机电一体化重点及复习资料

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1、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、信息等有关技术， 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关系安 置（装配连接）在一定位置上，并保持特定的关系。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

2、本身和 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。机电一体化系统有以下三种设

3、计方法：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。另附资料。5. 传动链精度对开环伺服系统、 闭环伺服系统精度的影响。开环 伺服系统 中，传 动链的 传动精 度不仅取 决于组 成系统的 单个传 动件的 精 度，还取决于传动链的系统精度。闭环伺服系统中的传动链，虽然对单个传动件的精度要求可以降低，但对系统 精度仍有相当高的要求，以免在控制时因误差随机性太大不能补偿。6. 举例说明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。7.

4、 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 ，

5、 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。8. 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。9. 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

6、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）。10. 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。11. 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

7、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。12. 如何按照负载角加速度最大原则选择总传动比。13. 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） 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

8、高。14. 如何设计齿轮传动机构间隙输出轴转角误差。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。15. 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；E结构简单、体积小、重或轻。16. 永磁测速电机输出电压与转速和外负载的关系。当负载电阻趋于无穷大时，其输出电压U与转

9、速n成正比，随负载电阻变小, 其输出电压下降，而且输出电压与转速之间并不能严格保持线性关系。17. 简述光电转速传感器的原理。光电式转速传感器是由装在被测轴上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝 隙盘组成。光源发生发的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上，当缝 隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同。因此 圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲。根据测量时间t内 的 脉冲数 N， 则 可测出 转速 n=60N/Z（t Z 为圆 盘缝隙数） 。18. 接近式位置传感器按工作原理分为哪几种类型？接近式位置传感器按工作原理可分为这五种类型：A.电磁式；B.光电

10、式；C静 电容式；D.气压式；E超声波式。19. 分析透光型光电传感器接口电路， 解释反射型光电传感器的应用。在透光型光电传感器中，发光器件和受光器件相对放置，中间留有间隙。当被 测物体到达这一间隙时，发射光被遮住，从而接收器件（光敏元件）便可检测 出物体已经到达。反射型光电传感器发出的光经被测物体反射后再落到检测器件上，由于是检测 反射光，所以得到的输出电流Ie较小。另外，对于不同的物体表面，信噪比 也不一样，因此，设定限幅电平就显得非常重要。20. 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。21. 程控放大器的功能及工作原理。功

11、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。22. 简述液压驱动、 气压驱动和伺服电机驱动的输出功率、 响应速度的特点。液压驱动伺服系统：输出功率大，响应频率高；气压驱动伺服系统：输出功率大，响应频率低；伺服电机驱动的伺服系统：输出功率范围大，响应频率宽。23. 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，

12、 其步距角为 30；3、 三相六拍 ， 其步距角为 15。24. 步进电机的特点 （7个） 。步进电机有以下七个特点：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、易于直接与微机白I/O接口，构成开环位置伺服系统。25. 步进电机带负载的最大起动频率的计算。26. 什么是直流电机的机械特性曲线， 外负载对

13、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。27. PWMt流调速驱动系统的原理。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。28. 交流电机调速的方法。交流电机

14、调速的方法有以下三种：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。29. SPW渡频调速的原理。SPWM变频调速的原理 将相同极性的正弦波基准信号u1与等幅等矩的三角 波 ut 相比较， 以其交点为相应变流器件换流的开关点， 交点间隔即为被调制 脉冲的宽度。随着u1的幅值和频率的变化，调制的脉冲也会在宽度和频率上 作相应的变化，保证了变频要求的U1/f1二常值。对负半周可通过反向器得到负 的脉冲波。这就是SPWM变频调速的原理。30. 直线电机的特点。直线电机有以下五个特点：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.

15、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。31. 简述圆盘型直线电机的工作原理、 直流直线电机的原理。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

16、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。32. 步进电机的选择和计算。 （P93 例题）33. 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。34. PLC勺特点。PLC的特点：巾妍控制为主，可以直接与外部执行机构相连。35. 总线型工业控制计算的特点总线型工业控制计算的特点：模块化设计36. DAC083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。另附资料。37. DAC0832J计算机的接口电路，编写汇编程序起动DA转换。另附资料。38. 光电耦合器的功能、 原理及接线方

17、法。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。39. 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。40. 解释继电器接口 电路工作原理。继电器接口电路工作原理

18、：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901得通,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。41. 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、 P13742. PWM率放大器与控制计算机的接口方法（与前面综合考）。P13743. 自动控制中变频器的三种控制方法。自动控制中变频器的三种控制方法:A.使用继电器开关电路;B.模拟

19、控制方法;C.采用变频器数字接口板。44. 步进电机脉冲分配器的两种形式。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。45. PWM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。46. 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。