机电一体化重点及答案Word格式文档下载.docx
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转动惯量:
T刀二Jv单个轴T
刀=J
刀*w任意轴
阻尼:
T阻尼=CwT
阻尼=C
刀*w
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、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(模拟开关)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),各自步距角的关系如何。
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、步进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关系,表示这样关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。
当开和关周期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
4-23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
量之间的关系。
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关系:
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关系:
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.常用开关型功率接口有哪些?
光电耦合器的功能、原理及接线方法。
开关型接口:
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,而是其关断负载失电。
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.使用继电器开关电路;
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关系。
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)成正比关系。
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。
(1)、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