典型机电一体化系统设计简介讲义.ppt

一、传感器在汽车发动机等中的应用 现代汽车发动机的点火时间和空燃比的控制已实现用微机控制系统进行精确控制。例如美国福特汽车公司的电子式发动机控制系统(EEC)如图a、日本丰田汽车公司发动机的计算机控制系统(TCCS)如图b。从图可以看出，上述控制系统中，必不可少的使用了曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、氧气传感器等多种传感器。 * 发动机控制用传感器的精度多以百分数表示，这个百分数值必须在各种不同条件下满足燃料经济性指标和排气污染指标规定。控制活塞式发动机，基本上就是控制曲轴的位置。利用检测曲轴位置的传感器，可测出曲轴转角位置从而计算点火提前角，并用微机计算出发动机转速，其信号以时序脉冲形式输出。燃料供给信号可以用二种方法获得，一种是直接测量空气的质量流量；另一种是检测曲轴位置，再由技管绝对压力(MAP)和温度计算出每个汽缸的空气量。燃料控制环路多采用第二种方法，或采用测量空气质量流量的方法。因此MAP传感器和空气质量流量传感器都是重要的汽车用传感器。 MAP传感器有膜盒线性差动变换传感器、电容盒MAP传感器和硅膜压力传感器。 在空气流量传感器中，离子迁移式、热丝式、叶片式传感器是真正的空气质量流量计。涡流式、涡轮式是测量空气流速的，需把它换算成质量流量。为算出恰当的点火时刻，需要检测曲轴指示脉冲、发动机转速和发动机负荷三个参量。 其中，发动机负荷可用歧管负压换算。在美国的发动机控制系统中，虽然前二个参量均用曲轴位置传感器测量，但其控制环路的组成方法不同。有的系统直接测量歧管负压，有的系统采用类似MAP传感器的传感器测量环境空气压力(AAP)，用减法算出歧管负压。后者可用准确的环境空气压力完成海拔高度修正，以便对燃料供给和EGR(废气再循环)环路进行微调。在点火环路中，歧管负压信号响应性要快，但准确度并不需MAP和AAP那么高。 * 过去的火花点火发动机是在很宽的空燃比范围内工作的，因而并不要求计算化学当量，由于汽车排气标准的确定，需从根本上改进发动机的工作情况。为此，很多汽车采用了一种三元催化系统，其三元催化剂只有在废气比例较小时，才能有效地净化HC、CO和NOx。所以，发动机必须在正确计算化学当量的7%范围内工作。带催化剂的发动机可看作气体发生器，按要求需在燃料供给环路中加装氧环路，这一环路的关键传感器是氧传感器，它可以检测废气中是否存在过剩的氧气。氧化锆氧传感器和二氧化钛氧传感器可以完成此任务。 为了确定发动机的初始条件或随时进行状态修正，还装了爆震传感器，如空气温度传感器、冷却水温度传感器等，在某些汽车中，还装了爆震传感器，涡轮增压发动机在中速或高负荷状态下，震动较大，从而带来许多问题，安装爆震传感器后，当震动超过某一限度时，就自动推迟点火时间，直至震动减弱为止。这就是说，发动机在无激烈震动时提前点火，找出了最佳超前量。机械共振传感器、带通振动传感器和磁致伸缩传感器可以提供这种震动信息。 * 二、 微机控制的数字化电子点火系统 机械式点火系统由于机械系统的滞后效应、磨损以及装置本身的机械记忆量等因素的影响，不能保证发动机点火时刻处于最佳值，因此需要数字控制装置取代机械式点火提前装置。数字式电子点火系统应满足下述要求：①能在整个转速范围内提供点火所需的定值点火能量，即足够的点火电压和跳火持续时间。②在不同负荷和转速条件下，能为发动机提供最佳点火时间。特别是在小负荷时能提供较大的点火提前角。③能把点火提前到发动机刚好不致于发生爆震的范围。数字式电子点火系统一般由传感器、A／D转换器、微型计算机及点火控制器等部分组成，其原理框图如下图所示。 微机控制数字式电子点火系统原理框图 * 下图a为第一代数字点火系统实装原理框图。点火提前装置除能适应发动机转速控制初级线圈通电时间外，还可以通过电子手段调整点火提前角。 图b为显示的是输入存储片的一个标准三维点火特性曲线图。图中三个轴分别代表发动机转速、点火提前角和发动机负荷。如已知转速和负荷就可以从图中找出相应的最佳的点火提前角。 * 下图是微机控制的多环路点火控制系统。该系统具有爆震传感检测环路、温度检测环路及其它控制环路。到底是把微处理器控制的环路集中在一起好呢，还是一个微处理器只控制几个随动环路呢，或者用一个中央处理器（CPU）进行控制好呢，说 法不一，但图中包括的基本要点均是不可缺少的。 * * * * 3. X-Y工作台的逆运动学分析 * 4.PRS-XY数控系统的综合逆运动学变换 * 5.基于“PC+Turbo PMAC”的数控系统原理 * 6.PRS-XY数控系统设计 * * * * 机床主要参数有 ①工作台参数：工作台面积（250×250mm2）、工作台到主轴端