机电一体化重点及答案Word下载.docx
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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、谐振频率、间隙对机电一体化系统性能的影响。
1'
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。
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（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。
P73……
PWM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，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，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：
P124
31.DAC0832与计算机的接口电路，编写汇编程序起动DA转换。
P125图5-17
32.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。
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）°
P
136、P137
36.PWM功率放大器与控制计算机的接口方法（与前面综合考）。
P136-
137
37.变频器的功能是什么？
自动控制中变频器的三种控制方法。
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。
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）K
pE（k）
动态时，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态误差进一步减小，直到等于零。
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
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