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学生重点掌握1份机电一体化 作者： 日期：21 个人收集整理 勿做商业用途第一章 概论1、机电一体化：Mechatronics 由日本学者71年提出2、系统分类：线性与非线性系统,静态和动态系统，定常系统和时变系统,确定和随机系统线性系统：输入和输出满足线性叠加原理的系统 称为线性系统,不满足线性叠加原理的系统称为非线性系统07、 05静态系统：系统实时输出只与当时输入有关称为静态系统。动态系统：他的实时输出不仅与当时输入有关而且与过去输入和输出有关。定常系统：（时不变系统）数学模型中的所有系数都为与时间无关的常量的系统否则称为时变系统 07确定性系统：在已知输出初值和给定输入的条件下，未来输出可以按照数学模型唯一确定的系统称为确定性系统，否则称为随机系统。3、机电一体化定义：它不是一个独立的工程学科,而是在设计过程中集成多种学科的方法或技术。即机械与电子的集成技术。机电一体化是微电子技术、信息技术的快速发展并向传统机械产品渗透与融合的结果；他的核心学科是机械工程、电子工程以及信息与控制技术。024、机电一体化系统：所有机电一体化产品以及这些产品的集成体可称为 机电一体化系统即包括机电一体化产品及制造系统.035、机电一体化系统广泛应用于工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、以及社会服务自动化(所谓4A革命）等各种自动化环境条件下09简答6、系统的数学模型：描述决定系统输入和输出之间关系的数学方程式。017、为什么要进行系统建模和仿真建立控制系统的数学模型并在此基础上对控制系统进行分析、综合是机电一体化系统的重要分析和设计方法。系统数学模型既是分析系统的基础，又是综合设计系统的依据.系统数学模型建立起来后，通常利用计算机对机电一体化系统进行仿真，更好地分析和设计综合系统。8、典型的机电一体化系统有几种形式.011）机械手关节伺服系统 2）数控机床3）工业机器人4）自动导引车5)顺序控制系统6）数控自动化制造系统：柔性制造系统、计算机集成制造系统 7)微机电系统9、机械手关节司服系统：又称随动系统,他是一种 反馈控制系统,他的受控变量是机械运动。多数司服系统用来控制运动机械的输出位置紧紧跟随电的输入参考信号 07 02 10、数控机床:通过数字控制系统控制加工过程的机床称为数控机床，数控系统是一种利用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统.0811、工业机器人：是另一种数控机器，它是可编程多自由度的，通过一系列动作搬运物料、零件、工具或其他装置以实现给定的任务. 12、自动导引车AGV 是另一种形式的移动工业机器人。它能够跟踪编程路径,在工厂内将零件从一个地方送到另一个地方。13顺序控制系统：是按照预先规定的次序完成一系列操作的的系统。14、柔性制造系统：FMS 在制造系统中将计算机数控机床，工业机器人以及自动导引车连接起来以适应加工成组产品。 03 0515计算机集成制造系统：CIMS它通过计算机网络,将计算机辅助设计，计算机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大系统，实现全厂的自动化。 04 0616、微机电系统：MEMS 微机电系统是电子和机械元件相结合的微装置或系统，采用与集成电路兼容的批加工技术制造，尺寸可以从微米量级范围内变化，这些系统结合了传感和执行功能并进行运算处理，改变了我们感知和控制物理世界的方式。 17、典型的机电一体化系统功能结构主要由机械受控模块 、测量模块 、驱动模块 、通信模块、微计算机模块 、软件模块 、接口模块组成.19、 测量模块：它由传感器、调理电路、变换电路等组成，功能:是采集有关系统的状态和行为的信息。对测量的设计要求:就是不失真地反映被测物理量变量的时间的变化曲线，这里包含了分辨率、精度、线性范围、动态响应特性等一系列技术指标。 20、 驱动模块：驱动模块通常是指由电动机及其驱动电路组成的技术模块,广义的驱动模块则把机械传动和内反馈贿赂以及功率源等包括在内所组成。作用：是提供驱动力改变系统包含速度和方向的运行状态，产生希望的输出。设计参数：包括运动形式，运动变量，额定力矩、电源功率、效率。0621、 通信模块：通信模块功能是传递信息，实现系统的内部、外部、近程和远程通信。实现方法:有线、无线通信模块在系统内部各模块之间的信息传输一般采用总线连接远距离传输多采用光纤或无线电通信网络实现22、 微计算机模块(简述典型机电一体化系统的微处理机模块）07简答定义及功能：微计算机模块在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供的信息。输入参数包括被测量的反馈量和与系统运行有关的设定参数，微计算机的输出一部分决定驱动模块的工作状态,另一部分是提供接口模块的信息,反映当前的工作状态。设计要求：取决于原始的系统功能,由控制和监控的具体功能所要求的传感器和执行器，可以决定微计算机的输入输出数目和形式，根据要实现的功能的数量和复杂程度，可以决定合适的中央处理器以及存储器的容量和速度。23、 软件模块：软件模块包括系统的操作指令和预先设定好的各种算法，他负责控制微计算机模块工作。软件模块的特性和形式与所选的的微计算机模块密切相关。软件模块的质量对机电一体化系统的柔性和智能化有着巨大的影响。24、 接口模块 在系统内主要用于各级之间的信息传递 0525、通信模块，微计算机模块,软件模块和接口模块总合为控制模块,控制模块的功能是处理测量模块提供的信息，生成控制指令，输出给驱动模块的执行部件的电机.26、设计依据和评价标准：系统功能、性能指标、使用条件、社会经济效益。 0227、开发机电一体化产品的依据：一是需求牵引二技术推动，其中主要由市场导向，其次才是技术导向。28、机电一体化系统设计思想包括系统设计思想、机和电融合思想、注重创新的设计思想 08 简答 29、.系统设计方法：并行设计把设计与制造结合起来，按系统工程的理论知识和方法分析处理问题多学科交叉进行设计，掌握有关个领域信息资料,以达到顾客满意的设计目标和评价标准为系统设计的最终目的。30、机和电融合的设计思想（处理机与电的关系)03 1）替代机械系统 2）简化机械系统 3)增强机械系统 4）综合机械系统 31替代机械系统 03 00 06 在极端情况下机械的功能可以完全由微计算机和执行器取代，从而使机械产品变成电子产品32、简化机械系统06在许多情况下 机械系统可以采用机电一体化方法加以简化。比如依靠微计算机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定位控制任务的功能。33、增强机械系统04 05 09简答将正常设计的机械与闭环控制回路组合可以实现增强机械系统的运动速度、精度以及柔性，有关部件可以做得更轻,惯量更小。 34、综合机械系统：采用嵌入式微处理系统有能力综合不同的机械系统以及相关功能。35、注重创新的思想 ：1、工作原理的创新（ 意义最为重大也最为关键）2、技术方案创新 3、结构创新 4、用材和制造工艺的创新 5、控制方面的创新 6、驱动和传动方面的创新 7、其他方面的创新 36、概念设计本质上是一个产品的创新过程。概念设计的主要特性(最具创造性阶段）创新性 2)工艺可实现性 3）多样性 4）层次性 5）避免不良结构 6）反复迭代性 第二章 机械受控模块 1、机械结构模块是机电一体化系统中的主要组成部分,它包含机械传动装置与支承导向等部件,在机电一体化系统中具有传递运动和负载、匹配转矩和转速、隔离环境温度和震动以及支承和防护等特殊的作用和功能。03 08简答2、机械传动的三种形式：齿轮、蜗杆传动 ； 丝杠螺母传动； 谐波传动。齿轮和齿轮副的精度规定为12 等级，1级最高，12级最低。3、齿轮系常用于伺服系统的减速增矩.084、齿轮系传动最佳分配条件（大题 03 07 08）（重点).根据最小等效转动惯量原则齿轮系传动比最佳分配条件：（小功率传动)该条件也近似适合于多级减速装置,对于多级减速装置可使各级转速比满足上述条件.简化的最佳速比分配关系为 (03 07 大题）5、一般说来齿轮传动的总等效惯量随着传动级数增加而减少,但传动效率随着传动级数的增加而降低，齿隙和摩擦的来源也随之增加,因此设计齿轮传动部件时应在传动级数和传动比的分配方面综合权衡。01 6、齿轮副间隙消除方法:1）刚性调整法：调整中心距法、选择装配法、带锥度齿轮法以及斜齿轮法。2）柔性调整法：主要通过在双齿轮中间加入弹性元件，使双齿分别贴紧其啮合齿轮齿的两侧，以消除啮合间隙。影响传动平稳性，传动刚度低。7、在齿轮传动中,归算到负载轴上的总间隙 07 对于减速传动系统传动比i大于1因此最后一级的间隙对系统精度影响最大，因此对于减速系统保证最后一级齿轮精度最为重要。对于增速传动系统传动比i小于于1因此第一级的间隙对系统精度影响最大,因此对于增速系统保证第一级齿轮精度最为重要。 078、滚珠丝杠螺母副：采用滚动摩擦螺旋代替滑动摩擦螺旋，具有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低、便于消除传动间隙等优点.缺点是不能自锁，由于升降传动时需要另加锁紧装置，结构复杂、成本偏高、另外传动距离和速度有限。 06 09简答9、滚珠丝杠螺母副的精度分为七个等级:1、2、3、4、5、7、10，其中1级最高10级最低。10、滚珠丝杠螺母副分为：外循环插管式：结构简单，制造容易,但径向尺寸大。内循环反向器式：结构回路短，摩擦小，效率高，径向尺寸小，但制造成本较高。11、传动刚度计算（重点)传动刚度计算公式：04 06 大题 其中 为外轴向力 轴向位移由外轴向力和轴向预载荷力曲线图求得。12、滚珠丝杠螺母副间隙消除及预紧方法：08 简答1、双螺母齿差式2、双螺母螺纹式3、双螺母垫片式4、单螺母变位导程自预紧式13、滚珠丝杠螺母副的支承结构形式： 1、两端固定（双推双推，FF） 结构刚度最高，成本高 06X 2、一端固定一端游动（双推简支 F-S) 3、两端均为单向推力(单推单推 JJ） 4、一端固定一端自由（双推自由 F-O）结构简单，刚度、临界转速稳定性低 14、谐波齿轮传动原理：谐波齿轮传动是建立在弹性形变理论基础上的一种新型传动，是由行星齿轮传动演变而来的他是依靠柔轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动的. 0515、波发生器的旋转方向与柔轮的转动方向相反。16。波发生器类型：波发生器分连续作用式和脉动作用式。03机械滚子式波发生器属于连续作用式，液动式、气动式、电磁式波发生器属于脉动作用式.滚子式波发生器属于连续作用式，适用于小功率低速传动圆盘式波发生器：加大滚子的直径到两个滚子的直径之和大于柔轮的直径,可将两滚子沿轴向前后叉开,安装在不同平面上,以避免两个滚子顶住这种波发生器叫 0517、谐波齿轮传动的特点： 1）结构简单、体积小、重量轻、传动效率高 2）传动比范围大 3）同时啮合的齿数多、运动精度高，承载能力大 4）运动平稳无冲击,噪声小 5）齿侧间隙可以调整6）可实现密封空间传递运动和动力 7）可实现高增速运动8)方便实现差速传动。18、谐波齿轮传动速比计算：（重点出过3年大题包括09(）为波发生器的绝对角速度，（）为钢轮的绝对角速度,()为柔轮的绝对角速度.则柔轮、刚轮相对于波发生器的角速度为、，假设柔轮、刚轮齿数分别为ZR、ZG，齿差数比为u= ZG/ZR、则传动比 1）钢轮固定波发生器输入柔轮输出则传动比：柔轮转速柔轮输入波发生器输出则传动比： 波发生器转速2）柔轮固定波发生器输入刚轮输出则传动比: 刚轮转速刚轮输入波发生器输出则传动比： 波发生器转速3) 波发生器固定柔轮输入刚轮输出则传动比： 刚轮转速刚轮输入柔轮输出则传动比: 波发生器转速19、轴系主要技术要求：在机械传动链内，中间传动轴的要求一般不高对主轴有较高要求，对主轴的要求包括: 1）回转精度含轴向精度2)静刚度：即单位变形量所需的静载荷 03 3）动特性:一般指轴系抵抗冲击、振荡、噪声的特性 02 4）热特性：轴系的热特性主要参数是热源强度、温升及工作部位的热位移。0120、滚动轴承的精度分为B C D E G五级,B级最高G级为普通级。21、气体动压支承原理与液体动压支承的基本相同，在轴颈和轴瓦之间形成气楔。由于空气的可压缩性、粘度系数和温度系数变化都较小,用于超高温、超低温、放射性、防污染等场合有独特的优越性。22、液体静压支承：原理:在油压的作用下，轴套内孔壁上的油腔与运动表明之间形成油膜，当轴的重量忽略不计时油膜四周厚度相同，油腔没有压力差存在，当轴在径向载荷作用下轴心下移，上油膜厚度大于下油膜厚度，油腔产生压力差,将轴托起,使之回到平衡位置。 其特点是:精度高、刚度大、抗震性好、摩擦力矩小,用于中低速重载高精度的机械设备.23、气体静压支承：是一种外部供气的轴承，它是空气轴承的一种，其气膜压力是外部气源供给的，外部的压缩气体由气源经节流器进入轴承间隙，然后排入大气。轴承的结构使分布在轴承内的气体在未漏出轴承之前形成一个能支承负荷的气体膜，它是通过负载使轴承产生气动补偿力来获得承载能力和刚度的。特点：有较大的承载力和刚度。是应用最广泛的空气轴承.广泛应用于精密和超精密应用领域。24、导轨副用于引导运动部件走向,保证执行件的正确运动轨迹，并通过摩擦和阻尼影响执行件的运动特性、要求：对导轨副的性能要求：导向精度、接触刚度、精度保持性、以及低速运动稳定性。25、滑动导轨：阻尼系数大、刚度大,但易产生低速爬行现象。0426、滚动导轨:摩擦系数小、不存在低速爬行现象、可采用较小功率电动机，但刚度较小、阻尼系数小可能引起振荡.27、液体静压导轨：无磨损、无静摩擦,无低速爬行阻尼系数大但设计、制造、使用均较复杂.28、气浮导轨:无磨损、无静摩擦，无低速爬行，不产生污染，但刚度小、阻尼系数小易产生振荡。29、磁浮导轨：磁浮导轨配对导轨面具有相同极性装置，利用同性相斥原理使导轨面脱离接触。无摩擦、刚度和承载能力可调，但使用发热较严重要有很好的冷却措施和防护，防止含铁尘埃粉末落入导轨面、技术复杂成本高。30、开式导轨：借助于运动件的自重和外载荷，在一定的空间位置和受力状况下使运动导轨和支承导轨的工作面可靠接触，从而保证运动导轨的规定运动。0431、闭式导轨：借助导轨副本身的封闭式结构,在变化的空间位置和受力状况下使运动导轨和支承导轨的工作面都能可靠接触,从而保证运动导轨的规定运动。0332、导轨阻尼的作用：为了跟随快，希望摩擦小,为了加强抗震能力、提高稳定裕量，则希望阻尼系数大些.33、支承 主要功能：是支承固定连接件或相对运动部件,它不仅在一定程度上决定着机电一体化产品的性能和质量，也在很大程度上决定着产品的外形和占地空间。设计要求：在设计支承件时，支承件需要满足静刚度、抗震性、热稳定性及工艺等方面的技术要求,必须在材料、结构形式、加工处理等方面在综合考虑才能达到全面的技术要求.34、定义：并联机构：具有多个运动自由度，且驱动器分配在不同环路上的闭式多环机构。 并联机构是由不少于两个的一组子机构并联形成的机构，各子机构可同时接受驱动器输入，并共同导致受控对象的运动状态.35、并联机构的特点：优点1）刚度高，承载能力与整机质量比大2）移动部件质量轻可获得很高的动态特性容易实现高速高加速度的运动3)不存在误差累计，可获得较高的运动精度，4）零件标准化程度高易于实现模块化设计；5）作业空间与机器尺寸比小。 缺点:1）灵活性差 2）在作业空间内部存在杆件干涉和奇异位形的危险。36、齿轮传动等价力学方程 （等价到主动轴） (等价到从动轴）从上两式可以看出当折合到主动轴上时从动轴的转动惯量和阻尼系数都要处以传动比的平方,负载转矩处以传动比，角度乘以以传动比。反之折合到从动轴上时，主动轴上的转动惯量和阻尼系数都要乘以传动比的平方输入，转矩要乘以传动比，角度除以传动比。 37、丝杠螺母副传动的动力学方程 （等价到丝杠轴） （等价到工作台）38、参数设计要求：1）足够高的谐振频率。机械部分的谐振频率应远大于系统的通频带的频率 (闭环系统的剪切频率） 2）高刚度和低转动惯量 3）适当的阻尼比： 4）尽可能小的传动间隙 5）良好的摩擦特性2003第三章 测量模块1、测量模块由传感器、信号调理电路以及测量系统等组成，涉及系统的状态和行为的信息采集和处理技术。它的作用是将机械结构模块的状态和性能参数变换为电的信号，并进行必要的信号转换和信息处。2、传感器发展特点：集成化、多功能化、微型化、智能化 3、 量程:由可检测变量值的下限和上限定义，量程包含下限和上限之间的所有值 064、 阈值:（死区）能产生输出变化的被测变量的最小变化量5、分辨率:若被测变量在量程范围内连续变化时输出不是连续变化的，而是以离散阶梯形式变化那么这个阶梯定义为分辨率，如果阶梯大小是变化的，则取其平均值定义为分辨率。036、灵敏度：输出变化量与对应输入变化量的比值叫灵敏度，有时称增量增益或标度因子。(选择题考过）P1217、 可靠性：在给定时间周期和规定条件下的工作可能性 02 068、漂移：在给定时间内不希望的变化。零位漂移是规定时间内输入为零时的漂移。灵敏度漂移是规定时间内的灵敏度变化.零位漂移使整个特性曲线上升或下降，灵敏度漂移使特性曲线斜率发生变化.9、精度：按照某种标准，输出与被测量理想值的一致程度。通过在规定条件下,使用规定方法重复实验多次,精度由最大误差和最大负误差确定。精度可可采用以下任一方法表示：1）被测变量表示2)满量程的百分数3)实际输出的百分数10。重复性：在满量程范围内由同一方向趋近同一输入，连续几次测量所得输出的最大差值。重复性好不一定精度高，因为可能存在固定偏置或系统误差。11、可复现性：在长时间周期内由两个方向趋近同一输入，多次测量所得输出的最大差值，可复现性与重复性不同，可复现性包括了滞环、死区、漂移以及重复性。12、线性度：输出和输入特性曲线与直线的紧密程度，最常用的线性度定义有独立线性度、基于零点的线性度、基于端点的线性度以及最小二乘线性度。13、1）上升时间tr：响应曲线从零(或稳态值的10）时刻首次到稳态值（或稳态值的90%)的时间.2)峰值时间tp响应曲线从零到达峰值的时间 3）最大超调量Mp响应曲线的最大值与稳态值的差与稳态值之比。单位阶跃输入时即为响应曲线的最大峰值与稳态值的差。4）调整时间ts：响应曲线达到并一直保持在允许范围内的最短时间。5)延迟时间td响应曲线从零上升到稳态值的50所需的时间.振荡次数:在调整时间内响应曲线振荡的次数。上升时间、峰值时间、调整时间、延迟时间反映快速性.最大超调量、振荡次数反映相对稳定性.14、 对传感器的性能要求：1）量程足够,灵敏度好2）精度适当，线性度好3）响应时间短，通频带宽4）稳定性好，具有一定过载能力5）经济实用，成本低寿命长.16、.改善传感器性能的措施：1）差动技术。可消除零位输出或偶次非线性项，抵消共模误差，减少非线性。2）平均技术：常用的平均技术有误差平均效应和数据平均处理。误差平均效应的原理:是利用n个传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这些单元的总输出。数据平均处理：是相同条件下测量重复n次,然后取均值。大多数情况下可使随机误差近似减少 20083）稳定性处理：如结构材料的时效处理，电子元件的老化筛选 4)屏蔽、隔离、隔振、密封隔热 5）闭环技术:将反馈控制技术与传感器组合可构成闭环测量系统。闭环测量系统具有精度高、灵敏度高、稳定可靠等优点。17、当旋转变压器转子有一定转速时，输出数字值与实际转角有一动态误差其大小由下式决定:18、感应同步器:为滑尺和定尺相对位移的折算角.若节距为W，相对位移为l,则(重点)19、光电编码器：信号处理电路和光电输出波形:图313(重点）简单应用20、四细分和辩向电路：(重点）简单应用21、光栅莫尔条纹的特点是放大作用,用W表示条纹宽度，P表示栅距，表示光栅条纹间的夹角则 （重点）02 03 0522、直流测速发电机（简单应用)直流测速发电机实际上是一台微型的直流发电机，其输出是与转速成正比的直流电压 电动势系数 06R 电枢绕组平均半径 转速n B磁场的磁通密度 N导体数 L每根导体长度23、码盘式转速传感器（重点) 测量码盘脉冲频率法： 该方法测量精度与测量速度有关，当测量低速时码盘脉冲频率过低测速误差大。0324、测量码盘脉冲周期法:这种方法测速精度高，测量误差指示正负一个时钟脉冲，在测量高速时一般以测量多个脉冲间隔来提高精度,这种方法有能力检测速度的瞬时变化。06 08 0925、加速度传感器的基本力学模型是一个质量弹簧阻尼二阶阻尼系统其微分方程（简单应用）如果加速度的变化频率时 200726、霍尔元件直接检测电流：该方法适用于大电流测量 27、霍尔检零式测量:适用于直流小电流测量 28、电压跟随器的特点是输出电压等于输入电压,输入阻抗大，输出阻抗小。它与传感器连接可以进行阻抗变换降低传感器的负载效应提高传感器的变换效率 0129、电荷放大器 04 03 05(重点要求会画电路图）电荷放大器是反向端输入，同相端接地、电容负反馈的运算放大器运算放大器本身输入级是场效应管输入阻抗高,它的特点是利用运算放大器求和点为虚地电位，使输入端的分布电容上没有积累电荷，从而不起作用。电荷放大器的只要用途是将压电式传感器的电荷量或电容传感器的微小电容变化量转化为电压输出。30、压电式传感器与电荷放大器组合电路电荷放大器的输出与反馈电容成反比与电荷成正比与放大器的输入电容和引线电容无关但是放大器的输出端与输入端的分布电容与反馈电容并联因此对输出有影响应尽量缩小和固定。31、电容式传感器与电荷放大器组合 为输入输出的分布电容,电荷放大器的输出与电容的变化成正比与放大器的输入电容和引线电容无关但是放大器的输出端与输入端的分布电容与反馈电容并联因此对输出有影响应尽量缩小和固定.32、仪表放大器：本质上是一种差动放大器它的特点是输入阻抗高、高共模抑制比、平衡的差动输入，增益由用户选择外部电阻决定。0633、低通滤波器 02(要求会画电路图，频率特性曲线）低通滤波器不影响低于转折频率信号分量。所有高于转折频率的信号分量都将缩小幅度，频率越高幅度缩小愈大.无源RC低通滤波器的频率特性为转折角频率为了提高增益和带负载能力利用运算放大器电路转折角频率34、典型的二阶有源低通滤波器的频率特性： 35、高通滤波器：只要将低通滤波电路中起滤波作用的电阻和电容互换即可变成高通滤波器，二阶高通滤波器频率特性36、交流载波测量电路中，同步解调器是关键：第一种是由参考方波控制的场效应管开关电路组合RC低通滤波电路构成。第二种是四象限乘法器组合低通滤波器构成解调器。经过低通滤波器只剩下（低频分量）即把低频信号解调出来。 37、数据采集系统的主要组成部分：1）信号调理2）采样保持3)数模转换4）模数转换5）其他电路38、双积分型的A/D转换器（可能出简单应用题）其实质是测量和比较两个积分时间，一个是对模拟输入电压的积分时间T0,此时间往往是固定的，一个是以充电后的电压为初值对参考电源反向积分，积分电容被放电至零所需的时间Ti双积分型的A/D转换器电路简单、抗干扰能力强、精度高等突出优点，但转换速度慢，适用于模拟信号变化缓慢，采样速率要求低，而精度要求高，或现场干扰较严重的场合。39、逐次逼近型的A/D转换器图355（可能出简单应用题）主要由逐次逼近寄存器（SAR）D/A转换器、比较器以及时序和控制逻辑等部分组成。实质上是逐次把设定的SAR寄存器中的数字经D/A转换后得到的电压UC与待转换模拟电压UX进行比较,逐次改变SAR寄存器的值 直到UC与UX差值在一位分辨率以下，则SAR中的值就是UX所对应的值，特点:转换速度较快;转换时间固定，不随输入信号的变化而变化主要取决于位数；抗干扰能力相对积分型差。40、采样保持器的工作原理：(09应用题）41、码盘传感器输信号频率为f,电动机转速为n（r/min）或，m码盘圆周上的孔数，假设在TS内计数为N则.第四章电动机及其驱动电路1、电动机区分为传统的电磁型电动机和基于逆压电效应的新型超声波电动机，电磁型电动机又分为固定磁阻电动机和变磁阻电动机，直流电动机永磁同步电动机以及交流电动机属于固定磁阻电动机，步进电动机属于变磁阻电动机。2、电动机能量平衡图能量转换的关键在于耦合磁场及其对电系统和机械系统的作用和反作用，耦合磁场对电系统的反作用表现在感应电动势上，而对机械系统的作用表现在电磁转矩上。3、直流电动机具有良好的控制性能较大的启动转矩还具有相对功率大和响应速度快等优点但相对交流电动机而言,直流电动机存在电刷、结构复杂成本高。一般直流电动机着重对运动和启动状态动能指标，直流伺服电动机着重特性的高精度和快速响应4、电压平衡方程式：施加在电动机电枢上的直流电压，一部分消耗在电枢电阻及电感上，另一部分抵消电动机转动时电枢上产生的反电动势，分别表示电枢电压,电枢电阻,电枢电感 . 注意:(09简答）5、.直流电动机的转速公式（09简单应用）6、理想空载转速7、电动机的堵转转矩8、机械硬特性其倒数值小特性越软。希望机械特性硬好。9、直流电动机的机械特性指保持电压恒定时电动机转矩与转速关系曲线，10、电动机调节特性指电磁转矩恒定时电动机转速随控制电压变化的关系曲线，11、调节特性与横轴的交点为始动电压.从原点到到始动电压点的横坐标范围被称为某一电磁转矩值时的伺服电动机的失灵区,失灵区的大小与电磁转矩的大小成正比。12、分别称为直流电动机的反电动势系数、转矩系数、电磁时间常数、机电时间常数、机械系统时间常数.13、直流伺服电动机若忽略电枢电感即粘性阻尼则，直流伺服电动机通常可以近似为一阶惯性环节，其过度过程主要取决于机电时间常数为了加快系统响应速度展宽系统频带必须设法减小机电时间常数，方法1）设计良好的机械系统以减少等效转动惯量2）给电动机供电电源内阻尽可能小以降低电枢回路电阻3）附加速度负反馈，以加大等效的反馈电动势系数。14、线性直流功率放大器：指放大器中的功率元件工作于线性状态的放大器其输出电压或电流与控制信号成正比.这种放大器的优点是线路相对简单,电磁干扰比较小但由于其功率元件工作在线性状态有大量功率消耗在功率元件上致使其效率低一般用于控制小功率的电动机或要求电磁干扰小的系统中。15、双极型功率放大器可以输出正负两个极性的电压和电流电动机可以正反运行.有T形和H形其中T形放大器线路简单、成熟使用正负电源供电晶体管耐压高2Us特别是从高速制动时晶体管承受的功率大应选容量大的晶体管H形电路复杂一般用在功率较大的系统晶体管耐压Us从高速制动时晶体管承受的功率为T形的一半对于同容量的系统成本不一定比T形高。16、PWM功率放大器 (一种直流开关功率放大器)： PWM即脉冲宽度调制，脉冲宽度调制器UPW是由一个电压放大器和三个输入：调制信号（通常为三角波）Um 偏置电压Ub（使调制信号移位）控制信号 Uc,因此反向输入端电压为1/3(Um+Ub+Uc）当Ub=0且Uc=0时其输出平均电压为零。调节Uc的极性就改变了PWM变换器的输出平均电压Ua=（2a-1）Us的极性从而改变了电动机的转向改变Ua的大小就改变了Ug1Ug4的脉冲宽度从而改变了平均电压Ua的大小即转速的大小。这就是PWM的工作原理，其优点是能够控制电动机电枢的平均电压，又能降低功率放大器的功耗，此时电枢的平均电流为Ia=Is(2a-1）-E/Ra17、永磁同步（直流无刷)电动机是在变速传动中首先实用的交流电动机他以电子换向取流电动机的电刷换向因此又叫无刷电动机，由于其他交流电动机也是无刷的,而且由于其转子是永久磁铁,为了避免混乱因此也可采用名词永磁同步电动机。特点：它的转动惯量非常低，这种电动机调速范围宽、启动迅速、机械特性和调节特性线性度好寿命长可靠性高噪声小不存在换向火花不会产生对无线电信号的干扰可用于直流电动机不能用于的易燃易爆场合. 02这里位置传感器的转子相当于直流电动机的电刷，而位置传感器的定子与电子换向开关电路组成换向器。因此永磁同步电机换向原理与直流电动机类似，其调节特性机械特性启动特性都与直流电动机类似。考过18、永磁同步电动机的驱动电路有直流电动机驱动方式和同步电动机驱动方式。0319、单相感应式电动机通常采用分相式和罩极式获得电磁转矩。三相交流感应电动机的转向由相序决定，更换任意两相,则可改变电动机运动方向。20、转差率：（重点）分别为定子交流电源角频率、转子转速，转子电动势的频率为, f1为定子电源频率 (重点）21、交流感应电动机最大转矩：忽略定子阻抗压降,得最大转矩对于交流感应电动机因此此时S小于1，当电动机开始启动时其实际转速为零转差率为1,随着转速升高，转差率变小转矩增大转速达到wm时对应转差率Smax,此时转矩达到最大,然后随着转速升高转差率下降转矩下降wmw1的区域为稳定区域，0wm不稳定区域。由于wmw1较窄，所以交流电动机通常工作在恒速传动领域（重点）22、交流变频调速:交流感应电动机依靠电压调速调速范围很窄，为了达到调速范围宽，最大转矩不变交流感应电动机普遍采用变频调速。1）恒压频比变频调速2)转差频率控制 23、超声波电动机（USM）又称为压电电动机或压电陶瓷马达,利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动,并将这种振动通过摩擦耦合来直接驱动转子旋转或滑块的移动。具有结构简单、转速低、扭矩大等特点。 24、超声波电动机特点1）低速大转矩2）无电磁噪声3）动态响应速度快4）断电自锁5）运行无噪声6）微位移特性7）动态速度范围宽8）结构简单9）易实现工业自动化流水线生产10）耐低温适应真空和太空环境。因此在非连续运动和精密控制领域要比传统电磁电动机性能优越。 25、补充知识：直流电动机的电压平衡方程式 : 分别为直流电动机的电枢电压、电阻、电流、感应电动势、反电动势系数、转速。空载损耗 分别为直流电动机的空载损耗、电流、转矩、转速。该电动机作为发电机使用时其电压平衡方程式为：分别为发电机的感应电动势、内阻、电流、端电压、反电动势系数、转速第五章：步进电动机运动控制系统1、步进电动机又叫脉冲电动机:它采用变磁阻原理产生电磁转矩将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动.每输入一个脉冲旋转式步进电动机的输出轴转动一步。因此当输入一串脉冲序列时 输出轴就以等增量的转角响应该输入序列，输出的步数等于脉冲个数，输入速度与输入 脉冲频率成正比. 特点:可以实现直接数字控制，在开环系统中可以达到高精度的定位和调速，位置误差不会积累，是开环数控的理想执行元件.05 （08、09年简答题）2、步进电动机运动控制系统的组成：运动控制软件，脉冲分配器，驱动电路，步进电动机以及传动装置。 3、。反应式步进电动机：结构原理：反应式步进电动机有叫变磁阻式步进电动机，其定子和转子均由硅钢片组成，定子上有若干对磁极，磁极上有控制绕组,在转子的圆柱表面上均匀分布有小齿.依靠定子和转子之间的气隙磁场吸力作用产生电磁转矩,使转子向气隙磁场减小的位置方向转动。07特点：结构简单、启动和运行时频率较高。缺点是消耗功率大，断电无定位转矩.4、步距角公式： C为通电系数，纯单拍，纯双拍为1，单双拍为2 (必考09年简答题）5.永磁式步进电动机：它的定子极上有两相或多相控制绕组,转子为一对或多对极星形永久磁钢.转子的极数与定子每相的极数相同,由于转子为永久磁钢,该步进电机断电有定位转矩,消耗功率小，但是步距角较大，起动、运行频率低，并且需要正负脉冲供电.6、矩角特性。矩角特性是在不改变控制绕组通电状况下,电磁转矩与转子转角的关系。（如果在电机轴上外加一个负载转矩Mz,转子会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角度，角度称为失调角。有失调角之后,步进电机就产生一个静态转矩（也称为电磁转矩),这时静态转矩等于负载转矩。静态转矩与失调角的关系叫矩角特性,近似为正弦曲线。该矩角特性上的静态转矩最大值称为最大静转矩.）7、电动机电磁转矩公式，它发生在,其中分别为最大转矩(最大静转矩)，转子齿距，转子齿数。8、步进电动机转速公式： 必考9、单脉冲运行特性: 当步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域称为动稳定区.10、 动稳定区边界a到初始稳定平衡位置点的区域称为裕量角,裕量角越大步进电动机越稳定,裕量角可表示为。 11、最大负载转矩又称起动转矩必考12、单脉冲运行振荡分析:当步进电动机输入一个脉冲时，电动机转子向新的稳定平衡位置运动。到达平衡位置时由于惯性转子将继续运动而越过平衡位置，随后又受反向的电磁转矩作用,从反方向向平衡位置运动，阻尼较弱可能反复多次形成振荡，其自然振荡频率为了避免振荡一般要使阻尼增大，混合式步进电动机阻尼较大动态性能较好。13、连续脉冲运行特性：当步进电动机输入连续脉冲时,在负载转矩小于启动转矩的条件下，步进电动机不失步启动的最高脉冲频率称为启动频率。步进电动机的步距角越小、裕量角越大、最大静转矩越大、转动惯量越小、相绕组时间常数越小则启动频率越高.启动后，步进电动机不失步运行的最高输入脉冲频率称为连续运行频率，一般连续运行频率比启动频率高得多.14、对步进电动机驱动电路的要求：1)能够提供快速上升和下降的电流，使电流的波形尽量接近矩形2）具有截止期间释放电流的回路，以降低相绕组两端的反电动势加快电流的衰减3)功耗尽量低，效率高。4）对某些场合应有细分功能. 08简单应用题15、步进电动机驱动电路：单极性、双极性驱动电路、斩波恒流起动电流、细分电路四种。 考过16、单极性驱动电路:反应式步进电动机采用该驱动电路。02 07 06原理及作用：功率晶体管通断由脉冲分配器产生的脉冲控制从而使各项绕组的电流通断。限流电阻R的作用是减少相绕组的电气时间常数，加快相绕组中电流的上升和下降的速度改善电动机的高速性能但随着R的增大，R上消耗的功率也随之增大。VD、Rf作用是在功率晶体管关断时，为相绕组电流提供续流回路。17、双极性驱动电路:主要用于混合式或永磁式步进电动机,该电路使用VT1VT4 4个晶体管作为开