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）以能源转换为和 以信息转换为 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 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方式 决定的；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。 24. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、
第1章 1-1、机电一体化是在机械主功能、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。 1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？ a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。 c、传感与监测系统：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，同时利用监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。 d、信息处理及控制系统：接收传感器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，实现控制的功能。 e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。 1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。 1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。 1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。 第2章 2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。 2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。 2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。 2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择 2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）； 2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。 2-9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。 2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？ 一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。 （1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率
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。
机电一体化的核心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手。 1、机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。 2、传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。 3、信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转
换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。 4、驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 5、接口技术 为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 6、软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
填空题 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方式决定的；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。 24. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路等组成。 25. 机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。 26. 提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、和屏蔽技术、滤波技术 27. 常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、开关信号检测传感器三种形式。 28. 机电有机结合分析设计方法主要有稳态设计方法和动态设计方法两种。
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。
第6章伺服系统设计 6.1概述 6.1.1伺服系统的基本结构 在机电一体化控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统，亦称随动系统。它用来控制被控对象的转角（或位移），使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律。数控机床的伺服系统是指机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。伺服系统的结构类型繁多，其组成和工作状况也不尽相同。一般来说，其基本组成可包含控制器、功率放大器、执行机构和检测装置等四大部分，如图6.1所示。 图6.1伺服系统的组成 (1)控制器 控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略。常用的控制算法有PD（比例+微分）、PI（比例+积分）、PID（比例+积分+微分）控制以及根据系统要求所设计的最优控制等。控制器通常由电子线路或计算机组成。 2.功率放大器 伺服系统中的功率放大器的作用是将信号进行放大，并用来驱动执行机构完成某种操作。在现代机电一体化系统中的功率放大装置，主要用各种电力电子器件组成。 3.执行机构 执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。目前，采用电动机作为驱动元件的执行机构占据较大的比例。伺服电动机包括步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。 4.检测装置 检测装置的任务是测量被控制量（即输出量），实现反馈控制。伺服传动系统中，用来检测位置量的检测装置有：自整角机、旋转变压器、光电码盘等；用来检测速度信号的检测装置有：测速发电机、光电码盘等。检测装置的精度是至关重要的，无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度。 伺服系统的种类很多，按其组成元件性质划分，有全部由电气元件组成的电气伺服系统，有电气元件与液压（或气动）元件组合的电气-液压（气动）伺服系统。电气伺服系统又包括直流伺服系统、交流伺服系统和步进伺服系统。按控制方式划分，可分为开环伺服系统、闭环伺服系统以及由开环与闭环组合的复合伺服控制系统。 开环伺服系统结构较为简单，技术容易掌握，调试、维护方便，工作可靠，成本低。缺点是精度低、抗干扰能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的机电一体化系统。闭环代伺服系统采用反馈控制原理组成系统，它具有精度高、调速范围宽、动态性能好等优点。缺点是系统结构复杂、成本高等。一般用于要求高精度、高速度的机电一体化系统。
第 六章清梳联机电一体化 1.了解清梳联系统的设备组成及控制要求。 2.掌握异性纤维检测及分离装臵的工作原理。 3.掌握梳棉机自调匀整检测机构的形式及特点。 4.掌握梳棉机自调匀整装臵的控制原理及调节方法。 5.了解梳棉机输出棉条的在线检测的方法。
第一节清梳联机械一、开清棉机组二、连续喂棉箱三、梳棉机第二节清梳联控制系统与单机控制一、清梳联控制系统要求二、清梳联集散式控制系统三、清梳联各单机的控制系统——思考题 第 六 章 清 梳 联 机 电 一 体 化
清梳联合机亦称“清钢联”，是集抓棉、混棉、开清棉、梳棉与电气自动化于一体的机电一体化加工系统。清梳联技术是纺纱新技术的一个里程碑，也是纺纱过程实现连续化、自动化、优质高产和低消耗的重要途径。清梳联生产线是由开清棉机组、连续喂棉箱和梳棉机联合组成，是一个不可分割的统一整体，可根据纤维原料不同有不同的配臵，通过机电一体化控制使整个系统连续、平稳运行。第一节清梳联机械 第 六 章 清 梳 联 机 电 一 体 化123 456789 10 11
一、开清棉机组 1.往复抓棉机。往复抓棉机是清梳联的第一道工序，是对棉包中紧密棉块分离。抓棉是在肋条对棉包按压的条件下，由抓棉打手刀片（或锯齿）对棉块进行撕扯与钩抓，使棉块产生分离而获得细小棉束，抓取的细小棉束再由风机通过输棉管道送至下道工序。 2.开棉机。开棉机是联合机组中的主要打击开松设备，对经过初步开松、混和、除杂的纤维原料做进一步的开松、除杂，提高纤维的开松度。 3.除微尘机。是开清棉流程上的最后一个除尘点。经充分开松的纤维，由输棉风机输入本机内，纤维经过大面积带有滤网的网眼板而输出本机，纤维中的细小杂质、微尘和短绒在经过 滤网时在排尘风机的作用下透过滤网面被排尘风机吸走。 第 六 章 清 梳 联 机 电 一 体 化
1 陕西国防工业技师学院 2012~2013学年第一学期期末考试题（卷） 科目：机电一体化技术 班级：JD01 一、 填空题（每空1分 共60分） 1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式 内循环，外循环。 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括性能指标 、系统功能 、使用条件 以及经济效益。 3. 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。 4. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。 5. 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。 6. 机电一体化研究的核心技术是接 口问题。 7. 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。 8. 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。 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。 13. 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。 14. 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。 15. 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。 16. 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。 17. 机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、 单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。 18. 提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、 屏蔽技术、和滤波技术。 19. 常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、 开关信号检测传感器 三种形式。 二、选择题（每题2分 共20分）6-10题为多选 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 ( B ) A. 产大 B. 减小 C. 不变 D. --------------------------装------------------------------订--------------------------线----------------------------- 拟题： 审核： 审批： 班级： 姓名： 学号： --------------------------装------------------------------订--------------------------线-----------------------------
摘要机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。本文简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。关键词机械工业机电一体化数控模块化现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了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、产品机构、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。一、机电一体化的核心技术机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手一机械本体技术机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。二传感技术传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有釆用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。三信息处理技术机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备特别是微型计算机的普及应用紧密相连。 为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模数
转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。四驱动技术电机作为驱动 机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。 目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。五接口技术为了与计算机进 行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同 一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、髙速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 六软件技术软件与硬件必须协调一致地发展。为了减 少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化, 包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。二、机电一体化技术的主要应用领域一数控机床数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即釆用多、多主总线的体系结构。2、开放性设计，即硬件体系结构和功能 模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提髙用户的使用效益。3、技术和智能化。系统能提供面向车间的编 程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计, 不仅丰富了数控功能，同时也加强了系统的控制功能。5、能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或
第六章：机电一体化系统的现代设计方法 一、教学建议 ●通过文字教材了解机电一体化系统的现代设计方法； ●流媒体课件中介绍了各种常用的机电一体化系统的现代设计方法； ●科学技术的发展和对产品要求的不断提高，使得设计新理论、新方法、新技术不断涌现。建议同学们在学习本知识点的过程中，应结合生产实际，熟悉各种现代设计方法。 ●在学习的过程中，如果有学习的心得和体会，请在课程论坛上和大家分享；如果有什么疑惑，也可以在课程论坛寻找帮助。 二、教学要求：了解机电一体化系统的现代设计方法 1．可靠性设计 可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。通常用“概率”表示“能力”来实现可靠性指标的量化。可靠性评价的指标体系主要包括五个方面：可靠性、维修性、有效性、耐久性和安全性。 （1）机电一体化系统的可靠性设计 现代机械系统可靠性设计包括缩短传动链，减少元件数；必要时增设备用元件或系统；简化结构；增加过载保护装置、自动停机装置；设置监控系统；合理规定维修期。 （2）控制系统可靠性设计 控制系统可靠性设计包括： ●采用自动控制使产品具有自适应、自调整、自诊断甚至自修复的功能； ●通过元器件的合理选择提高可靠性； ●对功率接口采用降额设计提高可靠性； ●采用监视定时器提高可靠性； ●采取抗干扰措施提高可靠性。 （3）软件的可靠性技术 软件的可靠性技术，大致包含利用软件提高系统可靠性和提高软件可靠性两方面的内容。 2．优化设计 优化设计可明确定量优化的目标，科学地建立优化数学模型，在计算机上完成寻优，这样就能从本质上提高设计水平，缩短设计周期，有利于产品的更新和提高市场竞争能力。机电一体化系统优化设计需要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率和高精度的方向发展，使之成为机电产品的开发、创新的强有力的现代设计手段。 优化设计的一般步骤为：建立数学模型、选择合适的优化算法及程序、通过计算机进行优化设计，得出最优化设计方案、对优化得出的方案进行评价决策。 3．反求设计 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设计经验、知识和创新思维，对已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理、零部件的设计参数、材
第一章 1.什么是机电一体化？各国的主要观点有哪些？(P1~3) 答：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 2.试述机电一体化技术与传统机电技术的区别。(P2) 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，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。 3.试分析机电一体化系统的组成及相关技术。(P1~3) 答：机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 4.一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 答：机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：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。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 5.试述机电一体化系统的设计方法。 答：机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。 6.试述现代设计的概念。（P4） 设计这个词有两种概念。广义的概念是指发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节和达到的目标。狭义的概念指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，各种产品包括机械产品的设计即属此类。 现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般、具体到抽象、感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。由于科技进步的速度日益增快，特别是计算机技术的高速发展，人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的
第一章 1-1.试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。 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。 1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ 答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。 ②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。 1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？ 答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。 2、变异性设计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。 3、适应性设计是在总的设计方案、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。 所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。 1-20.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。 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。
机电一体化试题 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方式决定的；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。 24. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路等组成。 25. 机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。 26. 提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、和屏蔽技术、滤波技术 27. 常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、开关信号检测传感器三种形式。 28. 机电有机结合分析设计方法主要有稳态设计方法和动态设计方法两种。29. 在机电一体化系统稳态设计的负载分析中，常见的典型负载形式有：惯性负载、外力负载、内力负载、弹性负载、摩擦负载等。
浅析机电一体化技术的现状和发展趋势
目录 简介 (2) 绪论 (3) 一、机电一体化的核心技术 (4) 1、机械技术 (4) 2、计算机与信息技术 (4) 3、系统技术 (4) 4、自动控制技术 (4) 5、传感检测技术 (4) 6、伺服传动技术 (4) 二、机电一体化概要 (5) 三、机电一体化的发展状况 (6) 四、机电一体化的发展趋势 (7) 1、智能化 (7) 2、模块化 (8) 3、网络化 (8) 4、微型化 (9) 5、绿色化 (9) 6、系统化 (9) 五、我国的现状与前景 (10) 六、总结 (13) 参考文献 (13) 七、致谢 (13)
?简介： 机电一化是现代科学技术发展的必然结果。文章概述机电一体化的核心技术，分析机电一体化发展进程，提出机电一体化向智能化迈进的趋势。 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，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、产品机构、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。自电子技术一问世,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"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意。 ?关键字：机电一体化,,现状,发展趋势，核心技术
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，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、产品机构、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。自电子技术一问世,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"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意
第六章 10.一般说来，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t s( B ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定 11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为( B ) A.a s +b B. 2 s b s a + C. b s a s + 2 D. a s b s + 3 11. 复合控制器必定具有( D ) A. 顺序控制器 B. CPU C. 正反馈 D. 前馈控制器 13. 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t s( B ) A. 产大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 10.一般来说，引入微分负反馈将使系统动态性能指标中的最大超调量( B ) A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 11.在采样—数据系统中，执行实时算法程序所花费的时间总和最好应小于采样周期的( A ) A.0.1 B.0.2 C.0.5 D.0.8 6.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 11.PD称为（ B ）控制算法。 A.比例 B.比例微分 C.比例积分 D.比例积分微分 13.如果增加相位裕量φm，则动态性能指标中的最大超调量σ%为（ C ）。 A.增大 B.不变 C.减小 D.不能确定 10．若考虑系统抑制干扰的能力，选择采样周期的一条法则是：采样速率应选为闭环系统通频带的【D 】 A．5倍B．8倍C．10倍D．10倍以上
11．在数控系统中，软伺服系统的系统增益K a为【B 】 A．(2～5)1／s B．(8～50)1／s C．(50～100)1／s D．(120～150)1／s 10．若考虑对系统响应速度的影响，采样－数据系统中的采样周期应选为系统最小时间常数的【 A 】A．(O.1～1)倍B．2倍C．5倍D．10倍 11．在串联校正的比例－积分－微分(PID)控制器中，I的作用是【 C 】A．改善稳定性B．加快系统响应速度C．提高无静差度D．增大相位裕量 10.在最佳阻尼比条件下，伺服系统的自然频率w n唯一取决于【 C 】 A.速度环开环增益 B.电动机机电时间常数 C. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之比 D. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之积 11在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联【A 】 A.PI校正 B.P校正 C.PD校正 D.D校正 7．PID控制器中，P的作用是【 A 】 A．降低系统稳态误差B．增加系统稳定性 C．提高系统无静差度D．减小系统阻尼 7．采样一数据系统中，若考虑系统的抑制干扰能力时，采样速率应为闭环系统通频带的【A 】 A .10倍以上B．5倍 C .2倍 D.(0.1～1)倍 8．PID控制器中，P的含义是【D 】A.前馈 B.微分 C.积分 D.比例(2011 07)
机电一体化（第二版）课后答案 第一章 1-1.试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。 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。 1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成分别实现哪些功能 答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。 ②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。 1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同 答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。 2、变异性设计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。 3、适应性设计是在总的设计方案、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。 所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。 1-20.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。 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。
机电一体化的核心技术 机电一体化的核心技术主要包括以下5个方面： 1)机械制造技术 这是机电一体化技术的基础。它和后面的其他几项技术的关系，已如前面所述，是皮和毛的关系。我们再次强调这一点，是要说明机械技术在机电一体化技术中的重要作用。它不是无事可做，而是大有作为。无论机械设计、机械制造，还是机械工艺，潜力都很大。 2)信息处理技术 主要是计算机，特别是单片机技术。可以说，在机电一体化技术中“电”代表的技术内涵可以用下面的公式表示； 单片机技术+PLC技术+通信技术 这里应特别注意通信技术在机电一体化技术中的意义。近年来蓬勃发展的现场总线技术(FIELDBUS)，不仅是一种技术，更重要的是一种思想。它不仅对过程控制系统有重要意义，在单体装备上的应用也取得很大的成功。 3)传感器技术 包括各种物理量的传感器，特别是“一器多感”技术。这里要特别指出“光纤传感器”近年来取得了长足的进展，对机电一体化技术有重要影响。 4)自动控制技术 这是近年来最活跃的技术领域。特别是人工智能控制技术有了很快的发展，对机电一体化技术产生了深远的影响。 5)传动技术 各种传动及传动控制技术，包括：机械传动、液压传动、气压传动、电力传动和磁力传动等。这些传统的技术在微电子技术的支撑下，各显所长，竞相发展，最终实现人们需要的各种动作和功能。 特别是近年来电力电子技术的巨大进步，大功率晶体管(IGBT、GTO等)的成功运用，为大功率机电一体化产品的运动控制提供了条件。例如，出现了15 000 kW船舶“舷外推进装置”，部分地代替了传统的低速柴油机直接推进系统。 机电一体化技术具体包括以下内容： （1）机械技术机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。 （2）计算机与信息技术 其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 （3）系统技术 系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。 （4）自动控制技术 其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。（5）传感检测技术 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系
