机电一体化重点及答案.docx

1、机电一体化重点及答案1 机电一体化的定义。机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有矢技术，对它 们进行有机的组织和综合，实现系统整体的最佳化。2简述机电一体化系统的组成及各组成部分的功能。机电一体化系统的组成：A机械本体、B动力单元、C传感检测单元、D执行单元、E驱动单元、F控制及 信息处理单元这六部分组成。各成分的功能如下：1、 机械本体：使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间矢系安置（装配连 接）在一 定位置上，并保持特定的矢系。2、 动力单元：按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。3、 传感检测单元：对系统运行过程中所需要的本

2、身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成 可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。4、 执行单元：根据控制信息和指令在驱动单元的驱动下完成所要求的动作。5、 驱动单元：在控制信息作用下，在动力单元的支持下，驱动各种执行机构（执行单元）完成各 种动作和功能。6、 控制及信息处理单元：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往驱动单元和执行机构，控制整个系统有目的地运行。3.机电一体化系统有哪些设计方法？分别举例。A.取代法，如用电气调速系统取代机械式变速机构等；B.整体设

3、计法，如某些激光打印机的激光扫描镜；C.组合法，如设计数控机床时使各个单元有机组合融为一体。4.转动惯量、刚度、阻尼的折算公式。转动惯量：T刀二Jv单个轴T刀=刀*任意轴阻尼：T阻尼=CwT阻尼=C刀刚度:5.为什么要尽可能缩短机电一体化系统的传动链，举例说明缩短传动链的三种方 式。（机电一体化系统中的传动链还需满足，小型、轻量、高速、低冲压振动、低躁声 和高可靠性等要求；从能量消耗和可靠性的观点来看，应尽量缩短 ）传动链刚度、转动惯量和阻尼比对伺服系统的影响，应尽量缩短传动链 缩短传动链的三种方式：A.伺服电动机；B.直线电机；C.电主轴。6简述传动系统的转动惯量、摩擦、阻尼比、刚度、谐振频

4、率、间隙对机电一体化 系统性能的影响。1 转动惯量：在满足系统刚度的条件下，机械部分的质量和转动惯量越小越好。转动惯量大会使 机械负载增大，系统响应速度变慢，灵敏度降低，固有频率下降，容易产生谐振。同 时，转动惯量增大会使电器驱动部分的谐振频率降低而阻尼比增大。2、 摩擦：引起动态滞后和稳态误差，同时还会造成低速爬行3、 阻尼比：实际应用中一般取0.4-0.8的欠阻尼，既能保证振荡在一定的范围内过渡过程比较平稳、过渡过程时间较 短，又具有较高的灵敏度。4、 刚度：对于伺服系统的失动量来说，系统刚度越大，失动量越小，对于伺服系统的稳定性 来说，刚度对开环系统的稳定性没有影响，而对闭环系统的稳定性

5、有很大影响，提高刚 度可增加闭环系统的稳定性。5、 谐振频率：当外界的激振频率接近或等于系统固有频率时，系统将产生谐振而不能正常工作。6、 间隙：使机械传动系统中间隙产生回程误差，影响伺服系统中位置环的稳定性。7、 低速爬行产生的原因。1进给传动系统的刚度K越小，越容易产生爬行；2静摩擦力与动摩擦力之差，差值越大，越容易产生爬行；3摩擦力曲线为副斜率，容易产生爬行；4移动速度小于临界速度vt时，容易产生爬行现象。8齿轮传动刚性消隙和柔性消隙的区别。刚性消隙法是在严格控制轮齿齿厚和齿距误差的条件下进行的，调整后齿侧间隙不 能自动补偿，但能提高传动刚度。柔性消隙法是指调整后齿侧间隙可以自动补偿（一

6、般 采用弹簧机构利用弹性力把消隙补偿）。9.锥齿轮、斜齿轮消隙的原理。锥齿轮消隙的原理：将齿轮的分度圆柱改为带锥度的圆锥面，使齿轮的齿厚在轴向产生变化，装配时通 过改变垫片的厚度，来改变两齿轮的轴向相对位置，以消除侧隙。斜齿轮消隙的原理：通过改变垫片的厚度使两齿轮的螺旋面错位，两齿轮的左右齿面分别与宽齿面接 触，以消除齿侧间隙。10.丝杠螺母传动系统的调隙一般采用什么结构，齿差调隙原理。丝杠螺母传动系统的调隙一般采用双螺母结构。齿差调隙原理：在两螺母的凸缘上分别切出齿数差为1的两齿轮，并分别与固定在外套两端面上的 两内齿圈啮合。转动其中一个螺母，改变两螺母的轴向相对位置，以调隙和预紧。11 如

7、何按照负载角加速度最大原则选择总传动比。由于伺服系统的齿轮传动一般是减速系统，它的输入是高速、小转矩，输出是低速、大转矩。要求齿轮传动不但有足够的强度，还要有尽可能小的转动惯量，在同样的 驱动功率 下，其加速度响应为最大。因此通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度12.齿轮传动各级传动比分配的原则有哪些，各自遵循什么分配原则。(1 )最小等效转动惯量原则：小功率传动装置和大功率传动装置的传动比分配均 为前小后大；(2)质量最小原则：小功率传动装置的各传动比相等，大功率传动 装置的传动比分配为前大后小；(3)输出轴的转角误差最小原则：A.从输入端到输出端各传动比按照前

8、小后大原则排列；B.应减小传动级数；C使末级齿轮的传动比尽可能大，制造精度尽量高。13.如何设计齿轮传动机构间隙输出轴转角误差A.应减小传动级数；B.从输入端到输出端各传动比按照前小后大原则排列；C.使末级齿轮的传动比尽可能大，D.末级齿轮制造精度尽量高。14.谐波齿轮传动的结构、原理及特点。结构：谐波齿轮传动由A.刚轮、B.柔轮和C.谐波发生器这三部分组成。原理：谐波齿轮传动是一种新型传动，利用机械波使柔性齿轮产生可控制的弹性变形波， 引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动。特点：A.传动比大；B.承载能力大；C.传动精度高；D.齿侧间隙小；E.传动平稳；F.结构简单、体积小、重量轻。

9、16.测量放大器的特点测量放大器有以下特点：放大电路具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪声和高输入阻抗。17.程控放大器的功能及工作原理。功能：希望利用计算机采用软件控制的办法来实现增益的自动变换，这种功能的放 大器就叫程控增益放大器。工作原理：通过改变4052 （模拟开尖）的D1的值来改变AD521放大器2脚与14脚之间的 外接电阻的办法来实现增益控制。18.步进电机的三相绕组的通电方式有哪些（三种），各自步距角的尖系如 何。步进电机的三相绕组的通电方式有以下三种:1、 三相单三拍，其步距角为30。；2、 三相双三拍，其步距角为30。；3、 三相六拍，其步距角为15。19.步进电机的特点（

10、7个）。1步进电机受数字脉冲信号控制，输出角位移与输入脉冲数成正比；2、 步进电动机的转速与输入的脉冲频率成正比；3、 步进电动机的转向可以通过改变通电顺序来改变；4、 步逬电动机具有自锁能力；5、 步进电机工作状态不易受各种因素干扰；6、 步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数后会出现累积误差。转过一转 后，累积误差为零；7、 易于直接与微机的I/O接口，构成开环位置伺服系统。20.步进电机带负载的最大起动频率的计算。21.什么是直流电机的机械特性曲线，外负载对直流电机机械特性的影响。机械特性是一定控制电压下转速与转矩之间的尖系，表示这样矢系的曲线为机械特性曲线。外负载对直流电机机械特性的

11、影响：外界电阻使直流电机机械特性变软，伺服控制性能变差。22.PWM直流调速驱动系统的原理。P73PWM直流调速驱动系统的原理：当输入一个直流控制电压U时就可得到宽度与U成比例的脉冲方波给伺服电动机 电枢回路供电。通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压，得到不同大小的电压值 Ua,使直流电动机平滑调速。当开和尖周期T不变时，只要连续地改变闭合时间t (0- T )就可以连续地使Ua由0变化到U，从而达到连续改变电动机转的目的。23.交流电机调速的方法。三种：A.改变电动机极对数P;B.改变电动机滑差率S;C.改变电动机的外加电源频率f。24.直线电机的特点。五个特点：A.直线电机不需要中间传

12、动机械，提高了精度，减少了震动和噪声；B.快速响应；C.仪表用的直线电动机，可省去电刷和换向器等易损零件，提高可靠性，延 长使用寿命；D.散热面积大，容易冷却，允许较高的电磁负荷，提高电动机的容量定额；E.装配灵活性大。25.简述圆盘型直线电机的工作原理、直流直线电机的原理。 P88图4-22牛23圆盘型直线电机的工作原理：把次级做成一片铝圆盘或铜圆盘，并将初级放在次级圆盘靠近外径的平面上。次级 圆盘在初级移动磁场的作用下，形成感应电流，并与磁场相互作用，产生电磁力，使次 级圆盘能绕其轴线作旋转运动。直流直线电机的原理：在线圈的行程范围内，永久磁铁产生的磁场强度分布均匀，当可动线圈中通入电流后

13、，载有电流的导体在磁场中会受到电磁力的作用。当线圈受到的电磁力大于 线圈支架上存在的静摩擦力时，就可使线圈产生直线运动，改变电流的大小和方向，即 可控制线圈直线运动的推力和方向。26.步进电机的选择和计算。(P93例题不看第4问)27.脉冲当量的含义。脉冲当量：每输入一个脉冲步进电动机驱动工作台移动的位移。28.PLC的特点。(顺序控制为主，可以直接与外部执行机构相连)PLC的特点：(1)控制程序可变，具有很好的柔性。(2)可靠性强，选用于工业环境。(3)编程简单，使用方便。(4)功能完善。(5)体积小、重量轻、易于装入机器内部。29总线型工业控制计算的特点。(模块化设计)(1)提高设计效率，

14、缩短设计和制造周期；(2)提高了系统的可靠性；(3)便于调试和维修；(4)能适应技术发展的需要，迅速改进系统的性能30.DAC0832的单极性输出和双极性输出的电压范围，推导输出电压与数字 量之间的尖系。P122单极性D/A转换输出电压范围-5V+5V输出电压与数字之间的矢 系：P123双极性D/A转换输出电压范围-5V+5V输出电压与数字之间的尖系：P12431. DAC0832与计算机的接口电路，编写汇编程序起动 DA转换。P125图5- 1732.常用开尖型功率接口有哪些？光电耦合器的功能、原理及接线方法。开矢型接口 ： 1晶体管2光电耦合器3晶闸管4电磁继电器、固态继电器5大功 率场效

15、应管功能：隔离，电平转换，整流变频，执行部件的启动、停止、正反转控制等。原理：利用观点转换的原理。接线方法：光电耦合器的输入输出端两个电源必须单独供电。33.解释控制计算机与单项晶闸管接口电路的工作原理。当控制计算机发出的控制信号为低电平时，光电耦合器发光二极管截止，晶闸管门 极不触发而断开。当控制信号为高电平时，经反相驱动器后，使光电耦合器发光二极管 导通，交流电的正负半轴均以直流方式加在晶闸管的门极，触发晶闸管导通。这是整流 桥路直流输出端被短路，负载即被接通。控制信号回到低电平时，晶闸管门极无触发信 号，而是其矢断负载失电。34.解释继电器接口电路工作原理。继电器接口电路工作原理：当计算

16、机输出的控制信号为高电平时，经反相驱动器 7406变为低电平，使发光二极管发光，从而使光敏三极管导通，进而使三极管 9013导通，因而使继电器K的线圈通电，继电器触点K1-1闭合，使220V电源接通。反之，当计算机控制 输出的控制信号输出低电平时， K1 -1断开。35.画出直流电机PWM功率接口组成框图(图5-33)，并分析PWM脉宽调制波 形产生过程(图5-34) P136、P13736.PWM功率放大器与控制计算机的接口方法(与前面综合考)。 P136-13737.变频器的功能是什么？自动控制中变频器的三种控制方法。功能：是将供电电网的工频交流电变为适合于交流电动机调速的电压、频率可变的

17、交流 电。三种控制方法：A.使用继电器开矢电路；B.模拟控制方法；C.采用变频器数字接口板。38.步进电机脉冲分配器的两种形式。：(1)硬件分配器；(2)、软件环形分配器。39.举例说明PWM功率放大电路的三种形式。PWM功率放大电路的三种形式：(1 )单极性功率放大电路；(2)T型功率放大电路；(3)H型桥式功率放大电路。40.什么是PID调节器，其功能是什么，分析PID调节器中比例、微分和积分项对 控制系统性能的影响(P169- P171 )什么是PID调节器: 按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器。功能：可以作为速度，温度方面的精细设置调节的控制器比例项：P (k) KpE (k)动

18、态时，KP太小，系统动作缓慢。增加KP,可提高系统动作的灵敏度，加快调节 速度。但是，若取值偏大，容易引起系统振荡，反而使调节时间加长，且当KP太大 时，系统将趋于不稳定状态。稳态时，系统稳定的情况下，随着比例控制 KP的加大，可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。微分项：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比尖系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统称有差 系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便 误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳

19、态误差进 一步减小，直到等于零。微分项：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比矢 系。在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而“微分项”能预测误差变化的趋势。(比例跟偏差成正比，决定响应速度；积分的作用是使系统稳定后没有静 差；微分 的作用是使输出快速的跟定输入。)41.功能分解的设计策略有哪些。(D 减少机械传动部件，使机械结构简化，体积减小，提高系统动态响应性能 和运动精度(2)、注意选用标准、通用的功能模块，避免功能模块在低水平上的重复设计， 提高系统在模块级上的可靠性，加快设计开发的速度。3)、充分运用硬件功能软件化原则，使硬件的组成最简化，使系统智能 化。(4)、以微机系统为核心的设计策略