机电一体化试卷复习题（通用4篇）
D.软件
2.导程 Lo =8mm 的丝杠的总质量为 6峙，标称直径为 40mm，则其转动惯量为(kg.mm 2 0 A.1200 B.480C.120 D.48 3.需要消除斜齿轮传动的齿侧间隙，采取调整法使得调整过程中能自动补偿齿侧 间隙。A.偏心套 B.轴向垫片c.薄片错齿
D.轴向压簧错齿
4.幅频特性和相频特性是模拟式传感器的()。A.静态特性指标 B.动态特性指标
c.输入特性参数 D.输出特性参数
5.闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（）。A.回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度 B.传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度 c.回程误差和传动误差都不会影响输出精度 D.回程误差和传动误差都会影响输出精度
6.PID 控制算法中，积分调节器的主要作用是()。A.消除静差 B.加快响应 c.减小振荡 D.提高稳定性
7.不进行参数的变换与调整，仅作为输入/输出的直接接口的是()。A.零接口 B.被动接口 c.主动接口 D.智能接口
8.HRGP-1A 喷漆机器人中的活塞式液压缸属于系统中的()。A.能源部分 B.测试传感部分 C 驱动部分 D.执行机构
1.以下产品属于机电一体化产品的是()。A.游标卡尺 B.移动电话
C.全自动洗衣机 D.非指针式电子表
2.为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法()。A.增大系统刚度 B.增大系统转动惯量
C.增大系统的驱动力矩 D.减小系统的摩擦阻力
4.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为 100 线/mm，经四倍细分后，记数脉冲为 400，光栅位移是()mm。A.1 B.2 C.3 D.4 5.以下可对交流伺服电动机进行调速的方法是()。A.改变电压的大小 B.改变电动机的供电频率 C.改变电压的相位 D.改变电动机转子绕组臣数 7.以下()不属于系统功能结构图的基本结构形式。A.串联结构 B.并联结构 C.环形结构 D.星形结构
8.旋转变压器是机器人电液伺服系统中的(A.驱动元件 B.能量元件 C.检测元件 D.控制元件
1.以下产品不属于机电一体化产品的是(A.机器人 B.移动电话 C 数控机床 D.复印机
2.滚珠丝杆的滚珠在整个循环过程中始终与丝杠表面保持接触为(A.插管式 B.端盖式)。
c.内循环式 D.外循环式
3.下列哪个不是传感器的动态特性?()A.幅频特性 B.临界频率 C.相频特性 D.分辨率
4.在传感器的使用中，模拟式传感器与计算机进行接口必须用的器件为()。A.A/D 转换器 B.D/A 转换器 c.缓冲器 D.隔离器
5.闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（）。A.回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度 B.传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度 c.回程误差和传动误差都不会影响输出精度 D.回程误差和传动误差都会影响输出精度
6.针算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写()，具有实时性、针对性、灵活 A平台软件 B.开发软件 C系统软件 D.应用软件
7以下 C)不属于系统功能结构!型的基本结构形式。A.串联结构 B.并联结构 Cm 环形结构 D.星形结构
8.喷漆机器人中的手部属于系统中的()。A能源部分 B.测试传感部分 C驱动部分 D。执行机构
2.为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法(A.增大系统刚度 B.增大系统转动惯量
c.增大系统的驱动力矩 D.减小系统的摩擦阻力
4.以下可对交流伺服电动机进行调速的方法是()。A.改变电压的大小 B.改变电动机的供电频率 C.改变电压的相位 D.改变电动机转子绕组臣数
5.计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写)，具有实时性、针对性、灵活 性和通用性。
A.平台软件 B.开发软件 C.系统软件 D.应用软件
6.以下()不属于系统功能结构图的基本结构形式。A.串联结构 B.并联结构 C.环形结构 D.星形结构
7.含有微处理器，可进行程序编制或适应条件变化的接口是()。A.零接口 B.被动接口 C.主动接口 D.智能接口
8.HRGP-1A 喷潦机器人中的活塞式液压缸属于系统中的()。A.能源部分 B.测试传感部分 C.驱动部分 D.执行机构
9.机电)体化产品与传统的机电产品相比，机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。(Y)10.机电一体化系统的机械系统与传统的机械系统相比，除了要求较高的制造精度外，还 应具有良好的动态响应特性和稳定性。(Y)11.滚珠丝杆副的行程是指丝杠相对于螺母旋转 3600 时，螺母上基准点的轴向位移。(X)12.传感器的作用是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 数转换成便于测定的某种物理量。(Y)13.实际上传感器的响应总有一定延迟，希望延迟时间越短越好，传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽。(Y)14.脉宽调制(Pulse Width Modulator，简称 PWM)控制就是通过脉冲宽度进行调制的技术，即通过改变脉冲宽度改变输出的平均电压。(Y 15.自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定 的规律运行。(X)16.在确定计算机控制系统的控制周期时，从执行元件的要求来看，理论上需要输出信号 的周期越小越好。(X)17.虚拟设计是一种以先进产品设备的实物、样件、软件或影像作为研究对象，应用产品 设计方法学、系统工程学、计算机辅助设计的理论和方法进行系统分析和研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的或更先进的技术。(X)18.在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，→般由专用计算机(或通用计算 机)、输入输出接口以及驱动控制装置等部分构成。(Y)
9的机电一体化是一个新兴的交叉学科，是机械和傲电子技术紧密集合的一门技术，机电 一体化产品具有智能化、人性化等特征，(Y)10.机电一体化产品的机械系统包括传动机构、导向机构、执行机构、轴系、机座或机架 5 大部分，是实现产品功能的基础。(Y)1 1.机电一体化系统要求传动机构具有刚度大、摩擦小、转动惯量小、阻尼合理、抗振性好 和可靠性高等特性。(Y)12.精密机械技术作为机电一体化系统的基础，为机电一体化系统提供了精密的机械本体，并为机电一体化系统提供了可靠、灵敏的驱动装置。(x)13.在机电一体化机械系统中，滚珠丝杠副是最常用的运动转换机构，在实际工程运用 中，滚珠丝杆副只能将回转运动转换为直线运动。(x)14.位移传感器还可以分为模拟式传感器和数字式传感器，模拟式传感器输出是以幅值 形式表示位移的大小，数字式传感器的输出是以脉冲数量的多少表示位移的大小。(Y)15.脉宽调制 CPulse Width Modulator，简称 PWM)控制就是通过脉冲宽度进行调制的技术，即通过改变脉冲宽度改变输出的平均电压。(Y)16.自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定 的规律单行。(x)17.PID 调节器由比例调节器、积分调节器和加法调节器通过线性组合而构成。(x)18.概念设计是指在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的工作原理及 其组合等，(Y)9.机电一体化系统是以机械装置为主体电子技术为核心，强调各种技术的协同和集成的 综合性技术。(Y)10.产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。(X)11.齿轮传动系统中各级传动比的最佳分配原则中等效转动惯量最小原则是使所设计的 齿轮传动系统换算到该齿轮传动系统输出轴上的等效转动惯量为最小。(X)12.传感器的敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。(Y)13.传感器的静态特性是特指输入量为常量时，传感器的输出与输人之间的关系。(X)14.开环系统没有反馈回路，只能依据时间和逻辑顺序决定被控对象的运行方式，开环系 统简单、稳定、可靠，但精度较低，无自动纠偏能力。(Y)15.直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机都可以采用 PWM 控制方式进行调速控 制。(Y)16.PID 调节器由比例调节器、积分调节器和加法调节器通过线性组合而构成。(X)17.绿色设计是对已有的产品或技术进行分析研究，进而对该系统(产品〉进行剖析、重构、再创造的设计。(X)18.在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，一般由专用计算机、输入输出接口 以及机床控制器等部分构成。(Y)9.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论(Y)10.进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比 E 取值越小越好。x 11.滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。y 12.采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发 增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。（x)13.传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。(x)14.步进电动机的转动惯量越大，同频率下的起动转矩就越小。（y)15.脉冲分配器的作用是使步进电机各个绕组的通电顺序按一定规律变化。（y)16.一般说来，全物理仿真与计算机仿真相比较，在时间、费用和方便性上都具有明显的优点，是一种经济、快捷与实用的仿真方法。（x)17.现场总线系统采用一对一的设备连线.按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。(x)18.数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机则属于系统 的驱动部分。(y)
19.步进电动机的输入信号是什么?如何实现对其转速和旋转方向的控制? 答:步进电机的输入信号是脉冲序列。步进电机的步矩角 α 与运行拍数 m、通电方式 k(m=k.N，单拍时 k=l，双拍时是 =2，N 为定子绕组的相数〉、转子的齿数 z 有关。步进电
机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。20.机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么? 答:在进行项目的设计和规划时，往往需要对项目的合理性、经济性等品质加以评价;在系统实际运行前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便选择正确、高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的运行水平。采用仿真技术可以省时、省力、省钱地达到上述目的。21.PLC 控制系统有何优越性? 答 :PLC 主要具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，PLC 提供标准通信接口，可以方便地构成 PLC-PLC 网络或计算机-凹>C 网络，PLC 应用程序的编制和调试非常方便，PLC 具有监控功能。
19.什么是步进电机的步距角?它由哪些参数确定?.答 z 定子绕阻的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的 步距角a
20.机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种?分别应用于系统设计的哪个阶段? 答:机电一体化系统的仿真模型主要有 物理模型、数学模型和描述模型。当仿真模型
是物理模型时，为(全〉物理仿真;是数学模型时，称之为数学(计算机〉仿真。用己研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理仿真。计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用在分析设计阶段(软件级)、部件及子系统研制阶段(软件一 硬件级〉实时仿真、系统研制阶段(硬件级)实时仿真阶段。21.何谓概念设计?简述概念设计的设计过程。
.答:概念设计是指在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理 及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案。设计过程 设计任务抽象化，确定系统的总功能→将总功能分解为子功能，直到功能元→寻找子功能(功能元)的解→将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案→对众多方案进行评价决策，选定最佳方案→概念产品。19.完善的机电一体化系统主要包括哪几部分? 答:机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理及控制系统五部分相互 协调，共同完成所规定的目的功能。
20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? 答:齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有 圆柱齿轮传动 偏心套轴向垫片双片薄齿轮 错齿调整法(轴向拉簧式、可调拉簧式);斜齿轮传动:垫片错齿调整。21.计算机控制系统由哪几部分组成?每一部分的作用是什么?.答:计算机控制系统由硬件和软件两大部分组成。其中，硬件主要由计算机主机、接 口电路、输入/输出通道及外部设备等组成
(1)计算机是整个控制系统的核心。它接收从操作台传来的命令，对系统的各参数进行巡 回检测，执行数据处理、计算和逻辑判断、报警处理等，并根据计算结果通过接口输出控制(2)接口与输入/输出通道是计算机与被控对象进行信息交换的桥梁。
(3)计算机控制系统中最基本的外部设备是操作台，它是人机对话的联系纽带，通过它可 发出各种操作命令，显示系统的工作状态和数据，并可输入各种数据。
22.设有一大功率电动机驱动的二级齿轮传动减速传动系统如图所示，假设齿轮箱的传 动效率为 100%，齿轮箱的总传动比 i=3.2，己知齿轮采用相同材料，宽度 b 相同，各齿轮的模数 m=3，主动齿轮的齿数 Zj =20、Z3 = 25，请根据重量最小原则设计齿轮传动系统，推导并计算各级齿轮传动比和齿轮 2、齿轮 4 的齿数。
23.某部门欲开发一款用于焊接印刷电路板芯片的机械手，请制订出该款机械手产品的 开发设计流程。
第一阶段:产品规划阶段。进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。例如: 机械手的用途:焊接芯片。工作方式:手动、自动方式。主要技术参数 :3 自由度等等。使用环境要求:生产线。(2 分)第二阶段:概念设计阶段。在功能分析的基础上，优化筛选取得较理想的工作原理方案。(2 分)第三阶段:详细设计阶段。对各功能模块进行细部设计，绘制相应的工程图。该阶段的工 作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘
制。(2 分)第四阶段:设计实施阶段。首先根据机械、电气图纸和算法文件，制造、装配和编制各功能 模块;然后进行模块的调试;最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。(2 分)第五阶段:设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型，整理设计资料。小批量生 产、试销。(2 分)22.现有如下图所示的双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程为 lo=6mm、左端齿 轮齿数为 100、右端齿轮齿数为 98.当两端转向相同时，一端的外齿轮相对于另一端的外齿轮转过 2 个齿时，试求两个螺母之产生的相对轴向位移?
23.答:(1)中央处理器 CPU PLC 的运算和控制核心，控制其它所有部件的运行，功能 当于人的大脑。(3 分〉
(2)存储器用来存储数据和程序，包括随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，存储系 程序和用户程序。(3 分〉
(3)输人/输出 0/0)单元是 CPU 与现场 1/0 设备或其它外部设备之间的连接部件。(3 分〉(4)电源包括系统电源和后备电池，其中后备电池可在停电时继续保持几十小时的供电。
22.一个四相八拍运行的步进电机，转子齿数为 50，则其步距角为多少?如要求步进电机 秒钟转 10 圈，则每一步需要的时间 为多少?
19.滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些? :攘珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有 螺纹预紧调隙式、双螺母差齿预紧
调隙式、双螺母垫片预紧调隙式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预紧式。20.什么是传感器的校准?并简述如何进行校准? 答:传感器在使用前、使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性能参数进行复测或 做必要的调整和修正，以确保传感器的测量精度，这个复测调整过程称为校准。
为了对传感器有一个长期的、稳定的和高精度的基准，在一些测量仪器中特别是内部装有 微处理器的测量仪器中，很容易实现自动校准功能。对传感器进行校准时，需要精度比它高的基准器，这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响，参数会随之改变。因此对这种基准器还要用更高精度的基准器来定期校准。
21.步进电动机的输入信号是什么?如何实现对其转速和旋转方向的控制?.答:步进电机的输入信号是脉冲序列。
步进电机的步矩角 与运行拍数、通电方式 k(m=k.，单拍时 k=l 双拍时 k=2 为定子绕组的相数)、转子的齿数 有关。步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转 子旋转的速度越快，即输入脉冲频率越高，转子的转速越高。改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。
22.已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为.6.rþl =.6.rþz =…=.6.如 =0.004 弧度，各级减退比相同，即 =iz =i =2.求该系统的最大转角误差 ðcþmax 综合题：根据机电一体化中计算机控制系统的设计思路，论述计算机控制系统设计步骤和关 键问题。
(1)确定系统的整体控制方案(2 分)首先应了解被控对象的控制要求，构思计算机控制系统的整体方案，确定整体方案后，画 出系统组成的初步框图，并附以说明，以作为下一步设计的基础和依据。(2)确定控制算法(2 分)在对任何一个具体的计算机控制系统进行分析、综合或设计时，一般都首先建立该系统的 数学模型，确定其控制算法。(3)选择微型计算机(2 分)主要确定①较完善的中断系统，②足够的存储容量，③完备的输入/输出通道和实时时钟。还应考虑字长、速度、指令等特殊要求。
5.机电一体化机械系统的主要机构
6.机电一体化传动系统的类型和作用
7.机电一体化系统对传动的要求
8.传动间隙的调整
9.机电一体化对伺服系统的技术要求
10.直流伺服电机的结构与工作原理
11.交流变频调速的基本原理
12.步进电机的有关参数、指标、控制电路及设计中相关的计算
13.模拟式传感器信号处理过程
14.传感器的主要技术指标
15.常用的传感器的工作原理(主要掌握脉冲编码器)
16.非线性补偿的软件处理方法
17.计算机控制系统的组成及类型
18.并行接口的数据传送方式
19.计算机的I/O过程中的编址方式
20.常见的工业控制计算机
第一章 概论 名词解释
机电一体化技术：综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，以系统为出发点的最佳功能价值的系统工程技术。
填空：
在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为:（电压输出）（电流输出）（频率输出）三种形式。
选择
在机电一体化系统中，通过传感器检测某一部位运动位移并进行反馈、间接控制目标运动的系统为（B）。A 开环系统 B 半闭环系统 C 闭环系统
在机电一体化系统中，通过传感器直接检测目标运动并进行反馈控制的系统为（C）。A 开环系统 B 半闭环系统 C 闭环系统
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（D）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
以下哪一项，不是工业三大要素（C）。A 物质 B 能量 C 资源 D 信息
把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的工作模式称为（A）A 并行模式
B 快速响应设计模式 C 反求设计 D 绿色设计
PLC指的是（D）。A.机器人 B.计算机集成系统 C.脉宽调制 D.可编程逻辑控制器
第二章 机械系统部件的选择与设计 填空：
滚珠丝杆中滚珠的循环方式：（内循环）（外循环）。
判断：
直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。（√）
问答：
滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？
答：如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式
第三章 执行元件的选择与设计 填空：
根据使用能量的不同，执行元件可划分为（电动式）（液动式）（气动式）等几种类型。
微型计算机对步进电机进行控制有（串行）（并行）两种方式。键盘的工作方式有（编程扫描方式）（定时扫描方式）（中断扫描方式）三种。
选择
1.步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（B）决定转角位移的一种伺服电动机。
A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比
简单
1.简述直流伺服电机两种控制的基本原理。
答：直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。
2.简述光电隔离电路的作用。
计算题：
1.三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。
(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少? 2.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。(1)该电动机为几极，空载转差率是多少?(2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?(3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为 解：1.1)K=2;M=3, Z=80;α=360/2*3*80=0.75º
f=480Hz 2)K=1;M=3, Z=80;α=360/1*3*80=1.5º
f=400Hz 2.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。(1)4极，空载转差率n=(1500-1450)/1500=3.3%(2)50Hz(3)50Hz 16.5 Hz
第四章 微机控制系统的选择及接口设计 填空：
程序设计语言分为（机器语言）、（汇编语言）、（高级语言）三大类。在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为 ： 串行 通信和 并行 通信。
选择：
其指令用“0”“1”符号所组成的代码表示，能够直接解释与执行的指令体系是（A）。A 机器语言 B 汇编语言 C 高级语言
下列哪个引脚，是8086的时钟输入信号（D）。A ALE B RESET C INTR D CLK
下列哪种单片机产品，使用时必须配置外部的程序存储器（C）。A 8051 B 8751 C 8031
七段LED显示块中通常有（C）个发光二极管。A 4 B 7 C 8
判断：
ROM是能够将程序和数据读出和写入的存储器。（错误）
8086/8088CPU的最小工作模式允许系统中包括两个或多个微处理器一起工作。（错误）
8087是一种专用于数值运算的处理器。（正确）
问答题：
简述机电一体化系统对检测传感器的基本要求？ 传感器的选用原则及注意事项？
第五章 问答：
1.在对传统机械加工机床进行机电一体化改造之前，首先要选择机床的哪些性能指标？
2.在对传统机械加工机床进行机电一体化改造之前，对进给系统必须作怎样的设计计算？
第六章 填空：
工业机器人按照坐标形式可分为（直角坐标型）（圆柱坐标型）（极坐标型）（SCARA型）（多关节型）五类。
问答：
工业机器人的主要性能指标有哪些？
绪论
●机电一体化是指机械装置和电子设备适当地组合起来，构成机械产品或机电一体与机信一体的新趋势。
●机电一体化是把机械学和电子学有机地结合起来，提供更加优越技术的一种技术。
●机电一体化乃是在机械的主功能、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。机电一体化的目的是使产品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又能节省材料、省能源，使产品向轻、薄、细、小、巧的方向发展，以不断满足人们生活的多样化要求和生产的省力化，自动化需求。
机电一体化基本结构要素：
1．机械本体 包括机身、框架机械联接等在内的产品支持结构属于基础部分，实现产品的构造功能。
2．动力源 向系统提供能量，并将输入的能量转换成需要的形式，实现动力功能。
3．检测与传感装置 包括各种传感器及其信号检测路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功能。4．控制与信息处理装置 主要是指由计算机及其相应硬、软件所构成的控制系统。
5．执行机构 包括机械传动与操作机构，在控制信息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。是机电一体化产品中最重要的组成要素之一。机电一体化产品可划分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。1．功能附加型产品：主要特征是在原有机械产品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增强，性能得到适当的提高。经济型数控机床、电子秤、数显量具、全自动洗衣机等都属于这一类机电一体化产品。
2．功能替代型产品：主要特征是采用电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品结构简化，性能提高。柔性增加，如电子缝纫机、自动照相机等用微电于装置取代了原来复杂的机械控制机构；线切割加工机床、激光手术器等则用因微电子技术的应用而产生的新功能，取代了原来机械的主功能。
3．机电融合型产品：主要特征是根据产品的功能和性能要求及技术规范，采用专门设计的或具有特定用途的集成电路来实现产品中的控制和信息处理等功能，因而使产品结构更加紧凑、设计更灵活、成本进一步降低。传真机、复印机、摄象机、磁盘驱动器、CNC数控机床等都是这一类机电一体产品。 机电一体化共性关键技术
一、机械技术机械技术是机电一体化的基础。机电一体化产品中的主功能和构造功能，它主要是以机械技术为主实现的。
二、计算机与信息处理技术实现信息处理的主要工具是计算机。计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络与通信技术、数据库技术等。在机电一体化产品中，计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行。计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术和产品发展的最活跃的因素。
三、检测与传感技术检测与传感技术的研究对象是传感器及其信号检测
装置。机电一体化产品中，传感器作为感受器官，将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置反馈给控制及信息处理装置。因此检测与传感是实现自动控制的关键环节。
四、自动控制技术 自动控制技术范围很广，包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化与实用化。
五、伺服驱动技术 伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动
装置。执行元件有电动、气动、液压等多种类型，因此伺服驱动技术是直接执行操作的技术，对机电一体化产品的动态性能、稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。
六、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元，然后再把功功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。机电一体化设计突出体现在两个方面：一方面，当产品的某一功能单靠某一种技术无法 实现时，必须进行机械与电子及其它多种技术有机结合的一体化设计；另一方面，当产品某一功能的实现有多种可行的技术方案时，也必须应用机电了体化技术对各种技术方案进行分析和评价，选择最优的技术方案。因此，机电一体化设计必须充分考虑各种技术方案的等效性、互补性及可比性。机电一体化产品设计一般可分为三种类型：
（1）开发性设计 一个从无到有的创造过程，是在没有任何样板可供参考的情况下，根据功能和性能要求所进行的设计。开发性设计要求设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象力和广泛而扎实的基础理论知识。
（2）适应性设计 在原有产品总的方案基本不变的情况下，对产品的某些局部加以变动或改进，以增加功能、提高性能和质量或降低成本为目的生所进行的设计。适应性设计要求设计者对原有产品及相关的市场需求变化和技术进步有充分的了解和掌握。
（3）变异性设计 在设计方案和功能结构不变的情况下，通过改变改变尺寸、速度、力或功率等参数，以满足市场对产吕规格方面的需求进行的系列化设计。变异性设计比较容易，但设计中必须注意采取措施防止因参数变化可能对产品性能产生的影响。
第二章 机械系统设计
一、机电一体化对机械系统的基本要求．
1．高精度 精度直接影响产品的质量，如果机械系统的精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其它系统工作再精确，也无法完成其预定的机械操作。2．快速响应 要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短。
3．良好的稳定性 要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响，抗干扰能力强。
二．机械系统的组成
1.传动机构 以满足整个机械系统良好的伺服性能。要满足传动精度的要求。2.导向机构 其作用是支承和导向。
3.执行机构 具有较高的灵敏度、精确度，良好的重复性和可靠性。
一、传动机构性能要求
1．转动惯量小 转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振，在设计传动机构时 应尽量减小转动惯量。
2．刚度大 刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚度对机械系统而言是有利的。
3．阻尼合适 要求摩擦小、抗振性好、间隙小。
二、无侧隙齿轮传动机构
（一）直齿圆柱齿轮传动机构1．偏心轴套调整法 2．双片薄齿轮错齿调整法(二)斜齿轮传动机构 1．垫片调整法 2.轴向压簧调整法
（三)锥齿轮传动机构 1．轴向压簧调整法 2．周向弹簧调整法（四)齿轮齿条传动机构 1双片薄齿轮错齿调整法2双齿轮调整法
三、滚珠丝杠副传动机构
(一)滚珠丝杠副的特点 1．传动效率高 2．运动具有可逆性 3．系统刚度好 4．传动精度高 5．使用寿命长 6．不能自锁7．制造工艺复杂
（二)滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法滚珠丝杠副对其轴向间隙有严格要求，以比保证其反向传动精度，通常采用双螺母预紧的方法，减小或消除轴向间隙，提高滚珠丝杠副的刚度。
常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：（1）垫片调隙式(图2-9)（2）螺纹调隙式（图2-10）（3）齿差调隙式(图2-11)(四)滚珠丝杠副的安装
1．支承方式的选择（如表2-5）
（1）一端固定、一端自由(F—O)（如图2-13）（2）一端固定、一端游动(F—S)（如图2-14）
（3）两端固定(F-F)（如图2-15）
2.制动装置由于滚动丝杠副的传动效率高，又无自锁能力，故需要安装制动装置以满足其传动要求，特别是当其处于垂直传动时。
四、锥环无键联轴器：该机构利用锥环之间的摩擦实现轴与毂之间的无间隙联接传递转矩，且可任意调节两联接件之间的角度位置。通过选择所用锥环的对数，可传递不同大小的转矩。这种联轴器定心性好，承载能力高，传递功率大，转速高，寿命长，具有过载保护能力，能在受振动和冲击载荷等恶劣条件下连续工作。
五、其它传动机构(一)软轴传动机构
(二)同步齿形带传动机构 同步齿形带传动机构利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次相啮合传递运动和动力。它兼有带传动齿轮传动及链传动的优点，能方便地实现较远中心距的传动，传动过程无相对滑动，平均传动准确．，传动精度高，传动效率高，因此在数控机床、工业机器人等伺服传动中得到广泛应用。(三)谐波齿轮减速器 柔轮的齿数少于刚轮。
一、导轨的功用 机电一体化产品的导向机构是导轨，其作用是支承和导向。
二、导轨的基本要求
1．导向精度 导向精度主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。影响它的因素有：导轨的几何精度、接触精度、结构形式、刚度、热变形、装配质量以及液体动压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。
2.耐磨性 是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。3．疲劳和压溃 导轨面由于过载或接触应力不均匀而使导轨表面产生弹性变形，反复运行多次后就会形成疲劳点，呈塑性变形，表面形成龟裂、剥落而出现凹坑这种现象就是压溃。
4．刚度 导轨受力变形会影响导轨的导向精度及部件之间的相对位置，因此要求导轨应有足够的刚度。
5．低速运动平稳性 低速运动时，作为运动部件 的动导轨易产生爬行现象。6．结构工艺性
三、导轨的分类和特点
导轨主要由两部分组成，在工作时一部分固定不动，称为支承导轨，另一部分相对支承导轨作直线或回转运动，称为动导轨。根据导轨副(简称导轨)之间的摩擦情况，导轨分为 ：1：滑动导轨 两导轨工作面的磨擦性质为滑动摩擦。2．滚动导轨 两导轨表面之间为滚动摩擦，导向面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体来实现两导轨无滑动地相对运动。这种导轨磨损小，寿命长，定位精度高，运动平稳可靠，但结构复杂，制造困难，成本高。在高精密的机电一体化产品中应用广范。(一)滚动直线导轨的特点
1.承载能力大 其滚道采用圆弧形式，增大了滚动体与圆弧滚道接触面积，从而大大地提高了导轨的承载能力，可达到平面滚道形式的13倍。2.刚性强 预加载荷,能承受较大的冲击和振动
3.寿命长 由于是纯滚动，摩擦系数为滑动导轨的1／50左右(二)滚动直线导轨的分类
1．按滚动体的形状分 有钢珠式和滚柱式两种 2．按导轨截面形状分 有矩形和梯形两种 3．按滚道沟槽形状分 有单圆弧和双圆弧二种，四、塑料导轨
近年来各种塑料导轨制品已纷纷涌现，并形成各种系列，这不仅降低了导轨的生产成本，而且提高了导轨的抗振性、耐磨性、低速运动平稳性。(一)塑料导轨软带(如图2-34)(1)摩擦系数低而稳定(2)动静摩擦系数相近(3)吸收振动(4)耐磨性好
(二)金属塑料复合导轨板该导轨板分为三层，内层钢背保证导轨板的机械强度和承载能力。钢背上镀铜烧结球形青铜粉或者铜丝网形成多孔中间层，以提高导轨板的导热性。表面自润滑塑料层——外层。
金属塑料导轨板的特点是摩擦特性优良，耐磨损。
一、执行机构的特点及要求 机电一体化产品的执行机构是实现其主功能的重要环节，它应能快速地完成预期的动作，并具有响应速度快、动态特性好、动静态精度高、动作灵敏度高等特点。为实现不同的目的功能，需采用不同形式的执行机构，其中有电动的、机械的、电子的、激光的
二、微动机构 微动机构是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定的进给运动的机构。微动机构的基本要求：1灵敏度高，最小移动量达到使用要求2传动灵活，平稳，无空程与爬行，制动后能保持稳定位置3抗干扰能力强，快速响应性好4良好的结构工艺性能。
微动机构的形式：1手动机械式2热变形式3磁致伸缩式
三定位机构是机械系统中一种确保移动件占据准确位置的执行机构，通常采用将分度机构和锁紧机构组合的形式来实现精确定位的要求。
四、工业机器人末端执行器
（一）机械夹持器
（二）特种末端执行器特种末端执行器供工业器人完成某类特定的作
（三）灵巧手
第三章 接口技术
一、接口设计的重要性机电一体化技术是利用微电子技术，赋予机械系统“智能”，使其具有更高的自动化程度，最大限度地发挥机械能力的一种技术。机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统(控制微机)两大部分组成，二者又分别由若干要素构成。要将各要素、各子系统有机地结合起来，构成一个完整的系统，就必须能顺利地在各要素、各子系统之间进行物质、能量和信息的传递与交换。各要素和子系统的相接处必须具备一定的联系条件，这个联系条件 通常被称为接口。在某种意义上讲，机电一体化产品的设计，就是在根据功能要求，选择了各要素后所进行的接口设计。从这一观点出发，机电一体化产品的性能取决于接口的性能，各要素和各子系统之间的接口性能是综合系统性能好坏的决定性因素。接口设计是机电一体化产品设计的关键环节。
二、接口的分类和特点 按照接口所联系的子系统不同，以控制微机为出发点，将接口分为人机接口与机电接口两大类。机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统两大部分组成。由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别，二者之间的联系必须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因此机电接口有着重要的作用。按照信息和能量的传递方向，机电接口又可分为信息采集接口(传感器接口)与控制输出接口。人机接口包括输出接口与输入接口两类，通过输出接口，操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测；通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制。
一、人机接口类型及特点 人机接口是操作者与机电系统(主要是控制微机)之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分作两大类：输入接口与输出接口。人机接口特点：专用性、低速性、高性能价格比。
二、输入接口设计
(一)开关输入接口设计(二)拨盘输入接口设计(三)键盘输入接口设计
1.矩阵式键盘工作原理
矩阵式键盘由一组行线(xi)与一组列线(Yi)交叉构成，按键位于交叉点上，为对各个键进行区别，可以按一定规律分别为各个键命名键号，通常将行线通过上拉电阻接至十5V电源、当无键按下时，行线与列拔断开，行线呈高电平。当键盘上某键按下时，则该键对应的行线与列线被短路。如果将行线接至控制微机的输入口，列线接至控制微机的输出口，则在微机控制下依次从Y0—Y3输出低电平，并使其它线保持高电平，则通过对x0—x3的读取即可判断有无键闭合、哪一个键闭合。这种工作方式称为扫描工作方式。
3.键输入程序设计方法(1)判断键盘上有无键闭合(2)判别闭合键的键号(3)去除键的机械抖动（4）使控制微机对键的一次闭合仅作一次处理 4.中断方式设计键盘接口平时不对键盘进行监控，只有当有键闭合时，产生中断请求，控制系统才响应中断,对键盘进行管理。
三、输出接口设计 输出接口是操作者对机电系统进行监测的窗口，通过输出接口，机电系统向操作者显示自身的运行状态、关键参数及运行结果等，并进行故障报警。(一)发光二极管显示器的接口设计
（二）打印机接口设计
（三）ＣＲＴ显示器接口设计
一、机电接口的类型及特点 机电接口，是指机电一体化产品中的机械装置与控制微机间的接口。按照信息的传递方向可以将机电接口分为信息采集接口(传感器接口)与控制量输出接口。
(一)信息采集接口的任务与特点 机电一体化产品中，控制微机要对机械装置进行有效控制，必须随时对机械系统的运行状态进行监控，要随时检测各种运行参数，如位置、速度、转矩、压力、温度等等。再经过信息采集接口的整形，放大，匹配，转换，变成微机可以接受的信号传递给微机。(二)控制输出接口的任务与特点控制微机通过信息采集接口检测机械系统的状态，经过运算处理，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件去调节机械系统的运行状态，使其按设计要求运行。
三、控制量输出接口中的功率接口设计
在机电一体化产品中，被控对象所需要的驱动功率一般都比较大，而计算机发出的数字控制信号或经转换后所得到的模拟控制信号的功率都很小，必须经过功放后才能驱动被控对象。实现功率放大功能的接口电路被称为功率接口电路。(一)功率接口常用器件
1．晶闸管 晶闸管又称可控硅，是目前应用最广泛的半导体功率开关元件，其控制电流可从数安培到数千安培。晶闸管的主要类型有单向晶闸管SCR，双向晶闸管Triac和可关断晶闸管GTO等三种最基本类型，此外还有光控晶闸管、温控晶闸管等特殊类型
(1)单向晶闸管SCR SCR由三个极组成，分别称为阳极A，阴极K及控制极G(又称门极)。它有截止和导通两种稳定状态，两种状态的转换可以由导通条件和关断条件来说明。导通条件是在晶闸管的阳极加上正向电压，同时在控制极加上正向电压。关断条件是指晶闸管从导通到阻断所需的条件。晶闸管一旦导通，控制极对晶闸管就不起控制作用了。只有当流过晶闸管的电流小于保持晶闸管导通所需的电流即维持电流时，晶闸管才关断。
2．功率晶体管是指在大功率范围应用的晶体管，有时也称为电力晶体管。3.功率场效应晶体管 4，固态继电器
(二)光电耦合器驱动接口电路设计光电耦合器是把发光二极管和光敏晶体管封装在一起，通过光信号，实现电信号传递的器件。由于光电耦合器输入与输出之间没有直接的电气联系，电信号是通过光信号传递的，所以也称光电隔离器。光电耦合器的发光部分和受光部分不接触，被耦合的两部分自成系统不“共地”，能够实现 强电部分与弱电部分隔离，避免干扰由输出通道窜入控制微机。
二、机电一体化对检测系统的基本要求基本要求是：精度、灵敏度和分辨率高；线性、稳定性和重复性好；抗干扰能力强；静、动态特性好。此外还有一些特殊要求，如体积小、质量轻、价格便宜、便于安装与维修、耐环境性能好等。
三、检测系统设计的任务、方法和步骤检测系统设计的主要任务是：根据使用要求合理选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处理电路构成检测系统，对检测系统进行分析与调试，使之在机电一体化产品中实现预期的计测功能。检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。检测系统设计的一般步骤如下：
(1)设计任务分析(2)系统方案选择(3)系统构成框图设计(4)环节设计与制造(5)总装调试及实验分析(6）系统运行及考核。
（一）幅值调制的基本思想是让一个具有特定角频率Wc的高频信号的幅值随被测量x而变化。该高频信号称为载波信号，被测量x称调制信号，载波信号经被测量x调制后所得到的幅值随x变化的信号称已调制信号或调幅信号。
最简单的幅值调制是线性调制，即让高频振荡信号的幅值为被测信号x的线性函数，所得到的调幅信号的一般表达式为Us=(Um+mx)COS Wct 式中，Wc是载波信号的角频率；Um是载波信号幅度；x是调制信号；m称调制深的。
（二）相位调制的基本思想是让一个具有特定角频率Wc的高频载波信号的相位随被测量x而变化，则已调制信号中就包含了x的全部信息。最常用的是线性调相，即使调相信号的相移角为x的线性函数，其一般表达式为Us=UmCOS（Wct+mx）式中，Um是载波信号的幅值；；m称调制深的。
（二）频率调制的基本思想是让一个高频振荡的载波信号的频率随被测量x（调制信号）而变化，则得到的已调制信号中就包含了x的全部信息。在线性调频中，调频信号可以表达成：Us=UmCOS(Wc+mx）t式中，Um和Wc分别是载波信号的幅值和中心角频率；m称调制深的
频率解调又称鉴频或频率检波，常用的方法有微分鉴频、一、数字信号检测系统的组成
模拟信号需先经模／数转换后，再采入微型机进行处理，这将增加系统的复杂性和成本，而且模拟信号的检测精度较低，易受干扰，不便于远距离传输。数字式传感器可直接将被测量转换成数字信号输出，既可提高检测精度、分辨率，又易于信号的运算处理、存储和远距离传输。因此，数字式传感器得到了越来越多的应用。最常见的数字式传感器有光栅、磁栅、感应同步器、光电编码器及激光干涉仪等，主要用于几何位置、速度等的测量。
第五章 伺服系统设计
一、伺服系统的基本概念 伺服系统，亦称随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确位置,速度或力输出的自动控制系统。
二、伺服系统的基本结构形式
1.比较元件 是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得控制系统动作的偏差信号的环节.2.调节元件 是伺服系统的一个重要组成部分，其作用是对比较元件输出的偏差信号进行变换、放大，以控制执行元件要求动作。
3.执行元件 将输入的各种形式的能量转换成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化产品中多采用伺服电动机作为执行元件。
4.被控对象 是直接实现目的功能或主功能的主体，一般是机械装置，包括传动机构和执行机构。
5.测量反馈元件 是指传感器及其信号检测装置。
三、伺服系统的基本类型 按被控量的不同可将伺服系统分成位置、速度、力等伺服系统，按所采用的执行元件的不同可将伺服系统分成电气、液压、气动等伺服系统。按控制方式的不同可将伺服系统分成开环、闭环、半闭环等伺服系统。
四、伺服系统的基本要求
(一)稳定性 稳定性要求是一项最基本的要求，也是伺服系统能够正常运行的最基本条件。一个伺服系统是否稳定，可根据系统的传递函数，采用自动控制理论所提供的各种方法判别。
(二)精度 伺服系统的精度是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。精度是对伺服系统的一项重要的性能要求。设计伺服系统时，只要保证系统的误差满足精度指标要求就可以了。
(三)快速响应性 快速响应性有两方面含义，一是指动态响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。响应速度常由系统的上升时间(输出响应从零上升到稳态值所需要的时间)来表征。伺服系统的快速响应性、稳定性和精度三项基本性能要求是相互关联的，在进行伺服系统设计时，必须首先满足稳定性要求，然后社满足精度要求的前提下尽量提高系统的快速响应性。
一、执行元件的特点及类型
1．电气式 主要有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。这是机电一体化伺服系统中最常用的执行元件，也是这一节所要介绍的重点。2．液压式 主要有液压缸、液压马达等，其优点是输出功率大、动作平稳，但需要相应的液压源，容易污染环境，控制性能不如伺服电动机。
3．气压式 主要有气缸、气马达等，其优点是气源方便、成本低、动作快，但输出功率小，且难于伺服控制。
二、伺服系统对执行元件的要求 1．惯性小、动力大 2．体积小、质量轻 3．便于计算机控制 4．成本低、可靠性好、便于安装和维修。
(二)步进电动机的通电方式和步距角步进电动机绕组每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的A、B、C三相轮流通电一次共需三拍，称为一个通电循环，相应的通电方式又称为三相单三拍通电方式。每拍中都有两相绕组通电，称为双相通电方式。采用双相通电方式时，每个通电循环也需三拍，称为三相双三拍通电方式，即AB→BC→CA→AB→„。通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，称为单双相轮流通电方式。采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式，即A→AB→B→BC→C→CA→A→„。一般情况下，m相步进电动机可采用单相通电、双相通电或单双相轮流通电方式工作，对应的通电方式可分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通电方式。所谓步距角，是指步进电动机每一拍转过的角度。一个m相步进电动机，如其转子上有z个齿，则其步距角。可通过式
计算，式中，k是通电方式系数，当采用单相或双相通电方式时，k＝1，当采用单双相轮流通电方式时，k＝2。可见采用单双相轮流通电方式还可使步距角减小一半，提高步进电动机转角输出的分辨率。
(三)步进电动机的主要参数及特性
1．步距误差 是指空载时实测的步距角与理论的步距角之差，它反映了步进电动机角位移的精度。2.转矩 是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩。
3．启动矩频特性（如图所示）是指步进电动机在有外加负载转矩时，不失步地正常启动所能接受的最大阶跃输入脉冲频率(又称启动频率)与负载转矩的对应关系。
4.启动惯频特性（如图所示）是指步进电动机带动纯惯性负载启动时，启动频率与转动惯量之间的关系。
5．运行矩频特性（如图所示）是指步进电动机运行时，输出转矩与输入脉冲频率的关系。步进电动机的输出转矩随运行频率的增加而减小，高速时其负载能力变差。
(三)直流伺服电动机的控制方式主要有两种:1.电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩； 2.励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改 变定子磁场强度来控制电动机的转速和输出转矩。
(四)直流伺服电动机的静态特性 所谓静态特性，是指电动机在稳态情况下工作时，其转子转速、电磁力矩和电枢控制电压三者之间的关系。当电动机处于稳态运行时，回路中的电流Ia保持不变，则电枢回路中的电压平衡方程式为
式中，Ea是电枢反电动势；Ua是电枢电压；Ia是电枢电流；Ra是电枢电阻。转子在定子磁场中以角速度ω切割磁力线时，电枢反电动势Ea与角速度ω之间存在如下关系：式中，Ce是电动势常数，仅与电动机结构有关；φ是定子磁场中每极气隙磁通量。此外，电枢电流切割磁场磁力线所产生的电磁转矩Tm可由下式表达
式中，Cm是转矩常数，仅与电动机结构有关。根据以上各式可得到直流伺服电动机运行特性的一般表达式
(六)直流伺服电动机的动态特性 直流伺服电动机主要用于闭环或半闭环控制的伺服系统中，其动态性能对整个伺服系统的性能有着重要影响。动态特性的本质是由对输入信号响应的过渡过程来描述的。直流伺服电动机产生过渡过程的原因在于电动机中存在着两种惯性，即机械惯性和电磁惯性。机械惯性是由直流伺服电动机和负载的转动惯量引起的，是造成机械过渡过程的原因；电磁惯性是由电枢回路中的电感引起的，是造成电磁过渡过程的原因。一般而言，电磁过渡过程比机械过渡过程要短得多。因此为简化分析，通常只考虑机械过渡过程，而忽略电磁过渡过程。
一、步进电动机的控制与驱动 步进电动机正确运转，必须按一定顺序对定子各绕组励磁，产生旋转磁场，实现这一功能的器件称为脉冲分配器或环形分配器，可由硬件电路或软件程序实现。1.硬件脉冲分配器2．软件脉冲分配器软件脉冲分配器是指实现脉冲分配控制的计算机程序。
(四)步进电动机的驱动 要使步进电动机输出足够的转矩以驱动负载工作，必须对控制信号进行放大，实现这一功能的电路称为步进电动机驱动电路或功放电路。常见的步进电动机驱动电路有三种：
(1)单电源驱动电路 这种电路采用单一电源供电，结构简单，成本低，但电流波形差效率低，出力小，主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动。(2)双电源驱动电路 又称高低压驱动电路，采用高压和低压两个电源供电。同单电源驱动电路比较，高低压双电源驱动电路(原理图如图5-16)的电流波形得到显著地改善，使步进电动机的力矩和运行频率等主要性能得到明显提高。(3)斩波限流驱动电路这种电路采用单一高压电源供电，以加快电流上升速度，并通过对绕组电流的检测，控制功放管的开和关，使电流在控制脉冲持续期间始终保持在规定值上下。这种电路出力大，耗小，效率高，目前应用最广。
二、直流伺服电动机的控制与驱动
机电一体化伺服系统中多采用永磁式直流伺服电动机作为执行元件，通过控制电枢电压来控制输出转速和转矩。控制信号由计算机控制系统给定，通过接口和功放电路驱动直流伺服电动机。功放电路又称功率放大器，目前主要有两种，一种是晶闸管功率放大器，另一种是晶体管脉冲宽度调制(PWM)功率放大器。后者与前者相比具有结构简单、功耗低、效率高、工作可靠等优点，近年来得到了非常广泛的应用。
(一)PWM晶体管功率放大器的工作原理 PWM晶体管功率放大器由两部分组成，一部分是电压-脉宽变换器，另一部分是开关功率放大器，其结构如图5—27所示。
1.电压-脉宽变换器
电压-脉宽变换器的作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。电压-脉宽变换器由三角波发生器、加法器和比较器组成。三角波发生器用于产生一定频率的三角波UT，该三角波经加法器与输入的指令信号UI相加，产生信号UI十UT，然后送入比较器。当UI十UT＞0时，比较器输出满幅度的正电平；当UI十UT＜0时，比较器输出满幅度的负电平。如图5—28所示。
当指令信号UI＝0时，输出信号US为正负脉冲宽度相等的矩形脉冲。当UI＞0时，US的正脉宽大于负脉宽。当UI＜0时，US的负脉宽大于正脉宽。2．开关功率放大器 开关功率放大器的作用是对电压-脉宽变换器输出的信号US进行放大，输出具有足够功率的信号UP，以驱动直流伺服电动机。图5-29是双极性输出的H型桥式PWM晶体管功率放大器的电路原理图。
图中，由大功率晶体管VT1～VT4组成H型桥式结构的开关功放电路，由续流二极管VD1～VD4构成在晶体管关断时直流伺服电动机绕组中能量的释放回路。US来自于电压-脉宽变换器的输出，当US＞0时，VT1和VT4导通，US＜0时，VT2和VT3导通。按照控制指令的不同情
