【正文】 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 唐旭晟 課程安排 ? 總學(xué)時(shí) 22，理論教學(xué) 18，實(shí)驗(yàn)教學(xué) 4 ? 教學(xué)方式： 講授 +提問 +習(xí)題 +自學(xué) ? 聯(lián)系方式： ： 28830050 課程考核評分規(guī)則 評定條目 評定標(biāo)準(zhǔn) 1 出勤 (10分 ) （ 1）缺勤 1次，扣 2分；（ 2）發(fā)現(xiàn)代簽扣 5分；（ 3）無故曠課 5次以上，取消本課程成績。 2 作業(yè) (10 分 ) 缺交 1次扣 2分，遲交、補(bǔ)交不給分，抄襲均為 0分。 3 期末筆試 (80 分 ) 依據(jù)卷面成績按 80% 折算。 4 獎(jiǎng)勵(lì)分 （ 6 分） 積極回答問題 （注：包括獎(jiǎng)勵(lì)分在內(nèi)，期末總評成績封頂100分。） 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成 ① 機(jī)械裝置：能夠?qū)崿F(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)（相當(dāng)于人的骨骼） ② 執(zhí)行裝置：驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)的部分 （ 人的肌肉 ） ③ 能源：為執(zhí)行裝置提供能量的部分 （ 人的內(nèi)臟 ） ④ 傳感器：檢測機(jī)械運(yùn)動(dòng) （ 五官 ） ⑤ 計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)控制的計(jì)算和判斷 （ 神經(jīng)和大腦 ） 機(jī)電一體化理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù) ? 系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)。而微電子技術(shù)（特別是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)）、精密機(jī)械技術(shù)是其技術(shù)基礎(chǔ)。 ? 機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)： 1. 傳感檢測技術(shù) 2. 信息處理技術(shù) 3. 自動(dòng)控制技術(shù) 4. 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 5. 精密機(jī)械技術(shù) 傳感檢測技術(shù) ? 機(jī)電系統(tǒng)的各種 參數(shù) 、 工作狀態(tài) 與工作過程有關(guān)的 相應(yīng)信息 都要通過傳感器進(jìn)行接收，并通過相應(yīng)的信號檢測裝置進(jìn)行測量，然后送入信息處理裝置，或反饋給控制裝置，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動(dòng)控制。 信息處理技術(shù) ? 是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過程中 ， 與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)控制有關(guān)的信息輸入 、 識別 、 變換 、 運(yùn)算 、 存儲 、 輸出和決策分析等技術(shù) 。 ? 實(shí)現(xiàn)信息處理技術(shù)的 主要工具是計(jì)算機(jī) 。 包括硬件和軟件技術(shù) 、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 、 數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù) 。 其中 數(shù)據(jù)處理是產(chǎn)品的核心 ， 包括人工智能 、 專家系統(tǒng) 、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 。 自動(dòng)控制技術(shù) ? 所謂自動(dòng)控制 ， 就是在沒有人直接參與的情況下 ，通過控制器使被控對象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行 。 ? 自動(dòng)控制技術(shù)主要研究控制原理 ， 包括控制規(guī)律 、分析方法和系統(tǒng)過程等 。 主要以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ) ，研究單輸入 、 單輸出 、 線性自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題 ， 這些都屬于經(jīng)典控制技術(shù) ， 而且日趨成熟 ， 在工程上已成功解決了很多實(shí)際問題 。 ? 現(xiàn)代控制技術(shù)主要以狀態(tài)空間為基礎(chǔ) ， 研究多輸入 、多輸出 、 變參量 、 非線性 、 高精度 、 高效能等控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題 。 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) ? 系統(tǒng)中執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)裝置的技術(shù)問題 。 執(zhí)行元件：電動(dòng) 、 氣動(dòng)和液壓等 ， 最主要是電動(dòng)式執(zhí)行元件 。 驅(qū)動(dòng)裝置：各種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路 ， 主要是電力電子器件及集成化的功能電路 。 本課程主要內(nèi)容 1. 基礎(chǔ)知識 2. 傳感器技術(shù) 3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)技術(shù) 4. 微機(jī)數(shù)字控制 5. 應(yīng)用舉例 機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)例（一） 平面繪圖儀運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng) 來自傳感器的轉(zhuǎn)數(shù)信息 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī)發(fā)出脈沖信號，通過 8255并行接口，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，令 X向或 Y向步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。實(shí)現(xiàn)畫筆平面運(yùn)動(dòng)定位 螺線管 單片機(jī)發(fā)出信號，通過 8255并行接口，經(jīng)螺線管驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)畫筆抬起與放下。 步進(jìn)電機(jī)軸轉(zhuǎn)數(shù)檢測 步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。 按圖中的步距角，要使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過 360度，要加多少個(gè)脈沖？（ 360/=200個(gè)） 畫筆移動(dòng)機(jī)構(gòu) 畫筆移動(dòng)是通過聯(lián)軸器把步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳遞給螺桿位移機(jī)構(gòu)。其精度由步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)角所傳遞的導(dǎo)程決定。 畫筆連桿機(jī)構(gòu) 螺線管通電，則畫筆放下。 工作原理 電流流過線圈，產(chǎn)生磁場，吸入強(qiáng)磁體，則在左端產(chǎn)生拉力，在右端產(chǎn)生推力。 因此，螺線管有拉力型，推力型和兩用型。 驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)端口送中低電平，光電 耦合器導(dǎo)通，使晶體管基極產(chǎn)生 電流 I，這樣晶體管處于放大工作 狀態(tài)，流經(jīng)螺線管的集電極電流 倍于 I，使螺線管工作。 ? 電路中的二極管是用來吸收螺線管的反電動(dòng)勢，防止斷開后，產(chǎn)生浪涌電壓損壞晶體管。 ? 電路中的光電耦合器，是用來隔離噪聲干擾，避免噪聲通過接口電路傳入單片機(jī)，產(chǎn)生誤動(dòng)作。 工作原理 ? 線圈 2通電， 2號磁極吸引轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn) 90度 ? 線圈 2斷電，線圈 3通電， 3號磁極吸引轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn) ? 同樣，順序給線圈供電，轉(zhuǎn)子沿 4123的方向旋轉(zhuǎn) ： ； ； 、停止響應(yīng)快 ，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制； ，就能自鎖，即在停止時(shí)有保持力矩。 驅(qū)動(dòng)電路 ：可由微機(jī)產(chǎn)生，也可用專用芯片產(chǎn)生 ：將驅(qū)動(dòng)脈沖自動(dòng)按步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁模式進(jìn)行分配 ：將脈沖分配器輸出的信號放大其 驅(qū)動(dòng)電流，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)例（二） 電子調(diào)速器 傳感器檢測螺旋槳轉(zhuǎn)速，與設(shè)定轉(zhuǎn)速比較，經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出差值電壓并送入 PID控制器產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)并帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以控制燃料閥門增加或減少燃料，從而達(dá)到調(diào)整目的。 機(jī)電一體化的電路知識 電源 ? 單片機(jī)、晶體管 晶體管邏輯電路（ TTL）集成電路 (IC)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體電路(CMOS)的驅(qū)動(dòng)電源為直流 5V ? 運(yùn)算放大器（ OP），數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ D/A)等的驅(qū)動(dòng)電源為直流 12V或 18V， CMOS器件驅(qū)動(dòng)電源也可以是