机电一体化系统构成与发展趋势
摘要所谓机电一体化，是指在机构的信息处理功能、控制功能、动力功能等方
面引进电子技术，并将电子设备、机械装置以及其他软件等有机结合起来所构成
的系统的总称。顾名思义，机电一体化技术就是一门将计算机技术、微电子技术、信息技术和机械技术等有机结合起来的综合性技术，它的出现，引起了工业界的
大革命。本文主要介绍机电一体化的系统构成，并探讨其未来的发展趋势，具有
一定的现实意义和指导意义。
关键词机电一体化系统构成发展趋势
1．引言：随着时代的不断发展，高新技术不断流向传统产业，这引起了传
统产业的深刻变革，推动了生产力的极大发展。作为传统产业之一的机械工业，
在微电子技术和微型计算机技术的迅猛发展的推动下，产品结构和生产系统结构
发生了翻天覆地的变化。微型计算机技术和微电子技术的快速发展带动了信息技术、智能技术的发展，并使之与动力设备和机械动力装置实现了有机结合，这不
仅提高了机械产品的核心竞争能力，而且还极大地提高了产品生产系统的生产效率，促使企业的经济竞争能力得到质的飞跃。本文主要介绍机电一体化的系统构成，并探讨其未来的发展趋势，具有一定的现实意义和指导意义。
2．机电一体化的系统构成
2.1 机电一体化系统的功能构成
系统是由若干要素共同组成的，包括机电一体化系统，它是由若干相互联结
的机械和电子要素共同组成的有机整体。而不管是哪一种机电一体化系统，其都
要包括如下图所示的五种功能，即主功能、动力功能、控制功能、计测功能和构
造功能。
所谓“主功能”，是实现机电一体化系统目的功能的“物质基础”，主要是对输
入的能量、信息以及物质进行一系列的变换、传递和储存。“动力功能”就是向机
电一体化系统提供动力，使得整个系统能够有序运行。“控制功能”和“计测功能”
主要采集系统内外部的主要信息，并通过交换和运算，输出正确的指令，使整个
机电一体化系统实现目的功能。而“构造功能”就是将系统每个要素有机组合起来，进行一定的空间配置，从而使系统成为一个有机的整体。
图1：机电一体化系统的功能构成
2.2 机电一体化系统的结构要素
虽然机电一体化系统的主功能各不相同，结构繁简各异，但纵观而言，一个较完善的机
电一体化系统，应包括机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及
信息处理单元及接口这几个基本要素，各要素和环节之间通过接口相联系。
机电一体化系统具有智能化功能的一个主要表现就是：它的组成要素和功能构成就好像
一个人的组成要素和功能构成那样完美。图2为机电一体化系统与人体要素的对照示意图，
由此我们可以很好地看出机电一体化系统组成要素及各要素的功能。
图2：机电一体化系统要素与人体要素的对照示意图
习题三（盐城工学院B机电081） 1.机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？ 主要包括传动、支承、导轨等 2.机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？ (1) 齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置，它在伺服运动中的主要作用是实现伺服电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。(2) 螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动(3) 滑动摩擦导轨直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动时处于滚动摩擦状态。 3.齿轮传动间隙对系统有何影响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？ （1）偏心轴套调整法(2) 双片薄齿轮错齿调整法(3) 垫片调整法(4) 轴向压簧调整法 (5) 周向弹簧调整法 4.消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？ 偏心轴套调整法: 这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿。双片薄齿轮错齿调整法: 这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。 5.导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？ 滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。 滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动时处于滚动摩擦状态。滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为0.1～0.2μm，而滑动导轨的定位误差一般为10～20μm。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时，通常采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便；④结构较为复杂，加工比较困难，成本较高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系数可小至0.0005），可使驱动功率大大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象；②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦发热小，导轨温升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。 静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易掌握，调整较困
机电一体化系统的发展 自机电子技术一问世，电子技术与机械技术的结合就开始了，只是出现了半导体集成电路，尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后，“机电一体化”之后有了明显的进展，引起了人们的广泛注意。（一）“机电一体化”技术的发展历程1.数控机床的问世，写下了“机电一体化”历史的第一页。2.微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机。3.可编程序控制器，“电力电子”等的发展为机电一体化提供了坚强的基础。4.激光技术，模糊技术，信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新的台阶。（二）“机电一体化”的发展趋势 1.光机电一体化，一般的机电一体化系统是由传感系统，能源系统，信息处理系统，机械结构等部件组成的。因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效的改进机电一体化系统的传感系统，能源系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。2.自律分配系统化——柔性化。未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“亢余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件做出不同的反应。系统可产生本身的信息并附加所给息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显的增加了系统的适应能力，有不因某一子系统的故障而影响整个系统。3.全球信息化——智能化。今后的机电一体化产品，“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要是受益于模糊技术，信息技术的发展。除此以外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的，有较多亢余度的双向联系。 4.仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统停止工作时，生物便死亡，而当控制系统工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”，而生物的特点是硬件——软件一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋势，但有一段漫长的路要走。 5.微型机电化——微型化。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体，执行结构，传感器，CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。（参考北京大学一篇机电一体化论文的内容） 机电一体化产品系统（整机）和基础元，部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床，机器人，汽车电子化产品，智能化仪器仪表，电子排版印刷系统，CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元，部件有：电力电子器件及装置，可编程序控制器，模糊控制器，微型电机，传感器，专用集成电路，伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状，发展趋势，市场前景分析从略。 发展“机电一体化”而面临的形势和任务机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其目的是节能，节材，提高工效，提高产品质量，把传统工业的技术进一步提高；二是开发自动化，数字化，智能化机电产品，促进产品更新换代。前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深层次工作。 我国认为机械发展新阶段是机电一体化阶段。机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，并把柔性制造系统和计算机集成自造系统等先进自造技术的生产的生产线和制造也包括在内，发展了机电一体化的含义。机电一体化包括六大类共性关键技术：精密机械技术，伺服驱动技术，传感检测技术，信息处理技术，自动控制技术和系统总体技术。对机电一体化产品的一种认识是“在机械产品的基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品。这种认识的核心是：“机电一体化产品必须是由计算机控制的伺服系统”。
------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分.
收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A.
浅论机电一体化的创新及发展方向 由于受传统机械理念的影响和约束，我国在机电一体化的应用方面始终存在着一系列的问题，机电一体化技术并没有完全改变传统机械的弊端，因此，不断的改革并且创新机电一体化已经成为了目前我们所面临的主要问题之一。为了更好的实现机电一体化的创新，我们必须要不断的发展新技术，加大对于机电一体化技术创新的资金投入力度。 标签：机电一体化；创新；发展方向 一、机电一体化的发展现状 当今，世界上的经济竞争十分的激烈，我国在工业制造方面面临着巨大的挑战，只有将我国的机电一体化技术融入到工业行业的制造中，才会提高我国科技的技术含量，打破传统的工业行业中存在的成本高、技术含量较低的不良现象。机电一体化的发展经历了三个重要的时期。最初的阶段是简单的机械与电子的融合，在机电一体化的最初阶段人们只是具有了电子与机械相结合来运用的简单的构想，只是停留在理论思想方面并没有采取一定的措施来实现电子与机械的相互融合。第二段时期主要是技术的发展阶段。这个阶段出现了很多的理论思想，虽然电子技术随着社会的快速发展也取得了一定的进展，但是把理论思想应用在实践中也仍然不能实现电子技术与机械技术的相互融合。第三阶段就是电子技术朝着智能化的发展方向而发展。当今社会，我国的科学技术得到迅速的发展。计算机信息技术、红外线感应技术等无不在提醒着我们这是一个智能化的世界。计算机信息技术、红外线感应技术在一定程度上推动了机电一体化技术的发展，为机电一体化提供了相应的知识理论。目前，机电一体化在社会市场经济的刺激下已经实现了在各个行业中的应用。 二、机电一体化的创新 （一）机电一体化产品功能的创新 在机电一体化的技术支持下，产品的功能更加多样化和丰富化，即使是单一的产品由于功能的多样化，从而实现了能够满足客户全方位需求的目标。机电一体化产品功能创新的投入资金规模相对来说较小，商家只需要将很少一部分的资金投入于扩大机电一体化的使用范围，那么企业就可以实现智能化生产的目标，从而在市场中提高企业的市场份额。总之，机电一体化产品功能的创新是社会发展的需要，这更是社会层面的需求。 （二）产品结构的创新 产品结构的创新是产品创新的一项非常重要的内容。机电一体化产品在产品设计的过程中，就需要进行产品结构上的创新。产品结构的创新主要体现在传动方式、物理机械结构、动力装置以及周边设备搭接形式等方面的创新。对于产品
机电一体化的发展历程与趋势 摘要：机电一体化概要“机电一体化”是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功 能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。 目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多，并且各自都有一套自己的发展策略。因此，建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车! 关键词：数控机床，机器人，汽车电子化产品，机电一体化，工作任务 核心提示： 现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。 一、绪论 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，并导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 二、机电一体化概要 “机电一体化”是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
一、选择题（每小题2分，共20分，多选漏选均不得分） 1．一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：（ ABCD ） 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．齿轮传动的总等效惯量与传动级数（ C ） A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 3. 某伺服电动机最高转速为1200r/min，通过丝杠螺母传动带动机床进给运动，丝杠螺距为6mm，最大进给速率可达（ C ） A. 72m/min B. 7.2m/min C. 5m/min D. 3.6m/min 4．计算步进电动机转速的公式为（B） A. 360o r mz c B. 60 r f mz c C. 180 cos o sm T mc D. 360 180 o o mc 5. 通过计算机网络，将计算机辅助设计、计算机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大系统称为（ B ） A. 顺序控制系统 B. 计算机集成制造系统 C. 柔性制造系统 D. 伺服系统 6.滚珠丝杠副的基本导程指丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的（ B ） A．径向位移Ｂ．轴向位移Ｃ．螺旋线长度Ｄ．坐标值 7. 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 8．某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距角为1.5o，应采用的通电方式为（ C ） A. 单拍制 B. 双拍制 C. 单双拍制 D. 细分电路 9.为了提高滚珠丝杠副的旋转精度，滚珠丝杠副在使用之前应该进行（ B ）A．调整径向间隙Ｂ．预紧Ｃ．预加载荷Ｄ．表面清洗 10. 下列属于变磁阻电动机的是（ C ） A. 直流电动机 B. 交流感应电动机 C．步进电动机D. 永磁同步电动机
《机电系统设计》复习题 一、填空 1、机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、传感检测系统（传感器）、动力系统、执行元件系统等五个子系统组成。 2、机电一体化系统（产品）的设计类型大致有开发型设计、适应性设计和变异性设计等三种。 3、常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。 4、导向支承部件的作用是支撑和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。 5、执行元件根据使用能量的不同，可以分为电动势、液压式和气压式等类型。 6、步进电动机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电动机。 7、单片机应用系统中，常使用LED(发光二级管) 、CRT 和LCD(液晶显示器)作为显示器件。 8、工业机器人一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。 9、CNC机床按工艺用途分类可分为普通数控机床、机械加工中心、多坐标数控机床。 10、机电一体化系统设计的一般方法包括机电互补法、融合（结合）法、组合法。 11、机座或机架既起支承作用，承受其它零部件的重量及在其上保持相对的运动，又起基准作用，确保部件间的相对位置。 12、对伺服系统的基本要求有精度要求更高、可靠性更好、响应速度更快。 13、交流伺服电机消除“自转”现象的解决办法是。 14、两相交流伺服电动机的控制方法有三种：①幅值控制；②相位控制；⑧幅值—相位控制。机电一体化系统中应用较多的控制方法是。 15、步进电机步距角是指在一个脉冲作用下（即一拍）电动机转子转过的角位移，失调角是指转子轴上袈加一负载转矩时转子齿中心线与定子齿中心线所错过的电度角，最大静转矩是指失调角=正负90度。 16、按照校正装置在系统中的联接方法，可把校正分为有源校正和无源校正。 17、常用的执行元件是电气执行元件，其输入是电能，输出为机械能。 18、按刀具相对工件移动的轨迹分类，数控机床可分为点位控制数控机床、点位直线控
机电一体化系统中的软件 摘要：提出目前机电一体化系统中软件系统设计上存在的若干问题，结合机电一体化系统发展趋势，借鉴软件工程学的方法和理论，在理论上提出若干可行的解决方法，对机电一体化系统的软件系统设计具有指导意义。并对未来机电一体化系统中的软件系统设计方向展望．关键词：机电一体化软件工程引言随着机电一体化的进程加快 加深，机电一体化系统中对软件系统的设计要求也越来越高。但是，在很多机电一 体化系统的设计中，设计者对软件系统的设计过程中还是存在很多片面的理解，软件设计中存在很多不规范的因素，甚至有些存在严重的不足。本文就机电一体化系统中软件系统的开发进行了一些探讨，并对软件在机电一体化系统中的发展进行了一些展望。1 机电一 体化系统中软件系统的重要性20世纪70～80年代为机电一体化系统的蓬勃发展阶段。 这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了物质基础。在机电一体化系统发展中，智能化是一个很重要的发展方向。人工智能在 机电一体化建设中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化” 是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。从机电一体化系统的发展过程中和未来的发展方向上看，计算机技术始终处于 一个关键的位置，是一体化、自动化、智能化进程中的关键纽带。然而，计算机只是一个软件运行的平台，它所提供的是高效率的数据处理，而真正在机电一体化系统中起作用并控制计算机做有效工作的则是凝结了人们智慧结晶的各类软件。．一些大型的并且独立的软件(比如：pro／e、AuIoa气D、ANSYS等)并不在这篇文章的讨论之中。虽然它们在机 电一体化系统中起着至关重要的作用，并且已经发展地相当成熟，但本文所讨论的是针对那些具体的工程中，在机电一体化系统的设计中，为了满足具体工程所提出的具体要求和细节而需要我们独立开发和设计的软件系统。 2 当前机电一体化系统中软件系统存在的问题随着机电一体化系统的飞速发展，软件系统的发展并没有跟上其步伐。相比程序语言的发展和软件在其他领域的应用中，则更显落后。主要表现在：2．1 编程语言不 够强大目前，在机电一体化系统的开发过程中，大量应用的还是汇编语言和C语言，C++ 语言应用也很广泛，所用的开发平台无外乎BC、TC、VC等。之所以说其不够强大，并 非指这些语言本身不能够胜任目前的机电一体化系统的要求。相反，它们在机电一体化系统的开发中有不可比拟的优势，这也是这些语言得以存在并还将继续存在的原因。但是，我们也应看到编程语言的迅速发展状况。例如JAvA和例等，各类功能更加强大的开发平 台如：JBuilder、．N1玎的出现。虽然这些语言和平台还不能很好的适用在机电一
1、1 机电一体化的涵义就是什么？它包含了哪两方面内容？ 答:就是在机械的主功能、动力功能、信息功能与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。它包含了技术与产品两方面内容。首先就是指机电一体化技术,其次就是指机电一体化产品。 1、2 机电一体化的英文名称就是什么？Mechatronics 1、3 机电一体化突出的特点就是什么？重要的实质就是什么？ 答:突出特点在于它在机械产品中注入了过去所没有的新技术,把电子器件的信息处理与自动控制等功能揉与到机械装置中去,从而获得了过去单靠某一种技术而无法实现的功能与效果。重要实质就是:应用系统工程的观点与方法来分析与研究机电一体化产品或系统,综合运用各种现代高新技术进行产品的设计与开发,通过各种技术的有机结合,实现产品内部各组成部分的合理匹配与外部的整体效能最佳。 1、4 为什么说微电子技术不能单独在机械领域内获得更大的经济效益？ 答:微电子技术在机械领域内只就是机械技术的附加技术,就是机械技术的补充。 1、5 机电一体化对我国机械工业发展有何重要意义？ 答:在当前激烈的国际竞争环境中,机电一体化具有举足轻重的作用,其发展水平在很大程度上反映了一个国家的技术经济实力。国民经济建设与发展必须需要大量掌握机电一体化技术人才区改造传统产业,研究与开发新一代机电一体化产品以改善出口产品结构,增强在国际市场上的竞争力,加快赶超国际先进水平的步伐。机电一体化已经显示出强大的生命力,并正以空前的速度与力度冲击着传统的技术思想、生产方式与方法以及传统的机电产品与产业结构,国民经济的个各个领域都将因此而发生深刻变革。 1、6 机电一体化产品具有哪三个主要特征？ 答:整体结构最佳化、系统控制智能化、操作性能柔性化。 1、7 试列举10种常见的机电一体化产品。 答:汽车,飞机,轮船,洗衣机,电冰箱,打印机,复印机,ATM机,数控机床,机器人。 1、8 试分析CNC机床与工业机器人的五大要素与功能。 答:机电一体化产品所需的五种内部功能:主功能、动力功能、计测功能、控制功能与构造功能。CNC(计算机数控)机床:切削加工就是CNC机床的主功能就是实现其目的所必须的功能,电源通过电动机驱动机床,向机床提供动力,实现动力功能。位置检测装置与CNC装置分别实现计测功能与控制功能。机械机构所实现的就是构造功能。 1、9 机电一体化产品分哪三类？试举例说明。 答:功能附加型(电子秤)功能替代型(电子缝纫机)机电融合型(传真机) 1、10 机电一体化共性关键技术主要有哪六项？ 答:1机械技术、2计算机与信息处理技术、3检测与传感技术4自动控制技术5伺服驱动技术6系统总体技术 1、11 机电一体化设计时必须考虑到技术方案哪些性质？ 答:等效性、互补性及可比性。 1、12 机电一体化设计与传统设计的主要差别就是什么？ 答:传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现,如继电器、接触器等, 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现,如继电器、接触器等, 在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体与电气驱动界限分明, 在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体与电气驱动界限分明,整个装置就是刚性的, 涉及软件与计算机控制。就是刚性的,不涉及软件与计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心,在设计过程中强调机械部件与电器部件间的相互作用与影响,整个装置在计算机控制下具有一定的智能性 1、13 为什么产品功能越多,操作性越差？为何产品应向“傻瓜化”方向发展？ 答:产品功能的多少或强弱,往往与其复杂程度与功能成本直接相关。产品的操作性能与其功能的多少有直接关系,功能越多,操作越复杂,操作性越差。在机电一体化产品向多功能化方向发展的同时,通过软件来改善产品的操作性能,使机电一体化产品也向智能化与傻瓜化发展。 2、1 机电一体化对机械系统的基本要求有哪些？ 答:1、高精度、2、快速响应、3、良好的稳定性 2、2 机电一体化机械系统有哪几部分机构组成？各部分的功用就是什么？ 答:1、传动机构:机电一体化中的传动机构不仅仅就是转速与转矩的变换器,而就是已成为伺服系统的一部分,它要根据伺服控制的要求进行选择设计,以满足整个机械系统良好的伺服性能。2、导向机构:作用就是支承与导向,为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。3、执行机构:用以完成操作任务的。根据操作指令的要求在动力源的带动下,完成预定的操作。
一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、测量 2、灵敏度 3、压电效应 4、动态误差 5、传感器 二、填空题(每小题2分,共20分) 1、滚珠丝杆中滚珠的循环方式: _内旋换与外循环 2、机电一体化系统,设计指标与评价标准应包括___ _______, __________, __________ , __________。 3、顺序控制系统就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________。 4、某光栅的条纹密度就是50条/mm,光栅条纹间的夹角θ=0、001孤度, 则莫尔条纹的宽度就是_______________________。 5、连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动,必须同时控制 每一个轴的______________________,使它们同步协调到达目标点。 6、某4极交流感应电机,电源频率为50Hz,转速为1470r/min,则转差率为_____________。 7、齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8、累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9、复合控制器必定具有__________________________________。 10、钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题(每小题2分,共10分) 1、一般说来,如果增大幅值穿越频率ωc的数值,则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A、产大 B、减小 C、不变 D、不定 2、加速度传感器的基本力学模型就是( ) A、阻尼—质量系统 B、弹簧—质量系统 C、弹簧—阻尼系统 D、弹簧系统 3、齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A、有关 B、无关 C、在一定级数内有关 D、在一定级数内无关 4、顺序控制系统就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( ) A、单片机 B、2051 C、PLC D、DSP 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节与检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题(每小题2分,共10分) 1、伺服控制系统的比较环节就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。( ) 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力,并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电 机等。( ) 3、对直流伺服电动机来说,其机械特性越硬越好。( ) 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移,步距角越小,位移的控制精度越低。( ) 5、伺服电机的驱动电路就就是将控制信号转换为功率信号,为电机提供电能的控制装置,也称其为变流器,它包括电压、 电流、频率、波形与相数的变换。( ) 五、问答题(每小题10分,共30分) 1、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2、什么就是步进电机的使用特性? 3、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、就是人们借助于专门的设备,通过一定的方法对被测对象收集信息,取得数据概念的过程。 2、指在稳态下,输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3、某些电介质,当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时,内部就会产生极化现象,同时在它的两个表面上将产生 符号相反的电荷。当外力去掉后,它又重新恢复到不带电的状态,这种现象被称为压电效应。 4、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。
机电一体化系统 多选题 CNC控制体统综合应用了（）技术。正确答案：ABCD CNC控制系统的基本组成包括（）。正确答案：ABCDE FR-A500变频器常用的外置选件可能有（）。正确答案：ABCDE PLC常用的编程元件有（）。正确答案：ABCDE PLC可以分为（）结构形式。正确答案：ABCDE PLC指令分为（）。正确答案：ABCD 步进电机可以为（）。正确答案：ABCDE 采用PWM技术的逆变器具具有（）特点。正确答案：ABCD 齿轮传动的优点有（）。正确答案：ABCDE 当PLC用于开关量逻辑程序控制时，其执行过程可分为（）。正确答案：ABCDE 电力电子器件有（）特点。正确答案：ABCDE 电气控制系统设计的步骤包括（）。正确答案：ABCDE 多选题 工业上所使用的机电一体化控制系统一般由（）组成。正确答案：ABCD 光电编码器的信号输出形式有（）。正确答案：ABCDE 光电编码器的信号输出形式有（）。正确答案：ABCDE 光栅内部由（）组成，正确答案：ABCDE 滚珠丝杠副的有点有（）。正确答案：ABCDE 恒量PLC性能的主要技术指标有（）。正确答案：ABCD 机电一体化包括（）。正确答案：ABCDE 机电一体化的优点有（）。正确答案：ABCD 基本单元加扩展型PLC是机电一体化产品常用的PLC，它由（）组成。正确答案：ABCDE 交流电机具有（）优点。正确答案：ABCDE 交流伺服驱动器常用的DO信号有（）。正确答案：ABCDE 交流伺服驱动系统硬件组成包括（）。正确答案：ABCDE 开环CNC属于经济性产品，一般无内置PLC，I/O信号直接连接到CNC的接口上，通常需要（）基本输入信号。正确答案：ABCDE 气动控制系统有一些基本的回路组成，包括（）。正确答案：ABCDE 数控机床种类繁多，包括（）。正确答案：ABCDE 无论就爱那个一个系统分解为多少子系统，都必须具备（）基本要素，才能称之为“机电一体化系统”，否则只能是一正确答案：ABCD 下列哪些属于FX系列PLC计数器（）。正确答案：ABCDE 现代工业自动化技术的4大支柱是（）。正确答案：ABCD 直线滑动导轨的截面形状常用的有（）。正确答案：ABCD 单选题： ∑Ⅱ操作单元分为（）个区域。正确答案：B ∑Ⅱ操作单元分为（）种显示模式。正确答案：D ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.02，其对应报警名称为（）。正确答案：A ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.03，其对应报警名称为（）正确答案：B ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.04，其对应报警名称为（）正确答案：C ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.05，其对应报警名称为（）。正确答案：D ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.30，其对应报警名称为（）。正确答案：A ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.32，其对应报警名称为
习题五（B机电081） 5-1、何谓I/O接口？计算机控制过程中为什么需要I/O接口？ I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁，常用的I/O接口有并行接口和串行接口。I/O通道有模拟量I/O通道和数字量I/O通道。其中模拟量I/O通道的作用是，一方面将经由传感器得到的工业对象的生产过程参数变换成二进制代码传送给计算机；另一方面将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，以实现对生产过程的控制。数字量通道的作用是，除完成编码数字输入输出外，还可将各种继电器、限位开关等的状态通过输入接口传送给计算机，或将计算机发出的开关动作逻辑信号经由输出接口传送给生产机械中的各个电子开关或电磁开关。 5-2、试分析家用变频空调的计算机控制原理（重点分析输入/输出通道）。 所谓的“变频空调”是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。众所周知，我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。由于供电频率不能改变，传统的定频空调的压缩机转速基本不变，依靠其不断地“开、停”压缩机来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。而与之相比，“变频空调”变频器改变压缩机供电频率，调节压缩机转速。依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少，其舒适度大大提高。而运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要的温度并在低转速、低能耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果。 供电频率高，压缩机转速快，空调器制冷（热）量就大；而当供电频率较低时，空调器制冷（热）量就小。这就是所谓“定频”的原理。变频空调的核心是它的变频器，变频器是20世纪80年代问世的一种高新技术，它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，把50Hz的固定电网频率改为30至130Hz的变化频率，使空调完成了一个新革命。同时，还使电源电压范围达到142V至270V，彻底解决了由于电网电压的不稳定而造成空调器不能正常工作的难题。变频空调每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风量进行制热或制冷，迅速接近所设定的温度。由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式，增大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同、同级别空调器的1．5倍，低温下仍能保持良好的制热效果。此外，一般的分体机只有四档风速可供调节，而变频空调器的室内风机自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12档风速范围内变化，由于风机的转速与空调器的能力配合较为合理，实现了低噪音的宁静运行。当空调高功率运转，迅速接近所设定的
浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势我国的工业化发展速度越来越快,以及信息时代各种信息产业的迅速发展导致了目前的电子技术，计算机技术，包括自动化技术都和机电技术相互融合相互叠加，并且形成了目前的机电一体化技术。由于机电一体化技术的先进性，采用这种技术生产出来的产品具有更高的性能和更可靠的质量，目前已经得到了迅速的发展。而以机电一体化技术制造的产品也应用到我们生活的每一个角落。在给我们的生活带来便利的同时也充分享受着高科技技术的智能化。机电一体化技术对我国的机械自动化的发展有极大的促进作用，本文主要从机电一体化的发展现状入手，来详细分析一下未来机电一体化技术的发展趋势。 机电一体化技术的发展现状 任何一项技术的发展都会经历从无到有的一个过程，对于机电一体化技术也不例外，机电一体化技术是人们在长期的工业实践中通过经验的积累和技术的积累并且伴随着信息化、智能化科技的发展而自然而然出现的。是技术发展到一定程度的必然结果。 对于机电一体化技术我们还要回溯到上世纪60年代，那个时候电子技术刚刚兴起，很多信息化设备只是用于军事方面。在经历了二战以后，很多军事上的信息化产品逐渐转为民用，从那时起机电一体化技术就开
始了萌芽阶段。但是那时的电子信息技术水平比较低，所以机电一体化的发展受到很大的限制无法进行更深入的研究。 机电一体化得到迅速发展是在70年代以后，这个时候社会生产的各个方面都有了巨大的改变，工业化，信息化，电子技术都在这个时候得到了极大的发展，为了方便制造行业和人们的生活，科学家投入了大量的时间和精力来研究机电仪化技术在实际生产和制造上的使用。在这个大趋势下机电一体化技术也得到了极大的提高，并且出现了很多机电一体化产品，服务于人类生活的各个方面。90年代以后，是互联网技术的爆发时期，所有的技术似乎都想跟网络沾点边。网络是我们这个时代的生产力，网络改变了我们的生活方式，通过网络技术的发展和在机电一体化技术中的运用我们的生活以及工业生产的各个领域都会发生巨大的改变。未来的生活就像一张大网，我们处于中央，对于周围的一切就可以进行方便的控制。未来的机电一体化产品会更加智能化，通过与计算机的融合，让机电一体化产品通过人类赋予的程序自动运作，对我们的制造业是一种解放。通过信息技术在机电一体化技术中的应用，机电一体化开始在智能化方向上已经崭露头角。 纵观我们目前的生活，从智能家居，包括电视机，电冰箱等家居产品，到我们的出行，汽车电子的智能化发展，甚至出现的智能楼宇，智能机器人等等与我们密切相关的技术都离不开机电一体化技术的运用。机电一体化的运用会使人们的生活得到颠覆性的改变。
填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：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。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动
四种形式。 12. 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和外循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：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。 14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作
一、了解机电一体化系统中的关键技术以及机电一体化系统的构成要素及其功能。 （1）１．精密机械技术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．系统集成技术 (2) 1.机械本体:作用：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机整体。包括机械传动装置和机械结构装置。 2.动力部分:其功能是按照机电一体化系统的要求为系统提供能量和动力使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的输出，是机电一体化系统的显著特征 3.检测部分:其功能是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境 的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电系统提供运行控制所需的各种信息。 4.执行机构:功能：执行机构是运动部件，它： ?将输入的各种形式的能量转换为机械能。 ?根据控制信息和指令完成所要求的动作。 5.控制器:控制器是机电一体化系统的核心部分。它根据系统的状态信息和系统的 目标，进行信息处理，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。 6.接口: 1). 交换：需要进行信息交换和传输的环节之间,若信号的模式不同(如数字量与模拟 量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等），就无法直接实现信息或能量的交流。 需要通过接口来完成信号或能量的统一。 2). 放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配。 3). 传递：变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循协调 一致的时序、信号格式和逻辑规范。 二、掌握传感器的静、动态特性参数及其含义。掌握机电一体化系统中传感器的选择原则。（在3第三章传感检测技术(09)） （1）静态特性： 1.测量范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间 维持线性比例关系的测量范围 2.量程(满量程输出)：测量范围的上限与下限之代数差 3.线性范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间 维持线性比例关系的测量范围。 4.非线性度δL ：被测值处于稳定状态时，传感器输出与输入之间的关系曲 线(称校准或标定曲线)对拟合直线的接近程度： 式中：δL—非线性度； ΔLmax—标定曲线对拟合曲线的最大偏差； Y－－满量程输出值 5.灵敏度K0 ：传感器的输出变化量ΔY与引起此变化的输入量的变化量Δ X之比，K0=ΔY/ΔX （不恒定） 灵敏度误差：rs=(ΔK/K0)×100％
第1章机电一体化概论1 1.1 机电一体化的概念1 1.1.1 机电一体化的发展历史1 1.1.2 机电一体化系统的特征2 1.1.3 机电一体化的意义5 1.2 机电一体化的技术基础6 1.2.1 机械设计和制造技术6 1.2.2 微电子技术6 1.2.3 传感器技术6 1.2.4 软件技术7 1.2.5 通信技术7 1.2.6 驱动技术7 1.2.7 自动控制技术7 1.2.8 系统技术8 1.3 机电一体化的发展及应用概况8 习题与思考题10 第2章精密机械技术11 2.1 概述11 2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求11 2.1.2 机械系统的主要组成12 2.2 传动机构12 2.2.1 传动机构的性能要求12 2.2.2 精密传动机构——滚珠丝杠副12 2.2.3 齿轮传动18 2.2.4 同步带传动20 2.2.5 间歇传动22 2.3 导向机构23 2.3.1 导轨副的组成及种类23 2.3.2 导轨的基本要求24 2.3.3 滑动导轨副27 2.3.4 滚动直线导轨副和圆柱直线滚动导轨副31 2.3.5 静压导轨副33 2.4 执行机构34 2.4.1 执行机构及其技术特点34
2.4.2 电磁执行机构34 2.4.3 压电驱动器与超声电机39 2.4.4 微动机构47 2.4.5 液压机构51 2.4.6 气动机构57 习题与思考题62 第3章工业控制计算机64 3.1 概述64 3.1.1 机电一体化对控制系统的基本要求64 3.1.2 机电一体化控制系统的类型、特点与选用64 3.2 工控机的特点、组成及总线67 3.2.1 工控机及其特点67 3.2.2 工控机的组成67 3.2.3 工控机的ISA总线和PCI总线69 3.3 工控机的主板79 3.4 工控机的接口卡79 3.4.1 模拟量输入/输出卡79 3.4.2 数字量输入/输出卡85 3.4.3 运动控制卡85 3.4.4 RS-232/RS-485模块89 3.4.5 CAN总线接口卡91 3.5 工业组态软件94 3.5.1 工业组态软件简介94 3.5.2 工业组态软件设计的基本步骤96 3.5.3 工业组态软件的设备连接与测试96 3.5.4 工业组态软件的报警显示97 3.5.5 工业组态软件实现实时数据、历史数据、实时曲线与历史曲线的显示97 3.5.6 工业组态软件的工程安全机制97 3.6 工控机与组态软件的应用98 习题与思考题99 第4章基于单片机的控制器101 4.1 MCS-51单片机101 4.2 模拟数据采集101 4.2.1 传感器102