机电一体化 等效转动惯量最小原则(小功率)

一.概论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，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

其包含的技术：（1）检测传感技术（2）信息处理技术（3）自动控制技术（4）伺服驱动技术（5）精密机械技术（6）系统总体技术2.机电一体化系统由机械系统（机构）信息处理技术（计算机）动力系统（动力源）传感检测系统（传感器）执行元件系统（如动力机）五个子系统组成。

3.伺服系统：全闭环（通过传感器直接检测目标运动进行反馈控制的系统）、半闭环、开环。

4.广义的接口功能有两种：一是变换调整；另一种是输入/输出。

5.（1）机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、融合法、组合法。

其目的是综合运用机械技术和微电子技术各自的特长设计出最佳的机电一体化系统（产品）。

（2）机电一体化系统的设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计。

复习题：一.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？1.控制器【控制（信息存储、处理、传送）】2.检测传感器【计测（信息收集与交换）】3.执行元件【驱动（操作）】4动力源【提供动力（能量）】5.机构【构造】二.工业三要素指的是什么？P7物质、能量和信息。

三.机电一体化必须具有以下三大目的功能1.变换（加工、处理）功能2.传递（移动、输送）功能3.存储（保持、和蓄、记录）功能。

第二章1.机电一体化系统的机械系统除要求其具有较高的精度外还应具有良好的动态响应特性。

就是说响应要快，稳定性要好。

2.机械系统一般由减速系统、丝杠螺母副、涡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、导向支撑部件、旋转支撑部件、轴系及机架或箱体等组成。

3.传动机构不断适应新的技术要求（1）精密化（2）高速化（3）小型轻量化。

4.根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，基本传动形式有四种类型：（1）螺母固定、丝杠转动并移动（2）丝杠转动，螺母移动（应用最多）（3）螺母转动，丝杠移动（4）丝杠固定，螺母转动并移动。

I、机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术，其主要的相关技术可以归纳成机械技术、传感检测技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术和系统总技术。

3、摩擦对伺服系统的影响有引起动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统误差和产生系统差。

4、谐波齿轮传动机械系统中，设柔轮为固定件，波发生器为输入，刚轮为输出，则包含输入与输出运动方向关系在内的传动比计算式为陰2二Z g /(Z g - Z r )。

7、机电一体化系统中，在满足系统总传动比不变的情况下，常采用等效转动惯量最小原则、重_ 量最轻原则和输出轴转角误差最小原则。

9、机电一体化机械系统主要包括以下三大机构传动机构、导向机构、执行机构。

10、机械传动系统的特性包括运态响应特性和伺服特性。

II、标准滚动轴承接其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，可分为圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承。

13、为了避免外部设备的电源干扰，防止被控对象电路的强电反窜，通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上隔离的方法，称为光电隔离。

14、用软件进行“线性化”处理，方法有三种：计算法、查表法和插值—15、在机电一体化测控系统中，传感器的输出量与被测物理量之间的关系，绝大部分是非线性的。

造成非线性的原因主要有两个：一是许多传感器的转换原理并非线性：二是采用的测量电路也是非线性的。

1 N16、算术平均滤波Y=N^ X i ，N的选取应按具体情况决定，N越大，则平滑度高，滤波N y效果越好。

对于流量信号N= 8〜16 ;压力信号N= 4_。

18、传感器与前级信号的放大与隔离装置有运算放大器、测量放大器、程控测量放大器、隔离放大器。

20、伺服系统因被控对象的运动、检测部件以及机械结构等的不同而对伺服系统的要求有差异，但所有伺服系统的共同点是带动控制对象按指定规律作机械运动。

25、把微机系统后向通道的弱电控制信号转换成能驱动执行元件动作的具有一定电压和电流的强电功率信号或液压气动信号，称为脉冲功率放大器。

1. 机电一体化的定义。

机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现系统整体的最佳化。

2. 简述机电一体化系统的组成及各组成部分的功能。

机电一体化系统的组成：A机械本体、B动力单元、C传感检测单元、D执行单元、E驱动单元、F控制及信息处理单元这六部分组成。

各成分的功能如下：1、机械本体：使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置（装配连接）在一定位置上，并保持特定的关系。

2、动力单元：按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。

3、传感检测单元：对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。

4、执行单元：根据控制信息和指令在驱动单元的驱动下完成所要求的动作。

5、驱动单元：在控制信息作用下，在动力单元的支持下，驱动各种执行机构（执行单元）完成各种动作和功能。

6、控制及信息处理单元：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往驱动单元和执行机构，控制整个系统有目的地运行。

3. 机电一体化系统有哪些设计方法？分别举例。

机电一体化系统有以下三种设计方法：A.取代法，如用电气调速系统取代机械式变速机构等；B.整体设计法，如某些激光打印机的激光扫描镜；C.组合法，如设计数控机床时使各个单元有机组合融为一体。

4. 转动惯量、刚度、阻尼的折算公式。

另附资料。

5. 传动链精度对开环伺服系统、闭环伺服系统精度的影响。

开环伺服系统中，传动链的传动精度不仅取决于组成系统的单个传动件的精度，还取决于传动链的系统精度。

闭环伺服系统中的传动链，虽然对单个传动件的精度要求可以降低，但对系统精度仍有相当高的要求，以免在控制时因误差随机性太大不能补偿。

6. 举例说明缩短传动链的三种方式。

《机电一体化技术》复习题（交院 机械09级）第一章 绪论1、机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？（P2）答：(1)机械本体 其主要功能是使构造系统的各子系统，零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上，并保持特定的关系。

(2)动力单元 按照机电一体化系统控制要求，为系统提供能量和动力，以保证系统正常运行。

(3)传感检测单元 对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析处理产生相应的控制信息。

(4)执行单元 根据控制信息和指令完成所要求的动作。

(5)驱动单元 在控制信息作用下，驱动各执行机构完成各种动作和功能。

(6)控制与信息处理单元 将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，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的运行，并达到预期的性能。

(7)接口 将各要素或子系统连接成一个有机整体。

2、机电一体化的相关技术有哪些？（P4）答：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伺服驱动技术⑥系统总体技术第二章 机械系统设计1、各种机械特性（摩擦、阻尼、惯量）对系统性能有何影响？答：⑴.摩擦的影响分析(P23)：①引起动态滞后和稳态误差——如果系统开始处于静止状态，当输入轴以一定的角速度转动时,由于静摩擦力矩T 的作用,在一定的转角θi 范围内, 输出轴将不会运动,θi 值即为静摩擦引起的传动死区。

在传动死区内,系统将在一段时间内对输入信号无响应,从而造成误差。

当输入轴以恒速ω继续运动后,输出轴也以恒速ω运动, 但始终滞后输入轴一个角度θss, θss 为系统的稳态误差。

②引起低速抖动或爬行—导致系统运行不稳定——主动件低速匀速运动，运动件静止，压缩弹簧，加速，伸长，弹力减小，摩擦力下降，停止运动。

重复此过程，从而产生低速爬行现象。

一、机电一体化起源与定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、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。

机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化技术两层含义。

典型的机电一体化产品(系统)有：数控机床、机器人、工程机械、汽车、智能化仪器仪表、CAD／CAM系统等。

P26间隙的影响三、机电一体化的目的（功能）使系统（产品）高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料化、省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活和生产的多样化需要和生产的省力化、自动化需要。

四、 机电一体化发展概况“萌芽阶段”“蓬勃发展阶段”“智能化阶段”1 智能化、2 模块化、3 网络化、4 微型化、5、绿色化、6、人格化五、机电一体化系统的构成1、执行元件（主功能）实现机电一体化系统主功能。

主功能是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。

主功能包括三个目的功能：（1）变换（加工、处理）功能；（2）传递（移动、输送）功能；（3）储存（保存、存储、记录）功能2、机械本体（构造功能）机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。

3、动力源(动力功能)是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，使系统正常运行。

4、传感检测单元（计测功能）对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测。

要求：体积小、精度高、抗干扰5、控制与信息处理单元（控制功能）将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，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。

要求：高可靠性、处理速度快、智能化6、接口将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。

各要素或子系统之间能顺利进行物质、能量和信息的传递和交换。

《机电一体化系统》形成性考核作业（一）答案一、填空题1．机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、伺服传动技术、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。

2．机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科技的进步。

系统工程、控制论和信息论是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。

微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了物质基础。

机电一体化技术的发展有一个从自发状况向自为方向发展的过程。

3．一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、控制及信息处理部分和接口。

4．机电一体化系统对动力部分的要求是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。

5．根据机电一体化系统匹配性要求，要求执行部分的刚性提高、重量减轻、实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性。

6．机电一体化系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性。

7．自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。

8．伺服传动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能。

9．拟定机电一体化系统设计方案的方法可归结为替代法、整体设计法和组合法。

10．机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为：静摩擦力尽可能小，动摩擦力应尽为可能小的正斜率，若为副斜率则易产生爬行，降低精度，减少寿命。

11．运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率，系统的阻尼越大，最大振幅越小，其衰减越快。

12．在系统设计时考虑阻尼对伺服系统的影响，一般取阻尼比ξ在0.4到0.8之间的欠阻尼系统，这样既能保证振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡时间较短，又具有较高的灵敏度。

13．间隙将使机械传动系统产生回程误差，影响伺服系统中位置环的稳定性。

机电一体化系统设计第一次作业1:［单选题］在工业控制应用中，为了（），D/A转换的输出常常要配接V/1转换器。

A:抑制共模电压的干扰B:非电压信号的转换C :信号的放大、滤波D:适应工业仪表的要求参考答案：D2：［单选题］以下产品不属于机电一体化产品的是A:机器人B :移动电话C :数控机床D:复印机参考答案：B3:［单选题］在机电一体化产品的开发过程中，总体方案设计完成后应立即进行A :样机设计（详细设计）B :此方案的评审、评价C :理论分析（数学模拟） D:可行性与技术经济分析参考答案：B4:［单选题］按照控制水平分类，通用工业机器人属于A :点位控制机器人B :连续路径控制机器人C:离散路径控制机器人 D :控制路径机器人参考答案：D5:［单选题］开放式体系结构中的VLSI是指A :不同的用户层次B :用户的特殊要求C:超大规模集成电路 D :模块化体系结构参考答案：C6:［单选题］在工业机器人的设计中，（）是理论分析阶段要进行的工作之一。

A :传感器的选择及精度分析B :技术经济性分析C:控制系统硬件电路设计 D :控制系统软件配置与调试参考答案：A1:［论述题］问答题：1试说明较为人们接受的机电一体化的含义。

2何谓机电一体化技术革命？3机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？参考答案：1、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。

2、答：将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以”智能"的技术革新潮流可称”机电一体化技术革命2:［填空题］1. 工业三大要素是 ________ 、_________ 、________ ;机电一体化工程研究所追求的三大目标是:、。

2. 机电一体化研究的核心技术是 __________ 问题。

3. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：______ 、________ 、________ 。

机电T本化技术考试总结机电一体化技术考试总结1.机电一体化的定义：机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。

2.机电一体化的几个要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感器检测部分、控制及信息处理部分。

3.机电一体化系统的组成：机械本体、动力与驱动、传感器检测部分、执行机构、控制及信息单元、接口耦合与能量转换、信息控制、运动传递。

4.机电一体化关键技术：机械技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、传感与检测技术、伺服传动技术、系统总体技术。

5.机电一体化技术与其它技术的区别：1）与传统机电技术的区别：传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系；机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。

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和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

2）与并行工程的区别：机电一体化技术将机械技术、微电子技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。

而并行工程将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。

3）与自动控制技术的区别：自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。

机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

4）与计算机应用技术的区别：机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。

计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术的一部分，它还在办公、管理及图像处理等方面得到广泛应用。