课程总结

一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5 ～6 倍。

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

（四） 具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。

（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品， 可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。

②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。

③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。

④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置， 如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。 ⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

二、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础， 因此对机械结构提出了更高的要求， 需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。

（三）传感与检测系统。传感器的作用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，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

（四）信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。

（五）执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作， 实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中最重要的组成部分。机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

第二篇：机电一体化总结

1、机电一体化（Mechatronics）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制造系统等先进制造技术的生产线和制造过程也包括在内，发展了机电一体化的含义。包括六大关键技术：精密机床技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、系统总体技术。

2、机电一体化系统的基本功能要素（或组成）：①机械本体；②动力部分；③传感检测部分；④执行部分；⑤驱动部分；⑥控制与信息处理部分；⑦接口

3、接口的三个作用：①交换；②放大；③传递

4、机电一体化的相关技术：①机械技术；②传感检测技术；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、机电一体化的设计方法：整体设计法、组合法、替代法

6、机电一体化的设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计

7、机械移动系统的基本元件：质量、阻尼器、弹簧

8、影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素：①负载的变化；②传动链惯性；③传动链固有频率；④间隙、摩擦、润滑和温升   

9、即动物体的重量与回转直径的平方的乘积。()

10、两物体接触面间的摩擦力在应用上可简化为粘性摩擦力、库仑摩擦力与静摩擦力三类

11、齿轮传动齿侧间的消除：①刚性消隙法；②柔性消隙法  

12、电动机驱动的二级齿轮传动系统，假定各主动小齿轮具有相同的转动惯量,轴与轴承转动惯量不计，各齿轮均为实心圆柱体，且齿宽和材料均相同，效率为1，则 或（为齿轮系中第一、二级齿轮副的传动比；为齿轮系数总传动比，）

13、滚珠花键既是一种传动装置，又是一种直线运动支撑，可用于机器人、机床、自动搬运车等各种机械。

14、谐波齿轮传动特点：①传动比大；②承载能力强；③传动精度高；④齿侧间隙小；⑤传动平稳；⑥结构简单，体积小，重量轻。

15、谐波齿轮传动的传动比计算式中：分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度；分别为刚轮和柔轮的齿数。

16、滚珠丝杆副是将普通的丝杆加上滚珠，变滑动为滚动，是丝杆、螺母、滚珠等零件组成的机械元件。分为：外循环插线管式和内循环反向器式

17、静压导轨是将具有一定压力的油或气体介质通入导轨的运动键与导向支撑键之间，运动键浮在压力油和气体薄膜之上，与导向支撑件脱离接触，使之摩擦阻力大大减小的导轨。

18、传感器：是借助于检测元件接受一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。分类方法：①以被测参量来分；②以传感器的工作原理来分。

19、衡量传感器静态特性的重要指标：线性度、灵敏度、迟滞性、重复性。

20、光栅：是一种新型的位移检测元件，它的特点是测量精度高（可达±1um）、响应速度快和量程范围大等。光栅条纹密度一般为每毫米25、50、100、250条等。

21、感应同步器分为：鉴相式和鉴幅式

22、接近式位置传感器按工作原理分为：电磁式、光电式、静电容式、气压式、超声波式。

23、将放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗这种特点的放大器称为测量放大器；具有能利用计算机采用软件控制的办法来实现增益的自动变换功能的放大器叫做程控增益放大器；

24、隔离放大器特点：①能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏；②泄漏低电流，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路；③共模抑制比高，能对直流和低频信号进行准确、安全的测量。

25、A/D转换器的特性：分辨率、相对精度、输入电压、输出电阻、转换时间（孔径时间）

26、A/D转换器的孔径时间：在对模拟信号进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出所需要的时间。

27、采样频率：（香侬定理）不失真检测      Ws(采样频率)≥2Wmax（信号最高频率）

28、模拟信号经过时间离散变换和幅值离散变换(近似值)后转换成数字信号。

29、用软件进行“线性化”处理的方法：计算法、查表法、插值法。

30、伺服系统:以机械运动量为控制对象的反馈控制系统

31、伺服系统的结构组成及分类：①控制器；②功率放大器；③执行机构；④检测装置。

32、采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为直流伺服系统。

33、直流伺服系统种类繁多，按伺服电动机、功率放大器、检测元件、控制器的种类以及反馈信号与指令比较方式等分为不同类型的直流伺服系统

34、相敏放大器也称鉴幅器，它的功能是将交流电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的交流电压的相位相适应。

35、相敏放大器的任务①将输入交流电压变换成直流电压；②当输入交流电压相位变成相差∏时时，输出的直流电压极性亦随之改变；③输出直流电压的数值与输入交流电压的幅值成正比

36、脉宽调制型（PWM）功率放大器的基本原理：利用功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变输出电压的平均值。

37、采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为交流伺服系统。按其选用不同的电动机而分为两大类：同步型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机。

38、步进电动机（或脉冲电动机或脉冲马达）；步进电动机多用于开环系统

39、三相步进电动机的三种分配方式：三相三拍、三相六拍、双三拍

40、步距角的计算，为相数，为转量数，为通电方式导数。

41、细分驱动电路的作用是减少步距角

42、光电隔离电路的作用：1）通过光电转换隔离输入/输出2）实现电平转换3）增加驱动能力

44、在工业环境中使用计算机控制系统，除去被控对象、检测仪表和执行机构外，其余部分称做“工业控制计算机”，简称“工业控制机”或“工控机”

45、PLC工作特点：顺序扫描、循环执行（工作可靠、可与工业现场信号直接连接、积数式组合、编程操作容易、易于安装及维修）；PLC扫描工作制：输入扫描，计算，输出控制。（三阶段工作制）