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
1．掌握步进电动机的结构、工作原理及使用特性
2．掌握环行分配器的概念及实现环形分配的方法
3．了解步进电动机驱动电路的种类及其工作原理
4．了解提高系统精度的措施
第四章计算机控制技术
第一节概述
1．了解MCS-51单片机控制系统的组成及特点
第二节PLC工业控制计算机简介
1．S7-200PLC的编程方法（电气控制原理图转PLC程序图）
一、填空题：（20分，每空0.5分）
1、根据力—电压相似原理，机械系统质量与电系统中相似，速度与电
系统中相似，粘滞阻尼系数与电系统中相似。
2、机电一体化系统基本组成要素
有：、、、、。
3、对于斜齿圆柱齿轮常采用、方法消除齿侧隙。
4、根据传感器工作原理的不同，一般分、两种。。
5、微处理器系统接口包括接口、接口、接口、接口。
6、交流电动机三种基本调速方式是、、。
7、可编程控制器常用的编程语言有：、、、。
8、步进电机的角位移量和严格成正比。
9、驱动方式按动力源的不同分为：、、三种。
10、接近式位置传感器按其原理主要分为、、。
11、机电一体化中执行电动机的控制方式有方式、方式、方式。
12、变频器选择的依据是。
13、机电一体化系统设计方法有、、三种。
14、步进电机常用的功率放大电路有、、。
二、简答题：（40分，每题10分）
1、简述光电式传感器的原理，机电一体化系统中常用的光电式传感器有哪几种？试举例说明其中的两种在机电一体化系统设计中的应用。
2、画出分别由CH250、PMM8713芯片实现步进电机三相双三拍工作方式接线
图。
3、简述可编程控制器与普通计算机的不同点。
4、简述交流伺服电动机型号选择步骤。
三、设计应用题：（40分，每题20分）
1、画出以８０８６CPU为核心去控制一台直流伺服电动机的硬件连接图。
2、用机电一体化技术改造普通车床为经济性数控车床：
（1）写出改造方案和采用此方案的依据。
（2）画出采用单片机控制该系统硬件连接图。
一、名词解释(每小题2分，共10分)
1、线性度
2、伺服控制系统
3、三相六拍通电方式
4、传感器
5、系统精度
二、填空题（每小题2分，共20分)
1、计算机在控制中的应用方式主要有_____________________________。
2. 滚珠丝杆螺母副结构有两类：_____________________________。
3、应用于工业控制的计算机主要有______________________________等类型。
4. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括________________________________。
5、可编程控制器主要由_____________________________等其它辅助模块组成。
6. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，
顺序控制器通常用_______________________________________________________。
7、现在常用的总线工控制机有________ 、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。
8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种_____________________________。
9. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，
则莫尔条纹的宽度是_______________________。
10. 采样/保持器在保持阶段相当于一个“_____________________________”。
三、选择题（每小题2分，共10分）
1.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：
A 机械本体
B 动力与驱动部分
C 执行机构 D. 控制及信息处理部分
2、机电一体化系统（产品）开发的类型
A 开发性设计
B 适应性设计
C 变参数设计
D 其它
3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法
A 取代法
B 整体设计法C组合法D其它。
4、机电一体化的高性能化一般包含
A高速化B高精度C高效率D高可靠性。
5、抑制干扰的措施很多，主要包括
A屏蔽B隔离C滤波D接地和软件处理等方法
四、判断题（每小题2分，共10分)
1、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（）
2、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（）
3、感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（）
4、数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特
征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（）
5、FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。（）
五、问答题（每小题10分，共30分)
1、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。
2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？
3、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？
六、综合应用题(每小题10分，共20分)
1.编写程序：单片机读P1.0的状态,把这个状态传到P1.7指示灯去，当P1.0为高电平时指示灯亮,低电平时指示灯不亮,采用中断完成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。
2. 光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位
移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少
一、填空题：（30分，每空1分）
1、机电一体化系统基本组成要素
有：、、、、。
2、根据力—电压相似原理，机械系统质量与电系统中相似，速度与电系统中相似，粘滞阻尼系数与电系统中相似。
3、滚动螺旋传动的消除间隙和调整预紧一般有、、三种。
4、伺服电机的控制方式有方式、方式、方式。
5、微处理器系统接口包括接口、接口、接口、接口。
6、MCS—51系列单片机是位机，其中数据线根，地址线根。
7、可编程控制器常用的编程语言有：、、。
8、湿度传感器是根据原理制成的。
10、对于启停频率低，但要求低速平稳和扭矩脉动小，高速运动振动、噪声小，在整个调速范围内均可稳定运行的机械，是主要的性能指标。对于启停频率高，但不特别要求低速平稳性能的机械设备，高的是主要的性能指标。
二、简答题：（20分，每题5分）
1、简述滚动螺旋传动的工作原理。
2、可编程控制器（PLC）与通用微机有何区别？
3、简述机电一体化对伺服电机性能的基本要求。
4、机电一体化产品中常用的位移传感器有哪几种？试举例说明其中的一种在机
电一体化系统设计中的应用。
三、将下图所示的继电器电路变换成梯形图并写出语句表。（20分）
SB2
SB1K11
K12
K11
SB3 SB4K11K12
K12
ST1K11K 13
K12
ST2K11K14
K12
一、填空题：（40分，每空1分）
1、对同一种步进电机，三相单三拍的步距角是三相六拍的倍。
2、步进电机常用的功率放大电路有、、。
3、机电一体化中常将工业控制计算机分为、、三类。
4、交流电动机三种基本调速方式是、、。
6、接近式位置传感器按其原理主要分为、、。
7、机电一体化中执行电动机的控制方式有方式、方式、方式。
8、在开环控制系统中,常用做驱动元件。
9、模块化生产培训系统由上料检测站、搬运站、加工站、、、六站连接而成。
10、滚动螺旋传动的消除间隙和调整预紧一般有、、三种。
11、设计齿轮传动装置时，各级传动比最佳分配原则有：、、。
12、描述传感器静态特性的主要技术指标有、、、。
13、变频器选择的依据是。
14、机电系统数学模型有、、。
15、机电一体化对机械传动的要求是：、、。
二、简答题：（30分，每题5分）
1、试举例说明机电一体化系统五大组成要素。
4、画出由PMM8713芯片实现步进电机三相六拍工作方式接线图。
5、简述可编程控制器与普通计算机的不同点。
6、简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。
7、简述光电式传感器的原理，机电一体化系统中常用的光电式传感器有哪几
种？试举例说明其中的一种在机电一体化系统设计中的应用。
8、简述变频器的基本类型。
三、计算题：（15分）
某步进电机有80个齿, 采用3相6拍方式驱动, ?经丝杠螺母副驱动工作台做直线运动, 丝杠的导程为6mm。求:
1、步进电机的步矩角。
2、当脉冲当量要求为0.01mm时，试设计此传动系统。
四、设计应用题：（15分）
用机电一体化技术改造普通铣床为经济性数控铣床：
1、写出改造方案。
2、画出采用单片机控制该系统硬件连接图。
A 稳定性和时域响应
简介
连续系统或离散系统的稳定性是由其对输入或扰动的响应决定的。直观地说，稳定系统是在没有外部激励时保持静态或平衡的系统，如果去掉所有的激励，系统会返回到静止状态。输出将经过一个过度过程，稳定在一个与输入一致或由其决定的稳态。如果我们将同样的输入加到一个不稳定系统上，输出将不会稳定到稳态过程，它将无限制的增加，通常为指数形式或增幅震荡。
稳定性可以由连续系统的脉冲响应或离散系统的Kronecker delta响应如下精确地定义：当时间趋近无穷时，如果脉冲响应
为零，则连续系统是稳定的。一个可接受的系统至少应满足三
个基本指标：稳定性、精度和满意的暂态响应。这三项标准体
现在一个可接受的系统必须对特定的输入和扰动具有满意的时
间响应。因此，虽然我们为了方便在拉氏域和频域研究问题，但至少应在定性上将这两个域同时域联系起来。
实际上，拉氏域既能提供稳定和不稳定系统的暂态响应信息，也能提供稳定系统的稳态响应的信息。本文讨论拉氏域和时间响应的关系，并重点强调暂态响应，和在拉氏域中建立系统稳定性的判剧。精度将在下一篇文章中讨论，频率响应在以后的单元中讨论。
特征方程
系统对任何输入的时间响应可表示为下式：
式中css(t)是稳态响应，c tr(t)是暂态响应。如果系统是不稳定的，就将没有稳态响应，只有暂态响应。
没有传输延时的情况下，系统的传递函数可以表示为拉氏复变量s的多项式的比值。
将分母多项式等于零即得到特征方程
并可写作因子形式
式中ri表示特征方程的根，即使得D(s)等于零的s值。这些根
可以是实根、复根或零，如果为复根，则由于微分方程的系
数为实数，复根都是成对共扼的。
拉氏域中n个不同根的暂态响应如下：
在时域中为
后一个方程的每一项被称做暂态模式。每个根都有一个暂态模式，其形状仅由根在s域中的位置决定。
因此，系统稳定的充分必要条件就是特征方程根的实部为负。这保证脉冲响应将按指数形式随时间衰减。
劳斯稳定性判剧
劳斯判剧是判断连续系统稳定性的一种方法，适用于形式如下的n阶特征方程的系统。
使用劳斯判剧表的准则如下
这里是特征方程的系数
这张表向水平（向右）垂直（向下）方向延伸，直到得到的都是零为止。在计算下一行前，任一行都可以乘以一个正常数，这不会影响表的性质。
劳斯判剧：当且仅当劳斯表的第一列符号相同时，特征方程的所有根都有负实部。否则，具有正实部根的个数和符号变化的次数相等。
赫尔维茨判据是另一种判断连续系统特征方程的所有根都有负实部的方法。实际上，虽然形式或方式不同，它和劳斯判据原理相同，因此它们常被称为：劳斯-赫尔维茨判据。
简单滞后：一阶系统
对形如式（2-2A-1）的传递函数，系统的阶次被定义为特征方程D(s)的阶次，也就是其中s的最高次幂决定了系统的阶次。
简单一阶系统的传递函数为，如图2-2A-1所示，
如果输入是一个单位阶跃R(s)=1/s，则输出为
因此暂态响应。
第一项为强制分量，由输入引起，第二项为暂态分量，由系统的极点决定。图2-2A-2 给出了暂态和c(t)。暂态呈指数衰减，常用的表示衰减速度的量是时间常数：
时间常数是衰减指数暂态降到初始值e-1=0.368倍所用的秒数。
因为e-t/T=e-1当t=T时，可以看出简单滞后1/(Ts+1)的时间常数是T秒。实际上，这就是简单滞后传递函数常被写为这种形式的原因。s的系数直接表明衰减的速度，4T秒后，暂态衰减到初值的1.8%。
简单滞后有两个重要特征。
1. 稳定性：对于系统稳定性，系统极点必须位于s平面的左半边，这样系统暂态衰减，而不是随时间增加而增加。
2. 响应速度：加速系统的响应（即减小时间常数），极点1/T应左移。
多阶滞后：二阶系统
这种常见的传递函数通常可以简化为如下的标准形式：
式中ωn是无阻尼自然频率，ζ是阻尼比。这些参数的意义将被讨论。
根据阻尼比，系统特征方程
的根（极点）有三种可能：
ζ >1: 过阻尼：ζ =1: 临界阻尼：ζ <1: 欠阻尼：
图2-2A-3 显示了绘制极点位置的s平面。
对于单位阶跃输入R(s)=1/s，输出的变换为
ζ >1时，极点在负实轴上ωn的两侧，暂态是两个衰减指数的和，每个各有其自己的时间常数。离原点最近的极点对应的指数项具有最大的时间常数，用最长的时间衰减。这个极点称为主极点。ζ =1时，两极点重合于ωn。ζ <1时，极点沿着以原点为中心，ωn为半径的圆周上移动。从图2-2A-3中的三角形，可以看出cosφ =ωζn/ωn=ζ。输出为
图2-2A-4中为对于不同阻尼比ζ的归一化响应曲线。暂态项为以阻尼自然频率的震荡，其幅值按衰减。
重要的性能指标如图2-2A-5所示：
稳定时间T s是响应永久在稳态值上下5%或2%所需的时间T s=3T (5%)或T s =4T (2%)。超过稳态值的最大超调量百分比是一项严格的性能指标
令式(2-2A-9)中c(t)的导数为零，得出响应的极值，得到方程：
这意味着在各峰值i=1，3，因为左右相等。因此最大值必在峰值(i=1)，峰值时间T p为
如果式(2-2A-10)的角度的正切是，其正弦值，将式Eq. (2-2A-11)代入式(2-2A-9)中得到
上升时间T r，如式2-2A-5定义为响应第一次达到稳态值的时间，同极值时间T p紧密相关。
应注意到各时间常数T s，T p，和T r同时依赖于ωn和ζ，而P.O.仅依赖于阻尼比ζ(图2-2A-6)。允许最大超调，和允许最小阻尼比ζ依赖于实际应用。对于机床进给，超调会导致车刀进入加工件，因此需要阻尼比大于1。但在很多情况下，一定的超调是允许的，由于可缩短时间T p和T r，阻尼比小于1是合适的。阻尼比等于0.7，超调仅为5%，响应达到稳态更快。
如果ωn增加时阻尼比不变极点会沿圆周外移，稳态时间和上升时间会下降。因此，我们可以通过调整闭环极点来调整暂态响应。
B 稳态
稳态误差控制系统的设计目标是控制一个系统的动态性能，使之响应于命令或扰动。设计者应充分了解稳态方程和误差在整个过
程中的作用，同时也应知道它们在被控对象动态性能上的影响。
控制系统的精度是对系统跟随控制命令情况的衡量尺度。它是一个重要的性能指标；一个导航系统，如果不能把航天器置于合适的轨道上，它的暂态响应再好也没用。
精度通常是按可接受的对特定输入(E r)或扰动(E d)的稳态误差而定的。误差e(t)定义为期望输出值r(t)和实际输出值c(t)的差。要注意，这里的误差并不一定是启动信号 (t)，除非是单位反馈系统。当系统的暂态结束后，误差e(t)成为稳态误差e ss。根据终值定理，时域中的稳态误差可写作下式：
指定输入的稳态误差
对如图2-2B-1中的单位反馈系统，闭环传递函数如下式：
式中G=G c G p 是开环传递函数。
指定输入的误差E为：
式中G r(s)=1/[1+G(s)]是指定输入的误差传递函数。
对开环传递函数G(s)，设有如下的通用式子：
在这个式子中：
1) K已知，在分子分母多项式中，以常数项出现，使分式单位化，即传递函数G的增益。它和下一节介绍的根轨迹增益不同，后者的最高次幂项的系数是单位值1。
2) G的型数是整数n。分母中s因子代表着积分，型数就是G中积分环节的数目n。
3) 增益，根据n的不同取值，通常的惯例，把下列名字和注解与K相联系。
n = 0: Kp = position error constant 位置误差常数
n = 1: Kv = velocity error constant 速度误差常数
n = 2: Ka = acceleration error constant 加速度误差常数
式(2-2B-4)显示，结合等式(2-2B-3)，这样式
(2-2B-1)可以写为：
这样容易得到对应于不同型数和输入的稳态误差表2-2B-1。
表2-2B-1 稳态误差
扰动误差
实际系统也受非期望输入的影响，比如：控制命令中的噪声，设备运行时由于设备参数变化和运行环境变化引起的扰动。夹杂在控制命令中的噪声输入，需要用滤波技术除去或抑制，使之不影响控制输入本身。我们仅讨论在设备处进入系统的扰动，而不是从控制器中进入的，如图
2-2B-2a。以干扰d作为主要输入的重画图如图2-2B-2b。
由于系统是线性的，叠加定理成立，我们可以假定r为零。单位反馈系统的扰动传递函数可写作下式：
将这个传递函数和d=0的普通输入输出传递函数相比较，如同期望的，其特征方程是一样的，但是分子函数是不同的。因此可知扰动输入不会影响系统的稳定性，但是可以改变暂态响应的形状，并且它要引入到在测量整个系统精度所必须考虑的稳态误差。
由于扰动而引起的输出的任何变化都是不希望发生的，扰动误差E d就是它的实际输出C d 系统总误差是输入误差和扰动误差的总和
同时减少误差的各方面因素通常是很困难的。很明显，了解一些关于干扰输入特性的知识是相当有必要的。在控制器中加一个积分器，可将式(2-2B-7)中两个误差项置为零。这个附加的积分增加了系统的型，消除了速度型误差。在扰动进入系统的入口处加上积分器，可以消除有扰动输入时阶跃信号引起的稳态误差，如果要系统稳定，这个附加的积分器必须伴有至少一个零点。
机电系统设计提纲 第1章概述 1 机电一体化概念 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交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。 2 机电一体化共性关键技术 （1）精密机械技术（2）信息处理技术（3）自动控制技术（4）检测传感技术（5）伺服驱动技术（6）系统总体技术 3 机电一体化的作用及目的 作用： （1）机电一体化技术可为改造传统设备开辟新的发展途径 （2）机电一体化技术将加快机电工业赶超国际水平的步伐 （3）机电一体化技术将加速改善我国的出口产品结构 （4）机电一体化可增强企业的生产经营能力 目的： 机电一体化的目的是使产品多功能化、高效率化、高智能化、高可靠化、省材料省能源化、并使产品的结构向轻、薄、细、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化要求和生产的省力化、自动化需求。 4 机电一体化系统的基本组成要素 机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。 第三章机电一体化系统中的机械设计 1 精度（静刚度、动刚度、定位精度等）、误差概念 精度的概念 （1）准确度：用系统误差大小来表示，反映了测量值偏离真值的程度。（2）精密度：用随机误差大小来表示，反映了测量值与真值的离散程度。（3）精确度：系统误差和随机误差大小的综合反映。 （4）设计精度：指在设计时要求达到的精度。 （5）零件精度：包括零件制造的几何尺寸误差和形状位置误差。 （6）运动精度：指设备主要零部件在以工作速度运动时的精度，常用运动误差来表示。 （7）装配精度：指零部件装配后零部件或设备的尺寸和相对位置误差，包括
外形尺寸、作业位置尺寸。 （8）定位精度：指机床或仪器重要部件在运动终点所能达到的实际位置的精度，是一个评价综合性能的精度指标。 （9）重复定位精度：指运动部件沿某个坐标轴向规定位置移动，作多次双向或单向定位时，其实际位置和规定位置的偏差。 （10）几何精度：指机床、仪器在不运动或运动速度较低时的精度。综合反映零部件和组装后设备的几何形状误差和相对位置误差。 （11）传动精度：指机械传动链单向传动时，其输入端与输出端瞬时传动比的实际值与理论值之差。通常是以传动误差和空程误差来衡量。 （12）测量精度：指计量仪器或测量系统的使用精度，是一个综合性的精度指标，常用测得值与被测值的偏差程度来衡量。 （13）重复精度：指在同一测量方法及测试条件下，在不太长的时间间隔内，连续多次测量同一个物理参数，所得数据的分散程度。 （14）复现精度：指在不同的测量方法和测试条件下，以较长的时间间隔对同一物理参数作多次测量所得数据的接近程度。 （15）动态精度：指系统的动态参数误差。 误差的概念 （1）误差：对某个物理量进行测量时，所测得的数值与真值之间的差值。反映了测量值对真值的偏离程度。 （2）真值理论真值约定真值相对真值 （3）绝对误差：测得值与被测值的真值之差。 （4）相对误差：绝对误差与被测量真值之比。 （5）随机误差：在多次测量中，大小和符号都不可预定的误差。 （6）系统误差：系统误差对的大小和方向在多次测量过程中是不变的，或者是按一定规律变化的。 （7）粗大误差：在系列测得值中有个别数值明显过大，超出在正常条件下随机误差应有的范围的误差。 （8）静态参数误差：测定静态参数所得的误差。 （9）动态参数误差：测定动态参数所得的误差。 （10）原理误差：在设计过程中，因拟定系统工作原理而作的近似假定，或采用近似理论，以及为使结构简单而采用近似的简化机构和电路等，都会使实际的作用效果与理论上出现差异，所造成的误差。 （11）制造误差：包括零件制造误差、电子元器件误差和零部件、产品的装配调整误差等。 （12）运行误差：指设备在工作过程中，由于各种原因产生的误差。 （13）传动误差：指输入轴单向回转时，输出轴转角的实际值相对于理论值的变动量。 （14）空程误差：输入轴由正向回转变为反向回转时，输出轴在转角上的滞后量。 2 齿轮传动的作用及其优缺点 作用：用来传递转矩和转速。
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”高级培训班课程内容 模块一：自动化生产线自动控制系统 自动化生产线的基本组成 自动化生产的安装及调试要求 西门子PLC：S7-300，S7-400的基本应用 工业总线：PROPIBUS的组网及应用 工业以太网：基于Profinet的PLC、变频器、人机界面、伺服系统等工控设备的组网及应用。 模块二：工业机器人的应用 工业机器人的基本知识及操作：机器人本体结构及示教。 工业机器人的典型应用及操作：机器人在码垛、搬运、喷涂、打磨、焊接上的典型应用。 工业机器人在自动化生产上的应用与调试。 模块三：数控机床的电气装配及调试 数控机床常用元器件的工作原理，选型及常见故障 数控机床电气控制电路分析 数控系统的接口 给伺服系统 伺服系统的组成、接口电路及相关控制信号 伺服驱动的工作原理、硬件电路的分析 常用参数的含义及调整参数调试 交流伺服驱动系统的常见报警及常见故障处理 伺服电机的拆装及电机编码器的装配 主轴驱动系统 变频器的工作原理及三相异步电机的结构 变频器的控制接口 变频器的常用参数及调试 伺服主轴驱动系统的结构、工作原理、接口及参数设置 主轴定向的实现 主轴转速的调整 攻丝、车螺纹常见问题及处理 主轴驱动系统常见报警及处理 模块四：国际标准的机电设备的电柜装配、机电联调及常见故障的维修处理机电设备电气设计的基本知识 机电设备的相关器件的选型 1）数控系统的选择 2）进给伺服及主轴的选择 3）其他控制元器件的选择 机电设备电气控制柜设计与装配 1）机电设备电气原理图的设计 2）机电设备电气控制柜安装工艺设计 3）电气控制柜的元气件布局设计 4）电气控制柜的元气件的安装 机电设备机电联调及故障的排除 模块五：机床高精度加工工艺及方法（以数控机床为例） 数控机床（数车数铣）高精度加工的国际标准要求 数控机床（数车数铣）高精度加工常用检测工具以及使用方法 数控机床（数车数铣）高精度加工的相关精度及检测方法 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度范围内，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代 机器人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、 听觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成， 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素 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 机电一体化专业建设体会 机电工程系侯继红 各位领导、各位专家：大家好！ 前面的专家介绍了专业建设的一般定义和宝贵的专业建设经验，很受启发。我这里仅向各位汇报一下国家级教改试点机电一体化专业（现在名称是机械制造及自动化专业）的建设体会，实事求是的具体做法，请各位批评指正。 我想汇报的内容有以下几点： 一、专业教改试点概况和背景 二、专业建设的具体做法 三、几点体会 下面先介绍第一点： 一、教育部“高职高专教育专业教学改革试点”工作背景 1、在全国高校中遴选的基本情况如表所示。 河南省入选教育部改革试点专业16个，我系机电一体化专业应该是这全省的16分之一。 教育厅确定省级改革试点专业30个，化工工艺专业在这30个专业中取得优秀成绩令人敬佩。 2、我系机电一体化专业概况 机电一体化专业经原河南省教委批准于1993年设立并开始招生，其支撑专业是我校1981年成立时设置的机械制造工艺与设备专业和电气自动化专业。至今已经办学12年了，一个轮回。 机电一体化专业设立头两年，全部是面向焦作市职高对口招生。 1998年以前生源来自河南省内，1999年开始对普通高中毕业生招生，并开始对全国招生。至今已毕业学生580人。 目前机电一体化专业有22个省、市、自治区的名学生在校学习，人数达到历史最多水平。 近二年该专业第一志愿上线报考率达130%，新生报到率高于80%，生源十分稳定。05级新生也是报道踊跃，不少学生是冲着“国家级重点专业”的概念而来，说明改革是会产生社会影响的。 机电一体化专业历届学生简况如表1-1所示，其中01级为改革试点年级。 入学年度 分项 1993949596979899000102030405 班级数1211112212465人数33794753453969665990131212210 累计数10届毕业生累计580人05年秋在校生553 人 3、机电一体化专业教学改革的基本情况 机电一体化专业开始也以普通专科教育的标准进行建设，课程体系仿造普通专科设置：以机械制造工艺与设备专业为基础，加强了部分电类课程，增设1门机电结合的专业课程叫机电一体化概论。其教学效果与原机械制造工艺与设备专业差不多，电气基础没有加强多少。由于生源主要是职业高中学生，在入校前已经有较长时间的实践动手能力训练，进入大学后普遍希望对理论课“补课”，所以对实践技能的再提高被放到了次要位置。专业教学思想不明确，没有自己的特色是显然的。 从“九五计划”开始，市政府把焦作大学的建设纳入焦作市整体发展规划，全国兴起了教学改革的热潮，如学分制、CBE模式等。并且国家对教改试点学校有几百万的资金支持，加地方配套政策，我校决定探索、参与。 要参与，就要按照教育部提倡的改革思路走，当时新兴的高等职业教育改革思路是什么呢？ 1996年我在教务处，这是工作职责要求了解的。我通过同学到国家先期试点学校郑州电专了解情况，得到了互相矛盾的看法。向学校汇报。 1996年5月学校派人分别到四川、天津，后来98年又去深圳等教学改革有特色的高职院校考察学习CBE模式和DACUM方法等经验。回来向中层进行了汇报。经过研究、思考，还写了论文《地方高校的特色与CBE模式》、《关于地方性职业高校实行学分制的思考》等。学校决定确定校级试点专业，有机电一体化、建筑、化工等。 1996年9月我开始带领系人员对焦作市内几个较大企业进行社会调查，与车间、技术部门和管理部门的技术员、车间主任、厂长等一起探讨毕业生在生产第一线所从事的岗位和岗位群，以及职责任务和对应的能力要求。然后组织教师从学生毕业后可能从事的岗位群出 . 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度围，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器 人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听 觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具有 高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素 1、机电一体化：在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。 2、机电一体化目的提高机械系统的附加价值（多功能，高效率，高可靠性，省材料省能源）附加价值是机电一体化系统的综合评价指标。 3、机电一体化发展条件：短期或中期普遍需要，具有显著的经济效益，具备或经过短期努力能具备必须的物质技术基础。 4、五个子系统：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 5、从自发状况想自为方向发展。 6、接口的分类：1）变换、调整：零接口、无源接口、有源接口、智能接口。 2）输入、输出：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7、1）机电互补法：利用通用或专用电子部件取代传统机械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统。 2）结合法：各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件。 3）组合法：用结合法制成的功能部件、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化产品。 8、机电一体化系统的功能：变换、传递、存储。工业三大要素：物质、能量、信息。 9、接口的性能决定了机电一体化系统的性能。 10、机械部分具备要求：低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高的消振频率、适当的阻尼比、高的定位精度。措施：低摩擦、短传动链、最佳传动比、反向死区小、高刚性。 11、传动机构的作用：传递转矩与转速。使执行元件与负载之间在转矩与转速得到最佳匹配。 传动机构的要求：精密化、高速化、小型轻量化；转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。 12、滑动丝杠：结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁；摩擦阻力距大，传动效率低。 13、滚动丝杠：摩擦阻力距小，传动效率高，轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长；结构复杂，制造成本高，不能自锁，具有运动可逆性，便于消除轴向间隙。 14、滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类，按滚珠的循环方式分为 内循环：滚珠循环过程中始终与丝杠表面保持接触，滚珠循环回路短，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸较小，但反向器加工困难，装配调整也不方便。 外循环：螺旋槽式、插管式、端盖式；滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹轨道，在螺母体内或体外循环运动。 主要尺寸参数：公称直径d o、基本导程P o、行程λ 精度等级：1、2、3、4、5、7、10七个等级，1级最高，10级最低。 15、滚珠丝杠副在负载时，滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形，换向时其轴向间隙会引起空回，这种空回是非连续性既影响传动精度又影响系统的稳定性，单螺母丝杠副的间隙消除相当困难。 预紧方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。 16、齿轮传动间隙调整：偏心套调整、轴向垫片调整、双片薄齿轮错齿调整。 17、滚珠丝杠副的支承方式：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 18、导轨的主要作用：支承和导向（限制运动部件按给定运动要求和规定的运动方向运动。） 基本要求：导向精度高、刚性好、精度保持性好（耐磨性）、运动轻便平稳、温度变化影响小以及结构工艺好。（常用材料：铸铁、钢、有色金属、塑料、复合材料。）导轨精度：在水平、垂直平面内的直线度及两导轨面间的平行度。（压板、镶条） 耐磨性：合理的导轨材料及热处理；减小导轨面压强；保证良好润滑；提高导轨精度。 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。 机电一体化复习题 机电一体化复习题 1.简述机电一体化技术的基本概念和涵义。 答：机电一体化技术是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。 2.机电一体化技术的发展趋势可概括为哪三个方面? 答：机电一体化技术的发展趋势可概括为以下三个方面： (1)性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展； (2)功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展； (3)层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。 3.机电一体化的优势是什么? 答：机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长，且综合利用各学科并加以整体优化。因此，在机电一体化技术的研究与生产应用过程中，特别强调技术融合、学科交叉的作用。机电一体化技术依赖于相关技术的发展，机电一体化技术的发展也促进了相关技术的发展。 4.机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为哪六个方面? 答：机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为以下六个方面：(1)机械技术，(2)检测传感技术，(3)信息处理技术，(4)自动控制技术，(5)伺服传动技术，(6)系统总体技术。 5.机电一体化系统应具有哪六个基本功能要素? 答：机电一体化系统应具有以下六个基本功能要素(即六个子系统)：(1)机械本体，(2)动力部分，(3)检测部分，(4)执行机构，(5)控制器，(6)接口。 6.何谓机电一体化系统中的接口?接口的作用和基本功能是什么? 答：机电一体化系统中的接口，是机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件。接口的作用使各要素或子系统联接成为一个整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。接口的基本功能有三个：一是交换，通过接口完成使各要素或子系统之间信号模式或能量的统一；二是放大， 机电一体化高级培训班 课程内容 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N] “机电一体化”高级培训班课程内容 模块一：自动化生产线自动控制系统 自动化生产线的基本组成 自动化生产的安装及调试要求 西门子PLC：S7-300，S7-400的基本应用 工业总线：PROPIBUS的组网及应用 工业以太网：基于Profinet的PLC、变频器、人机界面、伺服系统等工控设备的组网及应用。 模块二：工业机器人的应用 工业机器人的基本知识及操作：机器人本体结构及示教。 工业机器人的典型应用及操作：机器人在码垛、搬运、喷涂、打磨、焊接上的典型应用。 工业机器人在自动化生产上的应用与调试。 模块三：数控机床的电气装配及调试 数控机床常用元器件的工作原理，选型及常见故障 数控机床电气控制电路分析 数控系统的接口 给伺服系统 伺服系统的组成、接口电路及相关控制信号 伺服驱动的工作原理、硬件电路的分析 常用参数的含义及调整参数调试 交流伺服驱动系统的常见报警及常见故障处理 伺服电机的拆装及电机编码器的装配 主轴驱动系统 变频器的工作原理及三相异步电机的结构 变频器的控制接口 变频器的常用参数及调试 伺服主轴驱动系统的结构、工作原理、接口及参数设置 主轴定向的实现 主轴转速的调整 攻丝、车螺纹常见问题及处理 主轴驱动系统常见报警及处理 模块四：国际标准的机电设备的电柜装配、机电联调及常见故障的维修处理机电设备电气设计的基本知识 机电设备的相关器件的选型 1）数控系统的选择 2）进给伺服及主轴的选择 3）其他控制元器件的选择 机电设备电气控制柜设计与装配 1）机电设备电气原理图的设计 2）机电设备电气控制柜安装工艺设计 3）电气控制柜的元气件布局设计 4）电气控制柜的元气件的安装 机电设备机电联调及故障的排除 模块五：机床高精度加工工艺及方法（以数控机床为例） 数控机床（数车数铣）高精度加工的国际标准要求 数控机床（数车数铣）高精度加工常用检测工具以及使用方法 数控机床（数车数铣）高精度加工的相关精度及检测方法 名词解释 1.三相六拍通电方式：如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A→ AB→ B→ BC→C → CA→… 2.伺服电动机：伺服电动机是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位 置、速度及动力输出电动机，以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机3.伺服控制技术：一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及 动力输出的自动控制系统。 4.变频调速：采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式 5.响应特性：指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。 6.中断：为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费 大量时间去查询各外围设备的状态了。而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。 7.动态误差:动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态 误差。 1.机电一体化技术是以（电子）技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合 性技术。 2.以下除了（继电器控制系统），均是由硬件和软件组成。 3.机电一体化技术是以（机械）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合 性技术。 4.在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的基本要求足( 精度、稳定性、 快速响应性 )。 5.在机械传动系统中，用于加速惯性负载的驱动力矩为( 电机力矩与折算负载力矩 之差)。 6.在下列电机中，( 交流同步伺服电机 )既可通过闭环实现速度或位置控制，又可 作步进方式运行，且电机转速不受负载影响，稳定性高。 7.在开环控制系统中,常用（步进电动机）做驱动元件。 8.导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则工作台与工件折算到丝 杠上的等效转动惯量为（ 97 ）kg?mm2。 9.导程L0=8mm的丝杠的总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（ 1200 ） kg·mm2。 10.机械系统的刚度对系统的动态特性主要影响表现为( 固有频率、失动量、稳定性 ) 等方面。 11.为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法( 增大系统刚度 )。 12.传动系统的固有频率对传动精度有影响，(提高 ) 固有频率可减小系统地传动误 差， ( 提高)系统刚度可提高固有频率。 13.多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按( 重量最轻原则(小功率装 置) )设计的传动链。 14.多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按( 重量最轻原则(大 功率装置) )设计的传动链。 15.闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的( 回程误差不影响 输出精度，但传动误差影响输出精度 )。 16.闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的( 回程误差和传 动误差都会影响输出精度 )。 回转工作台的设计 一、设计的目的： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规，编写技术文件（说明书）等。 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1（1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择: 由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1 （三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγ γ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8 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，医生在机电一体化期末复习资料
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