2013-2014第一学期机电一体化系统设计- -复习汇总.doc

机电一体化系统设计PLC实例单片机实例1.1、机电一体化的概念机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机械技术交叉、融合而形成的综合性高技术。凡是由各种现代高新技术与机械和电子技术相互结合而形成的各种技术、产品或系统，均属于机电一体化范畴。1.2、机电一体化技术的发展趋势1.3、机电一体化系统的组成要素1.4 在机电一体化系统中的基本结构要素与人体结构的关系。1.5 机电一体化系统理论分析其结构组成及工作原理。该图为机床为机电一体化系统，由机械系统（机床框架本体）、信息处理系统（机床计算机）、动力系统（机床动力源）、传感器检测系统（机床传感器）、执行元件系统（机床电动机）五个子系统组成。通过传感器直接检测目标运动并进行反馈控制，该系统称为全闭环系统。该系统由动力源提供动力，采用传感器检测工作位移量，反馈至计算机中进行处理，与设定值进行比较，根据比较处理结果控制驱动器进而控制执行机构的运动，执行机构带动丝杠并最终实现对工作台位移的控制。1.6 简述机电一体化系统开发工程路线 2.1、传感器的基本组成、工作原理2.2、光电式传感器4位二进制绝对式光电码盘的结构和工作原理绝对式光电编码盘的构造包括码盘（一圆形玻璃，刻有透光不透光码形，可输出四位二进制数码）、光电检测装置（有光源和4个光电管组成。光源和光电管分别置于码盘的两侧）。其工作原理：当光电管对准8号扇区时，1道不透光电平输出为1，其余码道透光输出为0，因此8号扇区输出为1000。码盘转一角度输出一组数，转一周输出16组不同数码。2.3、半导体应变片传感器、光电式传感器，压电式传感器的工作原理2.4 应用传感器理论分析工作原理。 从a端通入电流I，根据霍尔效应，在传感器左半部产生霍尔电势VH1，右半部产生霍尔电势VH2，其方向相反。因此，c、d两端电势为VH1VH2，传感器通过后续电路将电势差转换为位移的变化。如果霍尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输出为零，即位移为0。本系统为检测桥梁固有频率测量设备，在振动过程中可测得固有频率。其基本工作原理是在桥中设置一个三角形障碍物，利用汽车通过障碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，将桥梁的形变通过后续电路转变为电信号，再由电信号与固有频率的关系推得桥梁固有频率。2.5 变阻器式传感器，已知，推导并计算该传感器的灵敏度。由该变阻器式传感器的工作原理图可知，输入位移为x，输出电阻值为R，有，由灵敏度计算公式得，由已知条件，得灵敏度=6。2.6 实例电子秤应用应变片式传感器的工作原理对物品进行称重。在悬臂梁上贴有应变片，在电子秤托盘上加载物品重量后，通过悬臂梁将物品重量转化为结构变形，由应变片感应结构变形，并通过转换电路将变形量转化为电信号输出。（1）该传感器为应变片式加速度传感器。自由端安装质量块，另一端固定在基座上。悬臂梁上粘贴四个电阻应变片。（2）测量时，将传感器基座与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压，即可得出加速度a值的大小。3.1、直流伺服电动机脉宽调制的工作原理脉宽调制即PWM的工作原理是利用大功率开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲电压的控制，改变输出电压的平均值。根据脉宽调制电路，设开关S周期性地闭合、断开，闭和开的周期为T。在一个周期T内，闭合的时间为，断开的时间为T-，外加直流电压为U，则一个周期内电压的平均值为。其中，为导通率或占空比。当T不变时，只要改变导通时间，就可以连续地使由0变化到U，从而达到连续改变电动机转速的目的。3.2、三相单三拍、三相六拍、双三拍步进电动机的步距角3.3、步进电动机的工作原理-是一种将脉冲信号转换成角位移的执行元件 3.4 分析三相单三拍步进电动机工作原理据图所示先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的1、3两个齿与定子的A相磁极对齐。而后再将电脉冲通入B相励磁绕组，B相磁极便产生磁通。这时转子2、4两个齿与B相磁极靠得最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30角，使转子2、4两个齿与定子B相磁极对齐。如果按照ABCA的顺序通电，转子则沿逆时针方向一步步地转动，每步转过30，这个角度就叫步距角。显然，单位时间内通入的电脉冲数越多，即电脉冲频率越高，电动机转速就越高。从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每一拍转子转动一个步距角。根据上述工作原理，三相励磁绕组依次单独通电运行，换接三次完成一个通电循环，称为三相单三拍通电方