光机电一体化控制技术

四、主观题(共5道小题)

16.机电一体化系统的关键技术有那些?

机电一体化系统的关键技术有那些

答：关键技术主要包括：系统总体技术、机械技术、传感器检测技术、计算机与信息技术自动控制技术及伺服传动技术。

系统总体技术：基于系统总线技术使机电一体化系统高度集成化、信息化、可靠性及实时性得到保证。机电一体化系统的多功能、高精度、高效能要求和多技术领域交叉特点，使系统本身和开发设计变得复杂，系统总体性能不仅与各构成要素功能、精度、性能相关，还与各构成要素之间的相互协调和融合相关。系统总体技术即以整体为概念，组织应用各相关技术、从全局和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，通过协调和组织各个组成单元的技术方案，并找出最优总体技术方案。

机械技术：是机电一体化基础，实现结构、材料、性能的要求。主要包括：机械设计，机构学，材料，工艺等技术。机械技术是机电一体化的基础，通过现代设计理论和方法，运用计算机设计、有限元分析和制造等技术，实现现代机械系统设计和制造。

传感器和检测技术：传感器装置是系统的感受器，是系统实现控制，检测，调节的关键部件，主要包括：传感器技术，物理，信息检测与处理，数字信号处理技术等。传感检测装置是系统的受感器，是机电一体化系统达到更高水平的保证。

计算机与信息技术：通过采集，处理，分析机电一体化各种参数和状态，实现对机电一体化系统的检测，控制和智能决策。主要包括：计算机技术，人工智能技术，软件技术，微电子技术，硬件技术，电子技术、网络与通信技术等。在机电一体化系统中，与各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、交换识别、存取运算、判断及决策均属于该技术领域。机电一体化系统的计算机与信息处理装置是系统的核心。它是控制和指挥整个系统运行，了解各个部件和环境状态的核心。

自动控制技术：控制技术是在无人直接参与的情况下，通过控制器实现被控对象或过程自动按规律运行。主要技术包括：系统建模，控制系统设计理论和方法，系统仿真。自动控制作为机一体化系统中重要支撑技术，是其核心组成部分。控制技术是机电一体化系统在无人直接参与的环境下，通过控制器完成预定控制目标的技术保证。

伺服传动技术：主要是指机电一体化系统在执行元件的驱动装置设计技术，伺服装置包括电动，气动及液压等，是实现电信号到机械动作的转换装置。对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。作为机电一体化系统的主要执行部件，担负着机电一体化系统的最终功能实现，是实现电信号到机械动作的转换和控制装置和部件。伺服驱动系统包括：电气、气动、液压各种类型的传动装置。

17.为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?

为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?

答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。

18.在机电一体化系统建模过程中，电路系统主要有三个基本元件：、和。

在机电一体化系统建模过程中，电路系统主要有三个基本元件：电阻、

电容和电感。

19.传感器从结构上一般由、、三部分组成。

参考答案：传感器从结构上一般由敏感元件、转换元件、接口电路三部分组成。

20.放大器主要技术指标包括：、、及

参考答案：放大器主要技术指标包括：放大倍数、输入阻抗、输出阻抗及通频带

三、主观题(共14道小题)

7.在未来机电一体化系统发展呈现，、、，、趋势

参考答案：在未来机电一体化系统发展呈现模块化、智能化、网络化、微型化、绿色化、人格化趋势

8.机电一体化系统的未来发展趋势？

机电一体化系统的未来发展趋势？

●? 模块化：设备和零部件的通用化和标准化，功能模块化。

●? 智能化：控制论、信息论和系统论的技术应用和发展，使得智能科学不断地渗透于机电一体化系统或产品中，智能化使得机

电一体化产品具有更加灵活的，科学的能力来完成更加复杂的，不确定的工作。智能化机电一体化系统具有一下几个特征：

1. 复杂性：具有多功能，高适应性、高可靠性、是多技术集成与优化的产物。智能化机电一体化系统通常由机、

光、电装置构成，计算机与信息处理，控制论在系统中占据中心位置。

2. 交叉性：广泛应用以控制论、信息论及系统论为中心的各种现代理论，在经典控制理论的基础上，吸收人工智

能，运筹学，计算机科学，模糊数学等，以求得更高的控制和决策目标。

3. 拟人性：模拟人的思维，具有基本的学习和判断能力，从而具有一定的推理，决策功能。

●? 网络化：机电一体化系统作为网络终端，和各种系统组成一定的集成网络系统，从而具有更加广泛的应用和控制能力。

●? 微型化：随着微机械电子系统（MEMS）的技术成熟和应用，越来越多的机电一体化系统的检测、执行功能由这些ME

MS来实施，从而形成微机电一体化系统和产品，具有体积小，能耗低，运动灵活等特点。

●? 绿色化：机电一体化的绿色化主要指制造，使用时不污染生态环境，能回收利用。绿色机电一体化产品的设计和应用具

有远大的前途。

●? 人格化：注重产品与人的关系，机电一体化系统或产品具有良好的与人交互的能力。

9.光机电一体化系统所涉及的信号有两类和。

光机电一体化系统所涉及的信号有两类模拟信号和数字信号。

10.论述模拟信息数字化的基本原理。

论述模拟信息数字化的基本原理。

机电一体化系统所涉及的信号有两类，连续信号（模拟信息）和离散时间信息。由于计算机或微处理器的信息和控制都是基于数字信号（0.1）信息，而往往系统输入或输出确实模拟量，所以，就出现了将连续时间信号变为离散时间信息，离散时间信息变为数字信号或数字信息又变为连续时间信号等信号转换问题。

模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将在时间上连续的信号处理为时间上离散的信息，这一过程称为采样。采样要遵循采样定理。

模拟信号经采样后，虽然在时间上是离散的，但采用脉冲序列幅度仍然取决于输入模拟信号，采用信息仍属于模拟信号，必须进

行量化，使其在幅值上离散化。这个过程称为量化。量化后的信息，即变为了时间离散、幅值离散的数字信号。

11.机电一体化系统的数学模型一般按特征分类，常见的有和，和，

和，和。

机电一体化系统的的数学模型一般按特征分类，常见的有静态模型和动态模型，

确定性模型和不确定性模型，线性模型和非线性模型和连续模型和离散模型。

12.在机电一体化系统建模过程中，机械系统主要有三个基本元件：、和。

在机电一体化系统建模过程中，机械系统主要有三个基本元件：质量、

弹簧和阻尼

13.简述系统仿真的目的和意义

参考答案：答：机电一体化系统分析和设计中，常用系统实验或仿真方法来确定系统特性，以寻求改进系统性能的途径。在很多情况下，研究系统的目的是要预测系统的若干特性，往往在建立系统之前或在讨论方案阶段就能预测系统建成后将出现的情形。若用系统自身做实验难于达到目的。因此，人们常借助于系统模型而不是系统本身进行仿真。仿真的目的在于：新系统的建立和调试，实现对系统最佳的设计和最佳控制问题以及模拟实验和训练。由于机电一体化系统越来越复杂，成本高，加上要考虑安全性要求，数字仿真技术在机电一体化系统中的系统分析、设计和调试尤为重要。

14.

已知一系统结构如下图所示，求系统传递函数

分析：整个方框图等价于：首先，Ｇ２和Ｇ３串联，再与G4并联，再加入H反馈环节，再与G1串联，最后再引入一个单位负反馈。其总方框传递函数如下：

说明，控制系统方框图的简化

15.机电一体化系统的执行机构的多采用电动机作为驱动器件，在机电一体化反馈控制系统中，常用的电动机有

和两种。

机电一体化系统的执行机构的多采用电动机作为驱动器件，在机电一体化反馈控制系统中，常用的电动机有直流伺服电动机和

交流伺服电动机两种。

16.简述直流电动机的机械特性？

简述直流电动机的机械特性？

答：直流电动机的机械特性是指外加电压Uc励磁电流If和电枢回路电阻Ra保持不变时，直流电动机的电磁转矩T与转速n 之间的关系。即： n=f(T).机械特性是直流电动机的一个重要特性。

17.控制系统从组成通路上分，可以分为和控制。

控制系统从组成通路上分，可以分为开环和闭环控制。

18.在机电一体化控制系统设计中，我们常用到PID控制器，试说明PID控制器中P, I ,D的主要作用和特点。

P：比例控制器的作用是指控制器的输出与输入偏差（也即误差）信号成比例。比例控制器能迅速反映误差，从而使系统减少误差，但不能消除稳态误差。比例系数的加大，会引起系统的不稳定。即比例控制作用虽然及时，快速，但存在静态误差，被控对象不能完全回复到给定值，故控制精度不高.

I：调节器输出信号的变化速度与偏差信号成正比。则可以消除静态误差。因为积分作用是随时间的积累而逐渐增强，因此在时间上其输出信号总是落后于输入偏差信号变化（称相位滞后），所有积分调节器的调节作用缓慢。即积分控制作用可以消除稳态误差，但它有滞后作用，会使系统超调量增加，甚至引起系统振荡。

D：调节器输出信号与偏差变化速度成正比，微分控制主要作用是克服被控参数的滞后。为减小滞后，可根据被控对象的变化趋势来进行控制。

19.说明智能系统与传统系统能的主要区别？

智能系统与传统的系统的主要区别在于：

1、学习能力。智能系统所具备的学校功能使系统具有对一个过程或未知环境所提供的信息进行识别、记忆、学习并利用积累的经验进一步改善系统的能力。具有与人类学习功能相似的能力；

2、适应能力。除包括对输入输出自适应估计外，还包括故障情况下自修复等功能，具有处理不确定环境的能力。

3、组织能力。对应复杂任务和分散的传感信息具有自组织和协调的功能，是系统具有主动性和灵活性。具有在任务要求范围内进行自行决策。主动采取行动，当出现多目标冲突时，在一定限制下，各控制器可以在一定的范围内自行解决。

20.屏蔽技术通常分为：、、和。

参考答案：屏蔽技术通常分为：电磁屏蔽技术、电场屏蔽技术、磁场屏蔽技术和电磁场屏蔽技术。

9.举例说明光机电一体化系统和机电一体化技术含义

机电一体化技术的定义：是指机械技术、电子技术、传感器和测试技术、接口技术、信息及控制技术、计算机技术、自动控制技术等相结合的一种综合技术；

机电一体化系统定义及理解：是指具有机电一体化技术的新型机电系统。是机械、电子、信息技术的有机结合和应用。

机电一体化系统体现整体性，它不是简单机械系统、微电子系统、控制系统等系统的简单组合或拼凑。而是由相互区别和相互作用的机械与光、电子部分有机结合在一起，为同一目的而完成特定功能的集合体。

机电一体化的特点:集成性最优设计智能化基于模型和控制设计上基于并行的科学设计，系统更具有协同性

10.通常情况下，将系统模型可以分为两大类：和。

参考答案：通常情况下，将系统模型可以分为两大类：实验模型和数学模型。

11.研究系统的动态品质与特征时，通常有两种数学模型描述方法：和。

研究系统的动态品质与特征时，通常有两种数学模型描述方法：末端描述法和内部描述法。

12.简述基尔霍夫电流、电压定理

基尔霍夫电流定理：在一个闭环环路内，流入一个节点的电路的代数和等于流出此节点的电流代数和

基尔霍夫电压定理：在一个闭环环路内，一个封闭路径的所有电压的代数和为零。

13.机电一体化反馈控制系统的主要组成部分是什么？

反馈控制是将被控参数作为反馈信号引入系统输入端，来控制系统。其结构如下图：

反馈控制系统的主要组成部分：控制器、执行机构、被控对象、检测装置及比较器。

1：检测装置，进行信号检测和信息采集，如温度，压力，位置，速度等

2：执行机构，实现所要求的运动和动作，如电动机，液压缸和液压马达，气动装置等

3：控制器, 根据控制系统的控制目标和系统模型，接收传感器所采集的输入信息，通过控制律计算，最后得出控制输出，并将其用于对执行机构的驱动

4：常见传感器，光电开关，声敏传感器，压电传感器，温度和湿度传感器，扭矩传感器，力传感器，应变传感器等

14.下图RLC

串联电路。写出输出电压与输入电压

之间传递函数

根据基尔霍夫电压定理，可以得出如下表达式

（1）

式（1）为二阶微分方程。

对式（1）进行拉氏变换，得到RLC串联电路的传递函数为

（2）

15.传感器分辨率是？

传感器分辨率分辨率定义为传感器能检测到的测量值的最小增量，也称为测量的适应度。

16.测量准确度是？

测量准确度准确度表示测量值与实际值之间的偏差，它受限于仪器本身。如果未受实验误差的影响，就称实验为准确的，在实际应用中，准确度用真值的百分比表示，即：

真值的百分比=（测量值-真值）/真值（100）

17.一他励直流电动机，额定电压U N=440 V ，额定功率KW,额定电流

，额定转速r/min，电

枢回路总电阻，额定励磁电流，忽略电枢反应影响。试求：额定输出转矩和在额定电流时的电磁

转矩。

参考答案：

18.在机电一体化系统数字PID控制器设计中，需要确定的控制器主要参数

是、、和。

在机电一体化系统数字PID控制器设计中，需要确定的控制器主要参数是比例系数、

积分系数、微分系数和采样周期T 。

19.简述A／D、D／A接口的功能, 并说明保持器应用的目的。

答：A／D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数字量。具体来说，包括如下阶段：

1：对物理信号（通常为电压信号进行采样，并将其转换成一个10至16位的二进制数；

2：实现从模拟y(t)到采样值y(kt)的转换每隔T秒时间间隔重复一次，T为采样周期；

3：y(kt)为采样后的信号，为离散信号；

D／A接口是将二进制数字量转换成电压信号。包括如下阶段：

1：将离散信号u(kt)转换成为连续信号u(t)并保持下来；

2：将二进制数转换成为模拟电压值；

3：零阶保持(ZOH)将电压值保持一个采样周期；

保持器的作用是保证在采用过程中，使被采用的信号能在电压上保持一个采样周期。从而保证后面的A/D转换能获得准备的数字。

20.在实际设计数字控制器时，采用周期的确定要考虑那些因素？

需要考虑如下因素：

（1）符合采样定理

（2）考虑系统稳定性影响；采样周期对系统的稳定性有直接影响，应在满足系统稳定性的条件下选择最大采用周期。

（3）给定值与扰动信息频率的影响；（4）计算机计算精度（5）控制回路的影响（6）执行机构的特征

（7）闭环系统的频带范围，要求采样周期的频率范围要大于（25-100）系统的频带宽度。

11.光机电一体化系统的主要组成要素

一个完善的机电一体化系统，一般由如下机构组成部分：机械系统部分动力与驱动部分执行机构部分传感器测试部分

控制和信息处理部分

机电一体化五大基本要素:结构组成要素动力组成要素运动组成要素感知组成要素智能要素

基本要素内部及各要素之间，通过接口耦合、运动传递、物质流动、信息控制、能量转换有机结合，集成一个完整的系统。各要素（环节）之间必须遵循接口耦合、物质流动、信息控制、能力转换的四大原则，完成如下内容：

变换：信息及信号变换，放大：控制信息实现控制及能力匹配耦合：信息必须符合规定模式传递

能力转换：包括执行器。驱动器各要素之间的不同能力转换.

信息及控制：完成数据采集，分析，判断，决策及控制，知识驱动等

运动传递：各要素之间不同运动的变化和传输以及运动控制目的

12.论述机电一体化系统信息传输过程。

上图为机电一体化系统信号传递过程，系统中既有受控物理参量连续变化的模拟信号，又有计算机等数字装置所能处理的离散数字信号。

在系统中，数字控制器产生控制策略，也就是负责接收给定指令，采集传感器的反馈信号，按一定的控制规律计算出数字形式的控制信号，如其输入是经过A/D转换的时间误差e(t)的二进制数字信号e(kT) ,其输出是二进制控制策略信号m(kT).经过伺服放大后驱动执行机构并跟踪给定指令运动。

13.简述为什么在机电一体化系统设计，需要进行机电一体化系统建模和仿真分析。并说明模型建立的两种基本方式和他们的主要特点。

答，机电一体化系统中，机械系统，电子系统已经其他系统之间的连接往往是通过传感器或换能器，将被测物理量（位移，速度，

加速度，声波，液压）等信号转换为电压或电流，系统在给定条件下，完成一定的功能。因此，从结构上，系统复杂。与所有系统一样，无论在系统设计还是分析，都需要进行实验研究，以确保功能得以实现，各系统之间工作协调，信息交流通畅，执行可靠。因此，在实验前，需要进行系统的描述，即建立系统模型，以便于从分析该模型得出整个系统的性能，功能指标。利用模型进行实验，获取所需要的信息，这一过程称为模拟和仿真。即通过模拟来达到对真实系统的了解和分析。从而减少费用，降低风险，并提高整体性能。

建模的方式通常被分为两大类，物理模型和数学模型，物理模型是以系统间的相似原理为基础建立的。包括系统按比例缩小的实体模型。

数学模型是用数学符号描述系统的数学表达式，系统属性由变量表示。可以通过计算机方式进行仿真。

14.线性度是？

线性度是用来衡量输出是输入的线性函数的程度，因完全的线性特性并不能获得，与理想值的偏差定义为线性度容差。线性度是指在校准周期内，输出曲线与最佳拟合直线之间的最大偏差的百分比。非线性度通常是由非线性元件、如机械滞后、粘性流动若蠕变以及电子放大器等引起。

15.传感器灵敏度是？

传感器灵敏度灵敏度是仪表对被测量参数变化的响应能力。也可用输出变化量与输入变化量的比值来表示。

：输入变化量

：输出变化量；

16.传感器的接口电路主要功能包括：对传感器的输出信号进行、、、、

及等处理。

参考答案：传感器的接口电路主要功能包括：对传感器的输出信号进行隔离、阻抗变换、信号变化、放大。线性化及模拟或数字计算等处理。

17.一台他励直流电动机，额定电压U N=220 V , 额定转速n N=1500r/min ,

电动机铁损W

，机械摩擦损耗W

，电枢回路总电阻，V ，求电磁转矩、输入功率和效率。

参考答案：

18.模糊控制系统从原理上讲，主要由：和和三部分组成。

模糊控制系统从原理上讲，主要由：模糊化接口和模糊推理机和反模糊化三部分组成。

19.控制系统性能指标主要包括：、和和四项。

参考答案：机电控制系统性能指标主要包括：上升时间、超调量和稳定时间和稳定误差四项。

20.从理论上讲，因数字控制器涉及到对信号（控制信号、反馈信号）的采样而会导致信息丢失，但为什么在实际应用系统中，数字控制方法的应用越来越广泛，同时说明奈奎斯特-香农采样定理对数字控制采样做了什么样的描述。

答：数字系统的使用，主要基于如下的原因：

1：数字控制器易于对控制律进行修改和调节和升级；2：计算机的应用使数字控制器成为可能，并可实现控制器的运算和其他能力的提升；3：数字控制器抗干扰强；4：可更方便的实现通信、系统集成和数据传输。

奈奎斯特-香农采样定理主要说明了在数字采样过程中，采样频率必须大于信号里所包含的最大频率的两倍以上，从而保证所采集的信号不至于完全失真。

水肥一体化技术

水肥一体化技术 水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力灌溉系统，将可溶性固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液与灌溉水一起，均匀、准确地输送到作物根部土壤。采用灌溉施肥技术，可按照作物生长需求，进行全生育期需求设计，把水分和养分定量、定时，按比例直接提供给作物。压力灌溉有喷灌和微灌等形式，目前常用形式是微灌与施肥的结合，且以滴灌、微喷与施肥的结合居多。微灌施肥系统由水源、首部枢纽、输配水管道、灌水器四部分组成。水源有：河流、水库、机井、池塘等；首部枢纽包括电机、水泵、过滤器、施肥器、控制和量测设备、保护装置；输配水管道包括主、干、支、毛管道及管道控制阀门；灌水器包括滴头或喷头、滴灌带。 一、适宜范围 该项技术适宜于有井、水库、蓄水池等固定水源，且水质好、符合微灌要求，并已建设或有条件建设微灌设施的区域推广应用。主要适用于设施农业栽培、果园栽培和棉花等大田经济作物栽培，以及经济效益较好的其他作物。 二、技术要点 1.微灌施肥系统的选择 根据水源、地形、种植面积、作物种类，选择不同的微灌施肥系统。保护地栽培、露地瓜菜种植、大田经济作物栽培一般选择滴灌施肥系统，施肥装置保护地一般选择文丘里施肥器、压差式施肥罐或注肥泵。果园一般选择微喷施肥系统，施肥装置一般选择注肥泵，有条件的地方可以选择自动灌溉施肥系统。 2.制定微灌施肥方案 (1)微灌制度的确定 根据种植作物的需水量和作物生育期的降水量确定灌水定额。露地微灌施肥的灌溉定额应比大水漫灌减少50%，保护地滴灌施肥的灌水定额应比大棚畦灌减少30%-40%。灌溉定额确定后，依据作物的需水规律、降水情况及土壤墒情确定灌水时期、次数和每次的灌水量。以褐土区重壤土设施栽培番茄为例，微灌制度见表1。 表1 设施栽培番茄微灌灌溉制度 (2)施肥制度的确定 微灌施肥技术和传统施肥技术存在显著的差别。合理的微灌施肥制度，应首先根据种植作物的需肥规律、地块的肥力水平及目标产量确定总施肥量、氮磷钾比例及底、追肥的比例。作底肥的肥料在整地前施入，追肥则按照不同作物生长期的需肥特性，确定其次数和数量。实施微灌施肥技术可使肥料利用率提高40%-50%，故微灌施肥的用肥量为常规施肥的50%-60%。仍以设施栽培番茄为例，目标产量为10000公斤/亩，每生产1000公斤番茄吸收 N：3.18公斤、P 2O 5 ：0.74公斤、K 2 O：4.83公斤，养分总需求量是N：31.8公斤、P 2 O 5 ：7.4 公斤、K 2 O：48.3公斤；设施栽培条件下当季氮肥利用率57%-65%，磷肥为35%-42%，钾肥为 70%-80%；实现上述产量应亩施N：53.12公斤、P 2O 5 ：18.5公斤，K 2 O：60.38公斤，合计132

机电一体化技术—考试题库及答案

------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分.

收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A.

光机电一体化的发展和应用

- 1 - 光机电一体化的发展和应用引言 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科 的交叉与渗透,引起了工程领 域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及 其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能 与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 摘要 工程机械自90年代以来发展速度加快 应用也愈来愈广。我国由于经济 形势走上快车道 工程机械的应用非常广泛 工程机械的研究得到了高度重视。 本文从工程机械发展的几个趋势和各种工程机械的分析来阐述我国工程机械发 展的现状和方向迄今为止 世界各国都在大力推广机电一体化技术。在人们生活 的各个领域已得到广泛的应用 并以蓬勃的生机向前发展 不仅深刻地影响着全 球的科技、经济、社会和军事的发展 而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。 关键词 历史、应用 自90年代以来 国外工程机械进入了一个新的发展时期 目前国外工程 机械发展总的趋势是 发展快 水平高。1、在广泛应用新技术的同时 不断涌 现出新结构和新产品。2、继续完成提高整机可靠性。3、技术发展的重点在于增

加产品的电子信息技术含量 在集成电路、微处理器、微型计算机及电子监控技术等方面都有广泛的应用。4、努力完善产品的标准化、系列化和通用化 改善 驾驶人员的工作条件 向节能、环保方向发展 可靠性、安全性、舒适性、环保性得到了高度重视。5、向大型化和微型化方向发展。如国外工程机械产品在集 成电路、微处理器、微型计算机及电子监控技术等方面都有广泛的应用 一些节能新技术得到了推广 可靠性、安全性、舒适性、环保性能得到了高度重视 并向大型化和微型化方向发展。借鉴国外工程机械产品的发展趋势 我国工程机械产品的发展走势应是 大力发展机电一体化产品 实现装载机工作状态的自动监测和控制 实现平地机的激光导平自动控制 实现在有毒、有危险环境下工程机械作业的遥控;大力提高产品的质量、可靠性和技术水平;大力发展品种;大力加 强新技术的应用 改善驾驶员的工作条件。 一、光机电一体化技术在自己专业中的应用https://www.wendangku.net/doc/e83114377.html,> - 2 - 随着科学技术的快速发展 光机电一体化技术应运而生 首先 光机电一体化是机械技术 光电技术 电子技术及其计算机技术等群体技术的综合运用。而机械技术是光机电一体化的基本技术 随着高技术的应用在各个领域越来越受到

2017年XX市技能大赛--光机电一体化试题

××智能生产设备组装与调试 工 作 任 务 书 中国.四川.XX 2017.10

一、工作任务与要求 一、按《工件处理设备组装图》（图号01）组装工件处理设备，并满足图纸提出的技术要求。 二、按《工件处理设备电气原理图》（图号为02）连接电路，你连接的电路应符合工艺规范要求。 三、按《工件处理设备气动系统图》（图号03）连接工件处理设备的气路，使其符合工艺规范要求。 四、请你正确理解工件处理设备的检测和分拣要求、意外情况的处理等，制作触摸屏的各界面，编写工件处理设备的PLC控制程序和设置变频器的参数。 注意：在使用计算机编写程序时，请你随时保存已编好的程序，保存的文件名为工位号+A（如3号工位文件名为“3A”）。 五、请你安装、调整传感器的位置和灵敏度，调整机械部件的位置，完成工件处理设备的整体调试，使工件处理设备能按照要求进行生产。 二、工件处理设备说明 1. 工件处理设备为先对金属件和白塑料件两种工件（黑色塑料件为生产过程中出现的不合格工件）进行加工，然后进行表面处理，再分拣打包的机电一体化设备。 2. 工件处理设备高速运行时，变频器的输出频率为30Hz；工件处理设备低速运行时，变频器的输出频率为25Hz（工件由A向B方向运行为传送带正转方向）。 工件处理设备各部件名称及位置如图1所示： 图1 工件处理设备各部件名称及位置

（a ） （b ） （b ） （d ） 工件处理设备有“调试”和“运行”两种模式，由其按钮模块上的转换开关SA2选择。当SA2在左挡位时，选择的模式为“运行”；当SA2在右挡位时，选择的模式为“调试”。 工件处理设备上电后，绿色警示灯闪烁，指示系统电源正常，同时触摸屏进入首页界面如图2（a ）所示。将PLC 拨到运行状态，若系统不处于初始状态，则按钮模块上的指示灯HL1闪烁（每2秒闪烁一次）；若处于初始状态，则指示灯HL1长亮。 工件处理设备的初始状态是：机械手的悬臂靠在右限止位置，悬臂和手臂气缸的活塞杆缩回，手指张开，斜槽气缸的活塞杆缩回。料盘的直流电机、传送带的三相电动机不转动。若上电时有某个部件不处于初始状态系统应进行复位，复位方式自行设定。 （一）工件处理设备的系统调试 将按钮模块上的转换开关SA2置于“调试”档位，触摸屏“首页界面”对应的“调试”指示灯常亮，如图（a “输入密码框”，如图（b ）所示，输入正确密码：235后，则可以进入触摸屏“调试界面”界面如图3所示。若密码不正确则弹出“重新输入密码”的对话框如图（c ）所示，可重新输入新的密码；若重新输入的密码还不正确，则弹出“你不能进行设备调试进”的提示，如图（d ）所示。这时需要再次按下触摸屏上的 a ）。 图2 触摸屏进入首页界面 1.输送机的调试

光机电一体化设备(DLMCS-675)

DLMCS-675光机电一体化实训系统 技术文件 图片仅供参考 一、产品概述 DLMCS-675光机电一体化实训系统，它的命名中，5代表5种电机（三相异步电动机，他励直流电机，直流电机，步进电机，伺服电机），7代表7中传感器（电感式，光电式，电容式，光纤式，温度传感器PT100，脉冲编码器，微动开关），6代表6个模块（环形输送，加工检测，

装配，加热，搬运，仓储）。 设备提供丰富的传感器类型和电机种类，基本涵盖了工业现场当中用到的控制类型。PLC采用双系统，西门子系统与三菱系统，也概括了现在现场应用当中的主流品牌。本设备能够最大限度的将工业现场还原给同学，让同学更多地了解工业现场的设备环境。 设备整体由铝合金实训平台、环形送料单元、加工检测单元、搬运单元、装配单元、加热单元、分类存储单元等部件构成。 控制系统采用模块组合式，由多种PLC模块、变频器模块、触摸屏模块、电源模块、闭环调速模块、步进控制模块、伺服控制模块组成，可按考核需要对模块进行灵活组合、安装和调试。本系统涵盖了机电一体化和电气自动化专业中所涉及的PLC 控制、闭环直流调速、伺服电机调速、步进电机脉冲控制、传感器检测、气动元件、机械结构安装与系统调试等内容，为学生提供了一个典型的系统综合实训环境，使学生掌握的各项专业知识得到全面、综合地加深巩固并灵活应用。 1

由DL-ZLTS 和DL-CSFD 挂箱组成 图系统模块示意图 二、设备特点 1、该实训考核系统融典型机电一体化设备机械部件安装、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装、PLC 编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试于一体，满足实训教学和竞赛的需要。 2、该实训系统控制模块为PLC模块、变频器模块，双闭环调速模块、伺服驱动及伺服电机模块、步进驱动及步进电机模块等模块；被控对象为送料单元模块、加工检测单元模块、搬运单元模块、装配单元模块、分类存储单元模块。 3、可自由组合系统控制及被控对象模块，完成简单或复杂的实训考核内容。 2

第一章 水肥一体化技术基本原理

第一章水肥一体化技术简介 一、水肥一体化技术的基本概念 作物生产的目标是用更低的生产成本去获得更高的产量、更好的品质和更高的经济效益。从作物的生长要素来看，其基本生长要素包括光照、温度、空气、水分和养分。在自然生长条件下，前三个因素是人为难以调控的，而水分和养分因素则可人为调控。因此，要实现作物的最大生产潜力，合理调节水肥的平衡供应非常重要。 在水肥的供给过程中，最有效的供应方式就是如何实现水肥的同步供给，充分发挥两者的相互作用，在给作物提供水分的同时最大限度地发挥肥料的作用，实现水肥的同步供应，即水肥一体化技术。那么，什么是水肥一体化技术呢？狭义讲，就是把肥料溶解在灌溉水中，由灌溉管道带到田间每一株作物，以满足作物生长发育的需要。如通过喷灌及滴灌管道施肥。 图1-1 雷州半岛的香蕉园通过滴灌施用硫酸钾镁肥

图1-2 山地砂糖桔果园通过滴灌系统施用氯化钾 图1-3 内蒙古马铃薯种植区通过滴灌系统施肥的场面 广义讲，就是水肥同时供应以满足作物生长发育需要，根系在吸收水分的同时吸收养分。除通过灌溉管道施肥外，如淋水肥、冲施肥等都属于水肥一体化的简单形式。

图1-4 广东冬种马铃薯地区拖管淋水肥的场景 图1-5 菜农挑担淋水肥的场景

图1-6 海南西瓜种植户通过膜下水带施液体肥的场景 水肥一体化技术是现代种植业生产的一项综合水肥管理措施，具有显著的节水、节肥、省工、优质、高效、环保等优点。水肥一体化技术在国外有一特定词描述，叫“FERTIGATION”，即“FERTILIZATION（施肥）”和“IRRIGATION（灌溉）”各拿半个字组合而成，意为灌溉和施肥结合的一种技术。国内根据英文字意翻译成“水肥一体化”、“灌溉施肥”、“加肥灌溉”、“水肥耦合”、“随水施肥”、“管道施肥”、“肥水灌溉”、“肥水同灌”等多种叫法。“水肥一体化”这个称谓目前被广泛接受，而“管道施肥”笔者认为更加形象贴切，肥料自身不会从管道流动，必须要溶解于水才能随管道流动。这很容易区别于传统的施肥。针对于具体的灌溉形式，又可称为“滴灌施肥”、“喷灌施肥”、“微喷灌施肥”等。 灌溉的理论基础是植物的蒸腾失水及土面蒸发失水，必须要源源不断补充土壤水分作物才能正常生长。而水肥一体化的理论基础是什么呢？这要从植物是如何吸收养分说起。植物有两张“嘴巴”，根系是它的大嘴巴，叶片是小嘴巴。大量的营养元素是通过根系吸收的。叶面喷肥只能起补充作用。施到土壤的肥料怎样才能到达植物的嘴边呢？通常有三个过程。一个叫扩散过程。肥料溶解后进入土壤溶液，靠近根表的养分被吸收，浓度降低，远离根表的土壤溶液浓度相对较高，结果产生扩散，养分向低浓度的根表移动，最后被根系吸收。第二个过程叫质流。植物在有阳光的情况下叶片气孔张开，进行蒸腾作用（这是植物的生理现象），导致水分损失。根系必须源源不断地吸收水分供叶片蒸腾耗水。靠近根系的水分被吸收了，远处的水就会流向根表，溶解于水中的养分也跟着到达根表，从而被根系吸收。第三个过程叫截获，即养分正好就在根系表面而被吸收。扩散和质流是最重要的养分迁移到根表的过程。这两个过程都离不开水做媒介。因此，肥料一定要溶解才能被吸收，不溶

机电一体化控制技术与系统期末复习

机电一体化复习提纲 1. 机械系统和微电子系统有机结合，从而产生新功能和新性能的新产品是机电一体 化产品。机电一体化系统的基本结构要素有机械本体、执行与驱动、检测传感器、信息处理、动力。机电一体化系统中的机械系统通常由由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等组成。机电一体化系统的基本组成是能量流、物料流、信息流。机电一体化系统的信息特征（微型化、嵌入式、实时性、分布化）、动力特征（结构分散化、功能智能化）、结构特征（模块化、简单化、高刚度、高精度）。机电一体化的技术基础有机械设计与制造技术、微电子技术、传感器技术、软件技术、通信技术、驱动技术、自动控制技术、系统技术。 2. 机电一体化对机械系统的基本要求是（快、准、稳）：快速响应、高精度、良 好的稳定性。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中常提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。为达到上述要求，主要从a、采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；b、缩短传动链，简化主传动系统的机械结构；c、提高传动与 支撑刚度；d、选用最佳传动比，尽可能提高加速能力；e、缩小反向死 区误差；f、改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声这几个方面采取措施。机电一体化系统中的机械系统通常由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等几个部分组成。 3. 机电一体化系统中的传动系统应满足足够的刚度、惯性小、阻尼适中等性能要 求。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中需满足无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比，为达到这些要求，主要采取

①采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件② 缩短传动链，简化传动系统的机 械结构③提高传动与支撑刚度④选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力⑤缩小反向死区误差 ⑥改进支撑及架体的结构设计以提高刚性、减少震动、降低噪声。 4. 滚珠丝杠螺母副中滚珠循环装置有外循环，内循环。滚珠丝杠支承方式有单推- 单推式、双推-双推式、双推-简支式、双推-自由式。具有最大刚度的的支承方式是双推-双推式。 5. 滚珠丝杠螺母副中按照滚珠循环方式划分外循环，内循环。滚珠丝杠螺母副中 调整间隙和预紧的方法有垫片调整式（调整垫片来改变轴向力）、双螺母调节式（调整螺母来消除间隙或预紧）齿差调节式（左右螺母外端凸缘制成齿数差1 的直齿圆柱齿轮）,原理是什么？滚珠丝杠副的安装方式有单推-单推式（轴向刚度较高、预紧力较大、轴承寿命比双推-双推式低）、双推-双推式（刚度最高、易造成预紧力不对称）、双推-简支式（轴向刚度不太高、预紧力小、轴承寿命较长、适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统）、双推-自由式（轴向刚度和承载能力低、多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统），特点分别是什么？滚珠丝杠副的选择方法是结构的选择、结构尺寸的选择（公称直径和基本导出的选择）。 6. 直齿圆柱齿轮侧隙的调整方法有中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向 垫片调整法。要消除齿轮副间隙是因为侧隙会产生齿间冲击，影响传动平稳性、若出现在闭环系统中、则可能导致系统不稳定、使系统产生低频振荡，常用中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向

光机电一体化系统设计实验报告

学院实验报告 学院：专业：班级：成绩： 姓名：学号：组别：组员： 实验地点：实验日期：指导教师签名： 实验（2）项目名称：加速度传感器、速度传感器振动测量实验和悬臂梁固有频率测量实验 1.实验项目名称 加速度传感器、速度传感器振动测量实验和悬臂梁固有频率测量实验 2.实验目的和要求 （1）了解并掌握机械振动信号测量的基本方法 （2）掌握用瞬态激振方式，进行机械阻抗测试的仪器组合及使用方法，了解瞬态激振时的数据处理方法 （3）测出悬臂梁的固有频率 3.实验原理 （1）振动测量原理 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。 机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至造成事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。 在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。 振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振

动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。 幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源，通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取响应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。 在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。 （2）YD-37加速度传感器简介 压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量——弹簧系统。根据压电效应的原理，当晶体上受到振动作用力时后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。YD-37加速度传感器与DRBS-12-A型简易电荷放大器的综合灵敏度约是6080mV/m.s-2。 (3)CD-21速度传感器简介 CD-21振动速度传感器的基本原理是基于一个惯性质量（线圈组件）和壳体，壳体中固定有磁铁，惯性质量用弹性元件悬挂在壳体上工作时，将传感器壳体固定在振动体上，这样当振动体振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值，这就是振动速度传感器的工作原理。CD-21振动速度传感器的测量范围是10~1000Hz，灵敏度约是200mv/cm.s-2。 （4）悬臂梁试验台架由底座、悬臂梁、加速度传感器、激振捶等构成。悬臂梁结构总体尺寸为120*110*150mm（长*宽*高）。可进行悬臂梁固有频率和阻尼系数的测量。 实验时通过激振捶敲击悬臂梁，产生脉冲激振，通过安装在悬臂梁上的加速度传感器获取悬臂梁受瞬态激励后输出的振动信号波形（信号触发采样方式），经信号调理设备处理后，通过数据采集仪输入计算机中，从悬臂梁脉冲响应信号波形或信号功率谱就

机电一体化技术基础

机电一体化技术基础 “机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等相关技术有机结合的一个新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。 第一章概论 1、机电一体化的定义 机电一体化乃是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2、机电一体化系统的基本构成 一般而言，一个较完善的机电一体化系统包括以下几个基本要素： 机械本体、检测传感部分、电子控制单元（ECU）、执行器和动力源，各要素之间通过接口相互联系。 3、机电一体化的相关技术 （1）机械技术 （2）信息处理技术 （3）系统技术 （4）自动控制技术 （5）传感检测技术 （6）伺服驱动技术 4、机电一体化系统的分类 从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。 闭环控制的机电一体化系统的优点是高精度、动态性能好、抗干扰能力强，缺点是结构复杂、成本高、维修难度较大。 5、机电一体化系统开发的类型 机电一体化系统开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 （1）开发性设计： 是一种独创性的设计方式、在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利范畴。 （2）适应性设计： 适应性设计是在参考同类产品的基础上，主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过技术更新和局部结构调整使产品的性能、质量提高或成本降低的产品开发方式。这一类设计属于实用新型专利范畴。 （3）变参数设计： 变参数设计是在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。 6、机电一体化系统设计方案的常用方法 （1）取代法： 就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。 （2）整体设计法：

机电一体化技术第二版课后习题答案

第1章 1-1、机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？ a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。 c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。 d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。 e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。 1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。 1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。 1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。 第2章 2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。 2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。 2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。 2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择 2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）； 2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。 2-9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。 2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？ 一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。 （1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率

最新光机电一体化

光机电一体化

探析光机电一体化技术的发展现状及热点 姓名： 摘要:简述了光机电一体化产品的组成和特点，综述了国内外光机电一体化技术的发展现状，分析了光机电一体化技术的未来发展热点。 关键词:光机电一体化技术组成特点发展现状发展热点 一．引言 光机电一体化技术的概念萌芽可追溯到德国提出的精密工程技术，是在现代光学技术与机电一体化技术基础上发展起来的一门新兴交叉学科，是综合当前光学、机械学、电子学、信息处理与控制等领域中最新技术的一种群体技术，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。其技术水平直接反映了一个国家现代科技和现代工业的发展水平，也是国家综合实力的重要体现。二．光机电一体化产品的组成 光机电一体化产品一般由机械本体、传感器、接口、微处理器和执行机构等5部分组成。如果把光机电一体化产品比做一个人，则计算机就是它的头脑，传感器就是它的五官，软件就是使躯体（机械本体）能发挥效能的手段，所以，光机电一体化产品就是具有头脑和五官，能够感知外界环境的变化，并根据这种变化作出响应的机器或机构。 三．光机电一体化产品的特点 3.1体积小，易操作

光机电一体化技术通过采用电力电子器件或用电子装置进行相关动作控制，使得产品机械结构大大简化。可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何装置的动作可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。 3.2反应快，精度高 电子技术的采用使得反馈控制水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。因此，光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。 3.3柔性化，智能化 光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序、指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋向“软件化”和“智能化”。 3.4 更可靠，寿命长 光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。 3.5 技术层次多．应用范围广

机电一体化试题及答案

填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动

四种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。 14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作

国内外水肥一体化技术发展现状与趋势

第56卷 第6期Vol. 56 No. 6 2018年6月 June 2018农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2018.06.004 国内外水肥一体化技术发展现状与趋势 李寒松1,贾振超1, 张锋2，赵峰1,贺晓东1,慈文亮1,李青1,李震3 (1. 250100 山东省 济南市 山东省农业机械科学研究院；2. 250200 山东省 济南市章丘区农业机械管理局； 3. 250100 山东省 济南市 山东农业工程学院) [摘要] 水肥一体化技术是解决我国当前灌溉水肥利用率低、消耗大、污染严重等问题的有效手段，是一 种新型的农业高新实用技术。文章介绍了水肥一体化技术的国内外现状和相关应用装备，分析了现今国内 技术发展的主要问题，并总结了解决途径和发展方向。 [关键词] 水肥一体化技术；现状；趋势 [中图分类号] S365 [文献标识码] A [文章编号] 1673-3142(2018)06-0013-04 Current Development Status and Trend of Fertigation Technology at Home and Abroad Li Hansong1, Jia Zhenchao1, Zhang Feng2, Zhao Feng1, He Xiaodong1, Ci Wenliang1, Li Qing1, Li Zhen3 (1. Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences，Jinan City，Shandong Province 250100, China 2. Zhangqiu District Agricultural Machinery Authority, Jinan City，Shandong Province 250200, China 3. Shandong Agriculture and Engineering University, Jinan City, Shandong Province 250100, China) [Abstract] Fertigation technology is an effective means to solve the current problems of low utilization of irrigation water and fertilizer, large consumption and serious pollution. It is a new type of agricultural high-tech practical technology. This paper introduces the current situation of fertigation technology and related application equipment, analyzes the main problems of domestic technology development, and summarizes the solutions and development direction. [Key words] fertigation technology; current status; trend 0 引言 我国是一个严重缺水的国家，水资源总量仅为世界的6%，我国耕地面积占世界的9%，每年生产占世界26%的农产品，属于水资源严重紧缺的国家。每年灌溉用水缺口300亿 m3以上，同时我国的灌溉水利用系数平均仅为0.3~0.4，仅为发达国家的1/2左右。我国化肥使用量却是世界之最，化肥年用量超 6 000万t，占世界总量的1/3，然而化肥利用率仅为30%，比发达国家低20%。目前这种水肥高消耗、低效率的生产方式已经造成了土壤性状恶化、资源浪费、环境污染、生态破坏等一系列问题，严重制约了我国农业的可持续发展[1]。针对当前问题，水肥一体化技术的进一步发展和推广势在必行。水肥一体化技术将灌溉和施肥融为一体，根据植物所需养分含量和土壤墒情，将可溶性固体肥料或液态肥与灌溉水融合，借助灌溉压力系统控制灌溉强度和灌溉深度，将根据作物要求和土壤养分需求所确定的水肥溶液准确直接输送到作物根系发育生长区域，使作物土壤始终保持作物所需的水分和养分，避免水肥的深层渗漏和超量棵间蒸发，从而达到节水、节肥的目的，改变田间气候，是一种新型的农业高新实用技术。相比一般的水肥施用方法，水的利用率可提高40%~60%，肥料利用率可提高30%~50%，在节水、节肥方面优势明显，是现代化农业发展的必然趋势[2]。为了提升我国水肥一体化的发展水平，本文总结了国内外现状和当前应用装备情况，分析现有问题，并提出问题的解决途径和未来发展趋势。 1 国内外发展现状 1.1 国外发展现状 国外发展水肥一体化技术起步较早，自20世纪30年代就开始研究运用喷灌技术，用于庭院花卉和草坪的灌溉。到20世纪三四十年代，随着金 基金项目:山东省农机装备研发创新计划项目（2017YH004）收稿日期: 2017-08-16 修回日期: 2017-08-25

光机电一体化技术大作业

光机电一体化技术大作业 课题：激光测距仪技术的研究 学号：20116316 姓名：鲜腾跃 指导教师：刘建阳 2014年12月

1激光测距技术背景 在当今这个科技发达的社会，激光测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到激光测距仪。在测距领域，激光的作用更是不容忽视，可以这样说，激光测距是激光应用最早的领域（1960年产生，1962年即被应用于地球与月球间距离的测量）。测量的精确度和分辨率高、抗干扰能力强，体积小同时重量轻的激光测距仪受到了大多数有测距需求的企业、机构或个人的青睐，其市场需求空间大，应用领域广行业需求多，并且起着日益重要的作用。 激光测距技术与其它测距技术相比，具有测量距离远、抗干扰能力强、非接触目标、测量速度快、测距精度高等特点。激光测距仪一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。 当前激光测距仪的发展趋势是向测量更安全、测量精度高、系统能耗小、体积小型化方向发展。 2 激光测距仪的种类及原理 激光测距仪一般分为两种：脉冲式激光测距仪和相位式激光测距仪。当今市场上主流的激光测距仪是基于相位法的激光测距仪。这是因为基于相位法的激光测距仪轻易地就可以克服超声波测距的一大缺陷：误差过大，使测量精度达到毫米级别。而基于此法的激光测距仪主要的缺点在于电路复杂、作用距离较短（一百米左右，经过众多科学工作者的努力，现在也有作用距离在几百米的相位法激光测距仪）。

（1）相位法激光测距仪原理 相位法激光测距仪是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距仪与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再依次计算出待测距离。该方法一般需要在待测物处放置反射镜，将激光原路反射回激光测距仪，由接收模块的鉴波器进行接收处理。也就是说，该方法是一种有合作目标要求的被动式激光测距技术。如下图所示： 核心 控制 电路 部分激光二极管数字处 理 由图所显示的关系，我们可以知道，用正弦信号调制发射信号的幅度，通过检测从目标反射的回波信号与发射信号之间的相移φ，通过计算即可以得到待测距离Δ。 D=ct/2 ① t=φ/ω ② 又有ω=2nf ③ φ=N+Δφ ④ 即D=（N+Δφ） *c/(4nf) ⑤ 其中，D 是待测距离，也即测距仪与目标物间距离；

机电一体化技术基本试题及答案

一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 测量 2.灵敏度 3. 压电效应 4. 动态误差 5. 传感器 二、填空题（每小题2分，共20分) 1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：__________，________________。 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括__________，__________， __________ ，__________。 3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统， 顺序控制器通常用___________________________________。 4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度， 则莫尔条纹的宽度是_______________________。 5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制 每一个轴的 ______________________ ，使它们同步协调到达目标点。 6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。 7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9. 复合控制器必定具有__________________________________。 10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题（每小题2分，共10分） 1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A. 产大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 加速度传感器的基本力学模型是( ) A. 阻尼—质量系统 B. 弹簧—质量系统 C. 弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统 3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用( ) A. 单片机 B. 2051 C. PLC D. DSP 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（）等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题（每小题2分，共10分) 1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（ ） 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进 电机等。（） 3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（ ） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、 电流、频率、波形和相数的变换。（ ） 1. 是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。 2. 指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3. 某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将