机电一体化概论

1. 机电一体化概论

2. 第3章　机电一体化实例 第2章　机电一体化相关技术 第1章　机电一体化概述 机电一体化技术

3. 1.2 1.3 1.1 1.4 机电一体化系统的组成与实例 机电一体化相关技术及特点 机电一体化的基本概念 机电一体化的发展 第1章　机电一体化概述 返回

4. 第1章　机电一体化概述 1.1　机电一体化的基本概念 返回 机电一体化Mechatronics是由机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成的。 通常来说，机电一体化是指在机械的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设备及软件结合起来所构成的系统的总称。 机电一体化和非机电 一体化的核心区别是计算 机控制系统和伺服控制系 统。随着各种技术的进一 步交叉和渗透，机电一体 化的概念会逐步完善。 • 机电一体化技术

5. 第1章　机电一体化概述 1.2　机电一体化系统的组成与实例 返回 1.2.1 　机电一体化系统的组成 机械本体 包括机架、机械连接元件、机械传动部件和运动支承部件等。起着支承、传递运动和动力的作用。 作用是提供能量和动力，使系统正常运行。动力单元有电源、液压源和气压源等，以电源为主。 动力单元 机电一体化系统 控制与信息 处理单元 机电一体化系统的核心，收集各种传感器信息和命令，根据信息处理结果，控制整个系统协调工作。 将系统工作过程中自身和外界环境有关参量变化的各种信息，经过检测和适当处理后传递给控制器。 传感器 检测单元 通常是各种伺服电动机、液压传动机构和气压传动机构。作用是根据控制与信息处理单元的指令驱动机械部件的运动， 执行单元及其驱动

6. 第1章　机电一体化概述 1.2　机电一体化系统的组成与实例 1.2.2　机电一体化系统的实例 1. 数控机床 1)控制器：(1)输入和显示装置；(2)计算机控制装置；(3)可编程控制器。 2)伺服驱动系统：分为主轴伺服驱动系统和进给伺服驱动系统两部分。 3)辅助控制装置：包括对刀库的转位换刀、液压泵、冷却泵等的控制。 4)检测装置：主要检测运动机构（如主轴和工作台）的速度和位移。 5)机床本体：指机械部分，包括主轴运动执行部件和进给运动执行部件，此外还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。 数控机床的组成

7. 第1章　机电一体化概述 1.2　机电一体化系统的组成与实例 1.2.2　机电一体化系统的实例 2. 指针式石英钟 指针式石英钟的组成框图 指针式石英钟步进电动机原理图

8. 第1章　机电一体化概述 1.3　机电一体化相关技术及特点 返回 1.3.1　机电一体化相关技术 1. 机械技术 与一般的机械装置相比,要求质量小、转动惯量小、摩擦小、误差小、效率高、精度高，同时要能提高刚度及改善性能。 2. 传感器技术 传感器检测的精度和分辨力直接决定系统所能达到的最高精度,其检测的信息全面与否决定着系统的自动化程度，而检测信息的准确度和灵敏度直接影响系统的精度。 3. 计算机控制技术 计算机控制技术主要是根据各种理论和算法，通过计算机对信息进行运算、判断与决策。 4. 接口技术 接口技术是系统中非常重要的部分，它实现了各种相互关联的若干功能单元之间的有机连接，因此，也有人将机电一体化技术称为接口技术。 5. 执行与伺服驱动技术 必须能快速准确地实现信号的跟踪、误差的调整等，同时须具有一定的抗干扰能力，并且能够稳定地工作。伺服驱动对象包括各种电动机、气动装置、液压装置和机械传动装置等。

9. 第1章　机电一体化概述 1.3　机电一体化相关技术及特点 1.3.2　机电一体化的特点 机电一体化系统与传统机械系统或机械电气化系统相比，主要有以下特点： 1)综合性与系统性 机电一体化是机械、电子、伺服控制、信息和检测等多种技术相互交叉融合而成的新兴技术。 2)层次多，覆盖面广 覆盖了包括机械、电子、信息、计算机、控制和检测技术等多门学科。 3)体小量轻，结构简化，方便操作 智能技术的引入使系统具备了容错性，甚至可实现操作全自动化机械操作变得更为简单、可靠、人性化。 4)高速度，高精度 高精度设计和制造，先进控制技术、高精度检测技术和高速计算机控制等，使系统具有了自行诊断、校正和补偿等功能。 5)高可靠性，高稳定性 非接触传感器检测、无刷电动机驱动、简化的机械系统以及计算机在线监测、误差补偿和校正等技术提高了系统的可靠性和稳定性。 6)柔性化和智能化 采用软件代替硬件的方式，有很强的柔性；同时软件使系统具有自动监测、故障判断、误差补偿等智能化特性。

10. 电子技术的发展有限，机械技术与电子技术的结合并不完善，控制部分也是一些相对简单的固定控制电子技术的发展有限，机械技术与电子技术的结合并不完善，控制部分也是一些相对简单的固定控制 大规模、超大规模集成电路的出现和计算机技术的高速发展，为机电一体化提供了充分的物质基础 单片机、工业PC和PLC快速发展，信息处理和计算速度提高，机电一体化向智能化方向发展 第1章　机电一体化概述 1.4　机电一体化的发展 返回 1.4.1　机电一体化的发展状况 机电一体化的发展大体分为3个阶段。 1.4.2　机电一体化的发展趋势 20世纪70年代以前 20世纪70~80年代 20世纪90年代后期 1)微型化 微机械和微机电的发展使机电一体化产品朝着微型化的方向发展。 2)模块化 随着技术的发展，标准化和模块化的发展是必然的趋势。 3)智能化 产品将更多地应用各种先进的控制理论，使产品智能程度更高。 3)网络化 网络化是机电一体化系统发展的一个趋势。

11. 2.2 2.4 2.3 2.5 2.1 计算机控制技术 执行与伺服驱动技术 传感器技术 机械技术 接口技术 第2章　机电一体化相关技术 返回

12. 第2章　机电一体化相关技术 数控机床是机电一体化的典型例子，主要由机械部分和电子部分 组成，如图所示 返回 机电一体化示例

13. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.1　机电一体化中的机械系统 机电一体化系统中的机械系统应具有较高的定位精度，体积小、质量轻、刚度大、动态性能好等特点。 机电一体化系统中的机械系统主要包括传动机构、导向机构、轴系和执行机构等。 传动机构的主要功能是传递转矩和转速，是一种转矩、转速变换器。机械传动部件的类型、方式、刚性以及可靠性对系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。 导向机构的作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。该机构应能保证系统安全、准确地工作。 轴系的主要作用是传递转矩、支承轴上回转零件和对轴上零件进行精确定位。 执行机构根据操作指令的要求，在动力源的带动下完成预定的操作。一般要求它具有较高的灵敏度、精确度，良好的重复性和可靠性等。

14. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.2　机械传动机构 机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠机构、滚珠丝杠机构、齿轮传动机构、同步带传动机构、间歇机构、挠性传动机构等。 1.滚珠丝杠螺母机构 滚珠丝杠螺母机构是以滚珠 为中间传动件，使丝杠和螺母之 间的摩擦由滑动摩擦变为滚动摩 擦的一种装置。 滚珠丝杠螺母机构 1—丝杠； 2—螺母； 3—滚珠； 4—滚珠循环返回装置

15. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.2　机械传动机构 1.滚珠丝杠螺母机构 1）滚珠丝杠螺母机构的类型和工作原理 滚珠丝杠螺母机构的结构有内循环和外 循环两种方式。 外循环滚珠丝杠螺母机构 1—丝杠； 2—滚珠； 3—回珠管； 4—螺母 内循环滚珠丝杠螺母机构

16. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.2　机械传动机构 1.滚珠丝杠螺母机构 2）滚珠丝杠螺母机构传动的特点 （1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母机构传动的效率η=0.92~0.96，其功率损耗只相当于常规丝杠螺母机构的1/4~1/3。 （2）给定适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向传动时就可以消除空程死区，定位精度高，刚性好。 （3）启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。 （4）有可逆性，可以将旋转运动转换为直线运动，也可以将直线运动转换为旋转运动。 （5）磨损小，使用寿命长，精度保持好。 （6）制造工艺复杂。滚珠、丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值特别小，故制造成本高。 （7）不能自锁。垂直丝杠下降时，由于重力作用不能立即停止运动。

17. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.2　机械传动机构 2.齿轮传动机构 齿轮传动机构的优点是结构紧凑，工作可靠，效率高，寿命长，能保证恒定的传动比，传递的功率与使用的速度范围大。但其制造安装费用较高，低精度齿轮传动的振动和噪声较大。 1）齿轮传动机构的类型 定传动比的圆形齿轮根据两传动轴线的相对位置可分为3类。 （1）平行轴齿轮传动机构 直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿轮传动 外啮合

18. 第2章　机电一体化相关技术 直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 内啮合 直齿圆柱齿轮传动 直齿圆柱齿轮传动 齿轮齿条啮合

19. 第2章　机电一体化相关技术 （2）相交轴齿轮传动机构 直齿圆锥齿轮传动 斜齿圆锥齿轮传动 曲线齿圆锥齿轮传动 （2）交错轴齿轮传动机构 交错轴斜齿轮传动 蜗杆蜗轮传动 准双曲线齿轮传动

20. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.2　机械传动机构 2.齿轮传动机构 2）齿轮传动机构在机电一体化设备中的应用 齿轮传动主要用于各种类型数控机床，如数控机床的伺服电动机或步进电动机通常要通过齿轮传动装置传递转矩和转速，并使电动机和螺旋传动机构及负载（即工作台）之间的转矩与转速得到匹配。 3）机电一体化系统对齿轮传动机构的要求 （1）传动精度。传动精度由传动件的制造误差、装配误差、传动间隙和弹性变形等决定。 （2）稳定性。对于闭环控制齿轮传动机构的性能参数将直接影响整个系统的稳定性。应考虑提高传动系统的固有频率和提高系统的阻尼能力，以便增加传动系统的抗振性能。 （3）响应速度。齿轮传动机构都将影响整个系统的响应速度。可以采取减少传动装置摩擦、减小转动惯量、提高传动效率等措施。

21. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.2　机械传动机构 3.同步带传动机构 同步带传动是一种新型的带传动，它利用齿形传动带与带轮的轮齿依次相啮合来传递运动或动力，在数控机床上得到了广泛的应用。 同步带传动有如下特点： （1）能方便地实现较远中心距的传动，传动比准确，传动效率高。 （2）工作平稳，能吸收振动。 （3）不需要润滑，耐高温，耐油、水腐蚀，维护保养方便。 （4）强度高，厚度小，质量轻。 （5）中心距要求严格，安装精度要求高。 （6）制造工艺复杂，成本高。 同步带传动

22. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.2　机械传动机构 4.其他传动机构 1）谐波齿轮传动机构 谐波齿轮传动机构依靠柔性齿轮引 起齿间的相对位移来传递动力和运动。 柔轮的变形是一个基本对称的谐波，因 此称为谐波传动。 2）滚珠花键传动机构 滚珠花键传动主要用于高速场合， 其运动速度可达60 m/min。 谐波齿轮传动机构 H—波发生器1—柔轮； 2—钢轮 滚珠花键传动机构的结构

23. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.3　机械导向机构 机电一体化机械系统中，机械导向机构简称导轨，作用是支承和限制运动部件，使其能按给定的运动要求和运动方向运动。目前，数控机床上的导轨主要有滑动导轨、滚动导轨和液体静压导轨等。 机电一体化系统对导轨的要求如下： （1）导向精度高。导向精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和与有关基面之间的相互位置的准确性。 （2）耐磨性好。导轨的耐磨性好是指导轨在长期使用过程中能保持一定的导向精度。 （3）足够的刚度。导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置。数控机床常采用加大导轨面尺寸的方法来提高刚度。 （4）低速运动平稳性好。应使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。 （5）结构简单、工艺性好。设计导轨时应考虑制造和维修方便，便于使用过程中调整和维护。

24. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.4　轴系 轴系是由轴、轴上回转零部件（带轮、齿轮）和支承、固定轴上回转零部件的零件（轴承、键、套筒等）组成的传动系统。 1.轴 轴用来支承旋转的机械零件，传递运动和动力。 （1）心轴。只承受弯矩、不承受转矩的轴称为心轴。 （2）转轴。工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。 （3）传动轴。工作时主要承受转矩作用的轴称为传动轴。 根据几何轴线的形状，又可将轴分为直轴与曲轴。曲轴常用于往复式机械中，是内燃机、空气压缩机及活塞泵等机器的专用零件。 2.轴承 按照相对于回转轴颈工作表面的摩擦性质可分为滚动摩擦轴承和滑动摩擦轴承。轴承是精密机械中关键零部件之一，其质量好坏，结构形式选择是否合理，对产品的工作精度、灵敏度、传动效率、成本、可靠性、可维修性等都有很大的影响。

25. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.5　机械执行机构 执行机构要能够保证按时、准确地完成预期的动作，主要有机械式、电子式、激光和电动的执行机构等。下面对常用的3种执行机构进行简单介绍。 1.热变形式执行机构 热变形式执行机构属于微动机构，该类机构利用电热元件作为动力源，通过电热元件通电后产生的热变形实现微小位移。 2.磁致伸缩式执行机构 利用某些材料在磁场作用下具有改变尺寸的磁致伸缩效应来实现微量位移。其特征为重复精度高，刚度好，转动惯量小，结构简单、紧凑。 3.工业机器人末端执行器 工业机器人是一种自动控制，可重复编程，多功能、多自由度操作，能搬运物料、工件或操作工具以及完成其他各种作业的设备。 工业机器人末端执行器装在操作机手腕的前端，是直接实现操作功能的机构。

26. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.5　机械执行机构 3.工业机器人末端执行器 1）机械夹持器 直线平行开合型夹持器 圆弧平行开合型夹持器 圆弧开合型夹持器

27. 第2章　机电一体化相关技术 2.1　机械技术 2.1.5　机械执行机构 3.工业机器人末端执行器 2）特种末端执行器 特种末端执行器

28. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 返回 2.2.1　传感器概述 现在的传感器特指将被测物理、化学、生物等非电量转换为电信号的装置。 传感器包括敏感元件、转换元件和处理电路。敏感元件能够将被测量转化为另一种物理量；转换元件将其转换为电量输出；处理电路将转换元件输出的信息转换为便于测量的电量，并进行放大、传输等处理。 传感器组成 传感器及其信号处理电路在系统中的作用

29. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.1　传感器概述 传感器可以按照被测物理量、工作原理、传感器输出信号的性质、被测对象与传感器之间的能量关系和构成原理等进行分类。 （1）按被测物理量不同，传感器分为位移传感器、力传感器、速度传感器、温度传感器、流量传感器、气体成分传感器、生物传感器等。 （2）按工作原理不同，传感器分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器和光电式传感器等。 （3）按传感器输出信号的性质不同，传感器可分为模拟式传感器和数字式传感器两种。 （4）按被测对象与传感器之间的能量关系不同，传感器分为能量转换型传感器和能量控制型传感器两种。 （5）按构成原理不同，传感器分为物性型传感器和结构型传感器两种。

30. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.2　传感器的特性 1. 静态特性 传感器的静态特性是指被测对象不变化或变化极为缓慢时，输出量与输入量之间的关系。主要参数有灵敏度、线性度、分辨力和迟滞等。 1）灵敏度 在稳态工作情况下，当输入量变化 Δx时，传感器的输出量变化Δy，则把 Δy与Δx之比称为灵敏度，用符号S表示 。灵敏度高，则可得到较高的测量精度。 但灵敏度与测量范围成反比，灵敏度越 高，测量范围就越窄，同时稳定性也越差。 2）线性度 通常情况下，传感器的实际静态特 性输出的是曲线而非直线。线性度（非 线性误差）就是描述拟合直线与实际特性曲线近似程度的性能指标。 传感器的静态特性

31. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2. 动态特性 动态特性是指传感器在输入量连续快速变化时，其输出量对于输入量的跟随特性。 传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 2.2.2　传感器的特性 1. 静态特性 3）分辨力 分辨力是指传感器能感受到的被测量的最小变化的能力。常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量的最小变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。 4）线性度 迟滞也称为滞后。实际上传感器的输出总是滞后于输入，在波形和表达式中反映为相位差。迟滞对于测试系统影响不大，但对控制系统来说影响较大。 阶跃输入传感器的动态特性

32. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.3　接近开关 接近开关是由传感器进行无接触探测，作用于机械式开关相同。 1. 电容式接近开关 2. 电感式接近开关

33. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.3　接近开关 3. 光电式接近开关 可分为：1）漫反射式光电开关；2）对射式光电开关；3）槽式光电开关 4. 霍尔开关 霍尔开关利用的是霍尔效应，属于有源磁电转换器件。 右图为霍尔开关测转速，霍尔开关具有无触点、低功耗、使用寿命长、响应频率高等特点。

34. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.4　传感器信号处理电路 又称信号调理，就是将现场输入的状态信号经过放大、保护、滤波、隔离和A/D转换等处理后转换成为计算机可以接收的逻辑信号。 1. 放大电路 通常使用运算放大器，作用是将输入信号线性放大为输出信号。 （1）反向： （2）同向： 运算放大器组成的放大电路

35. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.4　传感器信号处理电路 2. 滤波电路 1）无源滤波电路 无源一阶滤波器 滤波器幅频特性

36. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.4　传感器信号处理电路 2. 滤波电路 2）有源滤波电路 3. A/D转换电路 模拟量到数字量的转换电路有两种:一种是用模拟电压值来控制频率发生器的频率，通过计数就可以知道电压值，这种电路称为V/F电路；另外一种为A/D转换电路。 一阶有源低通滤波器

37. 第2章　机电一体化相关技术 2.2　传感器技术 2.2.5　传感器的选用 1. 灵敏度与量程范围 传感器的灵敏度高，被测量产生微小的变化，传感器就有很大的输出值，也可以说分辨力高。但灵敏度高时量程就小。 2. 响应特性 通常，光电传感器、压电传感器等物性型传感器响应快、工作频率范围大。结构型传感器由于受到质量等因素的影响，其频率范围较小，动态响应差。 3. 精确度 传感器的精确度表示传感器输出与被测量的对应程度。 4. 测量方式 测量方式是指传感器在实际条件下的工作方式，通常按传感器与被测件接触与否分为接触式测量和非接触式测量，按测量结果的得到方式分为直接测量和间接测量。 数字式传感器的精确度要优于模拟式传感器。

38. 第2章　机电一体化相关技术 2.3　计算机控制技术 返回 机电一体化与机械电气化系统的区别是机电一体化系统用计算机作为控制器。数字控制器有单片机、工业计算机和可编程控制器等控制系统。 2.3.1　单片机 单片机实际上就是将计算机主机的各种部件和它们之间的信号线等集成在一个芯片上的一种单芯片计算机，简称为单片机。 AT89C51单片机内部结构框图

39. 第2章　机电一体化相关技术 2.3　计算机控制技术 2.3.1　单片机 单片机构成的控制系统可以分为输入通道、输出通道、人机接口和单片机系统等几部分。 单片机构成的控制系统原理框图

40. 第2章　机电一体化相关技术 2.3　计算机控制技术 2.3.2　可编程控制器 可编程控制器（programmable logic controller，简称为PLC）是一种“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，它可以通过修改程序来改变控制功能，还有与其他计算机通信联网的功能。 1. PLC工作原理和组成 1）PLC的工作原理 PLC的工作原理是建立在计算机工作原理的基础上的，CPU只能以分时操作方式来处理各项任务，也就是说在每一时刻只能处理一件事情，程序的执行是按照顺序依次执行。 可编程控制器的工作过程

41. 第2章　机电一体化相关技术 2.3　计算机控制技术 2.3.2　可编程控制器 1. PLC工作原理和组成 2）PLC的组成 3）PLC的软件系统 PLC除了硬件系统外，还需要软件系统的支持，两者缺一不可。可编程控制器的软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。 （1）系统程序由PLC制造商编制，固化在EPROM或PROM中。 （2）用户程序即应用程序，是可编程控制器用户针对具体的控制对象编制的程序。 可编程控制器系统结构

42. 第2章　机电一体化相关技术 2.3　计算机控制技术 2.3.2　可编程控制器 2. S7-300系列PLC简介 1）S7-300系列PLC的结构 一台S7-300系列PLC是由一个主机架和一个或者多个扩展机架组成。 S7-300系统硬件 2）S7300系列PLC的模块性能

43. 第2章　机电一体化相关技术 2.3　计算机控制技术 2.3.3　工业计算机 因为工业计算机 主要应用于工业控制 和测试等领域，其典 型应用是通过各种接 口或者数据采集卡获 得外部的数据，所以 它通常有很多I/O接口 和模块。 它改用无源母板， 各种功能的模块通过 母板接口实现相互通 信，改善了大母板抗 振动能力差的缺点。 工业计算机组成的控制系统框图

44. 第2章　机电一体化相关技术 2.4　接口技术 返回 2.4.1　接口的基础知识 接口是指计算机与外围设备连接时，用于稳定与调整两者之间信号所必需的装置。 1. 接口的功能 （1）放大； （2）变换； （3）传递； 2. 接口的分类 根据所联系子系统的不 同，以控制微型计算机（微 电子系统）为出发点，可以 将接口分为人机接口和机电 接口两大类，如右图所示。 人机接口与机电接口

45. 第2章　机电一体化相关技术 2.4　接口技术 计算机系统的人机接口仍存在很多问题，因此，未来的发展方向应该是建立多种模式和因人而异的人机接口。 2.4.2　人机接口 人机接口作为人机之间进行信息传输的通道，具有以下特点： （1）专用性； （2）低速性； （3）高性价比。 计算机系统的人机接口是最典型的，也是发展最迅速的，主要包括键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术和软磁盘接口技术等。 2.4.3　机电接口 机电接口是指机电一体化产品中机械装置与微型计算机之间的接口。 1. 并行输入/输出接口 并行接口传输的是数字量 和开关量。数字量一般指以8 位二进制形式所表示的数字信 号；开关量只有两个状态的信 号，如开关的合与断。 微型计算机与机械装置的连接

46. 第2章　机电一体化相关技术 2.4　接口技术 4位倒T形电阻网络D/A转换器的内部电路图 2.4.3　机电接口 2. D/A转换接口 D/A转换是指将数字量转换成模拟量。在D/A转换器中，使用最多的是倒T形电阻网络D/A转换器。 3. A/D转换接口 A/D转换是指将模拟量转换成数字量。逐次逼近型A/D在工业控制中的应用比较广泛。 4位逐次逼近型A/D转换器的逻辑电路

47. 第2章　机电一体化相关技术 2.4　接口技术 2.4.4　工业标准总线 所谓总线，简单地说就是按照规定的协议，实现计算机的各个部件、元件或者组件之间的互相连接和信息传输的一组信号线，包括控制信号线、数据信号线和地址信号线等。 1. STD总线 STD总线具有高可靠性，小板结构，高度模块化等特点，在工业领域应用广泛、发展迅速。STD总线共有56个引脚，按功能可分为4个功能组： 1）电源总线：电源总线分为逻辑电源总线和辅助电源总线两组，其中逻辑地和辅助地各自独立。 2）数据总线：数据总线是双向三态8位工作总线。 3）地址总线：地址总线是三态16位工作总线。经复用可扩展到24位。 4）控制总线：控制总线的信号线分为5组，分别是存储器及I/O控制、外围设备定时、中断及总线控制、时钟定时及复位、串行优先链中断。这些控制总线是使用STD总线的关键。

48. 第2章　机电一体化相关技术 2.4　接口技术 2.4.4　工业标准总线 2.RS-232C RS-232C是美国电子工业协会（Electronic Industry Association，简称为EIA）为了用电话网络进行数据通信而制定的一种串行物理接口标准，通常通过调制器将表示逻辑1和0的高低电压转换成高低不同的频率，在电话网络中传递，在接收端用解调器把频率转换成不同的电压来表示1和0。RS-232C接口目前已经成为个人计算机上的标准通信接口之一，在近距离时可直接连接来实现各种计算机之间或者计算机与外部设备之间的串行二进制数据通信。 RS-232C属单端信号传送，存在共地噪声和共模干扰等，一般用于20m以内的通信。当要求传输距离更远时，可选用RS-422总线和RS-485总线。 RS-485和RS-422采用平衡发送和差分接收，不需要地线，具有抑制共模干扰的能力。总线收发器具有高灵敏度，传输信号的距离在千米以上。 RS-422通过两对双绞线可以全双工工作，收发互不影响。而RS-485只能半双工工作，发收不能同时进行。

49. 第2章　机电一体化相关技术 2.5　执行与伺服驱动技术 返回 执行装置是一种功率器件，它接收控制器发出的各种电信号命令，并将这些信号进行功率放大产生驱动信号，驱动工作对象按照一定的速度和位移运动。 伺服是指在控制指令的指挥下控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。伺服系统主要用于机械位置和速度的动态控制。 2.5.1　伺服系统的结构组成及分类 1）控制器；2）功率放大器；3）执行机构；4）检测装置 伺服系统的组成 开环伺服系统和闭环伺服系统

50. 第2章　机电一体化相关技术 2.5　执行与伺服驱动技术 2.5.2　步进电动机及其驱动 开环控制系统中只能使用步进电动机作为执行装置。步进电动机也叫脉冲电动机，它是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行电动机。步进电动机分为旋转式步进电动机和直线式步进电动机两种。每输入一个脉冲能量信号，步进电动机就会转动一个固定的角度（旋转式步进电动机）或者移动一个固定的位移（直线式步进电动机）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲频率来控制电动机的转动速度，从而达到调速的目的。 步进电动机控制简便，体积小巧。在不超载的情况下，步进电动机的转速、停止的位置等仅取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。而且，步进电动机具有只有周期性误差而无累积误差的特点，使其在速度、位置等控制领域应用广泛，如火炮的方位控制、打印机中的运动控制等。在数控机床中，使用步进电动机可以组成低成本的经济型开环数控机床。