1、機(jī)電一體化技術(shù)1.1概述 機(jī)電一體化是隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為主的多門學(xué)科相互滲透相互結(jié)合的過程中逐漸形成和發(fā)展起來的。機(jī)電一體化是指從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù) 、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，以實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)最佳化的一門科學(xué)技術(shù)。1.1概述機(jī)電一體化發(fā)展歷史首先出現(xiàn)在1974年日本機(jī)械設(shè)計(jì)雜志副刊八十年代中期，“mechatronics”一詞開始在歐美各地使用，從此，這個日本人創(chuàng)造的英文單詞開始在世界范圍內(nèi)得到承認(rèn)和接受1996年版的“WEBSTER”大詞典收錄了該詞典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品數(shù)控銑床數(shù)控車床典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品焊

2、接機(jī)器人焊接機(jī)器人1.2功能和要素機(jī)電一體化系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其目的功能，一般需要具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、計(jì)測功能、控制功能和結(jié)構(gòu)功能。其中，主功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的功能直接必需的功能，它表明了系統(tǒng)的主要特征；動力功能是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)的功能；計(jì)測功能和控制功能的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；結(jié)構(gòu)功能則將系統(tǒng)各要素組合起來，進(jìn)行空間配置，形成一個統(tǒng)一的整體。如下圖。1.2功能和要素一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)與其五種內(nèi)部功能相對應(yīng),主要由以下要素構(gòu)成：動力源、機(jī)械本體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測與傳感裝置、控制與信息處理裝置。各部分之間通過接口相聯(lián)系。1.

3、2功能和要素1.機(jī)械本體：系統(tǒng)所有功能元素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身、框架、機(jī)械連接等，它實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)造功能。2.動力源：向系統(tǒng)提供能量，并將輸入的能量轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動力功能。3.檢測與傳感裝置： 檢測與傳感裝置是檢測部分的核心，包括各種傳感器及其信號檢測電路，用于對產(chǎn)品運(yùn)行時的內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境進(jìn)行檢測，提供進(jìn)行控制所需的各種信息，實(shí)現(xiàn)計(jì)測功能。4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括機(jī)械傳動與操作機(jī)構(gòu)，在控制信息作用下完成要求的動作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。5.控制與信息處理裝置：根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求以及傳感器的反饋信息，進(jìn)行處理、運(yùn)行和決策，對產(chǎn)品運(yùn)行施以相應(yīng)的控制實(shí)現(xiàn)控制功能。1.2功能和要素機(jī)電一體化

4、機(jī)械本體動力源檢測與傳感系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制與信息處理系統(tǒng)人體骨架內(nèi)臟五感肌肉大腦1.3機(jī)電一體化與傳統(tǒng)機(jī)械工程的區(qū)別機(jī)械工程由純機(jī)械發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，主要功能依然是代替和放大人的體力，體現(xiàn)為省力不省事。機(jī)電一體化不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有“高智能化”的特征，這是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。即既省力又省事。如全自動洗衣機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)控機(jī)床、焊接機(jī)器人、復(fù)印機(jī)等。1.4相關(guān)技術(shù)一. 機(jī)械技術(shù) 機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化產(chǎn)品的主功能和結(jié)構(gòu)功能，往往是以機(jī)械技術(shù)為主實(shí)現(xiàn)的。在機(jī)械與電子相互結(jié)合的實(shí)踐中，不斷對機(jī)械技術(shù)提出更高的

5、要求，使現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)相對于傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)發(fā)生了很大變化。新材料、新工藝、新原理、新機(jī)構(gòu)等不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法不斷發(fā)展和完善，以滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品對減輕重量、縮小體積、提高精度和剛度、改善性能等多方面的要求。 例如：對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用新型復(fù)合材料以使機(jī)械本體既減輕重量、縮小體積、減小慣性，又不降低機(jī)械的靜、動剛度；研究高精度導(dǎo)軌、精密滾珠絲杠、高性能主軸軸承和高精度齒輪等，以提高關(guān)鍵部件的精度和可靠性；開發(fā)新型復(fù)合材料以提高刀具、模具的質(zhì)量；通過零部件的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，提高其互換性和維護(hù)性等。1.4相關(guān)技術(shù)二. 計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù) 信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策等

6、，實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，計(jì)算機(jī)與信息處理裝置指揮整個產(chǎn)品的運(yùn)行。信息處理是否正確、及時，直接影響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率。因此，計(jì)算機(jī)應(yīng)用和信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的員活躍的因素。 信息處理可以通過微機(jī)、單片機(jī)、單板機(jī)、可編程控制器和光電子器件或其他IO等電子裝置來實(shí)現(xiàn)。信息處理部分相當(dāng)于人的大腦，指揮整個系統(tǒng)的運(yùn)行。 提高信息處理的速度，如采用超級微機(jī)或超大規(guī)模集成技術(shù)；提高系統(tǒng)的可靠性，如采用自診斷、自恢復(fù)和容錯技術(shù)；加強(qiáng)智能化，如采用人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

7、等，都是信息處理技術(shù)今后發(fā)展的方向。1.4相關(guān)技術(shù)三.傳感與檢測技術(shù) 機(jī)電一體化產(chǎn)品中，傳感器作為感受器官，將各種內(nèi)、外部信息通過相應(yīng)的信號檢測裝置反饋給控制與信息處理裝置。因此，傳感與檢測是實(shí)現(xiàn)自動控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機(jī)電一體化要求傳感器能快速、精確地獲取信息，并能經(jīng)受各種嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)。因此，大力開展檢測與傳感技術(shù)的研究對發(fā)展機(jī)電一體化具有十分重要的意義。 例如：數(shù)控機(jī)床在加工過程中，利用力傳感器或聲發(fā)射傳感器等，將刀具磨損情況檢測出來，與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)毒吣p到引起負(fù)荷轉(zhuǎn)矩增大并超過規(guī)定的最大允許值時，機(jī)械手自動地進(jìn)行更換，這是安全運(yùn)行與提高加工質(zhì)量的有力保障。 機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用的傳

8、感器種類很多，用量較大的有位置、速度、力、扭矩、溫度、流量、聲音、光度等傳感器。國際上正在發(fā)展集成傳感器，如集成溫度傳感器、集成光電傳感器、集成壓力傳感器等。另外，在傳感單元中集成信息處理元件的所謂智能傳感器也開始應(yīng)用和發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)有很多課題需要解決，在應(yīng)用上有著廣闊的前景。 1.4相關(guān)技術(shù)四.自動控制技術(shù) 自動控制技術(shù)的范圍很廣，包括自動控制理論、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試、可靠運(yùn)行等從理論到實(shí)踐的過程。由于被控對象種類繁多，所以控制技術(shù)的內(nèi)容十分豐富，包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、示教再現(xiàn)、檢索等控制技術(shù)。其主要技術(shù)關(guān)鍵在于現(xiàn)代控制理論在機(jī)電一體化技

9、術(shù)中的工程化與實(shí)用化、優(yōu)化控制模型的建立及邊界條件的確定等。由于微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動控制技術(shù)越來越多地與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)聯(lián)系在一起，成為機(jī)電一體化中十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。1.4相關(guān)技術(shù)五. 伺服傳動技術(shù) 伺服驅(qū)動技術(shù)的主要研究對象是伺服驅(qū)動單元及其驅(qū)動裝置。伺服驅(qū)動單元有電動、氣動、液壓等多種類型，機(jī)電一體化產(chǎn)品中多數(shù)各種電機(jī)，其驅(qū)動裝置即驅(qū)動電源電路，目前多數(shù)采用電力電子器件及集成化功能電路。伺服驅(qū)動單元一方面通過電氣接口向上與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，以接受計(jì)算機(jī)的控制指令，另一方面又通過機(jī)械接口向下與機(jī)械傳動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作。因此，伺服驅(qū)動技術(shù)是直接執(zhí)行操作的技術(shù)，對機(jī)電一體化產(chǎn)品的

10、動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度、控制質(zhì)量等具有決定性的影響。實(shí)際上，機(jī)電一體化系統(tǒng)與非機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的區(qū)別，核心是其是否具有計(jì)算機(jī)控制的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 伺服傳動技術(shù)的電氣傳動與伺服，20世紀(jì)80年代后有了新的發(fā)展。主要表現(xiàn)在：AC(交流)伺服技術(shù)日趨完善，并進(jìn)入實(shí)用階段；DC(直流)技術(shù)在機(jī)器人諸領(lǐng)域中得到成功的應(yīng)用；步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)有了新的進(jìn)展；超聲波電動機(jī)和直線電動機(jī)等一系列新型伺服電動機(jī)因其特有的高性能而為人們所關(guān)注和研究。此外，氣動伺服技術(shù)、電液比例技術(shù)以及新型液壓驅(qū)動技術(shù)等都在當(dāng)今機(jī)械工業(yè)自動化技術(shù)中發(fā)揮著特殊作用。1.4相關(guān)技術(shù)六. 系統(tǒng)總體技術(shù) 機(jī)電一體化技術(shù)不是幾種技術(shù)的簡單疊加，而是通

11、過系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使它們形成一個有機(jī)整體。為了解決多種技術(shù)的融合問題，有許多新課題需要進(jìn)行探討和研究。 系統(tǒng)總體技術(shù)就是按照系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法，以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將系統(tǒng)總體分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干功能單元，并以功能單元為子系統(tǒng)繼續(xù)分解，直至找到可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，然后再把功能和技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評價和優(yōu)選。 系統(tǒng)總體技術(shù)包含的內(nèi)容很多，如接口插件、接口轉(zhuǎn)換、軟件開發(fā)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)、控制系統(tǒng)的成套性和成套設(shè)備自動技術(shù)等。接口技術(shù)是其重要內(nèi)容之一，機(jī)電一體化產(chǎn)品的各功能單元通過接口聯(lián)接成一個有機(jī)的整體。 系統(tǒng)總體技術(shù)是最能體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)特點(diǎn)的技

12、術(shù)，其原理和方法還在不斷發(fā)展和完善。 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)指標(biāo)大體上包括系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)、使用條件、經(jīng)濟(jì)效益。2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向及支承機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械零部件，就其作用及設(shè)計(jì)原理來說，與傳統(tǒng)機(jī)械基本相同。但是，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，很多機(jī)械零部件已不僅僅是起支承、傳遞運(yùn)動和動力的作用，而成為伺服系統(tǒng)的組成部分，直接影響系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。因此，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)與一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比，除要求具有合理的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛度和精度之外，還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，就是說響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。為此，對機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)常

13、提出低摩擦、無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)為達(dá)到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：(1) 采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)軌、動(靜)壓導(dǎo)軌等。(2) 縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，以減少結(jié)構(gòu)的彈性變形，提高剛度和諧振頻率，提高抗振性。如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動與支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速比的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副聯(lián)接以減少中間傳動機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。(3) 選用最佳傳動比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可

14、能提高加速能力。(4) 縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動向隙、減少支承變形的措施。(5) 改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動、降低噪聲。如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。3.1傳感器及其檢測系統(tǒng)機(jī)電一體化產(chǎn)品中的傳感器及其檢測系統(tǒng)必須滿足以下基本要求：精度、靈敏度和分辨率高，能滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)對檢測精度和速度的要求；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好，工作可靠；靜、動態(tài)特性好，測量范圍較大；抗干擾能力強(qiáng)。除此之外，為了適應(yīng)機(jī)電一體化產(chǎn)品的特點(diǎn)并滿足機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的需要，還對傳感器及其檢測系統(tǒng)提出了一些特殊要求，如體

15、積小、質(zhì)量輕、價格便宜、安裝與維修方便、對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等。3.1傳感器及其檢測系統(tǒng)傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。按輸出信號的性質(zhì)，可分為二值型、模擬型和數(shù)字型。3.1傳感器及其檢測系統(tǒng)二值型傳感器只輸出“l(fā)”和“0”或開(ON)和關(guān)(OFF)兩個值。如果傳感器的輸入物理量達(dá)到某個值以上時其輸出為“l(fā)”(ON狀態(tài))，在該值以下時輸出為“0”(OFF狀態(tài))，其臨界值就是開、關(guān)的設(shè)定位。這種“l(fā)”和“0”數(shù)字信號可直接送入微型機(jī)進(jìn)行處理。如：鍵盤、按鈕。模擬型傳感器的輸出是與輸入物理量變化相對應(yīng)的連續(xù)變化的電量。傳感器的輸入輸出關(guān)系可

16、能是線性的，也可能是非線性的。線性輸出信號可直接采用，而非線性輸出信號則需進(jìn)行線性化處理。這些線性信號一般需進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(AD)，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再送給微型機(jī)處理。 如：測速發(fā)電機(jī)檢測速度可獲得連續(xù)變化的電壓信號，應(yīng)變片檢測應(yīng)力可獲得連續(xù)變化的電阻信號。數(shù)字型傳感器有計(jì)數(shù)型和代碼型兩大類。計(jì)數(shù)型又稱脈沖計(jì)數(shù)型，它可以是任何一種脈沖發(fā)生器，所發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比，加上計(jì)數(shù)器就可以對輸入量進(jìn)行計(jì)數(shù)。如用來檢測通過輸送帶上的產(chǎn)品個數(shù)。代碼型傳感器即絕對值式編碼器，通常被用來檢測執(zhí)行元件的位置或速度。如：絕對值型光電編碼器、接觸型編碼器等。3.2模擬信號檢測系統(tǒng) 模擬式傳感器是目前應(yīng)用最

17、多的傳感器，其輸出是與被測物理量相對應(yīng)的連續(xù)變化的電信號。典型的模擬信號檢測系統(tǒng)如圖所示。3.2模擬信號檢測系統(tǒng)振蕩器用于對傳感器信號進(jìn)行調(diào)制，并為解調(diào)提供參考信號；基本轉(zhuǎn)換電路 被測物理量經(jīng)傳感器變換后，往往成為電阻、電容、電感等電參數(shù)的變化，或電荷、電壓、電流等電量的變化。當(dāng)傳感器的輸出信號是電參數(shù)形式時，需采用基本轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成電量形式，然后再送入后續(xù)檢測電路。量程切換電路的作用是避免放大飽和并滿足不同測量范圍的需要；信號放大電路信號放大電路，亦稱放大器，用于將傳感器或經(jīng)基本轉(zhuǎn)換電路輸出的微弱信號不失真地加以放大，以便于進(jìn)一步加工與處理。常用的放大器有高輸入阻抗放大器、高共模抑制比放

18、大器等。3.2模擬信號檢測系統(tǒng)解調(diào)器用于將已調(diào)制信號恢復(fù)成原有形式；濾波器可將無用的干擾信號濾除，并取出代表被測物理量的有效信號；運(yùn)算電路可對信號進(jìn)行各種處理，以正確獲得所需的物理量，其功能也可在對信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后由數(shù)字計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)；計(jì)算機(jī)對信號進(jìn)行進(jìn)一步處理后，可獲得相應(yīng)的信號去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或?qū)⒂嘘P(guān)信息送去顯示或打印輸出。在具體機(jī)電一體化產(chǎn)品的檢測系統(tǒng)中，也可能沒有上圖中的某些部分或增加一些其它部分。4.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用的計(jì)算機(jī)跟通用微型機(jī)有一定區(qū)別，主要表現(xiàn)在：（1）從信息輸入/輸出觀點(diǎn)看，它的輸入信號和輸出信號的處理要比通用微型機(jī)復(fù)雜得多，因?yàn)檩斎霗C(jī)電一體化系統(tǒng)中計(jì)算

19、機(jī)的大量數(shù)據(jù)來自各種類型的傳感器、開關(guān)和按鈕等，輸出信號還要送到分布在各處的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上去。（2）從數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的運(yùn)行來看，一般機(jī)電一體化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的運(yùn)算數(shù)據(jù)要簡單得多，通常只有邏輯運(yùn)算和簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算；而通用微型機(jī)常用于復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算和管理，其數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理要復(fù)雜得多。4.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)從運(yùn)行環(huán)境來看，通用微型機(jī)一般在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用，而機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)一般要運(yùn)行在生產(chǎn)現(xiàn)場，其運(yùn)行環(huán)境要惡劣得多。因此，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)必須具備下列特征：(1)具有很強(qiáng)的控制功能； (2)具有豐富的I/O接口；(3)運(yùn)行速度快，能適應(yīng)實(shí)時控制的需要；(4)抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。5.1

20、伺服控制系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進(jìn)行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)由以下幾個結(jié)構(gòu)組成：比較環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行環(huán)節(jié)、被控對象、檢測環(huán)節(jié)。它可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)及半閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是沒有檢測環(huán)節(jié)的伺服系統(tǒng)。對于電氣式伺服系統(tǒng)來說，它所采用的執(zhí)行元件一般是步進(jìn)電機(jī)或電液脈沖馬達(dá)。由于沒有檢測元件，機(jī)械部件運(yùn)動過程中的機(jī)械參數(shù)(位置、速度等)不能反饋到控制系統(tǒng)中，誤差不能修正，其伺服精度主要取決于執(zhí)行元件和傳動部件的精度，因此，開環(huán)式伺服系統(tǒng)的精度較低，一般可達(dá)(0.010.03)mm，且速度也受到限制，但它結(jié)構(gòu)簡單、成

21、本低、調(diào)整和維修方便、工作可靠，在精度和速度至求不向的場合被廣泛采用，如在簡易數(shù)控機(jī)床、線切割機(jī)、繪圖儀、電子表等設(shè)備中。 5.1伺服控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相對應(yīng)的是閉環(huán)控制系統(tǒng)。它裝有各種各樣的檢測元件，并使用不同的反饋方式。檢測元件將被控量(位置、速度等)檢測出來，形成與輸入指令能比較的信號，被控量與輸入的指令隨時地進(jìn)行比較，形成誤差值，并用此誤差來控制伺服機(jī)構(gòu)向著消除誤差的方向運(yùn)轉(zhuǎn)，最終達(dá)到輸出等于輸入。閉環(huán)控制系統(tǒng)是基于反饋控制原理工作的，是一種具有反饋的控制系統(tǒng)。5.1伺服控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)，是從電機(jī)軸上進(jìn)行檢測(或者從傳動鏈中間軸上進(jìn)行檢測)，因此它能有效地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)

22、的角位移，然后通過滾珠絲杠之類的傳動機(jī)構(gòu)，把它轉(zhuǎn)換成工作臺或其它移動部件的直線位移。如果絲杠的精度高、間隙小，伺服精度是可以保證的，如果僅有較小的誤差，而且有一定的規(guī)律且穩(wěn)定，也可以通過誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟ_(dá)到一定的精度。半閉環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)路短、剛度好、間隙小，即機(jī)械系統(tǒng)的非線性因素對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小，因此穩(wěn)定性好，從而位置增益可整定較高，使其快速性好，動態(tài)精度高。6.1步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)，是通過脈沖數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機(jī)。主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運(yùn)行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控

23、機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)分為機(jī)電式、磁電式及直線式三種基本類型。6.1步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器及脈沖放大器組成。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路實(shí)際上是一個功率開關(guān)電路，為步進(jìn)電動機(jī)提供的足夠功率的控制信號。步進(jìn)動機(jī)常用的驅(qū)動電路有單電源驅(qū)動電路、雙電源驅(qū)動電路、斬波限流驅(qū)動電路三種。7.1機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢機(jī)電一體化向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、系統(tǒng)化發(fā)展。一、智能化 智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。人工智能日益得到機(jī)電一體化研究建設(shè)都的重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、混沌動力學(xué)等新思想