2014年《机电一体化概论》复习题.docx

机电工程学院机电一体化技术概论复习题键入文档副标题何伟2014-4-28在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。目录第一章绪论11.机电一体化概念12.机电一体化系统特点13.机电一体化系统的基本组成14.机电一体化技术发展方向1第二章检测单元21.传感器22.传感器分类23.传感器技术的发展24.差动变压器式线位移传感器35.电容式线位移传感器36.光栅传感器41)光栅传感器的结构与分类42)莫尔条纹形成的原理43)莫尔条纹的特性44)辨向原理57.编码器51)编码器52)编码器分类53)绝对值和增量编码器的区别54)增量编码器55)绝对值编码器6第三章伺服驱动单元71.伺服系统71)伺服系统72)伺服系统分类73)机电系统对伺服系统的要求82.步进电机91)步进电机92)步进电动机的特点93)步进电动机的种类94)步进电动机的工作原理105)步进电动机的通电方式116)步距角117)步进电动机的运行特性及性能指标113.直流电机及其控制121)工作原理122)调速方式123)PWM调速方法134)PWM调速原理135)PWM驱动电路装置144.交流电机及其控制141)交流电机的转速公式：142)调速调压原理153)变频器种类154)PWM调制原理16第四章机械单元161.机械单元组成162.齿轮传动总传动比分配原则163.谐波齿轮工作原理164.谐波齿轮传动比计算175.同步带分类176.同步带传动的优缺点187.滚珠丝杠传动特点18第五章控制单元181.系统运行的两种状态182.过渡过程193.PID控制方法194.比例调节(P调节)195.积分调节（I调节)206.比例调节和积分调节的比较207.比例积分调节218.比例积分微分调节(PID 调节)2126第一章 绪论1. 机电一体化概念机电一体化技术是一门跨学科的综合性技术, 是一门独立的交叉学科。机电一体化是动力、传动、控制、信息等技术有机结合的系统集成。简单地说，机电一体化就是机械技术与电子技术相结合的产物，是机械装置与电子装置的软硬件集成。 2. 机电一体化系统特点1) 综合性和系统性 2) 小型化、轻量化、微型化3) 高精度、多功能、高可靠性4) 柔性化、智能化3. 机电一体化系统的基本组成1) 机械本体2) 动力与驱动装置3) 传感与检测部分4) 控制与信息处理4. 机电一体化技术发展方向1) 数字化 2) 智能化 3) 模块化4) 网络化 5) 人性化 6) 微型化第二章 检测单元1. 传感器将被测物理量按照一定规律变换为与之对应的另一种物理量的装置叫做传感器，也叫变换器或探测器。其作用是将各种非电物理量转换成其他量，由接口电路转换成电压量。传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。2. 传感器分类3. 传感器技术的发展1) 传感器的集成化。2) 传感器的多功能化。3) 传感器的智能化。4. 差动变压器式线位移传感器 将被测量转化为线圈的互感变化。初级线圈L1由交流电源励磁，交流电的频率称为励磁频率。两个次级线圈L2和L3接成差动式，它们反向串接，输出电压U0是两次级线圈的感应电压差值，故称差动变压器。当磁芯处于整个线圈中心位置时，两个次级线圈的磁阻相等，当磁芯移动时，将产生与位移成线性关系的感应电压Uo。 5. 电容式线位移传感器S、d的变化，均会引起电容量的变化。通过检测电路将电容量的变化将会引起电路中的电压或电流变化，这样即可转换为电压信号输出，以此来确定位移量的大小和方向。应用：无接触检测，在恶劣环境下工作。可应用于检测位移、振动、角度、速度、加速度、压力等参数。 6. 光栅传感器1) 光栅传感器的结构与分类光栅可分为透射式光栅（在透明光学玻璃上均匀刻制出平行等间距的条纹形成）和反射式光栅（在不透光的金属载体上刻制出等间距的条纹形成）两大类，光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。光栅传感器是由光源、透镜、主光栅、指示光栅和光电接收元件组成。主光栅，是测量的基准，另一块光栅为指示光栅，在使用长光栅尺的数控机床中，标尺光栅往往固定在床身上不动，而指示光栅随拖板一起移动。主光栅和指示光栅在平行光的照射下，形成莫尔条纹。主光栅的精度决定了整个装置的精度。光电元件把光栅形成的莫尔条纹的明暗强弱变化转换为电量输出，主要有光电池和光敏晶体管。2) 莫尔条纹形成的原理在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角。当有光照射时，由于挡光效应或光的衍射作用，在与光栅刻线大致垂直方向上形成明暗相间的条纹。两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。3) 莫尔条纹的特性1. 放大性：W=/，夹角很小， W，光学放大，提高灵敏度。2. 莫尔条纹移动与栅距成比例：光栅移动一个栅距 莫尔条纹沿垂直方向移动一个间距W。3. 准确性：大量刻线 误差平均效应 克服个别/局部误差 提高精度 4. 在一个栅距内，光电元件所检测的光强变化为正弦（或余弦）变化。4) 辨向原理如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向。通过在相距BH/4的位置上设置两个光电元件1和2，以得到两个相位互差90的正弦信号，来辨别方向。正向移动时脉冲数累加，反向移动时，便从累加的脉冲数中减去反向移动所得到的脉冲数，这样光栅传感器就可辨向。7. 编码器1) 编码器编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件。 它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转换为电子信号（电子脉冲信号或者数据串）。编码器一般应用于机械角度、速度、位置的测量。2) 编码器分类绝对编码器，增量编码器，光学编码器，电磁编码器。3) 绝对值和增量编码器的区别增量编码器一般用来测试速度与方向也可以用角度测量，但在掉电或电源出现故障时位置信息丢失。绝对编码器传送在一转中每一步的唯一的位置信息，位置信息一直可用,即使在掉电或电源出现故障时。一般应用于角度测量及往复运动。4) 增量编码器1. 功能：显示速度与旋转方向；显示角度位置(脉冲累计)；角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失；分辨率通过每转多少脉冲表示。2. 结构：增量信号可以达到10-000 脉冲/圈；A/ B/ 0通道 反相同道；0脉冲参考信号；编码器码盘的设计。一般采用以下3种材质，玻璃码盘适宜于高精度,镍和塑料码盘适宜于中等精度。3. 增量编码器输出信号：a) 单通道信号：编码器码盘只有一圈光栅，编码器有一对光电扫描系统，输出一通道脉冲信号，后续设备根据单位时间检测到的脉冲数及编码器的分辨率计算出的角速度及线速度。b) 双通道信号 ：编码器码盘有2圈光栅，并且以90度相，位差排列，编码器有2对光电扫描同，输出2通道脉冲信号，由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转。c) 3通道信号：在双通道编码器的基础上增加了一个零位信号，用于基准点定位一般测长度使用该信号，测速一般不使用该信号。 d) 6通道信号：在3通道编码器的基础上将每一通道信号增加一个反向输出，即为6通道编码器，反向信号的存在主要是为了消除干扰及补偿损耗，以便可以长距离的传输。5) 绝对值编码器1. 功能：应用于角度测量及往复运动的测量，在0360的每一个角度位置传输一个唯一的信号 (单圈)，在测量的圈数中，每一圈，每一个位置都有唯一的信号（多圈），即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零，码盘材质一般为玻璃或高分子材料。2. 绝对输出信号：分辨率达到18BIT的绝对信号；格雷码与二进制码输出；ASIC光电编码。第三章 伺服驱动单元1. 伺服系统1) 伺服系统伺服(servo) 就是在控制指令的作用下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令的要求进行运动，并满足一定的技术性能指标。伺服系统是以机械参数(位移、速度、加速度、力和力矩等)作为被控量的一种自动控制系统。 2) 伺服系统分类1. 按结定值的变化情况可划分为:定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。2. 根据执行元件的不同，伺服系统可分为电气式、液压式和气压式伺服系统。a) 气压式伺服系统 能适应很宽的功率范围，但其频响很低，通常用于频响要求不高且控制精度较低的场合。b) 液压式伺服系统 动态响应范围较宽(1Hz1kHz)，且可输出很大的功率，但其泄漏会造成场地污染，还要附带油箱、油泵等油源设备，比较笨重，成本高，常用于大功率高频响应场合。 c) 电气式伺服系统 频响范围大，功率输出为中小范围，控制灵活，成本低，且根据不同的技术要求可以选择不同类型的伺服电机，随着电机技术和电力电子技术的发展，电气式伺服系统可输出的功率也越来越大，因此它广泛用于各种机电一体化设备。3. 伺服系统根据控制原理，即根据有无检测环节及其检测部件，可分为开环、半闭环和闭环三种基本的控制方式。 a) 开环式伺服系统 是没有检测环节的伺服系统；执行元件一般是步进电机或电液脉冲马达；由于没有检测元件，因此，开环式伺服系统的精度较低，一般可达(0.010.03)mm；结构简单、成本低、调整和维修方便、工作可靠，如在简易数控机床、线切割机、绘图仪、电子表等设备中。 b) 闭环控制系统 它装有各种各样的检测元件。 使用不同的反馈方式。检测元件将被控量(位置、速度等)检测出来，形成与输入指令能比较的信号，形成误差值。 用此误差来控制伺服机构向着消除误差的方向运转，最终达到输出等于输入。 c) 半闭环方式 是从电机轴上进行检测(或者从传动链中间轴上进行检测)。 因此它能有效地控制电机的转速和电机的角位移，然后通过滚珠丝杠之类的传动机构，把它转换成工作台或其它移动部件的直线位移。如果丝杠的精度高、间隙小，伺服精度是可以保证的。半闭环方式的优点是环路短、刚度好、间隙小，即机械系统的非线性因素对系统的稳定性影响较小，因此稳定性好。 缺点是如果机械传动部分误差过大且误差值又不稳定，那么就难以补偿。3) 机电系统对伺服系统的要求1. 稳定性 稳定性是一个系统正常工作的先决条件，同时又是系统动作保持一致性的重要条件。为了保证系统的运动精度，要求伺服系统在工作过程中尽量减小受负载变化和电压波动等各种因素的干扰所造成的影响。 2. 快速性 在机电一体化产品中，起控制作用的微机运算速度大大高于机械部分的运行速度，故系统的实际响应速度就取决于机械部分的响应速度。提高伺服系统的响应速度可以提高运动精度及跟踪性能，提高整个系统的响应速度。3. 高精度 伺服系统的精度指标有两个：其一是定位精度，其二是综合精度。 定位精度是指机械部件由某点移动到另一点时，指令值与实际移动距离的最大差值，它主要是由伺服系统的稳态精度决定的。 综合精度受到许多因素的影响，既受到测量装置、机械部件的几何尺寸、装配间隙等硬件部分固有误差的影响，又受到控制算法、运算误差等软件质量的影响。 2. 步进电机1) 步进电机步进电动机又称脉冲电动机。它是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的电磁机械装置。当给它输入一个电脉冲信号时，其输出轴就转动一个角度，把这个角度叫做步距角。若连续不断地给它输入电脉冲信号，它就一步一步不断地转动。2) 步进电动机的特点a) 步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素(如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，只要它们的大小在未引起步进电动机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作。b) 输出转角与输入脉冲严格成比例，且在时间上与输入脉冲同步。c) 转子惯量小。启动、停止的时间短，般在信号输入几毫秒至十几毫秒后，就能使电机达到同步转速，信号切断后电机立即停止转动。 d) 步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累。e) 可实现平滑无级调速，且调速范围相当宽。f) 借助控制线路，可获得正、反转动及间歇运动等特殊功能。3) 步进电动机的种类a) 可变磁阻型 该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机。b) 反应式步进电动机特点：转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁型。这类电动机的转子结构简单、转子直径小，有利于高速响应。 该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。 另外，需要将气隙做得尽可能小，例如几个微米。这种电动机具有制造成本高、效率低、转子的阻尼差、噪声大等缺点。 但是，由于其制造材料费用低、结构简单、步距角小，随着加工技术的进步，可望成为多用途的机种。c) 永磁型 PM型步进电动机的转子2采用永久磁铁、定子l采用软磁钢制成，绕组3轮流通电，建立的磁场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩。d) 永磁型步进电动机特点：这种电动机由于采用了永久磁铁，即使定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记亿能力，可用作定位驱动。 PM型电动机的特点是励磁功率小、效率高、造价便宜，因此需要量也大。 由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难于制造，故步距角较大。与VR型相比转矩大，但转子惯量也较大。 e) 混合(HBHybrid)型 这种电动机转子上嵌有永久磁铁，故可以说是永磁型步进电动机，但从定子和转子的导磁体来看，又和可变磁阻型相似，所以是永磁型和可变磁阻型相结合的一种形式，故称为混合型步进电动机。f) 混合型电动机特点：它不仅具有VR型步进电动机步距角小、响应频率高的优点，而且还具有PM型步进电动机励磁功率小、效率高的优点。 4) 步进电动机的工作原理如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的1、3两个齿与定子的A相磁极对齐。而后再将电脉冲通入B相励磁绕组，B相磁极便产生磁通。由图上可以看出，这时转子2、4两个齿与B相磁极靠得最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30度角，使转子2、4两个齿与定子B相磁极对齐。如果按照ABCA的顺序通电，转子则沿逆时针方向一步步地转动，每步转过30度，这个角度就叫步距角。 显然，单位时间内通入的电脉冲数越多，即电脉冲频率越高，电动机转速就越高。如果按照ACBA的顺序通电，步进电动机将沿顺时针方向一步步地转动。因此：步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电动机的步距角。改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向也随之改变。步进电动机定子绕组的通电状态的改变速度越快，其转子的旋转速度也越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。5) 步进电动机的通电方式从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每一拍转子转动一个步距角。 三相励磁绕组依次单独通电运行，换接三次完成一个通电循环，称为三相单三拍通电方式。 如果使两相励磁绕组同时通电，即按ABBCCAAB顺序通电，这种通电方式称为三相双三拍，其步距角仍为30度。按三相六拍通电方式工作的步进电动机，即按照AABBBCCCAA顺序通电，换接六次完成一个通电循环。这种通电方式的步距角为15度。如果按AACCCBBBAA的顺序通电，步进电动机就沿逆时针方向，以15度步距角一步步转动。6) 步距角步进电机的步距角 与定子的相数m，转子的齿数z、通电方式系数k有关，可表示为：式中， k由控制方式确定的拍数与相数的比例系数，即k拍数相数，如三相三拍k1；三相六拍k2；五相十拍k2。7) 步进电动机的运行特性及性能指标a) 分辨率：在一个电脉冲作用下(即一拍)，电动机转子转过的角位移，即步距角。步距角越小，分辨率越高。b) 静态特性：当步进电机不改变通电状态时，转子处在不动状态即静态，如果在电机轴上外加一个负载转矩，使转子按一定方向(如顺时钟)转过一个角度，此时转子所受的电磁转矩称为静态转矩Tj或者保持转矩。静态转矩越大，自锁力矩越大，静态误差就越小。c) 动态特性：步进电动机的动态特性将直接影响到系统的快速响应及工作的可靠性。包括动态稳定区、起动转矩、矩频特性等。、3. 直流电机及其控制1) 工作原理根据直流电动机的工作原理，当给电动机的激磁绕组通以直流电时，会在电机气隙中建立极性不变的磁场(永磁电机由永久磁铁产生)。电枢绕组两端加直流控制电压Ua时，电枢绕组中便产生电枢电流Ia ，处于气隙磁场中的电枢载流导体受到磁场力的作用，产生电磁转矩M，驱动电动机转动起来。电机一旦旋转起来之后，电枢导体将切割气隙磁场产生感应电势Ea，其极性与Ua相反，称为反电势。当电机稳定运行的时候(转运n不变)，电磁转矩与空载阻转矩和负载转矩相平衡。2) 调速方式根据直流电机的调速公式：直流电机的调速方法通常有三种：(1)通过改变电枢电压Ua进行调速；(2)在电枢回路中串入可调电阻Ra进行调速； (3)Ua保持恒定，在激磁回路中串入调节电阻Rf调速(弱磁调速)。串入电阻调速将引起功率损耗，效率低，机械特性变软，而且只能将转速调低。弱磁调速的调速范围小，所以在伺服系统的调速中，这两种方法都很少采用。 电枢电压调速具有起动力矩大，阻尼效果好，响应速度快且线性度好等特点，所以在伺服系统中普遍采用。3) PWM调速方法直流电动机的电枢电压调速要求灵活地控制电枢电压的大小和极性，因此直流电动机的驱动电路实际上是一个可控的大功率整流电路。常用的方法有可控硅法和PWM法等。PWM驱动装置是利用大功率晶体管的开关作用，将恒定的直流电源电压转换成一定频率的方波电压，加在直流电动机的电枢上。通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，从而控制电动机的转速。因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。4) PWM调速原理可控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开。当S接通时，供电电源US通过开关S施加到电机的两端，电源向电机提供能量，电机储能；当开关S断开，中断了供电电源US向电机提供能量。在S接通期间电枢电感所储存的能量将通过续流二极管使电机电流继续流通。于是在电机两端得到电压的平均值为：式中， 为占空比。由上式可见，改变开关接通时间ton和开关周期T的比例，亦即改变脉冲的占空比，电机两端电压的平均值也随之改变，因而电机的转速就可以得到调节。 改变占空比的方法有两种，从而获得两种调制方法： (1) 脉冲频率不变，改变脉冲宽度，从而改变占空比，这就是脉冲宽度调制，英文名称是Pulse Width Modulation，简写为PWM。 (2) 脉冲宽度不变，改变脉冲频率，从而改变占空比，这就是脉冲频率调制，英文名称是Pulse Frequency Modulation ，简写为PFM。 目前，直流电动机的调速电路中，以应用PWM控制方式为主。 5) PWM驱动电路装置PWM脉宽调制放大器是由脉冲频率发生器、电压脉冲变换与分配器和功率放大器等部分组成，频率脉冲发生器可以是三角波发生器或者锯齿波发生器，它的作用是产生一个频率固定的调制信号U0。 电压脉冲变换器的作用是将外加直流控制电平信号Ue与脉冲频率发生器送来的三角波电压U0在其中混合后，产生一个宽度被调制了的开关脉冲信号。分配器的作用是将电压脉冲变换器输出的脉冲信号按一定的逻辑关系分配到功率放大器的各个晶体管基极，以保证各晶体管协调工作。 基极驱动电路工作在开关状态，它对宽度被调制了的脉冲信号进行功率放大，以驱动主电路的功率晶体管。 4. 交流电机及其控制1) 交流电机的转速公式：根据上式，可得到不同的交流电机调速的方法：(1)转子绕组串联电阻改变转差率，这种方法调速机械特性很软，低速运行时电阻损耗很大。 (2)改变定子电压来改变转差率，这种方法损耗也很大。 (3)改变极对数来改变转速，这种方法调速是有级的，而且调速范围窄。(4)改变定子供电频率，可以平滑地改变电机的同步转速，这种方法最为理想，称又交流变频调速，2) 调速调压原理目前高性能的交流调速系统大都采用变频调速方法来改变电机转速。为了保持在调速时电机的最大转矩不变，需要维持磁通恒定，这时就需要定子供电电压做相应调节。因此，对交流电机供电的变频器一般都要求兼有调频调压两种功能。电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每极磁通量 Fm 为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。 由以上公式可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可达到控制磁通Fm 的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况：要保持 Fm 不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Eg ，即采用恒值电动势频率比的控制方式，叫做恒转矩控制方式。在基频以上调速时，频率应该从 f1N 向上升高，但定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况，叫做恒功率控制方式。3) 变频器种类从整体结构上看，电力电子变频器可分为交-直-交和交-交两大类：1. 交-直-交变频器，交-直-交变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流。2. 交-交变频器，它只有一个变换环节，把恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接式变频器。4) PWM调制原理用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，宽度相等，幅值不等，用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积相等。SPWM波形脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。第四章 机械单元1. 机械单元组成机械执行元件：液压缸、气缸等； 电气执行元件：如电动机、电磁阀、电磁开关、电磁离合器等。传动与导向元件：传动带、传动链、传动齿轮、传动轴，导轨、导向键等。2. 齿轮传动总传动比分配原则(1) 最小等效转动惯量原则。利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。(2) 重量最轻原则。(3) 输出轴转角误差最小原则。为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按“先小后大”原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。3. 谐波齿轮工作原理谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚轮l、具有外齿的柔轮2和波发生器3。通常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为固定件。当波发生器装入柔轮内孔时，由于前者的总长度略大于后者的内孔直径，故柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生了柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时在椭圆短轴两端，两轮轮齿则完全脱开。至于其余各处，则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态，或处于非啮合状态。当波发生器连续转动时，柔轮长短轴的位置不断交化，从而使轮齿的啮合处和脱开处也随之不断变化，于是在柔轮与刚轮之间就产生了相对位移，从而传递运动。4. 谐波齿轮传动比计算当柔轮固定时当刚轮固定时5. 同步带分类a) 按用途分一般工业用同步带传动 即梯形齿同步带传动，它主要用于中、小功率的同步带传动。高转矩同步带传动又称HTD带，由于其齿形呈圆弧状，在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中。b) 按规格制度分模数制 同步带主要参数是模数m(与齿轮相同)，根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数。节距制 即同步带的主要参数是带齿节距，按节距大小不同，相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。6. 同步带传动的优缺点(1)工作时无滑动，有准确的传动比(2)传动效率高，节能效果好(3)传动比范围大，结构紧凑(4)维护保养方便，运转费用低(5)恶劣环境条件下仍能正常工作7. 滚珠丝杠传动特点 1) 摩擦损失小，传动效率高达0.920.96，而普通滑动丝 杠的传动效率为0.200.40。2) 丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，传动精度高，刚度好。3) 摩擦阻力小，且几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，不易产生低速爬行现象。保证了运动的平稳性。4) 磨损小，寿命长，精度保持性好。5) 不能自锁，能实现旋转运动与直线运动的可逆转换，但在立式使用时应增加制动装置。6) 制造工艺复杂，成本高。第五章 控制单元1. 系统运行的两种状态过程控制系统在运行中有两种状态。 稳态:系统没有受到干扰，设定值保持不变，被调量也不随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。 动态: 当系统受到外来干扰的影响或者在改变了设定值后，原来的稳态遭到破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，尤其是被调量也将偏离原稳态值而随时间变化，这时就称系统处于动态。 经过一段调整时间后，如果系统是稳定的，被调量将会重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定平衡工况。2. 过渡过程从一个稳态到达另一个稳态的历程。 评价控制系统的性能指标:稳定性、准确性和快速性。3. PID控制方法PID控制是比例积分微分控制。具有以下优点: 原理简单，使用方便。 适应性强. 鲁棒性强. 4. 比例调节(P调节) 比例调节的动作规律在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例， 即kc称为比例增益在过程控制中习惯用增益的倒数表示,调节器输入与输出之间的比例关系： 比例调节的特点（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系。即：u=Ke （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生静差。 比例带对于调节过程的影响a) 比例调节的残差随着比例带的加大而加大。从这一方面考虑，希望尽量减小比例带。 b) 减小比例带就等于加大调节系统的开环增益，其后果是导致系统激烈振荡甚至不稳定。稳定性是任何闭环控制系统的首要要求，比例带的设置必须保证系统具有一定的稳定裕度。5. 积分调节（I调节) 积分调节动作规律 调节器的输出信号的变化速度dudt与偏差信号e成正比. 积分调节的特点，无差调节积分调节的特点是无差调节，当被调量偏差e为零时，积分调节器的输出会保持不变。调节器的输出可以停在任何数值上。被控对象在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残差，而调节阀则可以停在新的负荷所要求的开度上。 积分速度对于调节过程的影响采用积分调节时，控制系统的开环增益与积分速度S0成正比。增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程。因为S0愈大，则调节阀的动作愈快，就愈容易引起和加剧振荡，振荡频率将愈来愈高，而最大动态偏差则愈来愈小被调量最后都没有残差，这是积分调节的特点。6. 比例调节和积分调节的比较积分调节可以消除静差。但对比例调节来说，当被调参数突然出现较大的偏差时，调节器能立即按比例地把调节阀的开度开得很大。但积分调节器就做不到这一点，它需要一定的时间才能将调节阀的开度开大或减小，因此，积分调节会使调节过程非常缓慢。7. 比例积分调节 积分调节可以消除静差,但有滞后现象，比例调节没有滞后现象，但存在静差。PI调节就是综合P、I两种调节的优点，利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差。 比例积分调节过程残差的消除是PI调节器积分动作的结果。积分部分的阀位输出使调节阀开度最终得以到达抵消扰动所需的位置。比例部分的阀位输出Up在调节过程的初始阶段起较大作用，但调节过程结束后又返回到扰动发生前的数值。 比例积分调节的特点具有比例调节作用反应快、无滞后的优点，可以加快调整作用，缩短调节时间，又具有积分调节的优点，可以消除静差。 对于一般调节对象，均可用比例积分调节，比例带和积分时间选择合适，基本可以满足生产工艺要求。8. 比例积分微分调节(PID 调节) 微分调节的特点P和I是根据已经形成的被调参数与给定值之偏差而动作的.(即偏差的方向和大小进行调节的).如果调节器能够根据被调量的变化速度来移动调节阀.而不要等到被调量已经出现较大偏差后才开始动作，那么调节的效果将会更好，等于赋予调节器以某种程度的预见性，这种调节动作称为微分调节。微分调节是根据偏差信号的微分,即偏差变化的速度而动作的微分调节就是根据偏差变化速度而进行调节的.只要偏差一露头,调节器就立即动作,这样的调节效果更好.偏差没有变化,微分调节不起作用.微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后.微分调节器的输出与被调量或其偏差对于时间的导数成正比，即与输入偏差速度成正比. PID调节规律比例带、积分时间、微分时间这三个特征参数表示比例积分微分的调节特性，改变这三个特征参数的数值，就可以改变比例积分微分的调节的强弱。当比例积分微分调节器输入一个阶跃偏差时，调节器的输出调节信号等于比例作用、积分作用、微分作用输出之和。比例作用的输出与偏差大小成正比；积分作用的输出变化速度与偏差成正比；微分作用输出与偏差变化速度成正比。 比例积分微分调节器的工作过程当扰动一出现，即输入一个阶跃偏差时，微分作用立即动作，使调节器输出突然发生大幅度变化，然后就慢慢下降，比例作用也同时动作，偏差减小，按照积分作用动作，随着时间增加，积分作用越来越起主导作用，最后慢慢把静差完全克服掉。