华侨大学厦门校区09级机电一体化考试题答案

《华侨大学厦门校区09级机电一体化考试题答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华侨大学厦门校区09级机电一体化考试题答案（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1、机电一体话技术指那些技术 P12、一个典型的机电一体化系统应包含哪几个基本要素？ P23、试简述机电一体化系统的设计方法。P81 机械传动在机电一体化系统中的功能？ P19机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置 ,是 一种扭矩和转速的变换器,其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配, 并可通过机构变换实现对输出的速度调节。 在机电一体化系统中,伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械 传动中的变速机构,只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时 ,才通过传 动装置变速2 机械系统模型建立的意义？机械系统的数学模型建立与电气系统数学模型建立基本相似，都

2、说通过这折 算的办法将复杂的结构装置转换成等效的简单函授关系，数学表达式一般是线性 微分方程（通过简化成二阶微分方程）。机械系统的数学模型分析的是输入（如 电机转子运动）和输出（如工作台运动）之间的相对关系。等效折算过程是将复 杂结构关系的机械系统的惯量，弹性模量和阻尼（或阻尼比）等机械性能参数归 一处理，从而通过数学模型来反映各个环节的机械参数对系统的影响。3 磨擦和阻尼会降低效率，但是设计中会适当选择其参数，而不是越小越好，为 什？阻尼比不同的垂统，其时间响应特性也不同口（.1厂輛呢比E=0时,系统处于等幅持续振荡状态，陶此系统不能无阻尼。m 11系统划話界闭滅过阴尼系统此时*过渡过程尢震

3、琢 门|；刚却H间较氐 系统为欠工系统*汨，系统在过渡过秽屮处F减幅霍冷状态，其幅值衰减的快慢，取决于衰减系数在叫确定以后E愈小.其震荡愈剧烈过渡过程越长。相 反，E越大，则震荡越小，过渡过程越平稳，系统稳定性越好，但响应时间较长系统灵載度降 低.冈此,祀系统设讣时,应综合考其J能指标，一般収0“疳0$的欠阻尼系统,既能傑L 振荡在 淀的范用内j：渡过程.较平稳，过疲过程旳何较想.又儿餓讥的灵敏度U设M机械系统时，皿尽迫减少静摩擦和降低功.静摩採之尤怕*提川系统的精度、稳定性和快 速响应性*凶此,机体化系统中，常常采用摩採性能良好的塑料 金屈滑ijj导轨、滚劃r 轨、滚珠銘杠、动尿导轨门飢 动

4、压轴乐磁轴承等新屮传动件和支承件.井iW 斷的汕 滑。适当的増加系统的惯竝J和粘性摩擦系数f也有利于改善低速爬If现彖但惯捷増加将引起 何服系统响应性能的降低；增力II粘性摩擦系数f也会增加系统的稳态彥花 故设计时必须权衡利 弊，妥善处理4转动惯量对传动系统的影响？ P205如何保证机电一体化系统具有良好的伺服特性？ P206 机电一体化对机械系统的要求？无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比。7机电一体化机械系统的三大主要机构是什么？(1) 传动机构(2)导向机构(3)执行机构8 传动间隙对系统性能的影响有哪些？这些间隙对伺服系统性能有很大影响，下面以齿轮间隙为例进行分析。

5、0e0GsGi控制器Gm w图 2-5 典型转台伺服系统框图(1) 闭环之外的齿轮Gl、G4的齿隙对系统稳定性无影响，但影响伺服精度。(2) 闭环之内传递动力的齿轮G2的齿隙对系统静态精度无影响,这是因为控制 系统有自动校正作用。(3) 反馈回路上数据传递齿轮G3的齿隙既影响稳定性，又影响精度。9机电一体化系统的机械传动设计往往采用“负载角加速度最大原则”，为什么？(1) 以提高伺服系统的响应速度式(2-2)表明，得到传动装置总传动比i的最佳值的时刻就是JL换算到电动 机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量Jm的时刻，此时，电动机的 输出转矩一半用于加速负载， 一半用于加速电动机转子，

6、达到了惯性负载和转矩 的最佳匹配(2)以图加匸川级齿城减速传动链为例。川级传动比分别为m 2 泳 耳齿轮|阖倔甬误A依次为7忆该诈咖输出轴的彝伽课蓉皿为:AtC*. AO. + A（l）, AO . + Ad. AcD, + _=+ = + = + 二 + A（f II B II II B A小“耳屮山即斗由上式可以看出*如果从输入端珂输出端的齐级传动比按前小后大，原则制洌则总转甬误差 较小.而且低理级的误差在总逞差中占的比重很大n因此，要提高传动精度，就应减少传动级数。 并使未级齿辂的化功比尽可館尢制造粕度岸箭仏1、检测系统有哪几部分组成？说明各部分的作用，敏感丘件 二-种能够将被測量转换成

7、同:测屢的物理量的预变换装負传感元件 是将敏感元件输出的扣11物理量转换成电信号（如旧儿:II感、匸容等）出兀基本转换电路将电信号童转换诙餐丁测量的电毘 如电压、电流*频率隼2、传感器P37 3、灵敏度P38 4、线性度P385、动态误差P396、简述光电式转速传感器的测量原理。P497、为什么机电一体化系统的测试过程往往要进行非线性补偿？试分析线性补偿 通常使用的几种方法的原理。 P59很多检测元件如热敏电阻、光敏你应变片尊具有不同程度的耳議性特性，这使较大范围的 动态检测力心着很大的误汕 力送廿三种:计算法、以法和捕伯法计算法：门输出电伫号与传 感器的参数之问有确上的數宁表达式时,就町采用

8、讣算法遊诽线F绅偿。即用软:件中编制 段 完成数字表这代计算的梶序.被测参数经过采样、滤波和标度变换！ -I接进入计算机程序迪仃讣 算,汁算历的数伸屮为经过线性化处理的输出参数恫型：所谓舟：农迄 就足把事先比算或测 導的数据按 刈8J序编制成表杓 下表和呼的仃:务就鬧訓檄测赛数的值或齐帥用.从 件汨最 终加盅奥的结果“8、简述A/D、D/A接口的功能5.即 A/D接口的功能2将温度、乩力等物理量经传感器变成的电压，电流等信号 转换为数扌量，D/A接口是将二进制数字量转换成电H击49、模拟式传感器信号过程包括那些环节？对转携后的电債号进行测虽，井进行放大、运算、糕换、记录、指示、显示等处埋10、

9、分析电容式传感器的工作原理及其主要应用？ P40设两极板相互覆盖的有效而积为A,两极板间的距离为极板间介质的介电常 数为 ,在忽略极板功缘影响的条件卜，平板电容器的电容C为：电容式传感器分为二种：改变极板面积的变面积式；改变极板距离的变间隙式, 改变介电常数的变介电常数它结构简单、灵敏度高，动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大、价格便 宜，一般可用测量压力、力、位移、振动、液位等。11、机电一体化系统中，需要测试的常见物理量有哪些？举例说明汕山体化系统中.检测系统所测试的物理呈般包舌 温度、流駄 功率、I立移、：担A 加速度、力等级riTk四1 伺服系统的执行元件分为哪三大类型？ 电机,气动

10、,液压2 步进电机的驱动电路的功能？ 环形分配，对控制信号进行功率放大3伺服电机P72 伺服电机(servo mo tor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一 种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将 电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控 制,并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、 线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或 角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为 零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。4 简述 PWM 脉

11、宽调速原理？ (利用大功率电器开关作用，将直流电压转换成一定 频率的方波电压，通过对方脉冲宽度的控制，改变输出电压的平均值。 )(1)在一个周期T内闭合的时间为T，则一个外加的固定直流电压U被按一定的 频率开闭的开关S加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号， 其高度为U、宽度为，如右图所示。电枢两端的平均电压为：式中二/T二U/U，(01) 为导通率(或称占空比)。当T不变时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压Udo当从0T 改变时，Ud由零连续增大到U。5 交流变频调速有几种类型？各有什么特点？1)幵环控制开环控制的通用变频器三相界抑电幼机变频调速系统控制枷图如图6

12、-25所g3-1 VWF图6-25 JT小汗川|且动矶变频调汕VWF-通用变:顷器IM-界儿I 丫 |.胡机该控制案拾喝简卩.|了靠性门.f.i.l，|1订址jI*后制方代 !L调速椅度讪动态晌应特性 并不是十分理眾尤其是在低速区域电压调整比较困难，不可能得到较大的调速范围和较高的调 速精度弄步电动机孑谍甞率,转速随负荷力如变化啲变动，即便HiiE些变频器只W：补 说啲级转ri功能，也难以If.防的精度所以亲咱这种v/f控;汕丫他用变频器异步机开 环变频调速适用-般要求小忠I勺场件,例如凤札、水泵等机臧图6 26矢重摊制变频器的拧步电动机变频训速VWF -矢量变频器1 也叟造感器的矢量耗制无連

13、度传感器的宾量控制变频器异步ILI;II.调速系统控制任图如图6-26所打；、对比图&25 图,两岩的力别仅:T便用的变糊聲词心 山1使用无速度件感器矢册匍的变频器川少注期 异;-胡為机的磁通和转矩矿流进行检测.mi,I別战变上爪和频率.俐冷值和检测知川l.达 到一暫从而实现了矢竝制a虽说它是开环控制系统但是大大提升了静态精度和动态品甌 转速特度釣等于肥热转速响问也较快如加、餐求不上卜分圧的情形下，杲矢衲穽频器A/专感器川小陽电机变频调速是:怖 合适的对以达到控制:结构W . HJ靠性肓的:实效丫述反传感器矢去岀制带谨度仏感器处朮控制变頻器的异步电机闭坏变顛调速系统控辆匡图如图&即所示送JTA

14、U图6-27界步电机闭坏提制变频调速PG速度脉冲发牛器矢量控带揮步电机闭环变频调速是一种理想的控帘质式*它具可以从零转速起进行速度控制.即 圧低速亦能逖二因此调速范刑很宽广达00:1或1000:1；町以对转和实行精确拧制；系统 的动态响应速度止快：电幼机的加速度特性很如严化门6 简述 SPWM 变频调速系统的原理 P787 分析直流伺服电机的结构与工作原理 P72(1)直流伺服电动机的结构与一般的直流电动机结构相似，也是由定子、转子和 电刷等部分组成，直流伺服电动机部件主要由磁极、电枢、电刷及换向片组成(2)图tM电枢笄效电路1流伺服电动机+要由磁艇电枢、电刷仗换向片结构组成（如图&3所玉农丿

15、冲磁极右 1幣中nd不动，故又称农几疋芋磁极门隹磁场*在永磁式I流们服迴动札扎 磁极采川 永磁材料制成，充磁后即可产生恒定磁场在他励式和流伺服电动机中，磁极由冲压硅钢片叠成, 外瞬圈靠外加励磁孕庇zhi护性磁场.电枢是流制服汇胡机中的转胡沛分.故又称转子， 它山肚创片宜成,Mi财线圈,通过日刑和换向片号外力II电抠电源和逛图H门流伺服电胡机基本豊卡；和流伺服电动机是ft应乎磁场的件用卜;曲H fj.h流电的电枇（转了）受列电磁转矩的讴使, 带动负载旋锹 通过控制I枢魏中电流的方向和大小.就M以控制H流伺服也动机的旋转匸H 和速度严电枢般中电流沟零时,伺服电动机睡| gr流伺服电动机的控帝烷式匸

16、翌仃两种枷丄电揪亡爪控制.即仏 产磁场不变的惜况卜】 通过控制施丿川存电枢绕组两端的:LIS号束潮I匕动机的转速和输出转矩：歼一-种足励磁磁场控制即通过改变励磁电流的2卜来改变定了磁场强庞.从血控制电动机的转速和输岀转矩*采用电枢电rk控制方式时、11加了磁场保持不变，莫电枢电流山以达到额述俏，和应的输出转 矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式f而采用励磁碑场控制方式时，由 于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和,因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速, 11门“训山流不允许超过额辺你 凶而随雅磁场的减电渤机转速增加,们籀出转矩下降,输 出功率保持不娈詡以遠种方式又被称

17、为和功率调速方式 卩8分析直流伺服电机与交流伺服电机在控制上有什么不同？（直流用方形波控制，交流用正弦波控制）I流何服吐川:-疔良可的调速特性”较大的庐动转矩利则对功率*易控带展响应TL等优工 烬管1谢构复牝 成本较為,机机电-体化摊制系统中还射较广泛的应用。一十世纪后期，随着电力电了技术的发展，交流电动机应用于伺服控制越来越普遍。与直流伺服电动机比较，交流伺服屯动机不需要电刷和换向器，因而維护方便和对环境无要求；此外，交流电动机还具有转动惯黙体积和重量较小，结构简单、价格便宜等优点；尤其是交流电动机调速技术的快速发展，使它得到了更广泛的应用。交流电动机的缺点是转矩特性和调节特性的线性度不及直

18、流伺服电动机好；其效率也比直流何服电动机値阖此，在伺服系统设计吋，除某些操作特别频繁或交流伺服电动机在发热和起、制动持性不能满足要求吋，选择盲流伺服电动机外，-般尽最考虑选择交流伺服屯动机a用于伺服控制的交流屯动机主要有同步型交流屯动机和异步型交流屯动札采用同步型交流 电动机的伺服系统，多用于机床进给传动控制、T业机带入关节传动和瓦它需要运动和位置控制 的场合。异歩型交流屯动机的伺服系统，多用于机床主轴转速和菇它调速系统。五 1 伺服控制系统的含义是什么？一般包含那几个部分？每部分能实现何种功能？祠服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位常速度及动力输 出的H动控创系统

19、一图4-1伺服系统的组成1.控制器：主要任务是根据输入信号和反愦信号决定控制策略。匡功率放K器：作用是将信号迸行放笄用来驱动机行机构完成某种操作。3. 执.行机构：作用星根据控制信息和指令完成所要求白勺动作。4. 检测装置：任努星测量根控制址I：即输出量L实现反苗控制。2 单片机 P1083 PLC P1074微机控制系统中的输入与输出一般包括哪几种通道？ 模拟量输入通道,模拟量输出通道，数字量输入通道，数字量输出通道 5在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式分，包括哪几种通信？ 串行通信和并行通信6根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为哪几类？ 分级计算机控制系统，直接数字机控

20、制系统，监督机控制系统，操作指导机控制 系统7 已知电机驱动的三个自由度位置控制系统，单个自由度控制的系统如下所示， 确定整个控制方案，画出控制系统原理图。解 m 使用j ikpcuL或者单片机庄成系统的控制“体叮臥仃卞种方案;(I).业胆机茂中控制方案:叶ft.l业PC机对三个I It度实现集中控制,包括任务管理和三个I汕I度的伺服控制 系统氐理圈如卞。tt业 自宙度衣工业PCIR输入输出搖口(2) I业PC机、单片机分级柠制方案：用一任I业胆机 W中片机通忙,对三.个卩片机宾现管軌 每个单片机负贵一个【山度的何服控制，控制系统乐理图如2肯由度1(3)单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机

21、作为主单片机与三个从单片机通信，对三 个从单片机实现筲川.每个从单片机负责-牛【由度的伺眼控制,控制系统氐理图如卜工业PC机药H2 |单片呼单片柳L自由度B自由度1通信按口通信援口学片机1卑片机2单片恥自由度丄主单斤机自由度2自由度38何谓I/O接口？计算机过程中为什么需要I/O接口?I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁，常用的I/O接口有并行接口和串 行接口 I/O通道有模拟量I/O通道和数字量I/O通道。其中模拟量I/O通道的作用是，一 方面将经由传感器得到的工业对象的生产过程参数变换成二进制代码传送给计算机;另一方 而将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号

22、，以实现对生产过程的控 制。数字量通道的作用是，除完成编码数字输入输出外，还可将各种继电器、限位开关等的 状态通过输入接口传送给计算机，或将计算机发出的开关动作逻辑信号经由输出接口传送给 生产机械中的各个电子开关或电磁开关。9分析变频空调的计算机控制原理所谓的“变频空调”是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念众所周知，我国的电网 电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。由于供电频率不能 改变，传统的定频空调的压缩机转速基木不变，依靠其不断地“开、停压縮机来调整室内温 度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。而与之相比，“变频空调 变频器改变压縮机供

23、电频率，调节压缩机转速。依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的， 室温波动小、电能消耗少，其舒适度大大提高。而运用变频控制技术的变频空调，可根据环 境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要的温度并在 低转速、低能耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果供电频率高，压缩机转速快，空调器制冷（热）量就人；而当供电频率较低时，空调器 制冷（热）量就小。这就是所谓“定频”的原理.变频空调的核心是它的变频器，变频器是 20世纪80年代问世的一种高新技术，它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调 节，把50Hz的固定电网频率改为30至BOTIz的变化频率

24、，使空调完成了一个新革命。同 时，还使电源电压范围达到142V至270V,彻底解决了由于电网电压的不稳定而造成空调 器不能正常工作的潍题.变频空调每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大说量进 行制热或制冷，迅速接近所设定的温度。由于变频空调通过提高压缩机T作频率的方式，增 大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同、同级别空调器的1. 5倍，低温下仍能保 持良好的制热效果。此外，一般的分体机只有四档风速可供调节，而变频空调器的室内凤机 自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12档风速范围内变化，由于风机的转速与空调 器的能力配合较为合理，实现了低噪咅的宁静运行。当空调高功率运转，迅速接近所设定的温度后，压缩机便在低转速、低能耗状态运转，仅以所需的功率维持设定的温度这样不但 温度稳定，还避免了压缩机频繁地开开停停所造成的对寿命的衰减，而且耗电量大大下降, 实现了高效节能。“变频空调采用了比较先进的技术，启动时电压较小，可在低电压和低温度条件下启动, 这对于某些地区由于电压不稳定或冬天室内温度较低而空调难以启动的情况,有一定的改善 作用。由于实现了压缔机的无级变速，它也可以适应更大面积的制冷制热需求B