机电一体化考试复习

1、机电一体化的五大要素：机械本体、动力系统、传感与检测装置、信号处理与控制系统、执行装置。2、执行元件——是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件。3、执行元件的种类及性能：4、机电一体化系统对执行元件的基本要求：（1）惯量小，动力大。（2）体积小，重量轻。（3）安装方便、便于维修维护。（4）易于实现自动化控制。5、步进电机分类（1）根据励磁相数（2）根据转子结构反应式（可变磁阻式）：由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢组成的转子作步进驱动。永磁式：由定子绕组产生的反应电磁力吸引或排斥由永磁材料组成的转子作步进驱动。混合式：定子上镶有永磁体，定子和转子的导磁体和反应式步进电机相似，由二者混合效应驱动。使机械结构运动的装置5、步进电机的性能参数：1、齿距角αz：转子相邻两齿的夹角2、步距角α：步进电机每接受一个脉冲，转子转过一个固定的角度3、最大静转矩Tmax：在规定的通电相数下，转矩的最大值4、最高运行频率fmax：5、最高启动频率fqmax：步进电机由静止状态不失步达到稳速所允许的最高输入脉冲频率（可以是空载下或有负载下）6、失调角θ：单相定子通电时，该相定子齿与转子齿的中心线不重合所夹角6、控制系统由控制器和控制对象组成设计目标：快速性、稳定性、准确性。7、步进电机的驱动系统构成8、步进电机驱动参数设计与选用：1、脉冲当量δ：步进电机每接受一个脉冲时，工作台走过的位移（单位为mm/pulse）角脉冲当量δα：就是步距角α(°/pulse)设计时，先根据运动精度选定δ，再根据负载确定步进电机的参数α，并选定丝杠的导程p,计算出传动比i后，最后设计传动齿轮的各参数等。2、最大静转矩Tmax与相数、拍数最大静转矩Tmax与相数、拍数3、最高运行频率与速度关系：根据工作台的最高速度vmax选择步进电机最高运行频率fmax4、转动惯量与加减速性能5、电机负载转矩9、步进电机的驱动电路：主要由脉冲分配器和功率放大器两部份组成。变频控制信号：主要有脉冲频率信号和方向控制信号。10、PID调节器优点：1）原理简单，使用方便2）适应性强3）鲁棒性强比例调节器功能：比例调节器对于偏差是即时反应的,偏差一旦产生,调节器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化,控制作用的强弱取决于比例系数K比例调节简单快速,但对具有自平衡性的控制对象存在静差加大比例系数可以减小静差,但K过大会使动态特性变坏,引起被控量振荡甚至导致闭环系统不稳定比例积分调节器功能：PI调节器对于偏差的阶跃响应除按比例变换的成分外，还带有累积的成分．只要偏差不为零，它将通过累积作用影响控制量u，并将减小偏差，直至偏差为零,控制作用不再变化，系统才能达到稳态．因此积分环节有助于消除系统静差积分时间常数Ti大，则积分作用弱，反之则强增大Ti将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高系统稳定性Ti须根据对象特性来选定，对于管道压力、流量等滞后不大的对象，Ti可选的小一些，对温度等滞后较大的对象，Ti可选的大一些ip360350maxmaxvf比例积分微分调节器：积分作用的加入,虽然可以消除静差,但却降低了系统的响应速度.为了加快控制过程,有必要在偏差出现或变化的瞬间,不但对偏差量作出即时反映(比例调节),而且对偏差量的变化作出反映,或者说按偏差量的变化趋向进行控制,使偏差消除在萌芽当中,故在PI基础上引入微分调节器11、（参考）PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。积分（I）控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到接近于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳态误差。微分（D）控制：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。12、模糊控制方法的主要优点是它不需要对被控系统有十分精确的了解，而主要把注意力放在控制器的设计上。13、模糊控制的本质是非线性的，因此对一些不易获取精确数学模型的系统或过程及非线性系统来说，采用模糊控制的方法可以得到用常规控制方法难以取得的效果。14、用语言来描述的，它们之间的边界并不清晰。因为人的语言具有很大的模糊性，所以这些量被称为模糊变量。15、模糊控制器的设计需要解决以下三个方面的问题：1）精确量的模糊化；2）模糊控制规则的构成；3）输出信息的模糊判决。16、最常用的模糊控制器是两维输入、一维输出的，如图所示。17、一个由模糊集合到普通集合的映射，这个映射通常被称为模糊判决18、模糊控制器的基本工作原理：将测量得到的被控对象的状态经过模糊化接口转换为用人类自然语言描述的模糊量，而后根据人类的语言控制规则，经过模糊推理得到输出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再经过清晰化接口转换为执行机构能够接收的精确量。19、PWM控制基本原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上的时，其效果相同。由于本文所讨论的消防传感器恒温测试温箱具有大惯性，因此在设计该系统硬件结构的时候采用的是DO（数字量输出）环节而不是常用的D/A转换环节。20、光电编码器：光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。按测量方式的分类：旋转编码器；直线编码器（光栅尺）按编码方式的分类：绝对式编码器；增量式编码器；混合式编码器。模糊控制器输入X输入Y论域X论域Y论域Z输出U