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1、机电一体化系统设计基础复习指导课程重点课程重点机电一体化系统设计基础课程是一门综合性课程。本课程介绍机电一体化的基本概念和系统组成，机电一体化系统设计的基本理论和方法。重点介绍机电一体化系统中的机械技术、计算机技术、伺服驱动技术、传感测试技术，并通过典型机电一体化产品的实例分析，进一步说明机电一体化系统的设计思路和方法。因此，在进行期末复习时，也要根据课程的脉络，抓住重点，以取得良好的学习效果。本文将列出课程各章重点，供同学们复习时参考。试题类型将在机电一体化系统设计基础复习要点（二）中给予说明。第1章 概论1机电一体化技术的定义机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合
2、的综合性高新技术，是机械技术与微电子技术的有机结合。2机电一体化系统的基本结构要素机电一体化系统一般包括6个基本结构要素：机械本体、能源、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信息处理单元。应掌握这些基本结构要素的构成，在机电一体化系统中所起的作用，以及系统对基本结构要素的要求。对于一般的机电一体化系统应能够熟练分析系统中的各个部分分别属于系统的哪一基本结构要求。3机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术有：机械技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自动控制技术、系统技术、自动控制技术、传感与检测技术。伺服驱动技术。应了解各项相关技术在整体系统中的作用。第2章 机电一体化机械系统选择和设计重
3、点掌握机械传动系统中惯量、阻尼、刚度、间隙等机械参数对伺服控制系统性能的影响，以及折算惯量、驱动力等参数的计算方法。重点在于如何为系统选择合理的传动方案、合适的传动元件，而不是具体传动元件的结构设计。1.对传动系统的要求伺服控制对机械系统的要求：传动精度、稳定性、快速响应性、可靠性。机械系统的主要性能取决于传动类型、传动方式、传动精度和可靠性。2机械传动系统的主要特性（1）转动惯量 转动惯量对系统动态特性的影响；系统等效转动惯量的计算方法。（2）阻尼 阻尼对系统动态特性的影响；机械系统的阻尼比。（3）刚度 刚度对系统动态特性的影响。3减小传动链误差的措施(1)提高零件本身的制造精度可以减少传动
4、误差和回程误差。(2)合理地设计传动链 (3)采用消除间隙机构可以减少回程误差。螺纹传动间隙的消除机构, 齿轮传动侧隙的消除机构, 滚珠丝杠螺母间隙的调整机构等。4机械传动装置（1）齿轮传动及系统传动比的分配。（2）滚珠丝杠及选用。第3章 执行元件的选择和设计1驱动装置的技术要求（1）精度 传动系统中的传动误差和回路要对控制系统性能产生影响，而各个环节的误差因其在系统中所处位置不同，对系统输出的精度的影响是不同的，且同一环节误差的高频分量和低频分量对输出精度的影响也不同。（2）稳定性 闭环控制可以提高系统的精度和综合性能，但必须考虑稳定性问题。稳定性与系统的阻尼情况、结构、固有频率、回路误差及
5、一些环境因素有关。在设计驱动装置时，应考虑传动比分配、惯量的分布、阻尼大小及系统的刚度等因素的影响。（3）响应速度 响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。提高固有频率，减少阻尼。提高驱动元件的输出力都有利于提高系统的响应速度。（4）可靠性2步进电机（1）步进电机如何实现速度控制控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。（2）步进电机的类型和通电方式步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。三相步进电机的通电方式主要有三相三拍、三相双三拍和三相六拍。（3）步进电机的主要特性特性指标：步距角、最高启动频率、最高连续工作频率等；静态特性与动态特性（4）步进电机
6、的电源步进电机的电源由变频信号源、脉冲分配器和功率放大器组成。（5）步进电机的应用常用于自动化仪表和小功率伺服系统，实现开环的位置或速度控制。（6）步进电机的选择按位置精度要求确定步距角、计算负载转矩、计算换算转动惯量、选择启动和工作频率、按矩频特性曲线校验电机力矩。3直流电机 直流电机分为永磁式和电磁式两种，电磁式的磁场由激磁绕组产生，永磁式的磁场由永磁体产生。（1）脉宽调制驱动方式（2）直流电机的选择负载力矩的计算、折算、惯量的计算、电机性能转速及功率的计算等。4常用动力驱动系统的特性及选择方法。步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、电液伺服元件、气压伺服元件等常用驱动元件的主要特性，适用
7、场合及成本。第4章 计算机控制系统选择和设计1 微机控制系统概念2 8086/8088微机控制系统3 单片机应用系统控制系统4 数据的计算机输入/输出 （1）数据的计算机传送方式u 无条件传送方式u 查询方式传送u 中断方式传送u DMA传输 （2）工业现场信号与接口电路1) 接口电路主要解决以下问题u 信号转换l 电平信号转换小信号=TTL电平，大电压= TTL电平，D/A ，A/D转换u 抗干扰l 光电隔离器、滤波电路u 输出驱动l 功率放大驱动执行元件（继电器、晶闸管、晶体管）u 与计算机总线相连接l 数据缓冲器、地址译码电路、端口操作2) 数字量接口电路数字显示器及键盘的接口电路5 微
8、机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计。6 检测传感器与微机接口（1）传感器的静态精度指标；（2）传感器的输入、输出特性。第5章机电一体化系统元部件的特性分析1 机械系统特性2 传感器的特性分析3 执行元件的特性分析4执行元件与机械结构结合中的若干问题（1）机械惯性阻转矩的匹配方法 （2）凸轮曲线理论 第6章 机电有机结合分析与设计1稳态设计方法：典型负载分析，负载的等效换算，执行机构与驱动元件、驱动方式与传感器、控制方式与计算机2系统数学模型的建立及主谐振频率的计算（1）负载的等效，转动惯量的等效、阻尼的等效、刚度的等效（2）系统传递函数的建立3 动态设计方法（机电伺服控制设计）（1）系统的动态设计包括：选择系统的控制方式和校正(或补偿)形式（PID控制和反馈控制），设计校正装置，将其有效地连接到稳态设计阶段所设计的系统中去，使补偿后的系统成为稳定系统，并满足各项动态指标的要求。（2）机械结构弹性变形对系统的影响1）结构谐振的影响2）减小或消除结构谐振的措施 提高传动刚度 提高机构阻尼 采用校正网络 应用速度反馈（3）传动间隙对系统特性的影响