歡迎學(xué)習(xí)：《機電一體化概論》

YouAreWelcome!第一章緒論1.1課程介紹1.2機電一體化系統(tǒng)的概念1.3機電一體化系統(tǒng)的組成1.4機電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用實例、發(fā)展1.5課程學(xué)習(xí)方法－－參考教材：第1章找一找你身邊的機電產(chǎn)品？本課程回答這些機電一體化產(chǎn)品是如何工作的?

機電一體化產(chǎn)品有那幾部分組成？

機電一體化產(chǎn)品是如何設(shè)計出來的？1.1課程介紹1．本課程性質(zhì)2．學(xué)習(xí)目的3.

主要教學(xué)內(nèi)容4．課程教材5.參考書6．教學(xué)方式7.課程學(xué)時8．考核方式1.1課程介紹1．本課程性質(zhì)

機電類專業(yè)的核心課程，同時也作為普通高等院校的通識課、導(dǎo)論課以及公共選修課。2．學(xué)習(xí)目的

學(xué)習(xí)機電一體化的基本概念。學(xué)習(xí)機電一體化的產(chǎn)品的組成、基本技術(shù)了解機電一體化產(chǎn)品的基本設(shè)計方法。學(xué)習(xí)典型機電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用和進展。3.主要教學(xué)內(nèi)容第1章緒論第2章機電一體化的系統(tǒng)組成第3章機電一體化產(chǎn)品設(shè)計第4章機電一體化技術(shù)應(yīng)用實例1.1課程介紹3.主要教學(xué)內(nèi)容

第1章

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基礎(chǔ)知識.概念、特點、分類、組成、發(fā)展第2章

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關(guān)鍵技術(shù).機械、檢測、控制、伺服驅(qū)動、接口第3章

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產(chǎn)品設(shè)計.設(shè)計流程、設(shè)計類型、建模、第4章

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應(yīng)用實例.ABS、視頻監(jiān)控、MEMS、機器人、

數(shù)控機床機電一體化概論機電一體化概論4．課程教材于愛兵

馬廉潔

李雪梅.《機電一體化概論》第2版，機械工業(yè)出版社，2025.65.參考書馮細香.《機電一體化概論》,人民郵電出版社，2013

--習(xí)題豐富，配有解答5.參考書孫衛(wèi)青、李建勇.《機電一體化技術(shù)》，科學(xué)出版社，2009

--供深入學(xué)習(xí)和技術(shù)提升6．教學(xué)方式

課堂講課+分組討論+視頻+讀書報告+實驗

等學(xué)時

2學(xué)分，32學(xué)時8．考試方式項目期末考試平時表現(xiàn)分組討論讀書報告實驗合計5010151015缺課時數(shù)/作業(yè)超過1/3，取消考試資格。1.2機電一體化系統(tǒng)的概念1.機電一體化的定義2.機電一體化的分類3.機電一體化的特點1.機電一體化的定義二十世紀七十年代，微電子技術(shù)成熟，微機商品化，大規(guī)模集成電路問世，構(gòu)成微機的基本單元CPU、ROM、RAM和接口電路已經(jīng)模塊化，自己"制造"計算機成為可能。機電一體化得以現(xiàn)實。1971年工業(yè)新聞社發(fā)行《機電一體化入門》和《機電一體化》月刊，專門刊載機電一體化的新產(chǎn)品。Mechatronics，由Mechanism的前半部和Electronics后半部縮合而成，譯為“機電一體化”。八十年代，機電一體化的產(chǎn)品如雨后春筍不斷涌現(xiàn)，這個時期可稱之為成長時期。九十年代，集成度提高，價格下降，機電一體化技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展，機電一體化技術(shù)遍及社會各個領(lǐng)域。全盛時期開始。

機電一體化的定義較多

從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，應(yīng)用機械、電子、信息等相關(guān)技術(shù)，對它們進行有機的組織與綜合，實現(xiàn)系統(tǒng)整體的最優(yōu)化。機電一體化技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù),是一門交叉學(xué)科。機電一體化是動力、傳動、控制、信息等技術(shù)有機結(jié)合的系統(tǒng)集成。簡單地說，機電一體化就是機械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機械裝置與電子裝置的軟硬件集成。1.按產(chǎn)品的功能原理:（1）數(shù)控機械類（2）電子設(shè)備類（3）機電結(jié)合類（4）電液伺服類（5）信息控制類2.按產(chǎn)品技術(shù)的系統(tǒng)化程度:（1）大型成套設(shè)備（2）數(shù)控機械（3）儀器儀表（4）辦公自動化系統(tǒng)2機電一體化的分類

3.按產(chǎn)品的服務(wù)對象領(lǐng)域:工業(yè)生產(chǎn)類運輸包裝類儲存銷售類社會服務(wù)類家庭日用類科研儀器類國防武器類其他4.按機電技術(shù)的結(jié)合程度:（1）功能附加型（2）功能替代型（3）機電融合型（1）功能附加型（2）功能替代型（2）功能替代型（3）機電融合型（3）機電融合型3.機電一體化的特點結(jié)構(gòu)簡單，操作方便速度快、精度高可靠性高柔性好1.3機電一體化系統(tǒng)的組成1.機電一體化系統(tǒng)的基本組成及功能2.機電一體化的相關(guān)技術(shù)1.機電一體化的組成思考：是否有了電氣電子技術(shù)之后，才發(fā)展了控制技術(shù)？？在機械傳動機構(gòu)發(fā)明應(yīng)用之時，控制技術(shù)就產(chǎn)生了，如，漏壺、指南車等。自動計時的漏壺馬鈞及其指南車機械/氣動/液壓傳動與控制機械傳動與控制早期系統(tǒng)早期的電氣控制在電路當中增加了電器開關(guān)或繼電器等，來控制電機或液壓、氣動元件的電路，使其產(chǎn)生相應(yīng)的動作?，F(xiàn)代機電一體化技術(shù)應(yīng)用微處理器、傳感器、通信等技術(shù),使其功能有了質(zhì)的飛躍。機電一體化產(chǎn)品要完成特定的功能,除了能源、機械裝置外,還要具備檢測傳感技術(shù)、信息計算與處理技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)等。1.機電一體化系統(tǒng)的組成五部分：系統(tǒng)（或產(chǎn)品）須具備如所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。關(guān)于劃分標準？數(shù)控機床內(nèi)部功能構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)組成能源部分信息處理與控制信息輸入驅(qū)動部分執(zhí)行元件機械本體檢測部分機械本體:機身、框架等。動力源：電源、電動機等。檢測與傳感裝置：傳感器及檢測電路控制與信息處理裝置：計算機硬件、軟件執(zhí)行機構(gòu)：機械傳動、操作機構(gòu)相互補充，相互協(xié)調(diào)，共同完成產(chǎn)品功能。接口連接關(guān)于機電一體化系統(tǒng)的組成劃分？四部分：機械部分、檢測部分、控制部分、伺服驅(qū)動部分（執(zhí)行）1.機械單元：包括機械傳動裝置和機械結(jié)構(gòu)裝置，例如，機身、機架、傳動元件、導(dǎo)向元件、運動部件、連接緊固件等。2.檢測單元：對系統(tǒng)進行檢測生成信號,包括各類傳感器、變送器等。3.控制單元：接收操作指令和傳感器檢測信號，計算并發(fā)出控制信號。包括單片機、微型計算機、PLC等。4.伺服與驅(qū)動單元：在控制信息作用下，將電、液、氣等形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能,完成相應(yīng)的運動和功能，包括伺服元件及其驅(qū)動。2.機電一體化的相關(guān)技術(shù)機械設(shè)計與制造技術(shù)計算機與信息處理技術(shù)傳感器技術(shù)軟件技術(shù)通信技術(shù)驅(qū)動技術(shù)自動控制技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)綜合性技術(shù)1.4機電一體化的應(yīng)用實例、發(fā)展1.自控式恒溫箱2.電子燃油噴射系統(tǒng)3.機電一體化的發(fā)展歷史4.機電一體化的發(fā)展趨勢1.應(yīng)用實例-自控式恒溫箱：箱內(nèi)溫度變化時,熱電偶檢測到溫度值并轉(zhuǎn)換為電信號輸入控制單元,與設(shè)定信號相比較,得到溫度的偏差信號,經(jīng)過計算處理后,改變執(zhí)行電動機的轉(zhuǎn)速和方向,并通過傳動裝置拖動調(diào)壓器動觸頭。當溫度偏高時,動觸頭向著減小電流的方向運動,反之加大電流,直到溫度達到設(shè)定值為止。完成了恒溫箱所要求的自動控制任務(wù)。2.

應(yīng)用實例-電子燃油噴射系統(tǒng)：燃油噴射系統(tǒng)負責(zé)將燃油從油箱抽出并噴入發(fā)動機。電控燃油噴射系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機的運行狀態(tài)，實時調(diào)整燃油噴射量和噴射時機，以滿足發(fā)動機對燃料的需求。與化油器供油方式相比，具有更高的燃油利用率、更低的排放污染、更好的動力性能和更低的油耗。電子燃油噴射系統(tǒng)：傳感器測得空氣流量、節(jié)氣門位置、進氣管壓力、氧氣含量、一氧化碳含量、水溫、轉(zhuǎn)速、曲軸位置等信號，經(jīng)過電控單元(ECU)處理、比較，根據(jù)發(fā)動機的運行狀態(tài)，計算出精確的噴油量脈寬，控制噴油器開啟時間，控制噴油器的電磁閥打開，燃油在高壓下通過噴油嘴噴射到發(fā)動機的進氣道或氣缸內(nèi)，從而控制噴油量以及火花塞的點火時刻。3.

機電一體化的發(fā)展歷史1．初級階段（1960年以前）機械產(chǎn)品與電子技術(shù)，利用電子技術(shù)完善機械產(chǎn)品性能，研制和開發(fā)處于自發(fā)狀態(tài)。2．蓬勃發(fā)展階段（1970~1980年）計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展提供了充分的技術(shù)條件。3．智能化階段（1990年至今）智能化發(fā)展是機電一體化進入新時期的重要標志。

工智能技術(shù)為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。4.機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉融合,它的發(fā)展和進步依賴于也促進了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。因此,機電一體化的主要發(fā)展方向為智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人格化、微型化、系統(tǒng)化、綠色化。1.5本課程的學(xué)習(xí)方法1.

本課程的任務(wù)

了解機電一體化系統(tǒng)組成及其基本功能

掌握機電一體化系統(tǒng)基本原理、總體布局、各組成單元及接口、機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計方法、典型應(yīng)用。2.本課程的學(xué)習(xí)方法實踐性強的一門課程，理論聯(lián)系實際。針對日常生活中常見的機電產(chǎn)品實例，開展如下分析和思考：產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成？工作原理與過程？存在的技術(shù)問題？解決方案？自己會如何設(shè)計？

針對教材中感興趣的某一技術(shù)問題，查資料，獲得深入的理解和掌握。

概論-淺知識第2章機電一體化的系統(tǒng)組成

2.1機械單元

2.2伺服與驅(qū)動單元2.3檢測單元 2.4控制單元 2.5接口技術(shù)本章知識體系傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般由動力件、傳動件和執(zhí)行件三部分,加上電氣、液壓和機械控制等部分組成.機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)則是由計算機協(xié)調(diào)與控制，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)且機電部件信息流相互聯(lián)系的系統(tǒng)。2.1機械單元

機電一體化系統(tǒng)主要由機械單元、檢測單元、控制單元、伺服與驅(qū)動單元等組成。2.1.1機械單元基礎(chǔ)2.1.2傳動與導(dǎo)向元件2.1.3執(zhí)行元件手表的精確定時靠機械傳動實現(xiàn)2.1.1機械單元基礎(chǔ)機械單元是機電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)中所有功能單元的安裝骨架和支撐結(jié)構(gòu)，同時還具有傳遞動力和運動的作用。

機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)主要包括以下五大部分：傳動機構(gòu)

導(dǎo)向機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)

軸系

機座或機架

基本要求：精度高，慣量小，剛度大主要組成：傳動與導(dǎo)向元件（傳動、導(dǎo)向機構(gòu)）傳動帶、傳動鏈、傳動齒輪、傳動軸等。導(dǎo)軌、導(dǎo)向鍵等執(zhí)行元件（執(zhí)行機構(gòu)）

機械執(zhí)行元件，液壓缸、氣缸等；

電氣執(zhí)行元件，如電動機、電磁閥、電磁開關(guān)、電磁離合器等機座元件（機體）2.1.2傳動與導(dǎo)向元件機電一體化系統(tǒng)中常用的機械傳動有：螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動等。傳動部件直接影響機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性。機械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的伺服性能，傳動部件應(yīng)有足夠的制造精度，滿足快速穩(wěn)定和高效的要求，還應(yīng)使機械傳動部分動態(tài)特性與執(zhí)行元件的動態(tài)特性相匹配。螺旋傳動主要有螺紋、絲杠、滾珠絲杠(Ballscrew)等幾種形式。其工作原理來源于螺紋傳動過程，可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。結(jié)構(gòu)原理圖

實物滾珠絲杠傳動精度高、摩擦阻力小的滾珠絲杠是機電一體化系統(tǒng)中的主要傳動元件，滿足較高的傳動精度。滾珠絲杠傳動特點摩擦損失小，傳動效率高0.92~0.96，而滑動絲杠的傳動效率為0.20~0.40。絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，傳動精度高，剛度好。摩擦阻力小，且?guī)缀跖c運動速度無關(guān)，動靜摩擦力之差極小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。保證了運動的平穩(wěn)性。磨損小，壽命長，精度保持性好。不能自鎖，能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動與直線運動的可逆轉(zhuǎn)換，但在立式使用時應(yīng)增加制動裝置。制造工藝復(fù)雜，成本高。在機電一體化的輪系傳動中,常用的機構(gòu)主要有齒輪傳動、齒輪齒條傳動、同步帶傳動、凸輪傳動等。齒輪傳動是機電一體化系統(tǒng)中使用最多的機械傳動裝置,其瞬時傳動比為常數(shù),傳動精確且強度大,能承受重載,結(jié)構(gòu)緊湊,摩擦力小,效率高。同步帶實物機電一體化系統(tǒng)的帶傳動設(shè)計時往往不采用平帶傳動或V帶傳動機構(gòu)，而是采用同步帶傳動。同步帶傳動利用同步帶的齒形和帶輪的輪齒嚙合來傳遞運動或動力。與平帶傳動、V帶傳動相比較具有傳動比準確、傳動效率較高、吸振效果好、噪聲低、傳動平穩(wěn)、傳動速度高、維護保養(yǎng)方便等優(yōu)點

其缺點是安裝精確度要求較高。打印機上的字車結(jié)構(gòu)字車又稱打印墨盒拖車，是指在噴墨打印機和針式打印機中用于放置墨盒或打印頭，是可以借助于滑動軸、皮帶、電機等來左右移動的部件。桿系由若干剛性節(jié)相互連接形成的連桿機構(gòu),有平面桿系和空間桿系兩大類示意圖縫紉機下針機構(gòu)平面桿系空間桿系空間桿系，若干個連桿機構(gòu)按照一定的方式組合在一起，可以實現(xiàn)更為復(fù)雜的平面平移、角度傾斜、回轉(zhuǎn)等復(fù)合運動。凸輪傳動

由凸輪、從動件、機架這三個基本構(gòu)件組成特點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；高副接觸，易磨損，傳力不大；可實現(xiàn)任意要求的從動件運動規(guī)律。原理圖

結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)動機配氣機構(gòu)的凸輪傳動結(jié)構(gòu)凸輪微動機構(gòu)應(yīng)用電機1帶動長軸2轉(zhuǎn)動，長軸2末端與端面凸輪7相連并隨之轉(zhuǎn)動，使殼體6和套筒5沿軸向運動。當凸輪轉(zhuǎn)動到回程時，凸輪推動殼體6向右側(cè)運動，殼體內(nèi)的彈簧4推動套筒5向右運動。反之，當凸輪轉(zhuǎn)動到推程時，套筒右側(cè)的彈簧推動套筒向左運動。套筒和支座上分別焊接了固定銷8，微動裝置就是通過兩固定銷驅(qū)動外固定架的兩段沿軸向往復(fù)運動，外固定架再通過鋼釘驅(qū)動骨折段微動。通過調(diào)整微動頻率、微動幅度、微動力，對骨折段施加載荷，使骨折段產(chǎn)生微動，以此來提高患者在術(shù)后的治療效果。單側(cè)外固定架1—電機2—長軸3—支座4—彈簧5—可調(diào)節(jié)套筒6—殼體7—凸輪8—固定銷9—連接桿10—固定夾11—鋼針直線滾動導(dǎo)軌由鋼球在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，使負載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度作直線運動，其摩擦系數(shù)僅為傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌的1/50，定位精度可達到μm級。磨損小,定位精度高,靈敏度高,運動平穩(wěn)可靠,承載能力強,能適應(yīng)高速運動且大幅降低驅(qū)動功率,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難,維護要求高在高精密的機電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛

實物

內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣浮導(dǎo)軌在分步重復(fù)照相機精密X，Y工作臺上的應(yīng)用，它以靜摩擦力驅(qū)動機構(gòu)代替進給絲杠，從而消除了間隙。為了減小作用于馬達的靜摩擦力矩，驅(qū)動桿和工作臺都采用了空氣軸承導(dǎo)向?？諝廨S承導(dǎo)向微動臺2.1.3執(zhí)行元件機械執(zhí)行元件是機器的直接工作部分，將動力和運動轉(zhuǎn)化為克服有效外載、對外做功、完成人們設(shè)計任務(wù)的元件。如，汽車驅(qū)動輪、機床刀具、夾持機器人手指等。機電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件主要包括機械執(zhí)行元件、電磁執(zhí)行元件、機械手末端執(zhí)行器等。1.機械執(zhí)行元件微動機構(gòu)是機電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件

機械式：精密絲杠、精密杠桿、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)以及彈性機構(gòu)等。

機電式：電熱式、電磁式、壓電式、電致伸縮式、磁致伸縮式等。螺旋微動機構(gòu)

萬能工具顯微鏡工作臺的螺旋微動裝置熱變形式微動機構(gòu)：依靠電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實現(xiàn)微小位移機構(gòu)原理示意圖熱變形微動機構(gòu)磁致伸縮式微動機構(gòu)：利用特種材料在磁場作用下會改變尺寸的特性,實現(xiàn)微量位移的,在精確位移調(diào)整、切削刀具磨損補償、溫度變形補償、自動調(diào)整系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。電磁執(zhí)行元件利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象驅(qū)動被控對象。

電磁閥

電磁馬達

電磁離合器左端電線圈通電

右端電線圈通電二位五通電磁閥工作原理工業(yè)機械手末端執(zhí)行器工業(yè)機械手是一種自動控制、可重復(fù)編程、多自由度的操作機,其末端執(zhí)行器主要包括機械夾持器、特種末端執(zhí)行器、靈巧手等幾種末端執(zhí)行器主要包括機械夾持器，特種末端執(zhí)行器，靈巧手等。第2章機電一體化的系統(tǒng)組成

2.1機械單元 2.2伺服與驅(qū)動單元2.3檢測單元 2.4控制單元 2.5接口技術(shù)2.2伺服與驅(qū)動單元 2.2.1伺服與驅(qū)動單元基礎(chǔ)

2.2.2步進電機

2.2.3伺服電機2.2.1伺服與驅(qū)動單元基礎(chǔ)伺服與驅(qū)動單元將輸入的其他形式能量轉(zhuǎn)換成機械能的裝置，可以根據(jù)單元輸入的控制指令，產(chǎn)生相應(yīng)的機械運動。雷達天線自動瞄準跟蹤控制系統(tǒng)

性能穩(wěn)定動作靈敏控制精度高

特點：

伺服與驅(qū)動單元基本組成1.伺服與驅(qū)動單元組成（1）控制元件將系統(tǒng)反饋信號與給定的輸入信號和指令進行比較，將得到的偏差信號送給驅(qū)動元件處理，一般由電子電路或微處理器構(gòu)成。（2）驅(qū)動元件將控制元件的輸出信號進行變換和放大，以驅(qū)動伺服元件工作，是單元正常運行的前提和保證。在機電一體化系統(tǒng)中，常采用各種電力電子器件構(gòu)成驅(qū)動電路。（3）伺服元件將輸入的各種形式能量轉(zhuǎn)換成機械能，以帶動系統(tǒng)產(chǎn)生機械動作。在機電一體化系統(tǒng)中，常采用直流伺服電動機、交流伺服電動機和步進電動機作為伺服元件。（1）按系統(tǒng)輸入能源：分為電氣、液壓和氣動三種類型電氣伺服與驅(qū)動單元將電氣系統(tǒng)中的電磁能轉(zhuǎn)換成機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，由直流伺服電動機、步進電動機、交流伺服電動機等伺服元件構(gòu)成。2.伺服與驅(qū)動單元分類

將液壓系統(tǒng)中的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其包括液壓馬達和液壓缸等伺服元件。

液壓伺服與驅(qū)動單元氣動伺服與驅(qū)動單元

將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其包括氣缸和氣動馬達等伺服元件。

（2）按系統(tǒng)控制方式：分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)打印頭移動開環(huán)控制系統(tǒng)

當操作者在計算機中給出打印指令，即輸入控制信號，打印機的字車步進電機驅(qū)動電路工作，驅(qū)動字車步進電機，使載有打印頭的字車移動到需要打印位置，并通過打印頭電磁鐵的吸合或釋放來控制打印針擊打色帶，從而完成文件打印。

閉環(huán)控制系統(tǒng)

操作者設(shè)定空調(diào)溫度，此溫度設(shè)定值與溫度傳感器檢測到的室溫值相比較，產(chǎn)生的偏差值送至控制板處理，控制板發(fā)出控制指令，驅(qū)動變頻制冷壓縮機中的直流無刷伺服電動機工作，從而使制冷壓縮機啟動，調(diào)節(jié)空調(diào)房間的室溫。溫度傳感器再次檢測空調(diào)房間的室溫，當室溫基本達到預(yù)設(shè)值時，控制器發(fā)出命令，使制冷壓縮機停止工作。變頻空調(diào)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)在工作時應(yīng)滿足如下要求：（1）精度高（2）慣量小（3）穩(wěn)定性好3.伺服與驅(qū)動單元的工作要求（1）技術(shù)性能向高精度、高速度、智能化方向發(fā)展。（2）單元規(guī)模將向高集成、體積小方向發(fā)展。（3）控制信號將向數(shù)字化方向發(fā)展。4.伺服與驅(qū)動單元的發(fā)展方向2.2.2步進電機

步進電機是一種機電執(zhí)行元件，其作用是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或直線位移信號。當輸入一個電脈沖信號時，步進電機就轉(zhuǎn)過一個角度，脈沖依次地輸入，電機就一步步地轉(zhuǎn)動。由于步進電機輸入的是電脈沖信號，所以又稱為脈沖電動機。反應(yīng)式步進電動機

混合式步進電動機

1.特點（1）由于輸入信號的特殊性，使其易于與計算機通信，可直接實現(xiàn)數(shù)字控制。（2）步距值不受外界干擾因素影響。步進電機的輸出角位移與脈沖數(shù)成正比；單位時間內(nèi)輸入的脈沖個數(shù)越多，脈沖頻率越高，轉(zhuǎn)過的角度累積值越大，轉(zhuǎn)速越快，電機轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。（3）步距誤差不長期積累。步進電機每轉(zhuǎn)一步所轉(zhuǎn)過的實際步距值與理論步距值間會有一些誤差。隨步數(shù)增加，總會有一定的誤差累積，但每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差卻為零。（4）調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑性好。2.基本結(jié)構(gòu)

定子由六個凸極組成，在相對的凸極上套有一相能產(chǎn)生磁場的繞組，三相繞組的首端輪流接收電脈沖信號，尾端連在一起；轉(zhuǎn)子鐵心上沖槽，不裝有繞組。以三相反應(yīng)式步進電動機為例：

定子轉(zhuǎn)子三相反應(yīng)式步進電動機，通電方式為三相單三拍A-B-C-A，其工作過程如下：當只有A相繞組通入電脈沖時，在繞組周圍會產(chǎn)生磁場，載流導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力，在電磁力作用下，轉(zhuǎn)子齒1、3被吸引，從而轉(zhuǎn)過一個角度，與定子凸極相對，即定子凸極AA`與轉(zhuǎn)子齒1、3相對。A相繞組通電，定子AA`與轉(zhuǎn)子齒1、3相對3.工作原理當A相斷電，只有B相繞組通入電脈沖時，在繞組上也產(chǎn)生電磁力，在電磁力作用下，轉(zhuǎn)子齒2、4被吸引，從而逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度，與定子凸極B`B相對。

B相繞組通電，定子BB`與轉(zhuǎn)子齒4、2相對當B相斷電，只有C相繞組通入電脈沖，在繞組電磁力作用下，轉(zhuǎn)子齒3、1被吸引，從而逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度，與定子凸極CC`相對。C相繞組通電，定子CC`與轉(zhuǎn)子齒3、1相對

當C相斷電，A相繞組又重新通入電脈沖時，在電磁力作用下，轉(zhuǎn)子齒2、4被吸引，從而逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度，與定子凸極AA`相對。A相繞組通電，定子AA`與轉(zhuǎn)子齒2、4相對

定子繞組如此反復(fù)通入電脈沖，轉(zhuǎn)子就一步一步的逆時針轉(zhuǎn)動。

①步距角：轉(zhuǎn)子每前進一步轉(zhuǎn)過的角度。

②齒距角：轉(zhuǎn)子前進一個齒所對應(yīng)的角度。

在一個通電循環(huán)內(nèi)，改變?nèi)瓮姺绞?，轉(zhuǎn)子前進了三步，轉(zhuǎn)過，剛好轉(zhuǎn)過一個轉(zhuǎn)子齒距角。

4.驅(qū)動單元

加到步進電機控制繞組上的電脈沖信號，是通過步進電機的驅(qū)動單元提供的。由計算機等控制器發(fā)出脈沖指令，送至變頻信號源，由變頻信號源輸出具有一定頻率的脈沖串，脈沖串經(jīng)環(huán)形脈沖分配器按一定規(guī)律分配給三相電路，且保持三相脈沖間存在一定的相位差，再經(jīng)功率放大器將脈沖進行功率放大，從而驅(qū)動三相步進電機動作。5.應(yīng)用領(lǐng)域與實例

步進電動機可以直接接收數(shù)字控制信號。伴隨微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,步進電動機的應(yīng)用也更加廣泛制袋機教學(xué)機器人數(shù)控鉆床應(yīng)用實例:

應(yīng)用二維繪圖儀在繪圖紙上繪制出一個“好”字。首先在計算機的編程軟件中編寫一段程序，下載存入驅(qū)動卡的單片機中，使其發(fā)出變頻脈沖信號，送至驅(qū)動單元，驅(qū)動軸、軸的步進電機動作，從而帶動繪圖工作臺與繪圖筆相對移動，這樣在繪圖紙上“好”字就勾勒出來。2.2.3伺服電動機伺服電動機是一種機電執(zhí)行元件，其作用是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成軸上的轉(zhuǎn)速信號或轉(zhuǎn)角信號，從而帶動控制對象動作。按所接電流種類的不同，可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩種類型。

SZ系列直流伺服電機

BL(3)系列交流伺服電機

伺服電機與步進電機性能比較

控制方式控制精度矩頻特性過載能力運行性能伺服電機連續(xù)電壓信號高（全數(shù)字式）輸出恒力矩（額定轉(zhuǎn)速內(nèi)）強閉環(huán)控制步進電機電脈沖信號低輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降弱開環(huán)控制伺服電動機與普通直流、交流電動機相比，除具有轉(zhuǎn)子慣性小、響應(yīng)快、過載能力強、可靠性好等特點之外，其最大特點是輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化由控制電壓信號控制，即：

（1）控制電壓信號的有或無控制伺服電機的啟動或停止（2）控制電壓信號的極性控制伺服電機的轉(zhuǎn)向（3）控制電壓信號的大小控制伺服電機的轉(zhuǎn)速大小直流伺服電動機直流伺服電動機將輸入的直流電壓信號轉(zhuǎn)換成軸上的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號。永磁直流伺服電動機

基本類型按傳統(tǒng)的勵磁方式

電磁直流伺服電動機他勵并勵串勵按低慣量構(gòu)成結(jié)構(gòu)無刷直流伺服電動機無槽直流伺服電動機圓盤直流伺服電動機杯形直流伺服電動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理基本結(jié)構(gòu)與工作原理以永磁式直流伺服電動機為例。伺服電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。

定子部分是指電機中固定不動的部分，包括永久磁鐵（N極、S極）、電刷裝置（A、B電刷）、機座、端蓋等。轉(zhuǎn)子部分是指電機中能夠轉(zhuǎn)動的部分，包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、換向器、軸、軸承等。為減小轉(zhuǎn)動慣量，將轉(zhuǎn)子鐵心做得細長些。

簡化的電機結(jié)構(gòu)：N、S永久磁鐵作磁極，轉(zhuǎn)子鐵心省略未畫，在鐵心槽里嵌放轉(zhuǎn)子繞組，假設(shè)轉(zhuǎn)子繞組只有一匝線圈abcd構(gòu)成。將轉(zhuǎn)子繞組的首尾兩端分別焊在兩個半圓形的銅質(zhì)換向片上，在換向片上下分別安置兩個靜止不動的電刷A和B，電刷與換向片是摩擦接觸的。在電刷A、B間連接控制電壓信號視頻當電刷A接電源+極電刷B接電源-極

直流電流經(jīng)換向片、電刷流入繞組abcd

載流導(dǎo)體在N、S極形成磁場中受到電磁力作用

根據(jù)左手定則判斷

N極下導(dǎo)體ab所受作用力F方向向左S極下導(dǎo)體cd所受作用力F方向向右繞組abcd逆時針方向轉(zhuǎn)動

換向片轉(zhuǎn)動繞組abcd的電流方向改變轉(zhuǎn)子沿同一方向轉(zhuǎn)動帶動控制對象旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方法將直流控制信號直接進行電壓和功率放大，驅(qū)動直流伺服電動機。

通常直流伺服電動機采用專門的驅(qū)動模塊，例如用L165集成電路構(gòu)成直流伺服放大器。

應(yīng)用領(lǐng)域與實例直流位置伺服控制系統(tǒng)，由自整角機、相敏放大器、校正裝置、功率放大器、直流伺服電機等元件組成。

當發(fā)送機輸入的轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)機械角度為，接收機根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象使轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的機械角度為，此時接收機轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生交流感應(yīng)電動勢，經(jīng)相敏放大器處理后轉(zhuǎn)換成直流電壓，再通過校正和功率放大，來驅(qū)動直流伺服電動機，使直流伺服電動機帶動接收機偏轉(zhuǎn)，從而使值逐漸接近，直到，這樣就實現(xiàn)了位置系統(tǒng)的精確跟蹤。，2.交流伺服電動機

交流伺服電動機將輸入的交流電壓信號轉(zhuǎn)換成軸上的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號?；绢愋桶崔D(zhuǎn)速是否變化同步伺服電動機異步伺服電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)鼠籠式伺服電動機（形狀上像裝老鼠的籠子）空心杯形伺服電動機（形狀上像喝水的杯子）基本結(jié)構(gòu)與工作原理以兩相鼠籠式異步伺服電動機為例，由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子主要由定子鐵心和嵌放在鐵心中的兩個空間軸線相互垂直的繞組、組成；轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子鼠籠銅條繞組組成。為了使電機的轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)靈敏，通常將轉(zhuǎn)子做得細長。、兩相鼠籠式異步伺服電動機，在勵磁繞組U1U2

回路中串接一個適當?shù)碾娙軨，調(diào)節(jié)電容C的大小使和相位差為，假設(shè)超前。

U1U2、V1V2繞組軸線垂直為90°

超前為90°在電機氣隙中會產(chǎn)生順時針方向旋轉(zhuǎn)磁場

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動切割轉(zhuǎn)子鼠籠銅條繞組在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢形成轉(zhuǎn)子電流電流與磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子以小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。

驅(qū)動方法將電源電壓經(jīng)90°分相電路分解成控制電壓和勵磁電壓，且保持兩者相位差為90°，將送給定子勵磁繞組，同時將送至交流調(diào)壓器改變其幅值大小，然后提供給定子控制繞組，從而調(diào)節(jié)交流伺服電機的幅值驅(qū)動。驅(qū)動單元由90°分相電路和交流調(diào)壓器構(gòu)成。不同系列、不同功率的交流伺服電機驅(qū)動器也各不相同。

ISMD180系列驅(qū)動器ISMD0640系列驅(qū)動器調(diào)速視頻應(yīng)用領(lǐng)域與實例例如交流伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。位置傳感器檢測負載的運動位置，將檢測的位置信號送至比較放大器與給定位置信號比較，產(chǎn)生的偏差驅(qū)動伺服電動機，從而帶動負載動作。

調(diào)速打漿機

擴展知識--有關(guān)直線電機第2章機電一體化的系統(tǒng)組成

2.1機械單元 2.2伺服與驅(qū)動單元2.3檢測單元

2.4控制單元 2.5接口技術(shù)2.3檢測單元2.3.1檢測單元基礎(chǔ)2.3.2傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理2.3.3數(shù)據(jù)采集與處理2.3.4虛擬儀器2.3.1檢測單元基礎(chǔ)機電一體化系統(tǒng)能否有效發(fā)揮其自動化功能，獲得準確信息是首要前提，完成這一任務(wù)的環(huán)節(jié)就是檢測單元（Detectingunit）。傳感器與人體的感覺器官相對應(yīng)，計算機與大腦相對應(yīng)，執(zhí)行器與人體的運動器官相對應(yīng)。這種從外界獲得信息，并從中提取有用信息的過程稱為檢測。傳感器是檢測過程中的核心元件。生物系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)檢測的作用2.3.1檢測單元基礎(chǔ)

傳感器的基本用途2.傳感器的組成3.傳感器的分類4.傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器的基本用途（1）生產(chǎn)過程中的信號測量與控制。（2）安全報警與環(huán)境保護。（3）自動化設(shè)備。（4）交通運輸和資源探測。（5）醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器。2.傳感器的組成將被測物理量按照一定規(guī)律變換為與之對應(yīng)的另一種物理量的裝置叫做傳感器，也叫變換器或探測器。其作用是將各種非電物理量轉(zhuǎn)換成其他量，由接口電路轉(zhuǎn)換成電壓量。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測量電量3.傳感器的分類4.傳感器技術(shù)的發(fā)展（1）新型傳感器開發(fā)。（2）傳感器的集成化。（3）傳感器的多功能化。（4）傳感器的智能化。（5）仿生傳感器（Biomimeticsensor）。2.3.2傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理1.

線位移檢測傳感器2.

角位移檢測傳感器3.

轉(zhuǎn)速檢測傳感器4．加速度檢測傳感器5.

壓力檢測傳感器6.

溫度檢測傳感器7.

流量傳感器8.

其他信號檢測傳感器1.線位移檢測傳感器（1）電阻式線位移傳感器滑線位移式繞線位移式滑線位移傳感器，電阻絲端電壓恒定為Ui，當待測物體往返運動時，將帶動拉桿、電刷運動，電刷在電阻絲上往返滑動，其輸出端電壓為Uo，且與位移量成正比。因此，當我們檢測到輸出電壓的變化量△Uo，就可以獲知待測物體的位移量?；€式位移傳感器實物繞線位移傳感器電阻應(yīng)變計式線位移傳感器懸臂梁是等強度的彈性元件，當其自由端承受待測物體的作用力F而產(chǎn)生位移時，粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片的電阻將發(fā)生變化,其阻值的變化量與相對位移成正比。（2）電感式線位移傳感器差動電感式線位移傳感器：兩個螺旋形線圈與電橋的兩臂相連,并對接在同一圓柱形線圈筒上。當待測物體在磁場中移動時,磁心將受到磁場力的作用而產(chǎn)生位移,切割磁力線產(chǎn)生電動勢使電橋失去平衡,其電橋式檢測電路輸出電壓信號,該電壓值與待測物體位移成正比。差動變壓器式線位移傳感器將被測量轉(zhuǎn)化為線圈的互感變化。初級線圈L1由交流電源勵磁，交流電的頻率稱為勵磁頻率。兩個次級線圈L2和L3接成差動式，它們反向串接，輸出電壓U0是兩次級線圈的感應(yīng)電壓差值，故稱差動變壓器。當磁芯處于整個線圈中心位置時，兩個次級線圈的磁阻相等，當磁芯移動時，將產(chǎn)生與位移成線性關(guān)系的感應(yīng)電壓Uo。（3）電容式線位移傳感器

S、ε、d的變化，均會引起電容量的變化。通過檢測電路將電容量的變化將會引起電路中的電壓或電流變化，這樣即可轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，以此來確定位移量的大小和方向。應(yīng)用：無接觸檢測，在惡劣環(huán)境下工作?？蓱?yīng)用于檢測位移、振動、角度、速度、加速度、壓力等參數(shù)。（4）光柵式線位移傳感器相鄰兩莫爾條紋的間距W為：

若用計數(shù)器記錄下光柵上的移動通過的條紋數(shù)，即可測試主光柵移動的距離。（5）激光式線位移傳感器主要裝置是邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀工作原理

激光傳感器示意圖激光傳感器測量輪轂

光幕式激光傳感器測量直徑（5）激光式線位移傳感器激光具有較好的方向性、單色性和亮度，可從較遠距離對被測物體進行測量。由于光斑直徑小，所以可實現(xiàn)對微小元件的測量。非接觸式的測量原理可保證無磨損、高精度的測量，測量過程不會受到干擾。除此之外，激光三角反射測量原理還極為適用于高精度、高分辨率的快速測量。2.角位移傳感器（1）電阻式角位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)范圍寬、輸出信號大、抗干擾強和準確度較高等特點，已廣泛用于檢測各種回轉(zhuǎn)角度和角位移量。適用轉(zhuǎn)速較低的角位移測量。工作原理

結(jié)構(gòu)示意圖

實物（2）電感式角位移傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種典型的電感式角位移傳感器。精度較高、可靠性好,能完成多種功能，廣泛應(yīng)用于自動解算系統(tǒng)、遠距離同步傳輸系統(tǒng)以及移相器和坐標變換器等設(shè)備正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理D1D2—勵磁繞組；D3D4—交變繞組；Z1Z2—余弦輸出繞組；Z3Z4—正弦輸出繞組2.角位移傳感器（3）電容式角位移傳感器

當動極板產(chǎn)生角位移時，電容器的工作面積發(fā)生變化，通過檢測電路檢測出電容量的變化，即可確定角位移量。2.角位移傳感器（4）光電式角位移傳感器光電式角位移傳感器是一種非接觸式電位器，它用光束代替電刷。沒有金屬絲電刷造成的摩擦力矩，具有分辨率高、壽命長、掃描速度快等優(yōu)點。其缺點是接觸電阻較大，輸出信號要經(jīng)過阻抗匹配交換器才能用。3.轉(zhuǎn)速檢測傳感器（1）電容式轉(zhuǎn)速傳感器當電容極板與齒頂相對時，電容量最大；而電容極板與齒隙相對時，電容量最小。設(shè)齒輪齒數(shù)為z，則由計數(shù)器得到的頻率數(shù)計算出測量轉(zhuǎn)速為3.轉(zhuǎn)速檢測傳感器（2）電感式轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)齒數(shù)為z，由測速表測的頻率計算出測量轉(zhuǎn)速為：

目前已生產(chǎn)的電感式轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速從600r/min到6000r/min。測量點間距達到2～10mm，測量誤差小于0.01％。原理圖

汽車后輪轉(zhuǎn)速測量

實物

電感式轉(zhuǎn)速傳感器原理3.轉(zhuǎn)速檢測傳感器

（3）光電式轉(zhuǎn)速傳感器若開孔數(shù)為20，記錄過程時間為t，總脈沖數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速為：n=60N/(20t)。4．加速度檢測傳感器

當傳感器承受振動體的加速度時，通過質(zhì)量塊產(chǎn)生相對位移，也就是壓電片的變形量為xm

x，在壓電片的線性彈性范圍內(nèi)，有

式中，F(xiàn)—作用在壓電片上的力；k—壓電片的彈性系數(shù)。而壓電片表面所產(chǎn)生的電荷量與作用力成正比，即式中，d—壓電元件的壓電常數(shù)，—傳感器的固有角頻率，

—加速度。5.壓力檢測傳感器按傳感器的工作原理,壓力傳感器可分為電阻應(yīng)變式、壓阻式、壓電式、電感式、電容式等。（1）電阻應(yīng)變式壓力傳感器

應(yīng)變片用黏合劑粘貼在彈性體上,當受外力作用時,應(yīng)變片隨彈性體一同變形,其電阻值也隨之變化,通過測量電橋把電阻值變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化輸出,即可反映被測壓力值的大小。5.壓力檢測傳感器（2）壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器的工作原理是以某些材料的壓阻效應(yīng)為基礎(chǔ)。壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)變時,其電阻率發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)示意圖硅杯及硅膜片實物壓電效應(yīng)：物質(zhì)在機械力作用下發(fā)生變形時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而在其表面上產(chǎn)生電荷，去掉外力時，電荷量立即消失。根據(jù)這一現(xiàn)象，通過檢測的電荷并轉(zhuǎn)化為電壓量，放大輸出后，即可顯示壓力的大小。5.壓力檢測傳感器

（3）壓電式壓力傳感器原理圖

測量切削力實物2.3.2傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理熱電效應(yīng)：對于均質(zhì)導(dǎo)體，當兩端溫度不相等時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將從高溫端向低溫端擴散，在其兩端形成電勢，該電勢稱為溫差電勢。6.溫度檢測傳感器

（1）熱電偶式溫度傳感器熱電偶原理

普通型熱電偶結(jié)構(gòu)實物集成溫度傳感器是一種將感溫元件、放大電路、溫度補償電路等功能集成在一塊極小芯片上的溫度傳感器。跟傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶相比，具有線性度好、靈敏度高、體積小、穩(wěn)定性好、輸出信號大等優(yōu)點，是其他溫度傳感器無法比擬的。6.溫度檢測傳感器（2）集成溫度傳感器空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其作用是將空氣流量轉(zhuǎn)換成電信號送給電控單元，該信號作為決定噴油量的基本信號之一。葉片式空氣流量計由空氣流量計和電位計兩部分組成。7.流量傳感器（Flowsensor）通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，這是目前應(yīng)用最多的傳感器。光電編碼器可以進行角度測量、長度測量、速度測量、位置測量等。8.其他信號檢測傳感器

（1）光電編碼器（Photoelectricencoder）超聲波探頭又稱為超聲波傳感器、超聲波換能器。當工件內(nèi)無缺陷時，接收能量大，儀表指示值大；有缺陷時部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這個變化可將工件內(nèi)部缺陷檢測出。8.其他信號檢測傳感器

（2）超聲波傳感器（Ultrasonicsensors）最常用的視覺傳感器是三維攝像機，它對景物進行掃描，把一幅幅圖像信號變成電壓信號，再由計算機對這些檢測信號進行相應(yīng)處理，進行圖像識別，提取有用信息。8.其他信號檢測傳感器

（3）視覺傳感器（Visionsensor）感知和辨別在氣體、液體或固體中傳遞的聲波所使用的傳感器，稱之為聽覺傳感器。最常見的聲波傳感器即話筒。8.其他信號檢測傳感器

（4）聽覺傳感器（Auditorysensor）電磁振動式滑覺傳感器，測量端用一個直徑為0.5cm鋼球接觸被抓物體表面。若被抓物產(chǎn)生滑動，會引起測量端部產(chǎn)生振動，振動通過連桿傳向振動子，振動子振動產(chǎn)生磁通變化，因而在線圈中感應(yīng)出交流輸出信號。它有不受滑動方向限制的特點，對有限區(qū)域的滑覺檢測是很有效的，但由于是點接觸，鋼球必須對準被測握力面。8.其他信號檢測傳感器（5）滑覺傳感器（Sliptactilesensor）2.3.3數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理的幾個階段：信息采集、信號轉(zhuǎn)換、放大、傳輸接口等。2.3.3數(shù)據(jù)采集與處理1．數(shù)據(jù)采集2．信號放大3．信號轉(zhuǎn)換4.數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)采集：利用傳感器從系統(tǒng)外部的被測單元中獲取一定的信息如物理量、化學(xué)量等，轉(zhuǎn)換為有效電信號并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部。數(shù)據(jù)處理：采集的數(shù)據(jù)不一定滿足需要，因此要進行轉(zhuǎn)換、放大、運算、傳輸?shù)裙ぷ?。直流電橋常用來進行數(shù)據(jù)處理，R1、R2、R3、R4是電橋的橋臂電阻，RL是被測電阻，Ui是電源。當RL趨于無窮大時，電橋的輸出電壓Uo為：1．數(shù)據(jù)采集（Dataacquisition）電橋平衡時，Uo=0，可以得到電橋平衡的條件，即：當電橋不平衡時，電橋輸出電壓為：當R1=R2=R3=R4=R0，且時，電橋的理想輸出為運算放大器（Operationalamplifier）簡稱“運放”，是可以對電信號進行運算，具有很高放大倍數(shù)的電路單元。輸入和輸出電壓的關(guān)系為：2．信號放大（Signalamplifier）模-數(shù)轉(zhuǎn)換，即A/D轉(zhuǎn)換，由A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。數(shù)-模轉(zhuǎn)換，即D/A轉(zhuǎn)換，由D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。信號轉(zhuǎn)換的一般步驟為：采樣、保持、量化、編碼。3．信號轉(zhuǎn)換（Signalconversion）采樣（Sampling）是將時間域或空間域的連續(xù)量轉(zhuǎn)化成離散量的過程，根據(jù)采樣定理確定采樣頻率。量化（Quantization）是將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量最小數(shù)量單位

的整數(shù)倍的過程。編碼（Encoding）是將量化結(jié)果用代碼表示出來。量化誤差是由于模擬量不一定能被整除所忽略的部分。模擬電壓二進制編碼代表的模擬電壓電平模擬信號采樣信號4.數(shù)據(jù)傳輸（Datatransmission）檢測單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)是將被測模擬量，如位移、壓力、流量、溫度等非電量，經(jīng)過傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器后輸入給微機，主要應(yīng)用接口技術(shù)實現(xiàn)。2.3.4虛擬儀器虛擬儀器就是在通用計算機平臺上，根據(jù)用戶需求自行定義、設(shè)計儀器的測試功能，讓使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他自己設(shè)計的測試儀器一樣。簡言之，“軟件就是儀器”。不論是何種測試儀器，其組成都可以概括為信號采集與控制單元、信號分析與處理單元、結(jié)果表達輸出單元三部分。虛擬儀器主要完成三種功能：2.3.4虛擬儀器1.虛擬儀器組成2.LabVIEW虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介3.虛擬儀器的應(yīng)用硬件平臺可以是各類計算機，如PC、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。測控功能硬件主要完成被測輸入信號的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等功能。不同的總線對應(yīng)不同的I/O接口硬件設(shè)備，如PC總線的數(shù)據(jù)采集卡、GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）總線儀器、VXI（VMEbusExtensionsforInstrumentation,VME總線對儀器的擴展）總線儀器模塊、串口總線儀器等。1.虛擬儀器組成（1）虛擬儀器的硬件PC-DAQ型虛擬儀器的硬件平臺1.虛擬儀器組成（2）虛擬儀器的應(yīng)用軟件應(yīng)用程序

I/O接口驅(qū)動程序。軟件三大任務(wù)：集成開發(fā)環(huán)境，儀器硬件的高級接口，儀器用戶的接口。2.LabVIEW虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介（1）前面板前面板是VI的交互式用戶界面，外觀和功能都類似于傳統(tǒng)儀器面板，用戶的輸入數(shù)據(jù)通過前面板傳遞給框圖，計算和分析結(jié)果也在前面板上以數(shù)字、圖形、表格等各種不同方式顯示出來。運行的虛擬儀器的前面板（2）框圖程序

LabVIEW用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼，編程的過程即是使用圖形符號表達程序行為的過程，源代碼不是文本而是框圖。（3）圖標和連接器圖標

連接器通過連線進行編程（3）圖標和連接器通過連線進行編程如果將虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器作一類比，前面板就像是儀器的操作和顯示面板，提供各種參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的顯示，框圖就像是儀器內(nèi)部的印刷電路板，是儀器的核心部分，對用戶來講是透明的，而圖標和連接器可以比作電路板上的電子元器件和集成電路，保證了儀器正常的邏輯和運算功能。3.虛擬儀器的應(yīng)用在電子和通信工程中，虛擬儀器可用于電子測量和信號分析；在自動化檢測領(lǐng)域內(nèi)，虛擬儀器可用于數(shù)據(jù)采集和控制；在航天航空學(xué)科里，虛擬儀器可用于監(jiān)測和分析火箭或衛(wèi)星傳遞來的復(fù)雜數(shù)據(jù)；在基礎(chǔ)學(xué)科的研究中，虛擬儀器可用于設(shè)計實驗系統(tǒng)，例如用于生化領(lǐng)域中監(jiān)測薄膜分子的相互作用，以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中研究嗅覺和視覺。第2章機電一體化的系統(tǒng)組成

2.1機械單元 2.2伺服與驅(qū)動單元2.3檢測單元 2.4控制單元

2.5接口技術(shù)2.4控制單元 2.4.1控制單元基礎(chǔ)

2.4.2常用控制器

2.4.3控制原理與策略2.4.1控制單元基礎(chǔ)1.控制單元作用2.控制單元分類3.控制單元基本性能要求4.控制單元組成2.4.1控制單元基礎(chǔ)當機電一體化系統(tǒng)要想實現(xiàn)某種控制，需要將一些功能塊集中在一起，這就形成了控制單元。其作用是將輸入信號與輸出信號之間建立起一定的對應(yīng)控制關(guān)系。1.控制單元作用2.控制單元分類

控制單元兩種分類方法:按自動控制方式分類和按調(diào)節(jié)規(guī)律分類。交通燈汽車倒車雷達居民樓恒壓供水A8隨動轉(zhuǎn)向大燈全自動洗衣機巡航導(dǎo)彈磁懸浮列車煙草生產(chǎn)線工業(yè)鍋爐除氧器混合動力電動汽車船舶自動駕駛3.控制單元基本性能要求（1）穩(wěn)定性（2）快速性（3）準確性

4.控制單元組成“穿針引線”的控制過程。針和線是輸入信號，針孔和線相對位置是輸出信號。通過人的眼睛檢測針孔和線的實際位置，將信息反饋給大腦進行處理，大腦發(fā)出指令傳遞給肌肉，肌肉帶動手動作，來調(diào)節(jié)針孔和線的相對位置。在這個控制過程中人的大腦就是控制單元。常用控制器：單片機、PLC、DSP、工控機、現(xiàn)場總線等。

單片機PLCDSP5.控制技術(shù)發(fā)展方向（1）20世紀40~50年代形成了經(jīng)典控制理論。（2）20世紀60~

70年代形成了現(xiàn)代控制理論。（3）20世紀80年代以來形成了智能控制。2.4.2常用控制器1.單片機2.PLC3.DSP4.工控機5.現(xiàn)場總線1.單片機

將微處理器、存儲器、I/O接口電路集成在一片電路芯片上，就構(gòu)成了單芯片微型計算機，簡稱單片機。

單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)由中央處理器（CPU）、存儲器、時鐘電路、I/O口和基本功能單元等組成。

單片機引腳封裝封裝形式有兩種：雙列直插式封裝（DIP）和方形封裝。

AT89C51的雙列直插式封裝有40個引腳，與其他51系列單片機引腳是兼容的。40個引腳可分為I/O端口線、電源線、控制線、外接晶體線四部分。

單片機特點性能價格比高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；芯片集成度高，實現(xiàn)模塊化；可靠性高，可達到106小時無故障；體積小，價格低，應(yīng)用靈活。單片機常用的編程語言有4種

匯編語言、C語言、PL/M和BASIC語言

單片機應(yīng)用領(lǐng)域高精度數(shù)控恒流源

無線對講機

呼吸機

航天測控系統(tǒng)

嬰兒看護器

汽車DPS導(dǎo)航

單片機接口單片機常用外設(shè)：鍵盤、顯示器、打印機、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等。D/A轉(zhuǎn)換器

液晶屏

數(shù)碼管鍵盤A/D轉(zhuǎn)換器打印機單片機單片機應(yīng)用實例以倉儲多點溫度采集系統(tǒng)為例：系統(tǒng)以AT89C51微處理器為控制核心，通過3個溫度傳感器監(jiān)測糧倉內(nèi)不同點處溫度，并借用液晶顯示屏實時顯示采集到的溫度值。若溫度檢測值超過預(yù)設(shè)值，發(fā)出聲光警示。

2.PLCPLC是可編程序控制器的簡稱，是在繼電器接觸器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是以微處理器為控制核心，融合自動控制技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等為一體的新型通用的工業(yè)自動控制裝置。

PLC系統(tǒng)組成PLC系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分構(gòu)成。PLC硬件部分主要由中央處理器、存儲器、輸入/輸出部件、電源和編程器等組成。

PLC軟件部分包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。目前PLC的標準編程語言有順序功能圖、梯形圖、功能塊圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本5種?，F(xiàn)在應(yīng)用最多的是梯形圖語言，形象直觀、邏輯關(guān)系明顯。

三相異步電動機的自鎖控制梯形圖。X0、X1為輸入繼電器，Y0為輸出繼電器。

PLC梯形圖

指令表

PLC的編程手段有兩種：

手持編程器利用計算機的編程軟件

PLC主要控制功能及特點PLC主要控制功能包括定時/計數(shù)控制功能，數(shù)據(jù)處理功能，步進控制功能，運動控制功能，過程控制功能，數(shù)/模轉(zhuǎn)換功能，監(jiān)控功能，擴展功能，遠程輸入/輸出功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能。

PLC工作特點：可靠性高、可操作性強、設(shè)計周期短、體積小、能耗低。

PLC工作方式PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。為了理解方便，PLC一個工作過程近似的分為三個階段：輸入刷新階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。完成三個階段的時間稱為一個掃描周期。PLC通信與網(wǎng)絡(luò)

以FP1系列PLC為例，PLC的通信方式大體分為三種：

FP1與計算機PC之間的通信FP1與上位機PLC的通信

FP1與外圍設(shè)備之間的通信

PLC應(yīng)用領(lǐng)域與實例以警報系統(tǒng)為例，系統(tǒng)的控制要求為：過程一：當控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，能及時報警，即警燈閃爍，警鈴響；過程二：當操作人員發(fā)現(xiàn)報警時，按響應(yīng)開關(guān)以示響應(yīng)。這時警燈變?yōu)槌Ａ?，警鈴?fù)ｍ?；過程三：故障排除，報警信號撤消，警燈滅；過程四：按下檢查開關(guān)，警燈亮，否則指示燈壞，應(yīng)更換。

I/O地址分配連接的外部設(shè)備I/O地址分配連接的外部設(shè)備X0報警信號SB1Y0警燈

X1響應(yīng)開關(guān)SB2Y1警鈴

X2檢查開關(guān)SB3根據(jù)輸入、輸出信號畫出控制系統(tǒng)的時序圖

編寫梯形圖程序

PLC接口

思考題單片機與PLC的應(yīng)用范圍有何不同

？單片機：應(yīng)用于數(shù)字采集和工業(yè)控制PLC：應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制3.DSPDSP是數(shù)字信號處理器的簡稱，是一種專門用于數(shù)字信號處理運算的、具有特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可編程微處理器。DSP特點在單指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法運算；程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址、獨立訪問、具有獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，處理指令和數(shù)據(jù)可并行完成；具有流水線，使取指令、譯碼、取數(shù)和執(zhí)行等操作可重疊起來進行；片內(nèi)存儲器處理速度快，可以多塊存儲器并行訪問；具有特殊的DSP指令，專門為實現(xiàn)數(shù)字信號處理的算法設(shè)置；具有快速中斷處理和I/O支持能力；可以大規(guī)模集成，可靠性高，處理速度快

DSP

系統(tǒng)構(gòu)成及工作過程一個典型的DSP系統(tǒng)包括抗混疊濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP芯片、D/A轉(zhuǎn)換器和抗鏡像濾波器等。

DSP應(yīng)用領(lǐng)域DSP接口以TMS320C54x為例來介紹DSP接口。

DSP編程語言DSP有匯編語言、C語言和混合編程三種編程方式。

思考題單片機與DSP的區(qū)別是什么

？DSP與單片機的最大區(qū)別是DSP能夠高速、實時地進行數(shù)字信號處理運算。單片機的位控能力強，I/O接口種類繁多，片內(nèi)外設(shè)和控制功能豐富、價格低、使用方便，但與DSP相比，信號處理速度較慢；

DSP具有高速并行結(jié)構(gòu)及指令、多總線，而單片機沒有；DSP處理的算法復(fù)雜度和強大的數(shù)據(jù)處理流量，單片機無法可比。4.工控機工控機是工業(yè)控制計算機的簡稱，又名IPC，是為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的計算機。

功能及特點主要功能：數(shù)據(jù)處理；順序控制；周期性巡回檢測；直接數(shù)字控制；監(jiān)控；反饋指導(dǎo)操作；通信聯(lián)網(wǎng)等。特點：實時在線檢測與控制、工作時間長、可靠性高、工作環(huán)境適應(yīng)性好、編程語言豐富、擴展空間大、輸入/輸出能力強。

組成全鋼機箱工業(yè)電源無源底板工控機主要由全鋼機箱、無源底板、工業(yè)電源、CPU卡以及鼠標、鍵盤、顯示器、硬盤等附件組成。

應(yīng)用領(lǐng)域樓宇監(jiān)控系統(tǒng)路橋收費系統(tǒng)柜臺收銀系統(tǒng)加油系統(tǒng)5.現(xiàn)場總線

將各個分散的現(xiàn)場設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接起來，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備之間以及現(xiàn)場設(shè)備與高級控制系統(tǒng)之間雙向數(shù)字式通信的標準總線。

現(xiàn)場總線的特點全數(shù)字通信，傳輸精度高，消除模擬信號的瓶頸現(xiàn)象。適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備間互操作性和互換性。實時性強，可靠性高，安全性好。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及其相關(guān)信息，多為短幀傳送。通信傳輸速率低，傳輸距離遠。

2.4.3控制原理與策略1.控制原理開環(huán)閉環(huán)2.控制策略PID控制智能控制：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制1.控制原理自動控制系統(tǒng)主要有兩種基本的控制方式：開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制開環(huán)控制是指系統(tǒng)輸入量對輸出量實行單方向的控制，并沒有對輸出量結(jié)果進行檢測。優(yōu)點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，成本低，不存在穩(wěn)定性問題。缺點：抗干擾能力差，控制精度低，對外界干擾產(chǎn)生的偏差沒有自動補償修正功能。開環(huán)控制的特點以直流電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)為例，說明開環(huán)控制。

對干擾信號的調(diào)節(jié)當系統(tǒng)受到外界干擾，假設(shè)直流電動機所帶負載增加回路電流增大電動機的轉(zhuǎn)速降低

對給定信號的調(diào)節(jié)

當給定電壓信號變化時，假設(shè)增加晶閘管控制角小晶閘管整流電路輸出電壓平均值增大直流電動機轉(zhuǎn)速升高

閉環(huán)控制閉環(huán)控制系統(tǒng)對輸出量結(jié)果進行檢測，并將檢測信號變換送至系統(tǒng)輸入端，與輸入量比較后進行控制，直至將系統(tǒng)擾動產(chǎn)生的偏差修正過來。

仍以直流電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)為例，說明閉環(huán)控制。

對干擾信號的調(diào)節(jié)當系統(tǒng)受到外界干擾，假設(shè)直流電動機所帶負載增加回路電流增大電動機的轉(zhuǎn)速降低測速發(fā)電機輸出電壓減小分壓減小電壓偏差ΔU增大放大器輸出電壓增大小增大轉(zhuǎn)速升高維持電動機轉(zhuǎn)速基本保持不變對給定信號的調(diào)節(jié)

當給定電壓信號變化時，假設(shè)增加偏差ΔU增大增大晶閘管控制角小晶閘管整流電路輸出電壓平均值增大直流電動機轉(zhuǎn)速升高

優(yōu)點：存在反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)總是力圖補償和修正擾動產(chǎn)生的偏差，對包圍在環(huán)內(nèi)的一切主通道上的擾動作用都能有效抑制，控制精度高。缺點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在偏差修正過程中需要一定時間，才能將輸出量補償過來，這可能引起超調(diào)，系統(tǒng)存在穩(wěn)定性問題。閉環(huán)控制的特點思考題下列現(xiàn)象是開環(huán)控制還是閉環(huán)控制

？自動門開關(guān)控制火災(zāi)自動報警器電飯煲煮飯游泳池注水定時控制系統(tǒng)家用電冰箱的溫度控制系統(tǒng)電飯煲保溫游泳池注水水位控制系統(tǒng)開環(huán)控制閉環(huán)控制2.控制策略

PID控制PID控制是比例（P）、積分（I）、微分（D）控制，是以系統(tǒng)的偏差為自變量，通過比例運算、積分運算、微分運算計算出控制量。

系統(tǒng)偏差與控制量之間的關(guān)系可表示為：

以浴缸水溫調(diào)節(jié)為例，小明同學(xué)希望洗澡時的浴缸水溫為38

Ｃ，浴缸的水龍頭具有熱水閥和冷水閥，可以分別向浴缸內(nèi)注水，通過溫度計可以實時測量浴缸的水溫。小明將冷水閥調(diào)整在一個適當?shù)牧髁勘３植蛔?，單純通過熱水閥的流量調(diào)整，來控制浴缸的水溫。PID控制是比較理想的控制策略，既具有比例的快速響應(yīng)，又具有積分的消除穩(wěn)態(tài)誤差，還有微分的超前控制功能。調(diào)節(jié)初期，微分起作用，抑制偏差的變化幅度和速度；比例起作用，快速消除偏差。調(diào)節(jié)后期，積分起作用，逐漸消除掉誤差。

思考題PID參數(shù)設(shè)定的經(jīng)驗規(guī)律是什么呢？參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降曲線波動周期長，積分時間再加長曲線振蕩頻率快，先把微分降下來動差大來波動慢，微分時間應(yīng)加長理想曲線兩個波，前高后低四比一一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低智能控制

智能控制主要用來處理傳統(tǒng)控制難以解決的復(fù)雜性、不確定性的控制問題。

智能控制技術(shù)的主要方法有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等。

模糊控制模糊控制基于計算機模仿人的模糊決策和推理的控制思想，以人類專家對被控對象或過程的控制策略為控制依據(jù)，運用模糊集合、模糊語言變量、模糊推理的理論知識，將精確量與模糊量相轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)計算機代替人對系統(tǒng)的自動控制。模糊控制器由模糊化、模糊推理、規(guī)則庫和去模糊化四個功能模塊組成。

在風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動下，葉輪中葉片不斷對空氣做功，使空氣高速排出風(fēng)機。同時風(fēng)機前端吸塵區(qū)域中的空氣就會不斷補充，由此在吸塵器內(nèi)部瞬間形成真空，與外界大氣產(chǎn)生壓差。在壓差作用下，吸嘴處的灰塵、贓物隨空氣被吸入內(nèi)部，經(jīng)過濾塵器，灰塵、贓物留在濾袋里，空氣排出吸塵器外。

家用吸塵器的模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是基本不依賴于模型的一類控制，能解決復(fù)雜的非線性、不確定、不確知系統(tǒng)的控制問題。是一種模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能建立起來的模型，是由大量模擬生物神經(jīng)元的人工神經(jīng)元互連而成的網(wǎng)絡(luò)，具有某些仿人的特征和功能。

專家控制專家控制將專家系統(tǒng)思想與自動控制理論、技術(shù)相融合，實現(xiàn)在未知環(huán)境下仿效專家的經(jīng)驗，對系統(tǒng)進行控制。專家系統(tǒng)實質(zhì)上是一個智能計算機程序，其運用某個領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，來模擬專家思維解決難題。專家控制器的基本結(jié)構(gòu)由知識庫、推理機、控制算法庫、信息獲取與處理四部分構(gòu)成。

思考題模糊專家控制、專家模糊控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家控制等控制有何不同？模糊專家控制是將模糊技術(shù)引入專家系統(tǒng)，采用模糊集和模糊邏輯來表示和處理知識的不確定性的專家系統(tǒng)。專家模糊控制是將專家系統(tǒng)技術(shù)引入模糊控制，運用模糊邏輯原理和專家系統(tǒng)知識來構(gòu)建控制策略的模糊控制。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是按照模糊系統(tǒng)模型建立，將模糊輸入信號和模糊權(quán)值輸入常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家控制是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為前端的知識獲取器，獲取的知識作為網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，并將網(wǎng)絡(luò)計算輸出結(jié)果輸入推理機的專家系統(tǒng)。第2章機電一體化的系統(tǒng)組成

2.1機械單元 2.2伺服與驅(qū)動單元2.3檢測單元 2.4控制單元 2.5接口技術(shù)2.5接口技術(shù) 2.5.1人機接口

2.5.2信息采集接口

2.5.3控制量輸出接口接口

(interface)各個單元之間通過接口，各個單元之間通過接口構(gòu)成一個完整的機電一體化系統(tǒng)。機電一體化系統(tǒng)各個單元之間的物質(zhì)、信息和能量通過接口進行傳遞和交換,保證系統(tǒng)的整體性和高效運行以控制器為出發(fā)點，通常將機電一體化接口分為人機接口和機電接口兩大類2.5.1人機接口人機接口是操作人員與機電一體化系統(tǒng)進行信息交換的接口，包括：輸入接口輸出接口人機接口的設(shè)計原則（1）專用性（2）低速性（3）宜人性

輸入接口--按鍵接口電路鍵盤是一種常開型按鈕開關(guān),是一種常用的機電輸入設(shè)備。當按鍵K未被按下時，單片機的P1.0輸入為高電平5V；當按鍵K被按下時，單片機P1.0輸入低電平0V。

輸出接口--LED的靜態(tài)顯示LED是機電一體化產(chǎn)品的常用輸出設(shè)備,具有價格低、配置靈活、接口方便、可靠性高等特點。LED顯示器是將若干個LED按照一定的形狀制作在一塊基板上構(gòu)成的字符顯示器LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）7406反相驅(qū)動器2.5.2信息采集接口為了保證機電一體化產(chǎn)品的正常運行,需要傳感器隨時檢測機電一體化產(chǎn)品的工作狀態(tài),將位置、壓力、轉(zhuǎn)矩、溫度、速度、圖像以及聲音等信息輸入到控制器。輸出信號主要有開關(guān)量、數(shù)字量和模擬量三種

數(shù)字信號的采集行程開關(guān)的通斷過程容易產(chǎn)生干擾,為了隔斷噪聲對微機的干擾,在開關(guān)量的檢測和控制輸出過程中,通常采用光電隔離技術(shù)。當行程開關(guān)SQ接通時,光耦合器輸出低電平,單片機的輸入為0。當行程開關(guān)斷開時,光耦合器輸出高電平,單片機的輸入為1。模擬信號的采集多數(shù)傳感器輸出電壓、電流、電阻、電容等連續(xù)電信號，需要將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,即A/D轉(zhuǎn)換。傳感器輸出的電信號比較微弱,需要對傳感器的輸出信號進行放大,以便于與A/D轉(zhuǎn)換器匹配。傳感器輸出的信號可能會包含有一些噪聲信號,需要應(yīng)用濾波技術(shù)將噪聲信號