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机电一体化系统设计基础复习指导(一)——课程关键
课程关键
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基础概念和系统组成,机电一体化系统设计基础理论和方法。关键介绍机电一体化系统中机械技术、计算机技术、伺服驱动技术、传感测试技术,并经过经典机电一体化产品实例分析,深入说明机电一体化系统设计思绪和方法。所以,在进行期末复习时,也要依据课程脉络,抓住关键,以取得良好学习效果。本文将列出课程各章关键,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关键点(二)中给说明。
第一章 概论
1.机电一体化技术定义
机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技术和机械技术相结合综合性高新技术,是机械技术和微电子技术有机结合。
2.机电一体化系统基础结构要素
机电一体化系统通常包含6个基础结构要素:机械本体、能源、测试传感部分、实施机构、驱动部分、控制及信息处理单元。
应掌握这些基础结构要素组成,在机电一体化系统中所起作用,和系统对基础结构要素要求。对于通常机电一体化系统应能够熟练分析系统中各个部分分别属于系统哪一基础结构要求。
3.机电一体化相关技术
机电一体化相关技术有:机械技术、计算机和信息处理技术、系统技术、自动控制技术、系统技术、自动控制技术、传感和检测技术。伺服驱动技术。
应了解各项相关技术在整体系统中作用。
第二章 系统设计方法及工程路线
机电一体化产品设计方法和工程路线包含以下14个基础步骤:
(1)确定产品(设计)目标,确定初步技术规范。
(2)搜集资料,市场分析,可行性分析,技术经济性分析。
(3)初步设计(总体方案设计)。
(4)初步设计方案评审、评价(不满意,修改)。
(5)确定数学模型(理论分析)。
(6)具体设计(样机设计)。
(7)具体设计方案评审、评价(不满意,修改)。
(8)试制样机。
(9)样机试验,测试。
(10)技术评价和审定(不满意,修改)。
(11)小批量生产。
(12)试销。
(13)正常生产,搜集用户意见。
(14)销售,搜集用户意见。
其中(1)至(4)为总体方案设计阶段:(5)至(8)为具体设计阶段;(9)至(11)为样机测试阶段;(11)至(14)为生产销售阶段。整个设计过程要经过3次设计,3次评审,以确保设计质量。其中具体设计是机电一体化产品设计和开发过程关键内容。它包含系统总体设计、业务分组、机械本体及工具设计、控制回路设计、程序(软件)设计、后备系统设计、完成设计说明书、使用说明书等产品文件等。
第三章 机电一体化机械系统
关键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影响,和折算惯量、驱动力等参数计算方法。关键在于怎样为系统选择合理传动方案、适宜传动元件,而不是具体传动元件结构设计。
1.对传动系统要求
伺服控制对机械系统要求:
传动精度、稳定性、快速响应性、可靠性。
机械系统关键性能取决于传动类型、传动方法、传动精度和可靠性。
2.机械传动系统关键特征
(1)转动惯量 转动惯量对系统动态特征影响;系统等效转动惯量计算方法。
(2)阻尼 阻尼对系统动态特征影响;机械系统阻尼比。
(3)刚度 刚度对系统动态特征影响。
3.减小传动链误差方法
(1)提升零件本身制造精度能够降低传动误差和回程误差。
(2)合理地设计传动链;(3)采取消除间隙机构能够降低回程误差。
螺纹传动间隙消除机构, 齿轮传动侧隙消除机构, 滚珠丝杠螺母间隙调整机构等。
4.机械传动装置
(1)齿轮传动及系统传动比分配。(2)滚珠丝杠及选择。
第四章 动力驱动及定位
1.驱动装置技术要求
(1)精度 传动系统中传动误差和回路要对控制系统性能产生影响,而各个步骤误差因其在系统中所处位置不一样,对系统输出精度影响是不一样,且同一步骤误差高频分量和低频分量对输出精度影响也不一样。
(2)稳定性 闭环控制能够提升系统精度和综合性能,但必需考虑稳定性问题。稳定性和系统阻尼情况、结构、固有频率、回路误差及部分环境原因相关。在设计驱动装置时,应考虑传动比分配、惯量分布、阻尼大小及系统刚度等原因影响。
(3)响应速度 响应速度关键取决于系统频率特征和系统加速度。提升固有频率,降低阻尼。提升驱动元件输出力全部有利于提升系统响应速度。
(4)可靠性
2.步进电机
(1)步进电机怎样实现速度控制
控制输入脉冲数量、频率和电机绕组相序,即可得到所需转动速度和方向。
(2)步进电机类型和通电方法
步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。三相步进电机通电方法关键有三相三拍、三相双三拍和三相六拍。
(3)步进电机关键特征
特征指标:步距角、最高开启频率、最高连续工作频率等;静态特征和动态特征
(4)步进电机电源
步进电机电源由变频信号源、脉冲分配器和功率放大器组成。
(5)步进电机应用
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