第1章绪论
1.1 机电一体化技术的产生与发展
机电一体化技术的产生：
机械化技术的发展：工业革命开始……
控制技术发展：20世纪30年代，开始快速发展，以军工技术为载体……
信息处理技术的发展：20世纪60年代，开始快速发展，以大规模集成电路为载体…
机电一体化技术的产生：自从控制技术快速发展，就……
20世纪70年代，60年代提出，70开始快速发展
机电一体化技术的发展：
自动化技术发展的必然产物：各个学科综合结果，尤其自动化技术+计算机技术。
（日本：机械制造领域：为提高生产效率，自动化生产、生产过程信息化控制；
美国：主动将自动化技术（正像乔布什说的“人们并不清楚自己需要什么，需要你来告诉他们”）、信息化技术推广到工程技术的各个领域；
英国学者：各个领域发展过程中的自然渗透，涉及大量学科。
中国：国家9.5开始大力支持；各个高校对机电一体化的理解）
1.2 机电一体化的相关技术
图1控制系统的基本组成
图2 机电一体化技术体系
传感器技术、自动控制技术、精密机械技术、伺服传动技术、系统总成技术
1.2.1 传感器技
传感器：能检测各种物理量，将测得的各种参量转换为电信号，并输送到信息处理部分的功能器件。
完成对各种信息的检测、收集，这些信息包括：
位移、位置、速度、加速度、力；
压力、流量、温度；
电压、电流
因此传感器首先需要有敏感元件部分。
输出量通常为
模拟电流、电压、数字量，因此传感器通常配有专用的信号处理电路。
1.2.2 信息处理技术
完成对信息的输入、输出、计算、分析、存储。通常为专用控制装置，以及计算机、单片机、A/D、D/A 完成上位机的信息交换功能。
1.2.3 自动控制技术
各种控制单元，以自动化过程为控制目的的各种逻辑控制；以某些参数值为控制目的的各种参数控制；以某些综合指标为控制目标的最优化控制。等等。
高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。
各种控制理论、特殊控制策略、专用算法
1.2.4 伺服传动技术
电机拖动技术
液压传动及伺服控制技术
气压传动技术
1.2.5 精密机械技术
为更好地与控制技术结合，精密机械技术较一般的同类机械精度要求更高，要有更好的可靠性及维护性，同时要有更新颖的结构。
高精度导轨、精密滚珠丝杠、高精度轴承、高精度齿轮，微电机系统、高精度伺服系统
1.2.5 系统总体技术
局部最优技术：就某一指标局部达到最优。
总体最优技术：系统中的关键元件的指标可能非最有，但系统的各种指标总体评价最有。
1.3 机电一体化技术的发展前景
性能方面：高精度、高效率、高性能、智能化。如数控机床的精度可达到0.1μm；最新电液伺服阀带宽可大1000Hz以上；
功能方面：小型化、轻型化、多功能。如微型电机、特种电机，尤其是近几年出现的新型压电执行器（应用于电液伺服阀、特种加工）、超声电机（高速高精度控制、特种加工）。
层次方面：复合集成、系统化。如复合控制系统（电力驱动+液压伺服）、实时仿真与控制系统（DSPACE）、多模式电机控制器（多自由度电机）
1.4 液压钢索张拉系统
1.4.1 钢索张拉系统要求
张拉系统：
要求：1.按照给定的张拉力-时间曲线对钢索进行张拉，记录相关数据（画张拉曲线并对张拉过程进行解释）
2.锁紧钢索
3.实现信息化管理
1.4.2 张拉系统组成
首先介绍目前的张拉过程特点：机液液压系统；人工控制；人工监理
缺点：精度低；张拉过程难以规范化；无法多点张拉同步；无法信息化。
执行机构（伺服传动系统）：液压缸，也可以包括液压系统
压力传感器（检测传感系统）：压力——>电压（电流）转换
控制器（控制系统）：液压系统+PLC+控制算法
信息处理（信息处理系统）：数据记录、存储，报警、提示。整体最优设计（系统总成技术）:伺服系统/比例系统/开关系统
1.5 无人机姿态控制系统
本章思考题
第2章 传感器技术
2.1 位移传感器
2.1.1 电感式位移传感器
02μδ
A
N L =
变气隙式（变阻式）： 高频反射涡电流式：
2.1.2 差动变压器式传感器
dt d E 12
2φ-
= dt
d E 133φ-= 结构简单、测量精度高
2.1.3 电容式传感器
δ
εA C =
面积变化型、极距变化型、介质变化型
特点：激励能量小、不受非电磁环境干扰、响应快 通常做位移、角位移传感器 需调频电路调整
2.1.4 感应同步器（）相关术语：JB/T 3585.1-96
感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。可用来测量直线或转角位移。测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。
感应同步器的工作原理与旋转变压器的工作原理相似。当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器和旋转变压器就是利用这个特点进行测量的。
标准的感应同步器定尺长250mm ，尺上是单向、均匀、连续的感应绕组；滑尺长100mm ，滑尺上有两组励磁绕组，一组叫正弦励磁绕组，一组叫余弦励磁绕组，定尺和滑尺绕组的节距相同。当正弦励磁绕组与定尺绕组对齐时，余弦励磁绕组与定尺绕组相差l ／4节距。（定尺由优质碳素钢为机体，导磁性好，表面制有连续平面绕组，在机体上用绝缘的粘合剂贴上铜箔，用光刻或化学腐蚀的方法制成方形开口平面绕组，并在花痴的周围贴有一层铝箔，防止静电干扰，常用于机床上）
应用介绍: 感应同步器广泛应用于高精度伺服转台、雷达天线、火炮和无线电望远镜的定位跟踪、精密数控机床以及高精度位置检测系统中。 一、鉴相方式
将滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位相差90°的交流电压。当滑尺上的正弦绕组和余弦绕组分别以1～10kHz 的正弦电压激磁时，将产生同频率的交变磁通；该交变磁通与定尺绕组耦合，在定尺绕组上将产生同频率的感应电势。
正弦、余弦绕组是幅值相同、相角差90o
的交流信号： 正弦绕组：t U U ωsin m s = 余弦绕组：t U U ωcos m c = 输出：
)
sin(sin cos cos sin m m m o θωθ
ωθω-=-=t KU t KU t KU U
在一个节距内，与滑尺移动距离是一一对应的，通过测量定尺感应电势相位，便可测出定尺相对滑尺的位移。 二、鉴幅方式
将滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、相位相同，但幅值不同的交流电压
t U U ωαsin sin m s = t U U ωαsin cos m c =
)
sin(sin sin sin cos cos sin sin m m m o θαωθωαθωα-=-=t KU t KU t KU U
若电气角α已知，则测出U o 的幅值KU m sin(α-θ)，便可间接地求出θ。 特点：精度高,通常在1微米以下
感应同步器的优点：测量长度不受限制；对环境适应性强；维护简单、寿命长；抗干扰能力强、工艺性好、成本低。
2.1.5 回转编码器
回转编码器是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
增量型和绝对型
增量型回转编码器：A、B、Z三相绝对型回转编码器
下图中码盘旋转方向不同，造成观察到的图形不同，（解释）
绝对性：位置——编码，意义对应
8421码：基本二进制
雷格码（二位循环码）：特点：相邻吗仅有一位变化，数据处理问题。编码器的性能受到加工技术、电路工作频率的影响。
工作原理：
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θ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，如图所示。 莫尔条纹具有如下特点：
1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每移动过一个栅距W ，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B
2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距B 与两光栅条纹夹角之间关系为
θ
θ
W
W B ≈
=
2
sin
2
3.莫尔条纹具有平均光栅误差的作用。
（光栅检测装置的关键部分是光栅读数头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头） 为检测运动方向：2个指示光栅
介绍一下电路原理：其目的产生对u1、u2的细分脉冲。（可利用编码器的原理介绍）
为提高分辨率同时检测运动方向：4个指示光栅
2.2 速度检测传感器
2.2.1 测速发电机
机械转速——>电信号。
常见类型：交流异步测速发电机（永磁式）、直流测速发电机
工作原理：发电机工作原理
交流：励磁绕组、输出绕组、转子
直流：永久磁铁、输出绕组（换向机构）、转子
特点：线性度好，理论上输出电压与转速严格线性关系
增益高
2.2.1 回转编码器的使用
编码器A相
计数器控制
清零输出
时钟
时钟频率越高、测速误差越小。但时钟频率受到计数器容量和工作上限频率的影响。
（解释：电机转速范围对计数器选择的影响：）
周祖德教材P23：有关于关于时钟频率、转速、寄存器位数之间的匹配计算。
需要讲清楚：
（1）一个A相脉冲中，时钟脉冲过多导致计数器溢出。解决办法：增加计数器位数；限制被测电机的最
小测量转速。
（2）一个A相脉冲中，时钟脉冲太少导致计数器计数相对误差过大。解决办法：限制被测电机的最高测
量转速
2.3 位置传感器
位置传感器与位移传感器
位置传感器应用：工作台到位检测，行程开关，通常为开关量
2.3.1 接触式位置传感器
微动开关，矩阵式位置传感器
2.3.2 接近式位置传感器
电磁式：用于检测电磁材料。（画图解释涡电流式、霍尔）
电容式：几乎可以检测所有的固体和液体材料。（画图）
将电容其作为振荡电路的一部分。
光电式：对环境有一定要求。（画图：透射型、反射性（输出电流小））
气压式、超声波式：
在很多情况下：位移传感器可以对位置进行测量，如涡电流式传感器；位置传感器也可以作为位移传感器
使用，如编码器。
2.4 压力传感器（图）
2.4.1 压阻式压力传感器
一种半导体材料的电阻率随其所受的压力变化
2.4.2 应变式压力传感器
外界压力是半导体电阻或应变片的形状发生变化，导致其电阻变化2.4.3 压电式压力传感器
利用压电效应
第3章电动机驱动机器控制
3.1 步进电机驱动及其控制
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、
电机、电子及计算机等许多专业知识。
目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
3.1.1 步进电机工作原理
3.1.1.1．三相六拍反应式步进电动机工作原理
三相六拍反应式步进电动机，定子上有三对磁极，每对磁极上绕有一相控制绕组，转子有四个分布均匀的
齿，齿上没有绕组
A相通电B相通电C相通电左图：三相均不通电，然后：A相通电，自锁；B相，逆时针、自锁；C相，顺时针、自锁。
通电方式：A→B→C→A
A相通电时，磁力线A—1—3—A’—A
齿距角90o，步距角30o
在这里解释几个概念：
(1)齿距角与步距角
步距角：每给一个脉冲信号，电机转子转过角度的理论值。
二者之间的关系
其中，m为定子相数；z为转子齿数；k为通电系数，m相m拍，k＝1；m相2m拍，k＝2。
α一般很小，如：3°/1.5°，1.5°/0.75°，0.72°/0.36°等
（2）脉冲频率、电机转速，二者之间的关系
（3）最大工作频率/转速、最大起动频率/转速
（4）同步电机与异步电机的概念
（5）矩角特性
静态转矩Mj：在电机轴上施加一个负载转矩M，转子会在载荷方向上转过一个角度θ（失调角），转子因而受到一个电磁转矩Mj的作用与负载平衡。
矩角特性：步进电机单相通电的静态转矩Mj随失调角θ的变化曲线。
（5）矩频特性
连续运行频率：步进电机启动后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率。其值远大于启动频率。
矩频特性：是描述步进电机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系。
（6）工作方式
单拍工作方式：
双拍工作方式（三相双三拍）：AB →BC →CA →AB
AB 相通电：磁力线A —1—4—B’—A
齿距角90o ，步距角30o
单双拍工作方式（三相单、双六拍）：A →AB →B →BC →C →CA →A
齿距角90o ，步距角15o 3.1.1.2．三相步进电机
齿距角 r z /2N πθ= Nr 为转子齿数，Nr=40，θZ =9o
单拍步距角 r
z b 2/mN m π
θθ=
= m 为相数，若Nr=40，m=3，则θZ =3o
单双拍步距角 r
b 22mN π
θ=
若Nr=40，m=3，则θZ =1.5o 3.1.2 步进电机的特性及主要参数
特性：
步进电机的工作电流：通过绕组的电流，
步进电机的负载：感性负载
工作电流为脉冲电流，工作电流=启动电流
电机电压：
特点：
属于同步电机范畴；工作时有铜损、铁损、机械损耗
非超载的情况下，转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,与负载无关。
步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得步进电机的控制非常简单。
特性参数：
距角特性和最大静力矩
启动转矩和启动频率
运行距频特性
3.1.3 步进电机的驱动电源
3.1.3.1 单电源供电
先用一个开关控制用电器的电路说明一下
VD
R
基本的：理论情况，VT关闭时出现问题；
VT电子开关；VD续流管；Rc加速电阻
VD、Rc的作用：对VT进行保护，Rc提高充电转折频率，但Rc具有耗能缺点；
C、R都具有提放电速度的作用，但R损坏低频特性，通常只采用C即可。
以上为单电源情况，为增加相应速度，可采用双电源驱动。解释工作原理：
3.1.3.2 高低压供电方式
先用一组惯性过程曲线介绍一下工作原理
采用单电源时的响应曲线说明，采用双电源是的响应曲线说明
3.1.4 步进电机的控制
3.1.
4.1采用单片机
利用单片机实现，些编写相应的程序
大概画一下原理（15分钟时间介绍）
3.1.
4.2 环形分配器
环形分配器的作用
PMM8713.pdf参考文件
补充：
Cu：输入脉冲，正传CW时钟
C D：输入脉冲，反转CCW时钟
C K：输入，在单时钟方式时使用
V/D：方向转换，0—正传，1—反转
E A、E B：励磁方式控制，11—单双；00—双；01、10—单
ΦC：3/4相选择，0—3相，1—4相
Vss：地
R：复位端子，低电平有效，当R=0,时，Φ1~Φ1为“1”时，步进电机锁定
Φ1、Φ2、Φ3、Φ4：3相—Φ2、Φ3、Φ4，4相—Φ1、Φ2、Φ3、Φ4
E M：激励监视，0—单，1—双，脉冲——单双
Co：输入脉冲控制，输出与时钟同步
V DD：+4——+18V
例如，可以参考PMM8713.pdf，也可以参考“赵再军书”p154，图5-10
3.1.
4.3 PLC+环形分配器
软件——硬件
3.1.5 步进电机的选择
步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便
确定下来了。
步距角的选择:
电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。
目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度
/3度（三相电机）等。
静力矩的选择:
步进电机的动态力矩不易确定，往往确定电机的静力矩。
静力矩选择的依据:电机工作负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。
单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）
电流的选择:
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流
（参考驱动电源、及驱动电压）
力矩与功率换算 :
步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：
P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60
其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米
P=2πfM/400(半步工作）
其中f为每秒脉冲数（简称PPS)
第一章 1-1.试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。 答：机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ 答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。 ②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。 1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？ 答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。 2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。 3、适应性设计是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。 所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。 1-20.简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。 答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD 的研究成果。 2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。 3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。 4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。 5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。 反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的系统进行剖析、重构、再创造的设计。
项目九物料分拣机构 知识目标： 1.掌握分拣机构的工作原理 2.编写控制程序并调试分拣机构的 技能目标：通过学习，学生能够理解控制程序并能独立运行分拣机构 重点及难点：理解控制程序并能独立运行分拣机构 器材准备：电源模块、FX2N-48MR型PLC、指示灯、编程电缆、导线、分拣机构 任务一：复习分拣机构（实物观察，让学生回顾各分拣机构的组成部分）教师问：我们这个装置有哪些组成部分？ 学生回答，教师补充。（由光电传感器、输送带、电感传感器、2个光纤传感器、3个物料槽、3个单杆气缸、1台三相异步电动机、6个磁性传感器及电磁阀组成）。 教师问：那你们知道这些元件的功能吗？ 学生回答，教师补充。（主要完成通过传感器检测实现物料的分拣任务） （1）光电传感器：当有物料到放入时，给PLC一个输入信号。 （2）输送带：由三相交流异步电动机拖动，输送物料。 （3）电感式传感器：检测金属材料，检测距离为2~5mm （4）光纤传感器：用于检测非金属的白色、黑色物料，检测距离为3~8mm。 （5）料槽：对物料进行分拣时，用于放置物料。 （6）单杆气缸：将物料推入料槽，由单向电控气阀控制。 （7）三相异步电动机：驱动传送带转动，由变频器控制。 （8）磁性传感器：用于气缸的位置检测。 （9）电磁阀：实现气缸的伸出、缩回运动。
注：双向电控阀用来控制气缸进气和出气，从而实现气缸的伸出、缩回运动；单向电控阀用来控制气缸单向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。与双向电控阀区别在双向电控阀初始位置是任意的可以控制两个位置，而单控初始位置是固定的只能控制一个方向。 引入：教师演示分拣机构运行的实验，从而激发学生的好奇心，产生学习的兴趣。任务二：物料分拣机构的程序设计 控制要求：从入料口放入物料，落料处的光电传感器检测到有物体放入后，变频器驱动三相异步电动机，拖动传送带运行；当物料被输送至金属传感器检测位置时，推料一气缸动作，将物料推入料槽一；若为白色物料，待传送到白色物料检测传感器位置时，推料二气缸动作，将物料推入料槽二；若为黑色物料，待传送到黑色物料检测传感器位置时，推料三气缸动作，将物料推入料槽三。 教师问：程序设计一般分为那几个步骤？ 学生回答：（1）列I/O分配表（2) 编写梯形图（3）将梯形图传入PLC （4）画外部接线图（5）运行 程序设计： 1.列I/O分配表（师生合作）。
机电一体化学习心得体会 为切实提高我省烟草加工企业设备维修的整体技术水平，加 强维修人员的互动交流，共同提高，河南中烟工业公司组织了高 技能人才机电一体化轮训班。在20XX年X月的第九期高技能人才 机电一体化轮训班为期一周的培训交流中，经过来自行业的多位 专家的精心讲解，我们在理论技术水平上得到了很大程度的提高，使我们开阔了视野，增长了知识，在很多维修保养方面受到很大 启发。在这次学习培训中，通过形式多样的交流学习，取得良好 的效果，使我深有感触。 在这次学习中，中烟公司和进修学院花费很大的精力，李源 源老师结合实例讲解了触摸屏编程软件wInccflexible项目、画面、报警及传动、趋势图、用户管理及配方以及wInccflexible 报表和归档组态。吴祖福老师由简到繁、循序渐进的为我们讲解 了wIncc使用初步和项目管理器及变量管理器的使用、监视软件 同PLc数据交换实现方法和对象属性的动态化、wIncc图形编辑器的使用之对象的事件和用户管理、组态过程值归档及输出过程值 归档、组态报警及报表和脚本系统、触摸屏编辑软件wInccFLeXIBLe项目、画面、报警及传送、wInccFLeXIBLe趋势、 用户管理及配方、wInccFLeXIBLe报表、VBS及归档组态等知识， 使我开拓了视野，增长了见识。韩源老师给我们初步讲解了ifix 的配置及画面组态，报警及报表的相关内容。
在这次学习中，我也发现了自己的不足，对自我进行了重新 认识。现在烟草加工设备绝大部分都已发展为机、电一体化，在 实际工作中机和电联系非常紧密，掌握制丝工艺流程和机械原理 对电气维修就显得非常重要，这些都是我以前没有意识到的，通 过本次培训学习使我的思想有了一个新的转变，作为一名维修技师，必须具有全面的理论知识，熟练的操作技能，良好的思维品质，这样才能在工作中驾重驭轻，轻车熟路，达到理论和实践的 有机结合。回到工作岗位上，我一定会把所学知识和交流心得应 用到实际工作中，刻苦钻研技术，知耻而后勇，相信自己会在今 后的工作中会取得好的成绩。 以上是我参加这次学习培训班的一些心得与体会，本次学习 培训丰富多彩，培训内容充实，效果较好，带着这份收获，我一 定能在以后的工作中干的更好更出色，希望在之后几期的培训中 能学到更多知识。 经学校安排，我和同事于20XX年X月X日至X月X日去天津 工程师范学院参加了为期十八天的PLc与变频调速技术培训，通 过十八天的上课培训，时间虽短，我还是觉得自己学到了很多东西，现将培训内容及我的心得体会总结如下： 此次培训分两个部分，第一部分为PLc，前十天由天津工程师范学院的李波教授主讲，内容包括：西门子S7-300/400和组态wincc的相关知识。首先李老师讲了PLc的结构、硬件、编程指令、组织块、数据块，以及PLc的最高级应用组态组网。着重为我们
《机电一体化概论》期末模拟试题 一、单项选择题 1.“机电一体化”与英文单词（ C ）一致。 A. Mechanics B. Electronics C. Mechatronics D. Electric-Machine 2.下列哪个不是传感器的动特性（ D ） A.临界速度 B.临界频率 C.稳定时间 D.分辨率 3.感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( C ) A.代数和 B.代数差 C.矢量和 D.矢量差 4.光栅莫尔条纹宽度的计算公式是（B 表示莫尔条纹的宽度，W 表示栅距，θ表示两光栅线纹夹角） ( A ) A.W B θ = B. cos W B θ = C. sin W B θ= D. tan W B θ = 5.直流测速发电机输出的是与转速( C ) A.成正比的交流电压 B.成反比的交流电压 C.成正比的直流电压 D.成反比的直流电压 6.下列哪项不是齿轮传动的优点（ D ） A.传动效率高 B.传动比准确 C.结构紧凑 D.制造成本低 7.右图称( B ) A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性 8. 不变)属于（ C ）调速 A.恒功率 B.变功率 C.恒转矩 D. 变转矩 9.步进电机一般用于（ A ）控制系统中。 A.开环 B.闭环 C.半闭环 D.前馈 10.计算步进电动机步距角的公式为( A ) A. 360KmZ ? B. 180cos sm T Km ? C. 60f KmZ D. 360180Km ? ?- 11.步进电动机三相六拍通电方式为（ B ） A.A-B-C-A B.A-AB-B-BC-C-CA-A C.AB-BC-CA-AB D.AC-CB-BA-AC 12.对于交流感应电动机，其转差率s 的范围为（ B ） A.1 第一章 1、机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与微电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。可以说，机电一体化是机械技术、微电子技术及信息技术相互交叉、融合（有机结合）的产物。 2、机电一体化系统的五大要素及其相应的五大功能 3、机电一体化的目的是提高系统（产品）的附加价值，所以附加价值就成了机电一体化系统（产品）的综合评价指标。 4、机电一体化系统的设计类型:（1）开发性设计它是没有参照产品的设计，仅仅根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品（系统）。（2）适应性设计它是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。（3）变异性设计它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。 5、机电一体化系统的设计准则主要考虑人、机、材料、成本等因素，而产品的可靠性、适用性与完善性设计最终可归结于在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。 6、并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行系统（产品）设计，就是说，在设计过程中对系统（产品）生命周期内的各个阶段的要求要尽可能地同时进行交互式的协调。 7、简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD的研究成果。2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。6、反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的系统进行剖析、重构、再创造的设计。 7、网络合作设计是现代设计最前沿的一种方法。其核心是利用网络工具来汇集设计知识、资源以及知识获取的方法进行设计。 第二章 1、机械传动部件通常有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动 《机电一体化技术与系统》教学大纲 课程编码： 课程名称：机电一体化技术 学时/学分：32学时/1.5学分 先修课程：《机械原理》、《机械设计》、《电工学》、《可编程控制技术》、《液压与气压传动》。 适用专业：机械设计制造及其自动化 开课教研室：机电一体化教研室 一、课程性质与任务 1．课程性质：本课程属于机械设计制造及其自动化专业选修课程，强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一，使学生对机电一体化技术有较全面的认识，比较系统地掌握机电一体化系统各元部件的选择、计算的基本理论和方法，初步具备机电一体化系统的设计能力。 2．课程任务：任务是使机械设计制造及自动化的学生在机电一体化技术方面具有较广泛的知识，了解机电一体化系统（产品）涉及的相关技术，重点掌握典型机电一体化系统构建、设计，使学生在今后的工作中具有综合应用多学科知识的能力。二、课程教学基本要求 1．要求掌握的基本知识 机电一体化的一般知识。机电一体化的组成，各部分的性能、特点。 2．要求掌握的基本理论和方法 交流逆变技术，位置检测技术，plc控制系统基本原理。常用电动机基本工作原理，交流伺服电机特点及其调速方法，机械部件与气液控制技术基本原理。 3．要求掌握的基本技能 一、能设计电气电路图（就是控制电机启停、正反转，星三角这样的），并能完成配线。二、能进行PLC编程，能设计PLC控制电路。三、能用AUTOCAD画机械零件图，并进行简单的机械设计。三、具有较强的自学能力，能看懂设备的说明书等。 4.考核方式以平时作业和期末考试相结合的方式进行。平时占30%左右，期末占70%左右。 三、课程教学内容 教学内容 1.第一章绪论 内容：机电一体化系统的意义；机电一体化系统设计工作的组织；机电一体化系统所代表产品的范围及分类；机电一体化系统设计的发展趋势。 2.第二章交流逆变技术 内容：熟悉电力电子器件，掌握整流电路的分析方法，熟悉PWM逆变原理。 重点：整流电路的分析方法。 难点：PWM逆变原理。 3.第三章位置检测技术 内容：熟悉包括行程开关、接近开关、光电开关检测开关原理及功能。 重点：在了解各种开关原理基础上会进行简单的设计。 难点：传感器接口技术，以及各传感器和plc输入模块连接。 4.第四章PLC控制系统 内容：PLC控制系统，系统组成与PLC结构，PLC的工作原理，PLC的规格与型号，PLC连接技术 重点：PLC连接技术，程序编制。 难点：PLC的应用与实践。 5.第五章伺服传动技术 内容：伺服系统的结构组成及分类，直流伺服系统结构和原理，直流伺服系统的稳态误差分析，直流伺服系统的动态校正，交流伺服系统的分类及应用。异步型交流电动机的变频调速的基本原理及特性，异步电动机变频调速系统。步进电动机的结构、工作原理及使用特点，环形分配器；功率驱动器的种类及其工作原理。 重点: 直流伺服电机特性和调速原理，直流伺服系统组成的基本原理，交流伺服电机特点及其调速方法，变频调速装置的基本原理。 难点：直流伺服电机特性和调速原理，交流伺服电机特点及其调速方法。 6.第六章机械传动与支承技术 教案 2010～2011学年第一学期 主讲教师梁杰 课程名称机电一体化技术 课程类别专业必修课 学时及学分48学时3学分 授课班级机械07 机电方向 使用教材姜培刚《机电一体化系统设计》2003年9月第一版 系(院、部) 工程机械系教研室(实验室) 机械电子技术 课时授课计划 课次序号： 1 一、课题：1 绪论 1.1 概述 1.2 机电一体化的发展概况 1.3 机电一体化应用举例 1.4 机电一体化系统的构成 二、课型：课堂讲授 三、目的要求：通过该次课的学习，使学生了解机电一体化的定义、研究内容、产生与发展历程；了解机电一体化技术在日常生活、机械制造、汽车、工程机械等行业的应用情况；熟悉机电一体化系统的基本组成及每一部分的功能；了解本课程的学习内容与学习方法。 四、重点、难点：本次课的重点是机电一体化的应用、系统的基本组成及每一部分的功能。 五、教学方法及手段：采用多媒体教学结合板书。本次课的内容相对容易理解。在讲授的过程中，通过尽量多的应用实例使学生认识到机电一体化技术目前的普及程度及掌握该技术的重要性；提高学生学习本课程的兴趣，并加深对所讲授内容的理解。 六、参考资料： 1、张建民等编著《机电一体化系统设计》，高等教育出版社。 2、梁景凯、盖玉先主编《机电一体化技术与系统》，机械工业出版社，2006年11月第二版。 七、作业：1-1 八、授课记录： 九、授课效果分析： 通过大量的应用实例，活跃了课堂气氛，调动了学生的听课积极性，收到了较好的教学效果。 十、教学进程（教学内容、教学环节及时间分配等） 1、复习 2、导入课题：通过具体实例来说明现代工程机械等产品机电一体化技术的普及程度，掌握机电一体化技术的重要性。 3、教学内容： 课程说明，本课程讲授的主要内容及学习方法； 1.1 概述 机电一体化的定义、起源、研究内容，应用机电一体化技术的意义。 1.2 机电一体化的发展概况 1、20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段” 2、70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段” 3、90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段” 1.3 机电一体化应用举例 家电、机械制造、机器人、汽车、工程机械 1.4 机电一体化系统的构成 1、机械本体 2、动力源 3、检测传感装置 4、控制与信息处理单元 5、执行机构 6、驱动单元 7、接口 4、课堂总结：进一步强调本课程的重要性；本课程涉及到的内容较多，特别是涉及到电子或计算机硬件部分较多，需要在时间上多投入和多查阅一些参考书；机电一体化、智能化是今后的发展趋势；机电一体化系统由七大部分组成。 5、布置作业： 1-1、机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？ 第1章绪论 1.1 机电一体化技术的产生与发展 机电一体化技术的产生： 机械化技术的发展：工业革命开始…… 控制技术发展：20世纪30年代，开始快速发展，以军工技术为载体…… 信息处理技术的发展：20世纪60年代，开始快速发展，以大规模集成电路为载体… 机电一体化技术的产生：自从控制技术快速发展，就…… 20世纪70年代，60年代提出，70开始快速发展 机电一体化技术的发展： 自动化技术发展的必然产物：各个学科综合结果，尤其自动化技术+计算机技术。 （日本：机械制造领域：为提高生产效率，自动化生产、生产过程信息化控制； 美国：主动将自动化技术（正像乔布什说的“人们并不清楚自己需要什么，需要你来告诉他们”）、信息化技术推广到工程技术的各个领域； 英国学者：各个领域发展过程中的自然渗透，涉及大量学科。 中国：国家9.5开始大力支持；各个高校对机电一体化的理解） 1.2 机电一体化的相关技术 图1控制系统的基本组成 图2 机电一体化技术体系 传感器技术、自动控制技术、精密机械技术、伺服传动技术、系统总成技术 1.2.1 传感器技 传感器：能检测各种物理量，将测得的各种参量转换为电信号，并输送到信息处理部分的功能器件。 完成对各种信息的检测、收集，这些信息包括： 位移、位置、速度、加速度、力； 压力、流量、温度； 电压、电流 因此传感器首先需要有敏感元件部分。 输出量通常为 模拟电流、电压、数字量，因此传感器通常配有专用的信号处理电路。 1.2.2 信息处理技术 完成对信息的输入、输出、计算、分析、存储。通常为专用控制装置，以及计算机、单片机、A/D、D/A 完成上位机的信息交换功能。 1.2.3 自动控制技术 各种控制单元，以自动化过程为控制目的的各种逻辑控制；以某些参数值为控制目的的各种参数控制；以某些综合指标为控制目标的最优化控制。等等。 高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。 各种控制理论、特殊控制策略、专用算法 1.2.4 伺服传动技术 电机拖动技术 液压传动及伺服控制技术 气压传动技术 1.2.5 精密机械技术 为更好地与控制技术结合，精密机械技术较一般的同类机械精度要求更高，要有更好的可靠性及维护性，同时要有更新颖的结构。 机电一体化技术基础 “机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等相关技术有机结合的一个新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。 第一章概论 1、机电一体化的定义 机电一体化乃是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2、机电一体化系统的基本构成 一般而言，一个较完善的机电一体化系统包括以下几个基本要素： 机械本体、检测传感部分、电子控制单元（ECU）、执行器和动力源，各要素之间通过接口相互联系。 3、机电一体化的相关技术 （1）机械技术 （2）信息处理技术 （3）系统技术 （4）自动控制技术 （5）传感检测技术 （6）伺服驱动技术 4、机电一体化系统的分类 从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。 闭环控制的机电一体化系统的优点是高精度、动态性能好、抗干扰能力强，缺点是结构复杂、成本高、维修难度较大。 5、机电一体化系统开发的类型 机电一体化系统开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 （1）开发性设计： 是一种独创性的设计方式、在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利范畴。 （2）适应性设计： 适应性设计是在参考同类产品的基础上，主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过技术更新和局部结构调整使产品的性能、质量提高或成本降低的产品开发方式。这一类设计属于实用新型专利范畴。 （3）变参数设计： 变参数设计是在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。 6、机电一体化系统设计方案的常用方法 （1）取代法： 就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。 （2）整体设计法： 来宾职业教育中心学校 教案本 201 -201 年学年度第二学期 科目__________________ 班级__________________ 教师__________________ 教案编写要求 根据《广西壮族自治区中等职业学校教学工作规范》要求，并结合我校情况，对我校教师教案的编写提出如下要求： 在写教案时明确所教学科的指导思想、教学目标、教学要求以及基本教学方式。并根据学生的心理特征、兴趣习惯、情感态度等确定科学的教学方法，因材施教。能较准确突出教学目的、重点难点，在教学设计方面比较有特色。 教案包括：课题、授课日期、课时、教学目标（包括理论应知目 标和技能目标）、重点、难点、教学方法、教学仪器、教学过程（含 练习、小结）、板书设计、作业、课后反思等。 教师要在授课前一周备好教案（开学前应备好两周课的教案）不允许无教案上课。 来宾市职业技术学校教务处 2008年3月 落料光电传感器：检测是否有物料到传送带上，并给PLC —个输入信号。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出） 放料孔：物料落料位置定位。 金属料槽：放置金属物料。 塑料料槽：放置非金属物料。 电感式传感器：检测金属材料，检测距离为3~5m（接线注意棕色接“+”、蓝色接 “-”、黑色接输出） 电容式传感器：用于检测非金属材料，检测距离为5~10m（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“-”、黑色接输出） 三相异步电机：驱动传送带转动，由变频器控制。 推料气缸：将物料推入料槽，由双向电控气阀控制。 板书设计： 1.功能 2.结构 3.安装要求 作业：实训报告册 课后反思: 第一章作业解答 1、机电一体化系统包括那些关键技术？机电一体化系统发展趋势是什么? 答：机电一体化系统包括的关键技术有：机械技术，检测与传感技术，计算机与信息处理技术，自动控制技术，伺服驱动技术，系统总体技术。 机电一体化系统发展趋势是：1）智能化。模拟人类智慧，具有推理、逻辑思维、自主决策的能力。2）网络化。利用网络将各种独立的机电一体化系统联系起来。3）微型化。4）系统化、复合集成化。 2、试列举10种常见的机电一体化产品，并对其中一种分析其所构成的5大要素。 常见的机电一体化产品有：数控机床，机器人，全自动洗衣机，傻瓜照相机，自动物料搬运机，自动取款机，自动售货机，智能水表，电子调速器，智能冰箱等。（一般的洗衣机、冰箱、电风扇、电子秤、电脑、空调不是机电一体化产品，因为它们不包含机电一体化系统所包括的6项关键技术及5个构成要素。） 第二章作业解答 1、机电一体化系统对机械部分的要什么？ 答：机电一体化机械系统除了应具备普通机械系统的要求外,还有如下要求：1）高精度；2）快速响应性，即，机械系统从接到指令到执行指令任务的时间应短；3）稳定性要好。 2、齿轮传动为何要消除齿侧间隙？ 答：机电一体化系统对机械部分的要必须具备高精度，以满足自动控制的需要。消除齿轮的齿侧间隙就是为了保证双向传动精度。 3、滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响？采用什么办法消除它？ 答：滚珠丝杠副轴向间隙影响反向传动精度。消除滚珠丝杠副轴向间隙通常采用的方法有：1）采用双螺母结构调整两螺母轴向相对位置实现预紧消除间隙。具体措施有：垫片调隙，螺纹预紧调隙，齿差预紧调隙等方式。2）采用单螺母结构用增大钢球直径的方式实现预紧以消除间隙。 机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了最伟大的成功[1]。进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国家对服务机器人的认识不同。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作[3]，即除了手术机器人、诊断机器人、护理机器人、康复机器人等医用机器人外，也包括各种家用机器人、娱乐机器人、体育机器人、玩具机器人、导游机器人、保安机器人、排险机器人、清洁机器人、秘书机器人、建筑机器人、邮拾和送信机器人以及加油机器人等。随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难 中国机器人专家、工程院院士徐扬生教授说：“只要10年时间，机器人将在世界范围内，普及到每个人的日常生活之中。这将是一个巨大的市场，预计将比现在的汽车市场还要大。”②韩国科学家预测：到2015年至2020年，每个韩国家庭将拥有一个机器人。③日本专家估计：到2020年日本将有25%的人口年龄超过65岁，护理型机器人将供不应求。④德国科学家预计：将在未来的几十年间，家庭生活中将出现的最大变化就是机器人的普及，家庭服务机器人将在日常家庭生活中扮演越来越重要的角色，承担越来越多的工作从二十世纪八十年代中期开始，机器人已从工厂的结构化环境进入人的日常生活环境—医院、办公室、家庭和其它杂乱及不可控环境，成为不仅能自主完成工作，而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务的智能服务机器人，特别是最近几年，对会清洁地面、割草或充当导游、保姆和警卫等自主移动机器人技术上的进步，大家都有目共睹日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，一方面和他们的机器人文化也有关，在日本，有一种“让机器人成为人”的氛围，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化；另一方面，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金，为了攻克更关键的服务机器人技术，日本在2006 年至2010 年间，每年投入1000 万美元用于研发服务机器人。 韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，他们已经把服务型机器人作为国家的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。韩国信息通信部官员表示，虽然韩国的机器人技术起步比美国、日本和欧洲的竞争者要晚，但是有望在未来5～10年内迎头赶上 美国是机器人的发源地，尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。例如：专治中风的机器人医生将在密歇根州圣约瑟夫默西奥克兰医院率先上岗，这种机器人头部是一个显示屏，能显示网络另一端医生的形象和声音，显示屏上方安装了一个摄像头，可以把医院现场的图像和声音传回给医生，有了这种机器人，医生在 来宾职业教育中心学校教案本201-201年学年度第二学期科目 班级 教师 教案编写要求 根据《广西壮族自治区中等职业学校教学工作规范》要求，并结合我 校情况，对我校教师教案的编写提出如下要求： 在写教案时明确所教学科的指导思想、教学目标、教学要求以及基本 教学方式。并根据学生的心理特征、兴趣习惯、情感态度等确定科学的教 学方法，因材施教。能较准确突出教学目的、重点难点，在教学设计方面 比较有特色。 教案包括：课题、授课日期、课时、教学目标（包括理论应知目标和 技能目标）、重点、难点、教学方法、教学仪器、教学过程（含练习、小结）、板书设计、作业、课后反思等。 教师要在授课前一周备好教案（开学前应备好两周课的教案），不允许无教案上课。 来宾市职业技术学校教务处 2008年 3月 课题传送系统安装 授课日期第 1.2.3 周课时10 理论知识目标： 1.能描述 YL-235A 装置功能和结构 教 2. 能描述机电一体化概况和发展史（选）学 技能目标： 目 1. 学会正确拆解皮带运输系统 标 2.学会安装和调试皮带运输系统 教 学 重物料传送和分拣机构的拆装 点 教 学安装和调试皮带运输系统 难 点 教 法讲授、实训 教学仪器：拆装工具 教学过程： 落料光电传感器：检测是否有物料到传送带上，并给 PLC一个输入信号。（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“ - ”、黑色接输出） 放料孔：物料落料位置定位。 金属料槽：放置金属物料。 塑料料槽：放置非金属物料。 电感式传感器：检测金属材料，检测距离为3~5mm（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“ - ”、黑色接输出） 电容式传感器：用于检测非金属材料，检测距离为5~10mm（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“ - ”、黑色接输出） 三相异步电机：驱动传送带转动，由变频器控制。 推料气缸：将物料推入料槽，由双向电控气阀控制。 板书设计： 1.功能 2.结构 3.安装要求 作业：实训报告册 课后反思： 专科毕业论文 题目：机电一体化技术在我国的发展应用 学生姓名 学号 20130429 指导教师张进年 院系西北大学继续教育学院 专业机电一体化 年级 诚信声明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。 特此声明。 论文作者签名：杨健 日期：2015年10月12 日 目录 摘要.............................................................................................I 目录.............................................................................................II 1 绪论 (1) 1.1 现实背景和理论背景 (1) 1.1.1现实背景 (1) 1.2 研究的目的和意义 (1) 2 机电一体化概述 (2) 2.1 机电一体化的基本概念 (2) 2.2机电一体化产品的优越性 (3) 2.3机电一体化产品的分类 (4) 3 机电一体化技术在我国的应用与发展 (5) 3.1国内外机电一体化技术发展状况： (5) 3.1.1国外机电一体化发展现状 (5) 3.1.2国内机电一体化发展现状 (7) 3.2机电一体化技术在我国的应用 (8) 3.2.1在现代机械制造业中的应用 (8) 3.2.2在饮料行业中的应用 (9) 3.2.3在钢铁企业中的应用 (9) 3.2.4在煤矿中的应用 (10) 3.3我国机电一体化技术发展存在的一些问题及解决对策 (12) 3.3.1缺乏核心技术是我国机电一体化产品出口的软肋 (12) 3.3.2技术壁垒是我国机电一体化产品出口的新拦路虎 (13) 3.4 机电一体化技术的发展趋势 (15) 总结 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20) 第一部分复习要求 课程的有关内容主要按“了解、掌握和熟练掌握”三个层次要求，具体要求如下：第一章绪论 第一节机电一体化的产生和发展 1．掌握机电一体化的基本概念和涵义 2．掌握机电一体化的发展趋势 第二节机电一体化的相关技术 1．掌握机电一体化的相关技术及其内容 第三节典型机电一体化系统 1．掌握机电一体化系统的基本功能要素 2．掌握有关控制系统的分类及其概念 3．了解机电一体化产品和系统的分类 第四节机电一体化系统设计简介 1．掌握拟定机电一体化系统设计方案的常用方法及其适用场合 2．掌握机电一体化系统（产品）设计的类型 3．掌握机电一体化系统设计的概念、基本原则 4．掌握系统设计的过程，现代设计方法的步骤 5．了解机电一体化系统（产品）开发的工程路线 第二章机械传动与支承技术 第一节机械传动系统数学模型的建立 1．掌握数控机床进给传动系统建模的步骤、方法 第二节机械结构因素对伺服系统性能的影响 1．掌握阻尼、摩擦、结构弹性变形、惯量及间隙对伺服系统性能的影响 第三节机械传动 1．掌握机电一体化系统对机械传动的要求 2．掌握总传动比的确定 3．掌握传动链的级数和各级传动比的分配原则和方法 4．掌握各种机械传动装置的特点 第四节支承部件 1．掌握机电一体化系统对支承部件的要求 2．了解机电一体化系统中常见的轴承及其特点 3．掌握常用导轨及其特点 4．掌握机身的特点及结构设计主要考虑的因素 第三章伺服传动技术 第一节概述 1．掌握伺服系统的结构组成及分类 2．了解伺服电动机应符合的基本要求、各种伺服电动机的特点及应用场合 3．了解功率放大器的种类 第二节直流伺服系统 1．了解直流伺服系统的各组成环节及其工作原理 2．掌握PWM功率放大器的基本原理 第三节交流伺服系统 1．掌握交流伺服系统的分类及应用场合 第四节步进电动机控制系统 机电一体化教案（讲稿）第六章 淮南联合大学教师授课教案 教学过程及时间分配： 6.1步进电动机 1．步进电机的工作原理 步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机。由于步进电动机成本较低，易于采用计算机控制，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。步进电动机比直流电动机或交流电动机组成的开环控制系统精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。目前，一般数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电动机控制系统。 步进电动机按其工作原理分： 主要有磁电式和反应式两大类 步进电机按励磁相数分： 有三、四、五、六相等几种，因为相数越多，步距角越小，而且还采用多相 通电，提高步进电机的输出转矩。 步进电机按输出力矩大小分： 功率步进电机， 伺服（快速）步进电机 反应是步进电机的工作原理是： 三相反应式步进电动机的工作原理如图5-12所示，其中步进电动机的定子上有6个齿，其上分别缠有W A 、W B 、W C 三相绕组，构成三对磁极，转子上则均匀分布着4个齿。步进电动机采用直流电源供电。当W A 、W B 、W C 三相绕组轮流通电时，通过电磁力吸引步进电动机转子一步一步地旋转。 图 5-13 三相反应式步进电动机 图 5-12 步进电动机运动原理图 首先假设U 相绕组通电，则转子上下两齿被磁吸住，转子就停留在U 相通电的位置上。然后U 相断电，V 相通电，则磁极U 的磁场消失，磁极V 产生了磁场，磁极V 的磁场把离它最近的另外两齿吸引过去， 停止在V 相通电的位置上，这时转子逆时针转了300 。随后V 相断电，W 相通电，根据同样的道理，转子 又逆时针转了300，停止在W 相通电的位置上。若再U 相通电，W 相断电，那么转子再逆转300 。定子各相轮流通电一次，转子转一个齿。 步进电机绕组按U W V U W V U →→→→→→…依次轮流通电，步进电动机转子就一步步地按逆时针方向旋转。反之，如果步进电动机按倒序依次使绕组通电，即： U V W U V W U →→→→→→…，则步进电动机将按顺时针方向旋转。 步进电机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。上述分析中的步进电机步距角为300 。 对于一个真实的步进电动机，为了减少每通电一次的转角，在转子和定子上开有很多定分的小齿．其中定子的三相绕组铁心间有一定角度的齿差，当U 相定子小齿与转子小齿对正时，V 相和W 相定子上的齿则处于错开状态，如图5-13所示。工作原理与上同，只是步距角是小齿距夹角的1/3。 2、步进电动机的通电方式 如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余断电，这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。如： Λ→→→→A C B A 。 1 .概论 随着科学技术的发展，世界正面临着以信息技术为中心的技术革命，其目标是极大地提高劳动生产率和产品质量。信息技术有三大支柱，即测量与控制技术、计算机技术和通信技术。机械技术和微电子技术、计算机技术和信息技术的结合，是机械技术与电子技术发展的共同趋势之一。特别是新兴的微电子技术、信息技术引入传统的机械技术之中，已使传统的机械类产品在功能上、性能上以及制造技术上提高到了一个新的水平，创造出许多不曾有过的新产品与新设备，带来了巨大的经济效益和社会效益。 因此，运用机电一体化技术设计机电一体化的设备或产品，改变机械产品与机械工业的面貌，满足社会和生活的物质需要，已成为工程设计人员的历史使命。本章将介绍机电一体化系统的基本概念、系统组成要素和机电一体化系统的设计任务。 1．1机电一体化系统的概念 1．1．1系统的基本概念 “系统”这个名词，使用非常广泛。在不同的词典、手册和专著中系统的定义都是：系统是由相互作用的依赖的若干组成部分按一定规律结合成的、具有特定功能的有机整体。 系统具有如下特征： “集合性”，系统是许多元素的集合。 “关联性”，系统的各个组成部分之间是互相联系的互相制约的。 “目的性”，系统总是具有特定的功能，特别是人所创造或改选的系统，总是有一定的目的性。 “环境适应性”，系统总是存在并活动于一个特定的环境中，与环境不断进行物质、能量、信息的交换。系统必须适应环境。 对于系统工程还很难给出一个人们所公认的定义，这里列举一个较典型的解释。 “系统是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机理等进行分析和设计的技术”（1967年日本工业标准JIS）。 由于系统是研究系统共性的跨学科的方法性技术，那么它研究和处理任何问题时都应遵循以下基本原则。 机电一体化（第二版）课后答案 第一章 1-1.试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。 答：机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ 答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。 ②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。 1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？ 答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。 2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。 3、适应性设计是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。 所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。 1-20.简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。 答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD 的研究成果。 2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。 3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。 4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。 5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。 反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、机电一体化期末复习资料
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