机电一体化重点及答案

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1、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身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可

2、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仃集中、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. 整体设计法，如某些激光打印机的激光扫描镜；C. 组合法

3、，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刀二刀*八任意轴阻尼：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。

4、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

5、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

6、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。1U.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

7、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

8、的传动比尽可能大，制造精度尽量高。 * | 。 u | tlj i y m/j 1/ u i p if rzi、Tmi i i-tlu-t工 厂tiA. 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. J承载能力大；C. 传动精度高;E. 传动平稳；

9、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脚之间的夕卜 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

10、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尖系，表示这样矢系的曲线为机械特性曲线。

11、外负载对直流电机机械特性的影响：夕卜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。，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；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

12、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 叩；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 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

13、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。匚5 步进电机的选择和计算。厂DO 例题不看先 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。

14、(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：P1243 1.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

15、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。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

16、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) 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)。P13613737. 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

17、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 )whu idcj j乂 i/rraui/li、 i/ i u u以i_LiiJULjn

18、i/T2i3b。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

19、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。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，(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