系统的控制要求和特点，用户 自 行 编 写 完 成 的 。 (6) 系 统 调 试。DMA：直接存储器存取控 制器。ROM：存储固定程序和 数据 RAM：存储输入／输出数据和 作业领域的数据。 辅助存储装置可作为存储器使 用；操作面板或键盘也属于输 入装置。
输入/输出控制对硬件电路的要求主要：(1)能可靠地传 递各类控制信息, 并能够输入各类 传感器的信息(2) 能够进行相应的 信息转换电平的 转换与匹配；非 电量与电量的转 换；弱电与强电 转换; A/D、D/A 转换；(3)具有阻 断干扰信号进入 微机控制系统的
转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功
能是由一个元件（敏感元件）实现的。基本
转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电
路参数转换、调理成一定形式的电量输出。
传感器分类
传感器的静态特性
和动态特性：传感
器的基本特性：传
感器的特性是指传
感器所特有性质的
总称，而传感器的
输入―输出特性是
能力主要采用滤波技术、隔离技术、屏蔽技术等。 ☆光电隔离电路的基本工作原理与组成： 光电隔离电路的作用：1) 可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用 一套电源供电。2) 可以进行电平转换。3) 提高驱动能力。 光电隔离电路抗干扰能力 强的原因：1）光耦的输入阻抗很低。2）输入回路与输出回路之间的分布电容极小。3） 光耦的输入回路和输出回路之间是光耦合的。 需要强调指出的是, 在光电耦合器的输 入部分和输出部分必须分别采用独立的电源, 如果两端共用一个电源, 则光电耦合器 的隔离作用将失去意义。 常用光电隔离电路结构：
图a为普通型信号隔离用光电耦 合器件，以发光二极管为输入端， 光敏晶体管为输出端。这种器件 一 般 用 在 100kHz 以 下 的 频 率 信 号。图b为高速型光电耦合器件的 结构形式，与普通型的不同处在 于其输出部分采用光敏晶体管 和高速开关管组成复合结构，具 有较高的响应速度(6N137)。图c 为达林顿管输出光电耦合器件， 其输出部分以光敏晶体管和放大晶体管构成达林顿管输出。具有达林顿晶体管输出的一 切特性，可直接用于驱动较低频率的负载。图d为晶闸管输出型光电耦合器件。输出部 分为光控晶闸管，光控晶闸管有单向、双向两种形式。这种光电耦合器常用在大功率的 隔离驱动场合。 光电耦合基本配置：采用光电耦合器可以将微机与前向、后向通道以及其他相关部分 切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。
Chapter 1 机电一体化含义:机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能
和控制功能上引用微电子技术，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。 机电一体化关键技术：检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、 自动控制技术、精密机械技术及系统总体技术。 机电一体化系统：由机械系统（机 构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元 件系统（如电动机）5个子系统组成。 工业三大要素：物质、能量、信息。 机电 一体化的目的：提高系统(产品)的附加价值，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材 料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展。 机电一体化系统三大目 的功能：变换(加工、处理)功能传递（移动、输送）功能存储（保持、积蓄、记 录）功能。 5种内部功能：主功能、动力功能、计测功能、控制功能、构造功能。主 功能：实现系统“目的功能”直接必需的功能。动力功能：向系统提供动力、让系统得以 运转的功能。计测功能：对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处理的功能。控 制功能：对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施“目的功能”。构造功能：使构成 系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。接口定 义：机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物 质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条 件，这些联系条件就可称为接口。接口技术的功能：变换、调整，输入/输出。按变换 调整功能分类：零接口，无源接口，有源接口，智能接口。 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。 机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要 素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上讲，机电一体化技术研究的核心问题是 接口技术问题。 机电一体化系统常用的设计方法：机电互补法、机电结合（融合） 法:、机电组合法。机电一体化系统的设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设 计。机电一体化系统的设计流程：（1）确定产品规格、性能指标—— 运动参数、动力 参数、品质参数。（2）系统功能部件要素的划分—— 功能部件选择、设计和与系统主 功能的匹配。（3）接口设计—— 机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。（4）综 合评价或系统评价（5）可靠性检查（6）试制与调试。系统工程是组织管理系统的规 划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义 的科学方法。
量等。③ 它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等等，这
种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主要是电物理量；④ 输出与输
入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精度。输出量为电量的传感器：一般由敏
感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。
敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
度(非线性误差)传感器的理想输入—输出特性应是线性的，而实际上，许多传感器并非
具有线性的输入—输出特性，在一定程度上存在着非线性。线性度(非线性误差)是以一
定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，其不一致的最大偏差与理论满量程输出值的百
分比来进行计算(显然选定的拟合曲线不同线性度也不同)。2) 灵敏度：传感器输出变
化量Δy与引起该变化量的输入变化量Δx 之比即为静态灵敏度。k = Δy / Δx（拟合
直线即为斜率）3) 分辨力：指传感器可能检测出被测信号的最小增量。4) 迟滞：迟滞
特性说明传感器加载（输入量增大）和卸载（输入量减小）输入—输出特性曲线不重合
的程度。5) 重复性：指传感器输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线
Chapter2 微机控制系统：是将微型计算机作为机电一体化产品的控制器，结合微
型计算机的工作原理、接口电路（数字和模拟）的设计、硬件和软件的设计，以及它们 之间的匹配，实现对控制对象的有效控制。 专用控制系统的构成与特点:专用控制系统 适合于大批量生产的机电一体化产品。在开发新产品时，如果要求具有机械与电子有机 结合的紧凑结构，也只有专用控制系统才能做到。专用控制系统的设计，实际上就是 选用适当的通用IC芯片来组成控制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新 设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上。专用控制系统， 成本低，但适应能力较差。通用控制系统的构成与特点:对于多品种、中小批量生产的 机电一体化产品来说，由于还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备进行 改造时，采用通用控制系统比较合理。通用控制系统的设计，主要是合理选择主控制 微机机型，设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，并在此基础上编制应用软件的 问题。这实质上就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专用化的问题。通用控制 系统适应性强，但成本高。硬件与软件的权衡：主要依据经济性和可靠性的标准权衡 决定。主要用分立元器件组成的控制系统——最好采用软件来实现对机电一体化产品 的主要控制功能，借口少，易调整，适应能力强。主要用专用集成元件组成的系统—— 最好选用硬件实现对机电一体化产品的主要控制功能，具有廉价、可靠、处理速度快等 特点。 微机控制系统的设计思路：（1）确定微机控制系统总体控制方案 ：从系统构 成上考虑控制方式（开环控制、半闭环控制、闭环控制）——传感元件选用（含精度） ——选用/设计执行元件——考虑被控制对象特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速 响应特性）——微机在整个控制系统中的作用（计算、数据处理、直接/间接控制方式、 控制功能、I/O接口、外围设备等）——控制系统成本核算。最终确定微机控制系统总 体控制方案。（2）确定控制算法：目的在于确定微机控制系统输入/输出之间的数字和 逻辑数学模型的数学表达方式，为控制系统输出的控制信号，实现被控制对象的各控制 功能、精度、稳定性、可靠性等要求提高可靠的理论依据。常用的控制算法：逐点比 较法和数字积分法（数控车床）、PID调节控制法（直接数字控制系统）、最小拍控制法 （位置数字伺服系统）、最优控制法、随机控制法、自适应控制法、遗传控制法、模糊 控制法、鲁棒控制法、神经网络控制法、专家系统等。 选用何种控制算法，应依据 被控制对象的具体要求而定，主要包括控制功能、精度、稳定性、可靠性等。（3）微 型计算机选择：任何微机控制系统中的微型计算机，无论被控制对象的控制要求如何， 对微型计算机都有一定最基本要求。 1）较完善的适时中断系统：微型计算机控制系 统必须具有实时控制性能。实时控制包含两个意思：一是系统正常运行时的实时控制能 力；二是在发生故障时紧急处理的能力。2）足够的存储容量（ROM、RAM、EPROM ）： 有效地保证微机系统软件、应用软件、数据处理工作的正常运行。3）完善的输入/输出 通道：输入／输出通道是外部过程和主机交换信息的通道。4）实时时钟控制：作为控 制系统实现控制功能的基准。 除此之外，还应有一些特殊要求——字长、运行速度、 指令、成本、编程难易程度、输入/输出接口扩展能力等。（4）控制系统总体设计：设 计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、 可靠性设计等问题。1）软件与硬件功能的合理分配与协调（主要依据经济性、可靠性 指标进行软件/硬件的分配、协调与权衡）2）接口设计（输入/输出信号匹配与协调）： 接口设计包括两个方面的内容：一是扩展接口(选用功能接口板，选用通用接口板，用 集成电路自行设计接口电路)二是安排通过各接口电路输入／输出端的输入／输出信 号，选定各信号输入／输出时采用何种控制方式。3）通道设计（信号通讯方式与I/O 类型）。4）操作控制台设计（人机交换方式）(5)软件设计：系统软件：主要有操作系 统、故障诊断系统、开发系统、信息处理系统等。应用软件：是由操作者依据被控制