机电一体化技术与系统
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数字量非 线性校正 A/D 电路
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计算法：当输出信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时， 可 以采用计算法进行非线性补偿， 即在软件中编制一段完成数字表达式 计算的程序。
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查表法：事先把计算或测得的数据按一定顺序编制成表格，查表程序 的任务就是根据被测参数的值或者中间结果，查出最终所需要的结 果。 插值法:将被测点的左右已知点作为线性直线的两个断点，求该被测 点在该直线上的输出值。
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输入 控制器 + 检测装置 功率放大器 执行机构
输出
26、常用的控制算法有：PID（比例、积分、微分）控制和最优控制。 27、伺服电机的基本要求：具有宽广而平滑的调速范围；具有较硬的 机械特性和良好的调节特性（低速性能好，不易产生堵转） ；具有较 快的响应特性；空载始动电压小。 28、常用伺服电机类型：直流（永磁直流伺服电机；无槽电枢直流伺 服电机；空心杯电枢直流伺服电机；印刷绕组直流伺服电机） 。交流 伺服电机。步进电机。 步进电机工作原理：三相步进电机有 U,V,W 三相，当 U 相通电时 转子停在 U 相上，当 U 相失电，V 相得电则转子逆时针旋转30度停在 V 相上，当 V 相失电，W 相得电则转子逆时针旋转30度停在 W 相上。 29、步进电机由静止突然启动，并不失步的进入稳速运行，所允许的 启动频率最高值称为最高启动频率。 最高启动频率 F 与负载惯性 J 有 关，J 增大则 F 下降。 30、功率步进电机最高工作频率的输出转矩只能达到低频转矩的 40%~50%。 31、反应式步进电机的特点：气隙小；步距角小；励磁电流大；电机
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37、工控机： 在工业环境中使用的计算机控制系统， 除去被控制对象、 检测仪表和执行机构外，其余部分称作“工业控制计算机” 。 38、PLC 的特点：工作可靠；可与工业现场信号直接连接；积术式组 合；编程操作容易；易于安装及维修。 39、工业机器人控制系统基本要求：①实现对工业机器人的位姿、 速 度、加速度等的控制功能，对于连续轨迹的工业机器人还必须具有轨 迹的规划和控制能力②方便的人机交互功能， 操作人员采用直接指令 代码对工业机器人进行作业指示。使工业机器人具有作业知识的记 忆，修正和工作程序的跳转功能。③具有对外部环境的检测和感觉功 能。④具有诊断、故障监视等功能。 40、直接示教编程方式， 可以分为两种： 一种是手把手示教编程方法， 一种是示教盒示教编程方法。 41、工业机器人的应用：工业机器人从事单调重复的劳动；工业机器 人从事危险作业；工业机器人具有很强的通用性；工业机器人具有独 特的柔软性（即可以加工多种零件） ；工业机器人具有高度的动作准 确性；采用工业机器人可以明显提高生产率和大幅度降低产品成本。 42、柔性制造系统结构： 加工系统； 物料系统； 能量系统； 信息系统。 43、加工系统：主要由3~6台设备组成的加工系统占多数。 44、CIM：CIM 是运用系统工程的整体优化观点，在人的核心作用下 将现代信息技术与生产技术结合起来， 从信息技术和组织上将全生产 过程的各项工作过系统和信息系统连接起来， 以便有效地提高企业对
22、数字滤波的优点：①数字滤波是用程序实现的，不需要增加任何 硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用，不但节约投 资，还可以提高可靠性、稳定性。②可以降低对频率很低的信号实现 滤波，而模拟 RC 滤波器由于受电容容量的限制，不能对低频信号滤 波③灵活性好，可以用不痛的滤波程序实现不同的滤波方法，或改变 滤波器的参数。 23、数字滤波的方法：算数平均法（采集 N 次采样值，求取平均数， 特点平滑度高，灵敏度低） ；中值滤波法（在三个采样周期内，连续 采样读入是那个检测信号 X1,X2,X3，从中选择一个居中的数据作为 有效信号） 。防脉冲干扰平均值法（先用中值法去除由于脉冲干扰引 起的误差，再用算数平均法） 。程序判断滤波法（限幅滤波和限速滤 波，原理见 P63、64） 。 24、伺服就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运 动部件按照指令要求进行运动。 25、伺服系统的组成：
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内部阻尼小；断电时没有定位转矩。 32、步进电机执行部件移动速度的控制：进给脉冲频率 f→定子绕组 通电状态的变化频率 f→步进电机的角速度 ω →执行部件的移动速度 V。 33、电液力伺服控制系统：例题 P100 34、计算机控制系统硬件组成： 主机； 外围设备； 过程输入输出设备； 人机联系设备和通信设备等组成。 35、计算机控制系统的类型：操作指导控制系统（计算机只起到数据 采集和处理功能，不参加对系统的控制） ；直接数字控制系统 DDC（计 算机的运算和处理结果直接输出作用于被控制对象） ；监督控制系统 SCC（根据原始的生产工艺信息及现场检测信息按照描述生产过程的 数字模型，计算出生产过程的最优设置值） ；分布式控制系统 DSC（综 合了计算机技术、通信技术和控制技术，采用多层分级的结构形成， 从下而上分为控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。安全 性高、通用性灵活、具有最优控制性能和综合管理能力。 ） 36、接口技术：①人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、 显 示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术。②检测通道及接口技 术：A/D 转换接口技术、V/F 转换接口技术。③控制通道及接口技术： F/V 转换接口技术、D/A 转换接口技术、光电隔离接口技术、开关接 口技术。④系统间通道及接口技术：公用 RAM 区接口技术、串行接口 技术。
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半闭环：半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角 位移检测装置，通过检 测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移， 然后反馈到数控装置的 比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差 值进行控制，使移动部 件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。 8、半闭环和闭环的区别： 9、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各单 个传动件的精度，还取决与传动链的系统精度。闭环伺服系统中传动 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。 10、影响机电一体系统传动链的动力学性能的因素：负载的变化； 传 动链惯性；传动链固有频率；间隙、摩擦、润滑和温升。 11、爬行： 在滑动摩擦副中从动件在匀速驱动和一定摩擦条件下产生 的周期性时停时走或时慢时块的运动现象。 解决：改善滑动副间的摩擦特性，提高系统传动链的刚度，增加 系统的阻尼和减轻滑动部件的重量。 12、阻尼对弹性系统的振动特性主要影响：①系统的静摩擦阻尼越 大，系统的失动量和反转误差越大，使定位精度降低，加上摩擦—速 度特性的负斜率，易产生爬行，降低机械的性能②系统的粘性阻尼摩 擦越大，系统的稳态误差越大，精度越低③对于质量大、刚度低的机
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械系统，为了减小振幅、加速振动衰减，可增大粘性摩擦阻尼。 13、刚度：刚度为使弹性体产生单位形变所需的作用力。静刚度为静 态力和变形之比。动刚度为动态力和变形之比。
1 2π
14、谐振频率：
பைடு நூலகம்ω=
k 1 = m 2π
k J
15、谐波齿轮原理：输入轴带动波发生器凸轮，经柔性轴承使柔轮的 齿在产生弹性变形的同时与刚轮的齿相互作用产生转动，完成减速。 特点：传动比大；承载能力大；传动精度高；齿侧间隙小；传动 平稳；结构简单、体积小、重量轻。 16、机械传动系统方案的选择：对于伺服传动系统，一般要求具有高 的机械固有频率、高刚度、合适的阻尼、线性的传递性能、小惯量， 这些都是保证良好的伺服特性所必须的。 17、回转运动支承主要由滚动轴承、动压轴承、静压轴承、磁轴承等 支承元件承担。 18、传感器的选用原则：①足够的容量（量程要大，且有一定的过载 能力）②与测量或控制系统的匹配性好，转换灵敏度高（输出信号与 输入信号成确定关系，一般为线性关系，且比值要大）③精度适当， 且稳定性要高（传感器的静态响应和动态相应的准确度能满足要求， 并且要求长期稳定）④反应速度快，工作可靠性好⑤适用性和适应性 强（对被测对象影响小，且内部噪声小不容易受外界影响）⑥使用经 济
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市场需求的响应能力和生产率，从而保持企业的生存与发展。 45、CIMS：CIMS 通常是指 CIM 滴一个企业的具体应用，将 CIM 的各 项技术。 组织和人员综合起来组成一个实现企业生产经营目标的具有 生产系统。 46、CIMS 功能模型通常包括以下4个应用分系统：管理信息分系统； 技术信息分系统；在制造自动化分系统；计算机辅助质量分系统； 主 句管理分系统；网络分系统。
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1、机电一体化包括六大共性关键技术：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。 2、机电一体化的核心是“机电一体化产品必须是由计算机控制的伺 服系统” 。 3、机电一体化系统的基本功能要素：机械本体、动力部分、传感检 测部分、执行部分、驱动部分、控制及信息处理部分、各要素和环节 之间相联系的接口。 4、现代机械机电一体化的目标：提高精度；增强功能；提高生产效 率，降低成本；节约能源，降低能耗；提高安全性、可靠性；改善操 作性和实用性； 减轻劳动强度， 改善劳动条件； 简化结构， 减轻重量； 降低价格；增强柔性应用功能。 5、机电一体化技术方向： �在原有机械系统的基础上采用微型计算 机控制装置，使系统的性能提高，功能增强。�用电子装置局部代替 机械传动装置和机械控制装置，以简化结构，增强控制灵活性。�用 电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构，既简化了结构， 又 极大地丰富了信息传输的内容，提高了速度。④用电子装置替代机械 的主要功能， 形成特殊的加工能力⑤几点技术完全融合形成新型机电 一体化产品。 6、机械系统是机电一体化系统的最基本要素。 7、开环：只有输入到输出的单向信号流动的系统称为开环系统。 闭环：是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此 产生一个偏差信号，利 用此偏差信号进行调节控制， 使输出值尽量接近于期望值。
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计算法：当输出信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时， 可 以采用计算法进行非线性补偿， 即在软件中编制一段完成数字表达式 计算的程序。
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查表法：事先把计算或测得的数据按一定顺序编制成表格，查表程序 的任务就是根据被测参数的值或者中间结果，查出最终所需要的结 果。 插值法:将被测点的左右已知点作为线性直线的两个断点，求该被测 点在该直线上的输出值。
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输入 控制器 + 检测装置 功率放大器 执行机构
输出
26、常用的控制算法有：PID（比例、积分、微分）控制和最优控制。 27、伺服电机的基本要求：具有宽广而平滑的调速范围；具有较硬的 机械特性和良好的调节特性（低速性能好，不易产生堵转） ；具有较 快的响应特性；空载始动电压小。 28、常用伺服电机类型：直流（永磁直流伺服电机；无槽电枢直流伺 服电机；空心杯电枢直流伺服电机；印刷绕组直流伺服电机） 。交流 伺服电机。步进电机。 步进电机工作原理：三相步进电机有 U,V,W 三相，当 U 相通电时 转子停在 U 相上，当 U 相失电，V 相得电则转子逆时针旋转30度停在 V 相上，当 V 相失电，W 相得电则转子逆时针旋转30度停在 W 相上。 29、步进电机由静止突然启动，并不失步的进入稳速运行，所允许的 启动频率最高值称为最高启动频率。 最高启动频率 F 与负载惯性 J 有 关，J 增大则 F 下降。 30、功率步进电机最高工作频率的输出转矩只能达到低频转矩的 40%~50%。 31、反应式步进电机的特点：气隙小；步距角小；励磁电流大；电机
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37、工控机： 在工业环境中使用的计算机控制系统， 除去被控制对象、 检测仪表和执行机构外，其余部分称作“工业控制计算机” 。 38、PLC 的特点：工作可靠；可与工业现场信号直接连接；积术式组 合；编程操作容易；易于安装及维修。 39、工业机器人控制系统基本要求：①实现对工业机器人的位姿、 速 度、加速度等的控制功能，对于连续轨迹的工业机器人还必须具有轨 迹的规划和控制能力②方便的人机交互功能， 操作人员采用直接指令 代码对工业机器人进行作业指示。使工业机器人具有作业知识的记 忆，修正和工作程序的跳转功能。③具有对外部环境的检测和感觉功 能。④具有诊断、故障监视等功能。 40、直接示教编程方式， 可以分为两种： 一种是手把手示教编程方法， 一种是示教盒示教编程方法。 41、工业机器人的应用：工业机器人从事单调重复的劳动；工业机器 人从事危险作业；工业机器人具有很强的通用性；工业机器人具有独 特的柔软性（即可以加工多种零件） ；工业机器人具有高度的动作准 确性；采用工业机器人可以明显提高生产率和大幅度降低产品成本。 42、柔性制造系统结构： 加工系统； 物料系统； 能量系统； 信息系统。 43、加工系统：主要由3~6台设备组成的加工系统占多数。 44、CIM：CIM 是运用系统工程的整体优化观点，在人的核心作用下 将现代信息技术与生产技术结合起来， 从信息技术和组织上将全生产 过程的各项工作过系统和信息系统连接起来， 以便有效地提高企业对
22、数字滤波的优点：①数字滤波是用程序实现的，不需要增加任何 硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用，不但节约投 资，还可以提高可靠性、稳定性。②可以降低对频率很低的信号实现 滤波，而模拟 RC 滤波器由于受电容容量的限制，不能对低频信号滤 波③灵活性好，可以用不痛的滤波程序实现不同的滤波方法，或改变 滤波器的参数。 23、数字滤波的方法：算数平均法（采集 N 次采样值，求取平均数， 特点平滑度高，灵敏度低） ；中值滤波法（在三个采样周期内，连续 采样读入是那个检测信号 X1,X2,X3，从中选择一个居中的数据作为 有效信号） 。防脉冲干扰平均值法（先用中值法去除由于脉冲干扰引 起的误差，再用算数平均法） 。程序判断滤波法（限幅滤波和限速滤 波，原理见 P63、64） 。 24、伺服就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运 动部件按照指令要求进行运动。 25、伺服系统的组成：
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内部阻尼小；断电时没有定位转矩。 32、步进电机执行部件移动速度的控制：进给脉冲频率 f→定子绕组 通电状态的变化频率 f→步进电机的角速度 ω →执行部件的移动速度 V。 33、电液力伺服控制系统：例题 P100 34、计算机控制系统硬件组成： 主机； 外围设备； 过程输入输出设备； 人机联系设备和通信设备等组成。 35、计算机控制系统的类型：操作指导控制系统（计算机只起到数据 采集和处理功能，不参加对系统的控制） ；直接数字控制系统 DDC（计 算机的运算和处理结果直接输出作用于被控制对象） ；监督控制系统 SCC（根据原始的生产工艺信息及现场检测信息按照描述生产过程的 数字模型，计算出生产过程的最优设置值） ；分布式控制系统 DSC（综 合了计算机技术、通信技术和控制技术，采用多层分级的结构形成， 从下而上分为控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。安全 性高、通用性灵活、具有最优控制性能和综合管理能力。 ） 36、接口技术：①人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、 显 示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术。②检测通道及接口技 术：A/D 转换接口技术、V/F 转换接口技术。③控制通道及接口技术： F/V 转换接口技术、D/A 转换接口技术、光电隔离接口技术、开关接 口技术。④系统间通道及接口技术：公用 RAM 区接口技术、串行接口 技术。
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半闭环：半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角 位移检测装置，通过检 测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移， 然后反馈到数控装置的 比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差 值进行控制，使移动部 件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。 8、半闭环和闭环的区别： 9、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各单 个传动件的精度，还取决与传动链的系统精度。闭环伺服系统中传动 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。 10、影响机电一体系统传动链的动力学性能的因素：负载的变化； 传 动链惯性；传动链固有频率；间隙、摩擦、润滑和温升。 11、爬行： 在滑动摩擦副中从动件在匀速驱动和一定摩擦条件下产生 的周期性时停时走或时慢时块的运动现象。 解决：改善滑动副间的摩擦特性，提高系统传动链的刚度，增加 系统的阻尼和减轻滑动部件的重量。 12、阻尼对弹性系统的振动特性主要影响：①系统的静摩擦阻尼越 大，系统的失动量和反转误差越大，使定位精度降低，加上摩擦—速 度特性的负斜率，易产生爬行，降低机械的性能②系统的粘性阻尼摩 擦越大，系统的稳态误差越大，精度越低③对于质量大、刚度低的机
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械系统，为了减小振幅、加速振动衰减，可增大粘性摩擦阻尼。 13、刚度：刚度为使弹性体产生单位形变所需的作用力。静刚度为静 态力和变形之比。动刚度为动态力和变形之比。
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14、谐振频率：
பைடு நூலகம்ω=
k 1 = m 2π
k J
15、谐波齿轮原理：输入轴带动波发生器凸轮，经柔性轴承使柔轮的 齿在产生弹性变形的同时与刚轮的齿相互作用产生转动，完成减速。 特点：传动比大；承载能力大；传动精度高；齿侧间隙小；传动 平稳；结构简单、体积小、重量轻。 16、机械传动系统方案的选择：对于伺服传动系统，一般要求具有高 的机械固有频率、高刚度、合适的阻尼、线性的传递性能、小惯量， 这些都是保证良好的伺服特性所必须的。 17、回转运动支承主要由滚动轴承、动压轴承、静压轴承、磁轴承等 支承元件承担。 18、传感器的选用原则：①足够的容量（量程要大，且有一定的过载 能力）②与测量或控制系统的匹配性好，转换灵敏度高（输出信号与 输入信号成确定关系，一般为线性关系，且比值要大）③精度适当， 且稳定性要高（传感器的静态响应和动态相应的准确度能满足要求， 并且要求长期稳定）④反应速度快，工作可靠性好⑤适用性和适应性 强（对被测对象影响小，且内部噪声小不容易受外界影响）⑥使用经 济
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市场需求的响应能力和生产率，从而保持企业的生存与发展。 45、CIMS：CIMS 通常是指 CIM 滴一个企业的具体应用，将 CIM 的各 项技术。 组织和人员综合起来组成一个实现企业生产经营目标的具有 生产系统。 46、CIMS 功能模型通常包括以下4个应用分系统：管理信息分系统； 技术信息分系统；在制造自动化分系统；计算机辅助质量分系统； 主 句管理分系统；网络分系统。
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1、机电一体化包括六大共性关键技术：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。 2、机电一体化的核心是“机电一体化产品必须是由计算机控制的伺 服系统” 。 3、机电一体化系统的基本功能要素：机械本体、动力部分、传感检 测部分、执行部分、驱动部分、控制及信息处理部分、各要素和环节 之间相联系的接口。 4、现代机械机电一体化的目标：提高精度；增强功能；提高生产效 率，降低成本；节约能源，降低能耗；提高安全性、可靠性；改善操 作性和实用性； 减轻劳动强度， 改善劳动条件； 简化结构， 减轻重量； 降低价格；增强柔性应用功能。 5、机电一体化技术方向： �在原有机械系统的基础上采用微型计算 机控制装置，使系统的性能提高，功能增强。�用电子装置局部代替 机械传动装置和机械控制装置，以简化结构，增强控制灵活性。�用 电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构，既简化了结构， 又 极大地丰富了信息传输的内容，提高了速度。④用电子装置替代机械 的主要功能， 形成特殊的加工能力⑤几点技术完全融合形成新型机电 一体化产品。 6、机械系统是机电一体化系统的最基本要素。 7、开环：只有输入到输出的单向信号流动的系统称为开环系统。 闭环：是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此 产生一个偏差信号，利 用此偏差信号进行调节控制， 使输出值尽量接近于期望值。
