率是指步进电动机起动后， 当控制脉冲频率连续上升时，步进电动机能不失步的最高频率。22. 步进电动机的控制电流一般都较大，而且需要一定的顺序供给，所以信号脉 冲不能直

34、接送给步进电动机，而需加脉冲分配器，以使得能按一定控制方式把脉 冲分配给步进电动机的各相，并且通过功放电路来驱动步进电动机。23. 当转子带有负载力矩通电时，转子就不再能和定子上的某极对齐，而是相差 一定的角度，该角度所形成的电磁转矩正好和负载力矩相平衡。这个角度称为失 调角。24. 失调角影响步进电动机的精度，它随负载力矩的变化而变化。所以步进电动 机所能带的静转矩是受到限制的。25. 在伺服系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直 线运动。用于将旋转运动转换成直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母 等。26.步进电动机与丝杆之间的运动传递有：联轴器直接连接。通过减速

35、器传 动丝杆。当电动机与丝杆中心距较大时，可采用同步齿形带传动。27减速器传动比的计算及分配：教材P145两个图(去年考过)以步进电动机为例，其传动比可按下式计算：.廿 p1 3 6 0 S、P式中8为步进电动机步距角(o)； p为丝杠导程(mm)； 6 p为工作台运动的脉冲当 量(mm)。脉冲当量应据系统精度要求来确定，对于开环伺服系统，一般取为0.005 0.01mm。如计算出的 i 值较小，可采用同步齿形带或一级齿轮传动，否则应采用多级齿轮 传动。选择齿轮传动级数时，一方面应使齿轮总转动惯量 Jp 与电动机轴上主动 齿轮的转动惯量 J1 的比值较小，另一方面还要避免因级数过多而使结构复杂

36、， 即J时J1较小，N较小。通常是根据重量最轻，或等效转动惯量最小，或输出轴转角误差最小的原则进行 各级传动比ii的分配。输出轴转角误差最小原则的含义：各级转角误差换算到末 级输出轴上的总转角误差最小。28. 按照校正装置在系统中的联接方法，可把校正分为串联校正和并联校正。按 校正环节的并联方式，并联校正可分为反馈校正和顺馈校正。29. 负载转矩和转动惯量越大，步进电动机的启动频率和运行频率越低。30. W：步距角小，最大静转矩大的步进电动机，为什么启动频率和运行频率高？A： n=p f*60/2nf=nn /0 *30 0 越小运行 f 就越高第六章 机械技术1. 机械系统要求：高精度、快速

37、响应、良好的稳定性2. 机电一体化机械系统般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传 动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承部件、旋转支承部 件、轴系及架体等机构组成。3.3. 同步带传动按用途分：(1)一般工业用同步带传动:即梯形齿同步带传动。它 主要用于中、小功率的同步带传动。（2）高转矩同步带传动：由于其齿形呈圆弧状。在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中。（3） 特种规格的同步带传动。（4）特殊用途的同步带传动。4. 同步带传动按规格制度分：（1） 模数制：目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数 制。（2） 节距制：来源于英美，该种规格制度目前被列为国

38、际标准。（3） DIN 米制 节距：德国使用。5. 同步带传动的优缺点：优点：（1）工作时无滑动，有准确的传动比。（2）传动效率高，节能效果好。（3）传动比范围大，结构紧凑。（4）维护保养方便，运转费用低。（5）恶劣环 境条件下仍能正常工作。缺点：对安装时的中心距要求等方面极其严格，同时制造工艺复杂、制造成本高。5.使等效负载转矩最小或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。6. 把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综合为系统的总负载，方法有: 峰值综合、均方根综合7.总传动比分配的三种原则:（1） 最小等效转动惯量原则。（2） 重量最轻原则。（3） 输出轴转角误差最小原则。8.输出

39、轴转角误差最小原则的含义：各级转角误差换算到末级输出轴上的总转角 误差最小。8.常用传动机构：同步带传动、齿轮传动、谐波齿轮传动、滚珠螺旋传动9.常用的齿轮传动有以下几种：圆柱齿轮传动、斜齿轮传动、锥齿轮传动、齿轮 齿条传动机构。10.圆柱齿轮传动间隙的调整方法：（1） 偏心套（轴）调整法。（2） 轴向垫片调整法。（3） 双片薄齿轮错齿调整法。11. 弹簧调整的方法有：周向弹簧式、可调拉簧式12. 斜齿轮传动间隙的调整方法：（1） 薄片错齿调整机构。（2）轴向压簧错齿 调整机构。13. 锥齿轮传动间隙的调整方法：（1） 轴向压簧调整法。（2） 周向弹簧调整法。14. 齿轮齿条传动机构间隙的调整

40、方法：（1）当传动负载小时，可采用双片薄齿 轮错齿调整法。（2）当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。15. 谐波齿轮传动，由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚轮、具有外齿的柔 轮和波发生器。通常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为 固定件。16. 在波发生器转动一周期间，柔轮上一点变形的循环次数与波发生器上的凸起 部位数是一致的，称为波数。常用的有两波和三波两种。17. 为了有利于柔轮的力平衡和防止轮齿干涉，刚轮和柔轮的齿数差应等于波发 生器波数（即波发生器上的滚轮数）的整倍数，通常取为等于波数。18. 滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动 摩擦。

41、丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。特点（优点）:（1）传动效率高。（2）运动平稳。（3）工作寿命长。（4）定位精度和重复定位精度高。（5）同 步性好。（6）可靠性高。（7）不能自锁。（8）制造工艺复杂。19. 滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环二种。20. 谐波齿轮传动的优点：结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪 声低、结构简单、承载能力强、效率高。第十一章 现代温室设施 看书机电一体化题型及重点:填空20判断10名词解释10*2简答4*5 问答10分析10（光电耦合器）论述10 （温室环境控制系统）还有机电一体化概念、构成，光电编码器，CCD,控制系统要求，步进电机，齿 轮传动。