机电一体化概论考试复习资料.8页

1、1. 电动执行装置【优点】以电源为能源,在大多数情况下容易得到容易控制可靠性、稳定性和环境适应性好与计算机等控制装置的接口简单【缺点】在大多数情况下,为了实现一定的旋转运动或直线运动,必须使用齿轮等运 动传递和变换机构容易受载荷的影响获得大功率比较困难2. 液压执行装置【优点】容易获得大功率功率 /重量比大,可以减小执行装置的体积刚度高,能够实现高速、高精度的位置控制通过流量控制可以实现无级变速【缺点】必须对油的温度和污染进行控制,稳定性较差有因漏油而发生火灾的危险液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大3. 气动执行装置【优点】利用气缸可以实现高速直线运动利用空气的可压缩性容易实现力控制

2、和缓冲控制无火灾危险和环境污染系统结构简单,价格低【缺点】由于空气的可压缩性,高精度的位置控制和速度控制都比较困难虽然撞停等简单动作速度较高,但在任意位置上停止的动作速度很慢能量效率较低4. 同步电机工作原理:将永磁体装在转子上,面定子上装有能够产生旋转磁场 的线圈(定子绕组 。让三相或者三相交流电流通过定子绕组,在定子上产 生旋转磁场。旋转磁场与转子磁场相互作用驱动转子转动。异步电机工作原理:假设磁场沿顺时针方向旋转。为了分析方便,假设旋转磁 场固定不动,面相对的定子绕组沿逆时针方向旋转,根据右手定则转子绕组中 将产生感应电动势,有感应电流流动。于是,当磁场中的转子绕组上有电流流 动时,就会

3、在左手定则确定的方向,即顺时针方向上产生电磁力矩,使转子沿 旋转磁场的相同方向旋转。5. 机电一体化系统的组成:机械部分(机构要素 :像机器人的机械手那样实现目标动作。执行装置(能量转换要素 :将信息转换为力和能量,以驱动机械部分动作。传感器(检测要素 :用于对输出端的机械运动结果进行测量、监控和反馈。 控制装置(控制要素:对机电一体化系统的控制信息和来自传感器的反馈信 息进行处理,向执行装置发出动作指令。1. 执行装置:将电信号转换成流体或机械能,驱动机械部分进行运动。(控制 能源分为电动、液压、气动。6. 传感器:将被测对象的状态、性质等转换为一定的物理量或化学量。近年, 传感器几乎将被测

4、量转换成电信号,主要用于反馈控制。7. 控制装置:为了达到一定目的而实行的适当的操作称为控制。目前,几乎所 有的控制装置都是由具有微处理器的计算机和输入输出接口构成。控制系统 分为开环控制系统和闭环控制系统。8. 机电一体化系统的实例(1电子调速器:当受到外界干扰,使实际转速相对于设定转速发生变化 时在电路中通过将实际转速的反馈值与目标设定值进行比较,得到差值的电压 信号。再经过比例(P 、积分(I 、微分(D 等控制计算,产生控制信号。由 控制信号控制执行装置和传动装置,驱动燃料控制阀来增加或减少燃料。(2汽车发动机电子控制系统:发动机控制单元的核心是通过用微处理器 或者是为汽车发动机专门设

5、计的 LSI 。从各个传感器得到的模拟电压信号和从 发动机输出轴得到的脉冲信号都输入到 ECU 。模拟信号通过模拟数字转换器 转换为数字信号。以这些信息为基础,在 ECU 内对最佳空气燃料比、点火时间、 排气再循环率等进行计算,将计算结果作为控制燃料喷射阀和点火装置等的驱 动信号输出。(3收费公路的自动收费系统:当管理办公室的计算机根据来自车型判别 机和自动收费机的信息判断为支付正常时,栏杆自动打开;确认车辆通过后, 栏杆再一次关闭。磁性条形码识别装置:装置由茶入口、传送部分、磁头、舌门、大控部分、 收纳部分、电源部分以及控制部分组成。与输送相关部分都有光电传感器 进行监测和检查。条形码分别由

6、粗线和细线组成,粗线和细线分别表示 1和 0。这种用磁粉印刷的条形码可以用磁头来读取,其原理根据法拉第电磁 感应定律可以用下式来表示电压值e = Ne :感应电压 N:线圈的匝数 :磁通量 t :时间介质上的微小磁粉产生的漏磁通穿过磁头时,根据上式的电磁感应定律, 线圈上将产生与介质的移动速度相对应的感应电压。磁头读取到的模拟量波形 经过加工得到数字量波形(方波形 。这种方波形与所印刷的条形码一致。系统 将这种波形转换成原来的数字,瞬时做出正确与否的判断,并向自动栏杆发出 控制命令。9. 步进电机的转速转矩特性附图 P33静转矩:步进电机转子不转时的电磁转矩,这是步进电机所能产生的最大转 矩。

7、最大空载启动频率:在空载静止状态下,能够使电机瞬时启动的最大输入脉 冲频率。最大响应频率(空在运行频率 :输入脉冲频率缓慢上升时,步进电机能够 不失步运行的极限频率。10. 增量编码器:通过对产生的方波进行计数来检测旋转角度。有 A 相、 B 相、 Z 相三条光栅, A 相与 B 相的相位差为 90°,利用 B 相的上升沿触发检测 A 相的状态,以此判断旋转方向, Z 相为原点信号。11.直线光栅尺:用于检测直线位移。通常包括一长和一短两块配套使用,其中长 的称为标尺光栅或长光栅,一般固定在机床移动部件上,要求与行程等长。短 的为指示光栅或短光栅,装在机床固定部件上,它是依据相对运动

8、的原理来产 生光信号,这些信号经过光电器件的转换处理后用来检测机床装置的位移。12. 异步电机的转矩转速特性曲线:从转速为 0的启动转矩开始,随着转速增 加,转矩也逐渐增加。当超过最大转矩时,变成与直流电机相似的下降特性。 附图13. 检测:从外界获得信息,并从中提取有用信息的处理。14. 并行工程: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 调的一种工作顺序。15. 绿色设计:从并行工程图像发展而来,在新产品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 类健康等产生的副作用。16. 磁悬浮控制系统 :电磁铁能够非接触的吸起一个质量

9、为 m 的铁球,系统中用位移传感器来检测 铁球的中心位置 x 。 C=ax+b 电磁铁对铁球的吸引力 fa 由间隙量 c 和电磁 铁电流 i 决定, fa=(f1+f2 =fxei。铁球中心位置的检测信号输入到控制 器,利用一定的控制算法产生控制电压 u ,再将控制电压输入到电瓶放大器, 产生电磁铁线圈的驱动电流 i ,由电瓶 i 和位置 x 决定的吸引力 fa 与重力 矢量 mgei 的合力,按运动定律确定铁球的中心位置。同时,在电磁铁上还 会受到电流放大器的随机干扰和机械振动的影响,产生随机的动态吸引力 w 。可选择末端执行器型两关节机械手 :(1位置控制:已知两关节电机的转角就可以利用运

10、动学知识求得末端执行器的 位置 Xe(t。将 Xe(t与目标轨迹上的位置 Xt(t进行比较,生成控制电压 u1p 和 u2p 输入到功率放大器 1和 2,使位置误差 ep(t=xt(t-xe(t趋于 0.(2力控制:使用力传感器来检测末端执行器对工件的垂直作用力 fn ,将 fn 和 参考信号 ft 进行比较,根据误差 ef(t=ft(t-fn(t计算电机 1和 2应该产生 的转矩 t1和 t2,将 t1和 t2分别转换为电机 1和 2的控制输入信号 u1f 和 u2f , 输入给功率放大器 1和 2。总的控制输入信号为 u1=u1p+u1fu2=u2p+u2f为了实现目标位置 xt(t和目标

11、信号 fu(t,分别采用了两个反馈电路,将这两 个反馈电路所产生的控制输入量进行叠加得到 u1(t和 u2(t。1. 机器人的运动功能是由一系列单元运动的组合来确定的。所谓的单元运动就 是“直线运动(伸缩运动”、“旋转运动”和“摆动”。2. 一般用“自由度”来表示构成运动系的单元运动的个数。3. 机器人按坐标系分:圆柱坐标机器人、极坐标机器人、直角坐标机器人、多 关节机器人。4. 交流伺服电机按结构分为同步电机、异步电机。5. 步进电机按产生转矩的方式分:永磁体式 PM 、可变磁阻式 VR (反应式 、混 合式 HB 。VR式步进电机的步距角一般为 0.9°15°,能够产生

12、中等的转矩。17. 启动转矩(牵入转矩是步进电机从停止状态迅速达到设定转速时,所能驱 动的最大负载扭矩。18. 励磁方式:单相励磁方式:能耗低,每一步的转角精度高,由于转子惯性,容易产生失 步双相励磁方式:输出转矩大,转子的过冲小, (常用 ,存在电效率低的缺点 单 -双相励磁方式:分辨率高和运转平稳的优点19. 液压马达和液压泵的输入、输出关系恰好相反,构造基本相同。20. 液压控制阀控制方式两种:一种是通过改变液压泵的转速或者斜板角度来 控制出口流量的泵控制方式;另一种是使液压泵的出口流量一定,用液压阀 来调节油路的面积,从而控制执行装置的流量、压力等阀控制方式。21. 与阀控制相比,泵控制方式具有系统结构简单,能量效率高等优点。22. 阻抗匹配的意义:电源内部阻抗与负载阻抗相同,那么负载消耗的电能最大, 效率最高。23. 控制系统按系统内的信号流分为前馈控制和反馈控制。24. PID:P 指比例, I 指积分, D 指微分。25. 伺服电机控制器分:速度控制型伺服放大器、位置控制型、转矩控制型。 26. 电机的基本控制是转矩和转速控制。判断磁悬浮控制系统是调节器最典型例子,这种系统不稳定;若加上负反馈构成闭 环系统就变为稳定系统。J1 为电机系统的惯性矩，J0 为负载惯性矩，计算负载折算到电机轴上的惯性矩， 并说明