機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題答案匯總(完整版) - 道客巴巴 (2)

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1、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計考試資料 1. 機電一體化：在機械的主功能、動力功能、信息與控制功能上引進了電子技術(shù)、并將機械 裝置與電子設(shè)備以以及軟件等有機結(jié)合而成的系統(tǒng)的總稱。 2. 工業(yè)三大要素：物質(zhì)、能量和信息 3. 機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)、電子信息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行元件系 統(tǒng)等五個子系統(tǒng)構(gòu)成。 4. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計流程：（1）根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標（2）系統(tǒng)功能部 件、功能要素的劃分（3）接口的設(shè)計（4）綜合評價（5）可靠性復(fù)查（6）試制與調(diào)試 5. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法：（1）機電互補法：利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機 械產(chǎn)品中的復(fù)雜機械

2、功能部件或功能子系統(tǒng)。（2）結(jié)合法：將各組成要素冇機結(jié)合為一體構(gòu) 成專用或通用的功能部件。（3）組合法：將用結(jié)合法制成的功能部件、功能模塊，像積木那 樣組合成各種機電-?體化產(chǎn)品。 6. 機電一體化設(shè)計類型：（1）開發(fā)性設(shè)計：是沒有產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理 和要求，設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的系統(tǒng)。（2）適應(yīng)性設(shè)計：是在總的方案原 理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械機構(gòu) 或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應(yīng)性設(shè)計，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附 加價值。（3）變異性設(shè)計：是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)

3、格 尺寸使Z適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。 7. 機電一體化設(shè)計程序：（1）明確設(shè)計思想（2）分析綜合要求（3）劃分功能模塊（4）決 定性能參數(shù)（5）調(diào)研類似產(chǎn)品（6）擬定總體方案（7）方案對比定型（8）編寫總體設(shè)計論 證書 8. 設(shè)計準則：在保證目的功能要求與適當壽命的前提下不斷降低成本。 9. 設(shè)計規(guī)律：根據(jù)設(shè)計要求首先確定離散元素間的邏輯關(guān)系，然后研究其相互間的物理關(guān)系 這樣就可根據(jù)設(shè)計要求和手冊確定其結(jié)構(gòu)關(guān)系，最終完成全部設(shè)計工作。 10. 綠色設(shè)計：在新產(chǎn)品的開發(fā)階段，就考慮其整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的影響，從而減少對 環(huán)境的污染、資源的浪費、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。

4、 11. 傳動機構(gòu)的作用：傳動機構(gòu)的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。日的是使執(zhí)行元件與負載之 間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。 12. 機電一體化對傳動機構(gòu)的基木要求：傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、 傳遞轉(zhuǎn)矩大。 13. 諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、 承載能力強、效率髙等一系列優(yōu)點。傳動比： 14. 導(dǎo)軌的主要作用：支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。導(dǎo)軌 副主要由承導(dǎo)件和運動件兩大部分組成。導(dǎo)軌副按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為：滑動導(dǎo)軌、 滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌。按其結(jié)構(gòu)特點可分為：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。

5、 15. 導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求：導(dǎo)向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化 影響小以及結(jié)構(gòu)工藝好。 16. 軸系設(shè)計的基本要求：（1）旋轉(zhuǎn)精度（2）剛度（3）抗振性（4）熱變形（5）軸上零件 的布置 17. 執(zhí)行元件分為：電氣式、液壓式和氣壓式（按使用能量不同分） 1&電氣式執(zhí)行元件優(yōu)點：操作簡便；編程容易；能實現(xiàn)定位伺服；響應(yīng)快、易與CPU相接; 體積小、動力較人；無污染。缺點：瞬時輸出功率人；過載差，特別是由于某種原因而卡住 時，會引起燒毀事故，易受外部噪聲影響。 19. 氣壓式執(zhí)行元件優(yōu)點：氣源方便、成本低；無泄露污染；速度快、操作比較簡單。缺點： 功率小，體積大，動

6、作不夠平穩(wěn)；不易小型化；遠距離傳輸困難；工作噪聲大、難丁伺服。 20. 液壓式執(zhí)行元件優(yōu)點：輸岀功率大，速度快，動作平穩(wěn)，可實現(xiàn)定位伺服；易與CPU相 接；響應(yīng)快。缺點：設(shè)備難于小型化；液壓源或液壓油要求嚴格；易泄露且冇污染。 共69 頁第 2頁 21?機電一體化對執(zhí)行元件的基本要求：（1）慣量小、動力大（2）體積小、重量輕（3）便 于維修、安裝（4）宜于微機控制 22?步進電機的特點：（1）步進電機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響，只要在它們的 大小未引起步進電機產(chǎn)生“丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作（2）步進電機的步距角有 誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)

7、子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)? “零”，因此不會長期積累（3）控制性能好，在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步”。 23?步進電機的種類：可變磁組型、永磁型、混合型（旋轉(zhuǎn)式步進電機的分類） 24?步進電機的工作原理：步進電機定子有六個均勻分布的磁極，每兩個相対磁極組成一相， 即有A-A\ B-B\ C-C三相，磁極上繞有勵磁繞組。假定轉(zhuǎn)子具有均勻分布的四個齒，當 A、B、C三個磁極的繞組依次通電時，則A、B、C三對磁極依次產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 25?步進電機步距角：a =360 / （zm） z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)，m—運行拍數(shù)，通常等于相數(shù)或相數(shù)整 數(shù)倍，即m二KN （N為電動機的相數(shù),單拍時

8、K二1,雙拍時K二2） 26?步進電機功放電路：單電壓功率放大電路、高低壓功率放大電路、恒流源功率放大電路、 斬波恒流功率放大電路、調(diào)頻調(diào)壓功放電路。 27?脈寬調(diào)制直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)（PWM）原理：當輸入一個直流控制電壓U時就可得到一定 寬度與U成比例的脈沖方波來給伺服電動機電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞 冋路的平均電壓，從而得到不同大小的電壓值，使直流電動機平滑調(diào)速。 2&交流電機矢量控制：就是要同時控制電動機輸入電流II的幅值和相位q>,以得到交流電 動機的最佳控制。 29?從控制的角度出發(fā)，微機應(yīng)能滿足具有較完善的中斷系統(tǒng)、足夠的存儲容量、完善的輸 入/輸出通道和實時

9、時鐘等要求。（從不同的被控制對象角度而言，還應(yīng)考慮幾個特殊要求： 字長、速度、指令。） 30?微型計算機的基本特點：小型化、超小型化，具有一般計算機的信息處理、計測、控制 和記憶功能，價格低廉，且可靠性高、耗電少。選用要點：不同領(lǐng)域可選用不同品種、不同 檔次的微機。4位機常用于較簡單、規(guī)模較小的系統(tǒng)，16位和32位機及64位機主要用于較 共69 頁第 3頁 復(fù)雜的大系統(tǒng)，8位機則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)。單片機應(yīng)用范圍廣，不但用于簡單小系統(tǒng), 而且不斷被復(fù)雜大系統(tǒng)所應(yīng)用。 31?單片機具有：功能全、體積小、功耗低、價格便宜等優(yōu)點。 32?機電一體化對檢測傳感器的基本要求：（1）體積小、

10、重量輕、對整機的適應(yīng)性好；（2） 精度和靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高；（3）安全可靠、壽命長；（4）便于與計算 機連接；（5）不易受被測對象的影響，也不影響外部環(huán)境；（6）對環(huán)境條件適應(yīng)能力強；（7） 現(xiàn)場處理簡單、操作性能好；（8）價格便宜。 33?穩(wěn)態(tài)設(shè)計包括：使系統(tǒng)的輸出運動參數(shù)達到技術(shù)要求、執(zhí)行元件的參數(shù)選擇、功率的匹 配及過載能力的驗算、各主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計、信號的有效傳遞、各級增益的 分配，各級之間阻抗的匹配和抗干擾措施等，并為后面動態(tài)設(shè)計中的校正補償裝置的引入留 有余地。 34?動態(tài)設(shè)計包括：設(shè)計校正補償裝置，使系統(tǒng)滿足動態(tài)技術(shù)指標要求；通常要進行計

11、算機 仿真，或借助計算機進行輔助設(shè)計。 35.機電一體化伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計就是要從兩頭入手，即首先從系統(tǒng)應(yīng)具有的輸出能力及 36?工業(yè)機器人一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組 成。 37?工業(yè)機器人的主要技術(shù)參數(shù)：握取重量、運動速度、自由度、定位精度、程序編制與存 儲容量。 38?自由度：確定工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器在運動空間的位置和姿態(tài)的、獨立的變化參數(shù)就 是工業(yè)機器人的自由度。一般具有4、6個自由度即滿足使用要求。 39?工業(yè)機器人按坐標形式分為：直角坐標型、圓柱坐標型、極坐標型、SCARA型、多關(guān)節(jié) 型。 41、 繪制由光電編碼器等組成的工作臺閉

12、環(huán)伺服系統(tǒng)框圖。 42、 有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給三相六拍通電的步進電機勵磁繞組，測得 步進電機的轉(zhuǎn)速為100r/min,已知轉(zhuǎn)子有24個齒，求： （1） 、步進電機的步距角 （2） 、脈沖電源的頻率 43、如圖所示的機電傳動系統(tǒng)，減速機構(gòu)為兩級減速箱，已知齒輪齒數(shù)之比為Z2/Z1二3, Z4/Z3二5,減速機構(gòu)的效率為口二0.92,各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量為J1 =29. 4Nm2 ,J2 =78. 4Nm2 J3 =49Nm2 ,J4 =196Nm2 ,電動機轉(zhuǎn)動慣量Jm二294Nm2 ,負載慣量JL =450. 8Nm2 負載轉(zhuǎn)矩T2二470Nm ,試求：

13、 （1）、折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩 （2）、折算到電機的轉(zhuǎn)動慣量。 1. 機電一體化技術(shù)的內(nèi)涵是微電子技術(shù)和 機械技術(shù) 滲透過程中形成的一個新概念。 2. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）是機械和微電子技術(shù)的有機結(jié)合。 3. 工業(yè)三大要素是物質(zhì)、能量、信息；機電一體化工程研究所追求的三大目標是：省能源、 省資源、智能化。 4. 機電一體化研究的核心技術(shù)是接口問題。 5. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）構(gòu)成的五大部分（或子系統(tǒng)）是：機械系統(tǒng)、電子信息處理系 統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)。 6. 機電一體化接口按輸入/輸出功能分類機械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境接口 7. 機電一體化系

14、統(tǒng)（產(chǎn)品）按設(shè)計類型分為：開放性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變異性設(shè)計。 8. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）按機電融合程度分為：機電互補法、機電結(jié)合（融合）法、機 電組合法。 9. 機電一體化技術(shù)是在機械的主功能、動力功能、信息功能、控制功能基礎(chǔ)上引入 微電 子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機地結(jié)合所構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。 10?機電一體化系統(tǒng)實現(xiàn)三大功能應(yīng)具有的兩大重要特征（轉(zhuǎn)換作用方式）：以能源轉(zhuǎn)換為主 和以信息轉(zhuǎn)換為主 11. 絲杠螺母機構(gòu)的基本傳動形式有：螺母固定絲桿轉(zhuǎn)動并移動、絲桿轉(zhuǎn)動螺母移動、螺 母轉(zhuǎn)動絲桿移動、絲桿固定螺母轉(zhuǎn)動并移動四種形式。 12?滾珠絲杠副按螺紋滾道截面形狀分為

15、單圓呱和雙圓弧兩類；按滾珠的循環(huán)方式分為內(nèi)循 環(huán)和外循環(huán)兩類。 13?滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊的基本方法有：雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整、雙螺母齒差預(yù)緊 調(diào)整、雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊、彈簧自動調(diào)整預(yù)緊四種方式。 14?滾珠絲杠副常選擇的支承方式有：單推一單推式、雙推一雙推式、雙推一簡支式、雙推 一自由式。 15. 機電一休化系統(tǒng)（產(chǎn)品）常用齒輪傳動形式冇定軸輪系、行星輪系和諧波輪系三種形式。 16. 在機電一體化系統(tǒng)機械傳動中，常用的傳動比分配原則有：重量最輕原則、轉(zhuǎn)動慣量最 小原則、傳動精度最優(yōu)原則等。 17. 常用導(dǎo)軌副的截面形式有：三角形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌、圓形導(dǎo)軌四種形式。

16、18?導(dǎo)軌剛度主要指：結(jié)構(gòu)剛度、接觸剛度和局部剛度。 19. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中，常可選擇的執(zhí)行元件：電磁式、液壓式、氣壓式和其他形 式的執(zhí)行元件。 20. 電動機的工作特性分為恒轉(zhuǎn)矩工作和恒功率工作兩個階段，其轉(zhuǎn)折點的轉(zhuǎn)速和功率分別 稱為：額定轉(zhuǎn)速和額定功率；伺服電動機用于調(diào)速控制時，應(yīng)該工作在恒轉(zhuǎn)矩階段。 21. 步進電機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式可分為：反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機 三種。 22. 步進電機的工作方式有：單拍工作方式和倍拍工作方式。 23. 步進電機的開環(huán)控制精度主要由步進電機的結(jié)構(gòu)形式和工作方式?jīng)Q定的；為了進一步提 共69 頁第 7頁 高步

17、進電機的控制精度，可以采用細分電路來提高控制精度。 24. 依據(jù)步進電機的工作原理，步進電機的驅(qū)動控制電路主要由：方向控制電路、環(huán)形分配 電路、驅(qū)動放大電路等組成。 25. 機電一體化系統(tǒng)中，常用的微型計算機類型有：單片機控制系統(tǒng)、 單板機控制系統(tǒng)、 工業(yè)微型計算機控制系統(tǒng)三種。 26. 提高機電一體化控制系統(tǒng)工作可靠性的措施主要有：隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)和濾波技術(shù) 27. 常用傳感器主要分為模擬信號檢測傳感器、數(shù)字信號檢測傳感器、開關(guān)信號檢測傳感 器三種形式。 28. 機電有機結(jié)合分析設(shè)計方法主要有穩(wěn)態(tài)設(shè)計方法和動態(tài)設(shè)計方法兩種 29. 在機電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計的負載分析中，常見的典

18、型負載形式有：慣 載、內(nèi)力負載、彈性負載、摩擦負載等。 30. 在進行機械系統(tǒng)負載和轉(zhuǎn)動慣量的等效中，遵循的基本原則是能量守 簡述題 1. 機電一體化技術(shù)（或產(chǎn)品）的定義。 在機械的主功能，動力功能，信息功能，控制功能基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)， 電子裝置用相關(guān)軟件有機的結(jié)合所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。 2. 機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計的目的是什么？ 主要目的：增加機械系統(tǒng)或產(chǎn)品的附加值和自動化程度。 3. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的主要構(gòu)成單元或組成部分有哪些？ 機械系統(tǒng)，電子信息處理系統(tǒng)，動力系統(tǒng)，傳感系統(tǒng)，執(zhí)行控制系統(tǒng) 4. 簡述機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的機電結(jié)合（融合）設(shè)計方法。 機

19、電結(jié)合設(shè)計方法是將個組成要素有機的結(jié)合為一體而構(gòu)成專用或通用的 之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分 5. 簡述機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機電組合設(shè)計方法，特點是什么？。 5、簡述機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機電組合設(shè)計方法，特點是什么？。 共69 頁第 7頁 機電一體化系統(tǒng)的機電組合設(shè)計方法是將用結(jié)合法制成的功能部件，功能模塊，像積木那樣 組合成各種機電一體化系統(tǒng)，特點是可以縮短設(shè)計與研制周期，節(jié)約工裝設(shè)備費用，且有利 于生產(chǎn)管理，使用和維修。 6. 機械傳動系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中的基本功能和作用是什么？ 機械傳動系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)中的基本功能是傳遞力/轉(zhuǎn)矩和速度/轉(zhuǎn)速。實質(zhì)上是

20、一種轉(zhuǎn) 矩，轉(zhuǎn)速變換器。作用是使執(zhí)行原件與負載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面達到合理的匹配 7. 簡答機電一體化機械傳動的主要功能，目的，基本要求。 功能：傳遞力/轉(zhuǎn)矩和速度/轉(zhuǎn)速 0的：使執(zhí)行元件與負載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面達到合理的匹配。 基本要求：轉(zhuǎn)動間隙小，精度高，體積小，重量輕，運動平穩(wěn)，傳動轉(zhuǎn)矩大。 8. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機械部分與一般機械系統(tǒng)相比，應(yīng)具備哪些特殊要求？ 1 ?較高的定位精度。2?良好的動態(tài)響應(yīng)特性一響應(yīng)快，穩(wěn)定性好，收斂時間合理。3o無間隙, 低摩擦，低慣量，大剛度。4O高的消振頻率，合理的阻尼比 9. 簡述滾珠絲杠傳動裝置的組成，結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點。

21、滾珠絲杠傳動裝置的組成由帶螺旋槽的絲桿，螺母，滾動元件，回珠裝置組成。 結(jié)構(gòu)：絲桿輕動時，帶動滾珠螺紋滾道滾動，為阻止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽 兩端沒冇滾珠冋程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返冋通道，從而形成滾珠滾動的閉合通路。 應(yīng)用特點：阻尼小，傳動效率高，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，適應(yīng)大剛度傳遞，可實現(xiàn)無間隙工作， 不能自鎖 10. 試分析齒輪傳動中，定軸傳動、行星傳動、諧波傳動的組成與傳動特點。 定軸傳動由圓柱齒輪傳動，圓錐齒輪傳動，蝸桿蝸桿傳動。特點：結(jié)構(gòu)簡單。傳遞可靠，用 幾何特性來實現(xiàn)傳動。行星傳動主要是由傳動齒輪，定位齒輪，行星輪和行星架組成。特點。 結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)傳動比更

22、大，幾何特性+機構(gòu)傳動原理來實現(xiàn)。諧波傳動主要又鋼輪，柔 輪，波發(fā)生器組成。特點：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，充分發(fā)揮材料的特性，傳動比可大， 也相當可靠，兒何特性+材料彈性變化特性實現(xiàn)傳動 共69 頁第 8頁 11 ?滾動導(dǎo)軌副應(yīng)達到的基本要求。 高的導(dǎo)向精度，高的耐磨性，足夠的剛度，良好的工藝性 12. 導(dǎo)軌的剛度所包含的主要內(nèi)容有哪些？以及各部分對導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度影響如何？ 靜剛度一抵抗恒定載荷的能力。動剛度一抵抗變變載荷的能力。每一類剛度都包括：結(jié)構(gòu)剛 度，接觸剛度，局部剛度 13. 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對執(zhí)行元件的基木要求是什么？ 1慣量小，動力大。2體積小，重量輕。3

23、安裝方便，便于維護。4易于實現(xiàn)自動化控制 14. 機電一體化系統(tǒng)対伺服控制電動機的基本要求 1性能密度大。2快速響應(yīng)性好。3位置控制與速度控制精度高，調(diào)速范圍大，低速平穩(wěn)性 好，分辨率高以及振動噪音小。4能適應(yīng)頻繁啟動，可靠性高，壽命長。5易于與計算機對 接，實現(xiàn)計算機控制 15 ?常用伺服電動機有哪些工作特點？ 2個工作區(qū)。1恒轉(zhuǎn)矩工作區(qū)，2恒功率工作區(qū) 16. 對于伺服電動機半閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成有哪些？ 主要是指令控制器，反饋調(diào)節(jié)器，功率放大與整形電路，執(zhí)行元件 17. 步進電機驅(qū)動控制電路設(shè)計的基本要求是什么？ 提高驅(qū)動信號，控制有效，可靠性，整形抗干擾

24、電路 18?簡述機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對檢測傳感器的基本要求。 1體積小，重量輕，適應(yīng)性好。2精度和靈敏性高，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好，信噪比高。3安全 可靠，壽命長。4便于與計算機對接。5不易受被檢測對象和外部環(huán)境的影響。6環(huán)境適應(yīng) 能力強。7現(xiàn)場安裝處理簡單，操作方便。8價格便宜 19.簡答通用微機控制系統(tǒng)核心部件，通用微機控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點。 通用微型計算機的核心部件為可編程控制器和工業(yè)計算機。 構(gòu)成;控制系統(tǒng)以通用微型計算機為核心，設(shè)計專用或選用通用的集成IC芯片，接口電路， 執(zhí)行元件，傳感器，以及相互合理匹配元件，組成具有較好通用能力的控制器。軟件采用通 共69 頁第 9頁

25、用平臺軟件系統(tǒng)。 20?簡答專用微機控制系統(tǒng)核心部件，專用微機控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點。 核心部件為單片機和單板機 構(gòu)成由專用IC芯片，接口電路，執(zhí)行元件，傳感器相互合理匹配成專用控制器。 特點：軟件采用專用機器代碼或語言，可靠性強，成本低，但適應(yīng)能力差，用于大批量生產(chǎn) 的機電一體化產(chǎn)品 21. 光電隔離電路的組成有哪些？主要作用是什么？ 主要由光耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件輸入電路，光源，光敏元件，輸出放大電路組成 作用：1可將輸入輸出兩部分的供電電源和電路的地線分離。2可進行電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)要求 的電平輸出，從而具有初級功率放大作用。3提高對負載的驅(qū)動能力 22?機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，

26、驅(qū)動電路設(shè)計的目的和基本要求是什么？ 目的：實現(xiàn)指令信號和執(zhí)行驅(qū)動信號之間的有效匹配。要求：信號類型轉(zhuǎn)換，能量放人，質(zhì) 量的保證 23. 研究機電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計方法的主要冃的是什么？ 主要目的是使控制被控制對象能完成所需要的機械運動即進行機械系統(tǒng)的運動學，動力學分 析以及計算，保障整個機電一體化系統(tǒng)的整體性能 24. 在機電-體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計中，分析研究機械系統(tǒng)的負載和慣性特征，進行等效負載 和慣 原則：能量守恒。目的:為使選擇的執(zhí)行軟件與被控對象的固有參數(shù)相匹配,將輸出軸個部 分的慣量和負載轉(zhuǎn)換到執(zhí)行元件的輸出端，以便確定執(zhí)行元件。 25. 機電一體化系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計的目的

27、是什么？ 機電一體化動態(tài)設(shè)計的冃的；在穩(wěn)態(tài)設(shè)計的基礎(chǔ)上，保證系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性，過度過程的品 質(zhì)，動態(tài)穩(wěn)定精度，動態(tài)響應(yīng)特性指標參數(shù)。 26. 機電一體化系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計研究的主要性能指標參數(shù)有哪些？ 主要有：響應(yīng)時間，超調(diào)量，穩(wěn)態(tài)誤差，收斂時間。振蕩次數(shù)，過度時間的位置誤差。（動 共69 頁第 10頁 態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差等) 三、分析論述題 1. 簡述如圖2所示死杠螺母傳動機構(gòu)的特點。P24 A：結(jié)構(gòu)簡單，傳動精度高。螺母支撐絲桿可消除軸向躥動， 剛性較差。B：結(jié)構(gòu)緊湊，絲桿剛性較高，要限制螺母移動，需 導(dǎo)向裝置。C：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間較大，傳動時間需限制螺母 移動和絲桿轉(zhuǎn)

28、動。D：結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，絲桿剛性較高，但使用 不方便，使用較少。 2. 試分析單圓弧軌道和雙圓弧軌道的結(jié)構(gòu)特點(設(shè)計、制造、使用與維護) P25 單圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡單，傳遞精度由加工質(zhì)量保證，軸向間隙小，無軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊 能力，加工困難，加工精度要求高，成本高，一般在輕載條件下工作。 雙圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡單，存在軸向間隙，加工質(zhì)量易于保證，在使用雙螺母結(jié)構(gòu)的條件下， 具有軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，傳遞精度高。 圖1絲杠螺母傳動機構(gòu)的基本傳動形式 10. 在機電一體化系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計中，敘述所增加PID調(diào)節(jié)器內(nèi)各壞節(jié)的調(diào)節(jié)特點，試分析控 制系統(tǒng)中增加PID調(diào)節(jié)器的主要作用是什么？ 答：

29、①比例(P)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)作用的大小主要取決于增益KP(比例系數(shù))的大小。KP越大，作用 越強，但是存在調(diào)節(jié)誤差，且KP太大會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。②積分⑴調(diào)節(jié)：可以減少或消除 誤差，但積分調(diào)節(jié)器響應(yīng)較慢。③比例一積分調(diào)(PI)節(jié)：既客服了單純比例調(diào)節(jié)有調(diào)節(jié)誤差 的缺點，又避免了積分環(huán)節(jié)響應(yīng)慢的弱點，既能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，又能改善其動態(tài)性能。 ④比例一積分一微分(PID)調(diào)節(jié)： 主要作用：不但能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能也能改善其動態(tài)性能，但是，由于它含有微分作 用，在噪聲比較大或要求響應(yīng)快的系統(tǒng)中不宜采用；PID調(diào)節(jié)器能使閉環(huán)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，其 共69 頁第 11頁 動態(tài)性能也比用PI調(diào)節(jié)器時更好。

30、 機電一體化系統(tǒng)習題答案 第一章 思考與練習題一 一.名詞解釋 1. 機電一體化 機電一體化是以機械學、電子學和信息科學為主的多門技術(shù)學科在機電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新 興邊緣性技術(shù)學科。 二.簡答題 1. 機電一體化系統(tǒng)的組成部分主要分為哪兒種？ 答：機電一體化系統(tǒng)主要分為：機械本體、動力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機構(gòu)、控制性處理單元以及接口等部分組成。 2. 接口技術(shù)的作用？ 答：是系統(tǒng)中各單元和壞節(jié)之間進行物質(zhì)、能量和信息交換的連接界面，是外設(shè)和數(shù)控裝置之間的橋梁。 其功能為：變換、放大和傳遞。 第二章 思考題1 一. 名詞解釋 1. 誤

31、差：是對某一特定的物理量進行度量時，所測得數(shù)值與真值得差值。 2. 準確度：通常用來反映系統(tǒng)的測量值與真值的近似程度，反映了系統(tǒng)誤差的大?。?精密度：是從隨機誤差的角度來反 映系統(tǒng)的測量值與真值的近似程度；精確度則是系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合反映。 3. 傳動精度：是指機械傳動鏈單向傳動時，其輸入端與輸出端瞬時傳動比的實際值與理論值之差。 4. 裝配精度：是是指不同零件或不見按照特定要求組裝成具有一定功能的綜合精度，包括零件或不見的相對位置精度、運 動精度、接觸精度。 5. 機床加工精度：是一項綜合型精度指標，即指機床在加工工件時所能達到的精確度。 6. 機床定位精度：是指機床或儀器

32、主耍部件在運動終點所能達到的實際位置的精度。（是一個具有綜合性質(zhì)的精度指標，其 定位形式大致可分為手動定位、自動間歇定位和連續(xù)定位三種形式。） 二. 簡答題 1. 機械系統(tǒng)在機電一體化屮的作用？ 答：機械系統(tǒng)在機電一體化中起著傳遞功率、支撐、連接、執(zhí)行的功能。 2. 機床精度與機床加工精度有什么不同？（判斷） 答：二者的概念Z間有一定的區(qū)別，機床加工精度是指在加工吋體現(xiàn)出來的精度，與機床設(shè)備本身使用的時間年限、加工時 的切削力、環(huán)境溫度等都有關(guān)系，而機床精度所描述的是機床的原始精度，不考慮上述這些情況。 4. 什么是六點定位原理？ 答：任何一個物體在三維空間中，相對三個互相垂

33、直的坐標系OXYZ來說，都有六個自由度，即沿X、Y、Z三個坐標 軸的移動，以、、G表示，及繞著X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動，用5、y > 9表示，如圖所示。如果說某物體在某一方向上的 自由度被限制住了，實際上是說該物體在該方向上有了一個確定的位置。當物體的六個自由度完全被限制住時.該物體在坐 標系中的位置也就完全被確定了，也就是我們所說的六點定位原理。 5. 機械系統(tǒng)的組成部分主要有哪些？ 答：一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等非線性傳動部件、導(dǎo)向 支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機構(gòu)組成。 6. 舉例說明，為什么有些零件在加工是不需耍六點定位？

34、 答：由六點定位原理可知，一個零件在機床上實現(xiàn)完全定位需要限定六個自由度。但是在一些特定環(huán)境下，沒有必要去 限定六個自由度。例如，在銃床上銃削軸類零件的鍵槽時，繞軸線旋轉(zhuǎn)方向的自由度就沒有必要限定，因為從端面上來看, 所得到的圓是關(guān)于過軸線的任意一個平面對稱的。 思考與練習題2 二?簡答題 1. 常見的機械傳動主要有什么？機械傳動的作用？ 主要有帶傳動、鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動、齒輪傳動、輪系減速器及機械無極變速傳動、連桿傳動、凸輪傳動、棘輪傳 動、槽輪傳動和不完全齒輪傳動等等。 作用：某種傳動機構(gòu)既可以實現(xiàn)運動形式的變換，也可以實現(xiàn)運動速度的變化，同時還可以實現(xiàn)動力的傳動。 2.

35、簡述傳動比的分配原則？ 答：(1)重量最輕原則 ⑵輸出軸轉(zhuǎn)角謀差最小原則 (3) 等效傳動慣量最小原則 3. 舉例說明各類支承的結(jié)構(gòu)特點？(判斷) 答:(1).圓柱支撐 優(yōu)點：具有較大的接觸衣面，承受載荷較大； 缺點：方向精度和置中精度較差，且摩擦阻力矩較大。 (2) .圓錐支撐 優(yōu)點：承載能力較強，方向精度和置中精度較高；缺點：摩擦阻力矩也較大，置中精度必惻柱支撐好； 缺點：對溫度變化比較敏感，制造成本較高。 (3) .填入式滾動支撐 結(jié)構(gòu)特點：沒有內(nèi)圈和外圈，僅在相對運動的零件上加工出滾道面，用標準滾珠散裝在滾道內(nèi)。主要有三種形式。 (4) .球面支撐 (5)

36、.頂針支撐 4. 機械機構(gòu)的工藝性主要包括那些內(nèi)容？ 答：機械結(jié)構(gòu)的工藝性包括毛坯鑄造的工藝性、焊接零件的結(jié)構(gòu)工藝性、零部件的裝配工藝性、零部件的機械加工工 藝性等幾方面內(nèi)容。 5. 在機械系統(tǒng)中設(shè)計選擇構(gòu)件時，為什么要考慮動平衡問題？ 答：如果回轉(zhuǎn)件動件的結(jié)構(gòu)不對稱、制造不準確或材質(zhì)不均勻，都會使整個回轉(zhuǎn)件在轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生離心力系的不平衡，使 離心力系的合力和合力偶矩不等于零。產(chǎn)生的離心力為F = mnv 2,它的方向隨著回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動而發(fā)生周期性的變化， 并在軸承中引起一種附加的動力，使整個機械產(chǎn)生周期性的振動。振動容易引起機械工作精度和可靠性降低，零件材料的疲 勞損壞等。 思考與練

37、習題3 一. 名詞解釋 1. 軸系零部件：軸、軸承、聯(lián)軸器和離合器及軸上的轉(zhuǎn)動零件組合起來成一個系統(tǒng)，常稱為軸系零部件。 4. 導(dǎo)軌：導(dǎo)向支承部件的作用是支承和限制運動部件按給定的運動耍求和規(guī)定的運動方向運動。這樣的部件通常被稱為導(dǎo)軌 副，簡稱導(dǎo)軌。 二. 簡單題 1. 軸的功能及分類？ 軸是機械屮的重要零件，功能：支承轉(zhuǎn)動零件，并傳遞運動和動力。 分類： (1) 三點支承方式，前后及中間三處均有軸承支承，并且前后的軸承皆為雙列短圓柱滾子軸承。特點為結(jié)構(gòu)簡單，剛度較高， 極限轉(zhuǎn)速較高，承載能力強。 (2) 浮動支承方式，只傳遞轉(zhuǎn)矩而不支承彎矩或受彎矩較小，兩支點并不固定。

38、(3) 定軸心的兩支點傳動軸，不近承受轉(zhuǎn)矩，而且還承受彎矩和軸向力。 4. 零件在軸上固定時，什么吋候采用軸肩固定、什么時候采用套筒固定？ 為了使零件端面與軸肩能很好地貼合，軸上圓角半徑r應(yīng)比軸上零件孔端的圓角半徑R或倒角高度C稍微小些時用軸 肩固定。 當軸上兩個零件相距不人時，常采用套筒作軸向固定。作用：能承受較大的軸向力，克服應(yīng)力集中。 5. 導(dǎo)軌副的種類？ 按導(dǎo)軌副運動導(dǎo)軌的軌跡分類(1)直線運動導(dǎo)軌副.(2)滾動運動導(dǎo)軌副 6. 對導(dǎo)軌副的基本要求？ 機電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性 好等。 弟二早

39、 思考與練習題1 一.名詞解釋 1?傳感器：是將被測量(包括各種物理量、化學量和生物量等)變換成系統(tǒng)可識別的、與被測量有確定對應(yīng)關(guān)系的右用電信號 的一種裝置。 2. 感應(yīng)同步器：感應(yīng)同步器是一種電磁位置檢測元件，感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理把兩個平面繞組間的位移量轉(zhuǎn)換成電 信號的一種位移傳感器。 3. 感應(yīng)同步器的鑒相方式：是通過檢測感應(yīng)電壓的相位來測量位移(判斷) 4. 感應(yīng)同步器的鑒幅方式：是通過檢測感應(yīng)電壓的幅值來測量位移(判斷) 思考與練習題2 一.名詞解釋 1. 光柵:是在透明的玻璃板上，均勻地刻出許多明暗相間的條紋，或在金屬鏡面上均勻地劃出許多間隔相等的條紋，通

40、常 線條的間隙和寬度是相等的。 / 2.莫爾條紋：如果把兩塊柵距“相等的光柵平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角0時，這時光柵上會出現(xiàn)若 就是莫爾條紋。它們沿著與光柵條紋幾乎垂直的方向排列. * 六十進制 十進制 二進制 丁條明暗相間的間隔相等的粗大條紋， 道線光肌 分類：pt量光柵Y 光柵J 「 圓光柵Y 物理光柵 1. 簡述光柵莫爾條紋的特點 (1) ?用平行光束照射時，莫爾條紋由亮帶到暗帶，再由暗帶到亮帶,透過的光強度為正弦分布. (2) .起位移放大作用 ⑶漠爾條紋的位移與光柵的移動成比例。 (4) .起平均謀差的作用 思考與練習題3 1. 什

41、么是碼盤式編碼器？ 碼盤式編碼器也稱為絕對編碼器，它將角度轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，能方便地與數(shù)字系統(tǒng)(如微機)聯(lián)接。 碼盤式編碼器按其結(jié)構(gòu)可分為接觸式、光電式和電磁式三種，后兩種為非接觸式編碼器。 5. 檢測電路主要包括哪個部分？ 磁柵檢測電路包括：磁頭勵磁電路、讀取信號的放大、濾波及辨向電路，細分內(nèi)插電路，顯示及控制電路等各個部分。 思考與練習題5 一.名詞解釋 1.霍爾效應(yīng) 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場屮，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍 爾效應(yīng)。 3. 熱電效應(yīng) 將兩種不同成分的導(dǎo)體組成一個閉合冋路，如圖3.36所示，當閉合冋路的兩個接點

42、分別置于不同的溫度場中，冋路中 產(chǎn)生一個方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(guān)的電動勢，這種效應(yīng)稱為“熱電效應(yīng)S 圖3.36熱電偶的組成 共69 頁第 20頁 二.簡答題 1.簡述直流測速發(fā)電機的工作原理。 直流測速發(fā)電機的工作原理與普通直流發(fā)電機相同。圖3.20所示為電磁式直流測速發(fā)電機的工作原理圖。 圖3.20直流測速發(fā)電機的工作原理 在恒定磁場中，旋轉(zhuǎn)的電樞組切割磁通，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由電刷兩端引出的電樞電壓為: 空載運行時，電樞電流厶=0,直流測速發(fā)電機的輸出電壓就等于電樞感應(yīng)電動勢，B|j： 輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。 負載運行時，電樞電流

43、/ H0,若不計電樞反應(yīng)的影響，不計電刷接觸壓降，直流測速發(fā)電機的輸出電壓為: a U U = E - I R = E -R — a a a a a Rl 把式上兩式結(jié)合，整理后得： C（f>n U =—-——=Cn R 1 + — R. 在理想情況下，系數(shù)c中的參數(shù)均為常數(shù)，因而從式中可以看出測速發(fā)電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴格成正比。 2. 簡述霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理。 假設(shè)薄片為N型半導(dǎo)體，磁感應(yīng)強度為B的磁場方向垂直于薄片，加圖3.21所示，在薄片左右兩端通以電流/（稱為 控制電流），那么半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流/相反的方向運動。由丁?外磁場B的作用，

44、使電子受到磁場力仇（洛 侖茲力）而發(fā)牛偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累，而前端面缺少電子，因此后端面帶負電，前端而帶正電，在 前后端面間形成電場。該電場產(chǎn)生的電場力丘阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當幾與盡相等時，電子積累達到動態(tài)平衡。這時，在 半導(dǎo)體前后兩端面之間（即垂直于電流和磁場方向）建立電場，稱為霍爾電場陥，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢5。 圖3.21霍爾原理效應(yīng)圖 由實驗可知，霍爾電勢的大小與激勵電流/和磁場的磁感應(yīng)強度成正比，與半導(dǎo)體薄片厚度d成反比，即 IB 4. 機電一體化系統(tǒng)中常用的檢測壞節(jié)有哪幾類？主要可以測量什么？ 根據(jù)被檢測物理量特性的不同，檢測環(huán)節(jié)可分為：

45、 (1) 運動學檢測系統(tǒng)：主要完成對位移、速度、加速度和振動的檢測； (2) 力學參數(shù)檢測系統(tǒng)：主要完成對拉力、壓力、彎曲力矩和應(yīng)力的檢測； (3) 其他物理量檢測系統(tǒng)：可對溫度檢測、濕度檢測、酸堿度檢測、聲音檢測和圖像檢測系統(tǒng)等。 第四章 思考與練習題 一. 名詞解釋 濾波：所謂濾波，就是從所測量的信號中除去不需要的信號。 二. 簡單題 2. 控制系統(tǒng)中常用的輸入裝置有哪些？ 常用的輸入裝置是鍵盤.各種開關(guān)和接口電路等。 3. 共陽極和共陰極的LED有何不同之處？ 答:LED數(shù)碼管顯示器共陰極的接法是發(fā)光二極管的陰極接地，當數(shù)碼管的筆劃發(fā)光二極管的陽極為高電平吋，該筆劃

46、被 點亮。共陽極的接法是發(fā)光二極管的陽極接高電平，當數(shù)碼管的筆劃發(fā)光二極管的陰極為低電平時，該筆劃被點亮?？俍, 主要區(qū)別在于LED數(shù)碼管的接法和驅(qū)動筆劃的數(shù)據(jù)電平的不同。 4. 控制系統(tǒng)主耍有哪些部分組成？ 機電一?體化的控制系統(tǒng)一般由數(shù)控裝置、輸入、輸出裝置、接口、功率放大電路等幾部分組成。 5. 控制系統(tǒng)中的信息顯示主要的方法是什么？ 方法分為： (1) 用CRT顯示信息，利用計算機操作系統(tǒng)和有關(guān)語言丁具提供的顯示功能調(diào)用或命令語句實現(xiàn)信息的顯示。 (2) 用數(shù)碼管顯示，用專用的顯示電路和專用的顯示程序。 6?矩陣式鍵盤工作原理？ 矩陣式鍵盤由一組行線(力)與一組列線(馮

47、交叉構(gòu)成，按鍵位于交叉點上，為對各個鍵進行區(qū)別，可以按一定規(guī)律分 別為各個鍵命名鍵號。 將列線通過上拉電阻接至+5V電源，當無鍵按下時，行線與列線斷開，列線呈高電平。當鍵盤上某鍵按下時，則該鍵對 應(yīng)的行線與列線被短路。 第五章 思考與練習題2 二?簡答題 1.步進電機的調(diào)速包括哪幾個方而的控制？如何控制？ ? 1)步進電機速度控制 控制步進電機的運行速度，實際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出步進脈沖的頻率或者換相的周期。 系統(tǒng)可用兩種辦法來確立步進脈沖的周期： 一種是軟件延時：通過延時子程序的方法來實現(xiàn)的，它占有CPU時間。 另一種是用定時器方法：是通過設(shè)置定時時間常數(shù)的方法來實現(xiàn)的。

48、 2)步進電機的加減速控制 一般用微機控制系統(tǒng)的加減速，控制吋需準備下列數(shù)據(jù)：①加減速的斜率；②加速過程的總步數(shù)；③恒速運行總步數(shù); 共69 頁第 17頁 ④減速運行的總步數(shù)。 2. 簡述三相單三拍或者三相雙三拍工作原理（任選其一）。 （一）以三相單三拍為例： 當A相繞組通人直流電流心時，由于磁力線力圖通過磁阻最小的路徑，轉(zhuǎn)子將受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 到其軸線與A相繞組軸線相重合的位置時，磁阻轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子停留在該位置，如圖5.8a所示。 如果A相繞組不斷電，轉(zhuǎn)子將一直停留在這個平衡位置，稱為“自鎖二要使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，可以將A相繞組斷電，而 使B相繞組通電。這樣轉(zhuǎn)子就

49、會順時針旋轉(zhuǎn)30。，到其軸線與B相繞組軸線相重合的位置，如圖5.8b所示。 繼續(xù)改變通電狀態(tài)，即使B相繞組斷電，C相繞組通電，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)30。，如圖5.8c所示。 如果三相定子繞組按照A-C-B順序通電，則轉(zhuǎn)子將按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。上述定子繞組的通電狀態(tài)每切換一次稱為“一 拍"，其特點是每次只有一相繞組通電。每通入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一-個角度，這個角度稱為步距角。每經(jīng)過三拍完成 —次通電循環(huán)，所以稱為“三相單三拍”通電方式。 （二）以三相雙三拍為例： m I 快妍弗軸焜酸（三三帕、 三相雙三拍運行方式的通電順序是AB-BC-CA-ABo由于每拍都有兩相繞組

50、同時通電、如A、B兩相通電時，轉(zhuǎn)子齒極 1、3受到定子磁極A、X的吸引、而2、4受到B、Y的吸引，轉(zhuǎn)子在兩者吸力相平衡的位置停止轉(zhuǎn)動，如圖la所示。下一 拍B、C相通電時，轉(zhuǎn)子將順時針轉(zhuǎn)過30。，達到新的平衡位置，如圖lb所示。再下一拍C、A相通電時，轉(zhuǎn)子將再順時針 轉(zhuǎn)過30。，達到新的平衡位置，如圖lc所爾?？梢娺@種運行方式的步距角也是30。。3.步進電機的驅(qū)動控制是如何來實現(xiàn)的？ 包括哪幾部分？ 答：步進電機的驅(qū)動是通過弱電驅(qū)動強電來實現(xiàn)的。 其中步進電機的弱電部分實現(xiàn)了頻率、數(shù)量和方向的變化，主要包括脈沖混合電路、加減脈沖分配電路、加減速電路和 環(huán)形分配器四個部分。 思考與練習題3

51、 ? 一?名詞解釋 2. 脈寬調(diào)制：所謂脈寬調(diào)制，就是使功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)頻率恒定，用改變開關(guān)導(dǎo)通時間的方法來調(diào)整 晶休管的輸出。使電機兩端得到寬度隨時間變化的電壓脈沖。當開關(guān)在單周期內(nèi)的導(dǎo)通吋間隨時間發(fā)生連續(xù)地變化吋，電機 共69 頁第 18頁 電樞得到的電壓的平均值也隨時間連續(xù)地發(fā)生變化，而由于內(nèi)部的續(xù)流電路和電樞電感的濾波作用，電樞上的電流則連續(xù)地 改變，從而達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。 思考與練習題4 一. 填空題 1. 變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是為電機提供頻率可變電源的（變頻器），主要分為（交一交變頻）和（交一直一交）變頻兩種。 2. 交流伺服電機主要分為冰磁同

52、步伺服電機）和（籠型異步伺服電機）兩類。 3. 液壓控制系統(tǒng)主要由（動力元件）、（執(zhí)行元件）、（控制元件）以及（輔助元件）四個部分組成。 4. 氣動回路的基本控制方式一般有（電氣一氣動控制方式）、（全氣動控制方式）和（機械操作方式）三種。 二. 簡答題 3. 試述液壓傳動與氣動傳動的異同點。 相同點：（1）組成部分都是有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件組成； ⑵工作原理相似，工作原理都是先將機械能轉(zhuǎn)換為便丁?輸送的液（氣）壓能，后又將液（氣）壓能轉(zhuǎn)換為機械能做功， 以實現(xiàn)某種控制。 不同點：（1）匸作介質(zhì)不同，液壓傳動的介質(zhì)是液壓油，而氣壓傳動的T作介質(zhì)是壓縮空氣。 （2

53、） 氣壓傳動與液壓傳動比較其元件結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)中不必有回氣管，不污染環(huán)境；氣動系統(tǒng)在惡劣工作環(huán)境屮， 安全可靠性優(yōu)丁?液壓系統(tǒng)。 （3） 氣壓傳動與液壓傳動比較工作壓力較低，輸出功率較小，因此氣信號傳遞的速度慢，不宜用于高速傳遞的回路 中。氣壓傳動的壓縮控制，容易使載荷變化使動作穩(wěn)定性比液壓介質(zhì)差。 （4） 另外氣壓傳動排氣噪聲大，在系統(tǒng)屮需加消聲器。 4. 什么是液壓傳動？ 液壓傳動控制本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先將機械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能做功， 以實現(xiàn)某種控制冃的。 7.試述什么是SPWM調(diào)制 SPWM調(diào)制是用脈沖寬度不等的一系列矩形脈沖去逼近一

54、?個所需要的電壓信號；它是利用三角波電壓與正弦參考電壓 相比較，以確定各分段矩形脈沖的寬度。 圖5.24為三角波調(diào)制法原理。它利用三角波與參考電壓正弦波相比較，以確定各段矩形脈沖的寬度。在電壓比較器A 的兩輸入端分別輸入正弦波參考電壓"R和頻率與幅值固定不變的三角波電壓如，在A的輸出端便得到PWM調(diào)制電壓脈沖。 PWM脈沖寬度確定可由圖5.24（b）看出。當垃0/r時，A輸出端為高電平，而血刁壓時，A輸出端為低電平。你與叫的 交點之間的距離隨正弦波的大小而變化.而交點之間的距離決定了比較器A輸出脈沖的寬度，因而可以得到幅值相等而寬 度不等的脈沖調(diào)制信號知。 圖5 24三角波調(diào)制法原理

55、 第7章 工業(yè)機器人技術(shù) ?—、名詞解釋 ? 1、機器人：機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機，這種操作機具有幾個軸，能夠借 助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。 ? 2、兀余自由度：當機器人的自由度數(shù)大于六個，且有任意六個關(guān)節(jié)線性無關(guān)吋，我們稱這樣的機器人為冗余自由度機 器人。 ? 二、簡答題 ? 1、按照信息輸入形式機器人主要分為哪幾類？ ? 答：主要有：⑴操縱機器人（2）程序機器人（3）示教再現(xiàn)機器人（4）計算機控制工業(yè)機器人（5）智能機器人。 ? 2、按坐標分類機器人主要分為哪幾類？ ? 答：主要有（1）直角坐

56、標型（2）圓柱坐標型（3）球坐標型（4）全關(guān)節(jié)型 ? 3、機器人的機械部分主要由哪兒部分組成？ ? 答：機器人的機械部分是由機座、腰部、大臂、小臂、腕部、夾持器構(gòu)成。 ? 4、工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)組成？ ? 答：工業(yè)機器人是由機座、手臂、手腕、手指等幾部分組成的，這幾部分構(gòu)成了機器人的整個結(jié)構(gòu)部分。 ? 5、機器人手腕的腕冋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的組合運動形式？ ?答：主要有俯仰、偏擺、橫滾。 ? 6、機器人末端夾持器主要分為哪幾類？ ? 答：⑴夾鉗式取料手（2）吸附式取料手（3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器（4）仿生多指靈巧手。 ? 7、簡述機器人手臂的運動形式？ ? 答：主要有：直線運動，例如手臂的

57、伸縮、升降及橫向（或縱向）移動；有回轉(zhuǎn)運動的，例如手臂的左右回轉(zhuǎn)，上下擺動; 有復(fù)合運動的，如直線和回轉(zhuǎn)運動的組合，兩直線運動的組合，兩回轉(zhuǎn)運動的組合。 第一章 1- 1試說明較為人們所接受的機電一體化的含義。P1 機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)， 并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。 1- 2機4電一休化的目的是什么？ P2 機電一體化的目的是提高系統(tǒng)（產(chǎn)品）的附加價值，即多功能、高效率、高可靠性、省 材料省能源，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向短、小、輕、薄化方向發(fā)展，從而不斷滿足人們生活的多樣化 和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。 1

58、- 3機電一體化時代的特征是什么？ P2 機電有機結(jié)合 1- 4何謂機電一體化技術(shù)革命？ P2 將微型計算機等微電子技術(shù)用于機械并給機械以“智能”的技術(shù)革新潮流可成“機電一 體化技術(shù)革命”。 1-7機電一體化系統(tǒng)由哪些基本要素組成？分別實現(xiàn)哪些功能？ P9 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）要素 功 能 控制器（計算機等） 控制（信息儲存、處理、傳送） 檢測傳感器 計測（信息收集與變換） 執(zhí)行元件 驅(qū)動（操作） 動力源 提供動力（能量） 機構(gòu) 構(gòu)造 1-8工業(yè)三大要素指的什么？ P12 物質(zhì)、能量和信息 1-9機電一體化的三大效果是什么？ P12 省能、省資源、智能

59、化 1-11機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的主要評價內(nèi)容是什么？ P11 1-13根據(jù)不同的接口功能說明接口的種類。 P10 根據(jù)接口的交換、調(diào)整功能分為：①零接口②無源接口③有源接口④智能接口 根據(jù)接口的輸入/輸出功能分為：①機械接口②物理接口③信息接口④環(huán)境接口 1-14機電一體化工程與系統(tǒng)工程有何異同？ P16 系統(tǒng)工程 機電一體化丁?程 產(chǎn)生年代 20世紀50年代（美國） 20世紀70年代（日本） 對象 大系統(tǒng) 小系統(tǒng) 機器 基本思想 系統(tǒng)概念 機電一體化概念（系統(tǒng)及接口概念） 技術(shù)方法 利用軟件進行優(yōu)化、仿真、 鑒定、檢查等 硬件的超精密定

60、位、超精密加工、優(yōu)化設(shè)計、 微機控制及仿真等 信息處理系統(tǒng) 大型計算機 微型計算機 實例 阿波羅計劃 銀行在線系統(tǒng) 日本新干線 航天飛機、人造衛(wèi)星等 CNC機床 ROBOT （機器人） VTR （錄像機）、DVD 照相機、攝像機等 共同點 應(yīng)用計算機，具有實用性、綜合性、復(fù)合性 1-15說明機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計思想方法。P19 ①計算機輔助設(shè)計 ②虛擬產(chǎn)品設(shè)計 ③快速響應(yīng)設(shè)計④綠色設(shè)計 ⑤反求設(shè)計⑥網(wǎng)絡(luò)合作設(shè)計 1-16什么是機電互補法、融合法、組合法？ P12 機電互補法：又稱取代法，該方法的特點是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品 （系統(tǒng)）中的復(fù)雜

61、機械功能部件或功能子系統(tǒng)。 融合法：它是將各組成要素有機結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)），其要 素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。 組合法：它是將結(jié)合法制成的專用或通用功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組 合成各個機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱組合法。 1-17開發(fā)性設(shè)計、變異性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計有何異同？ P13 開發(fā)性設(shè)計：它是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求，設(shè)計出在 質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品（系統(tǒng)）。 變異性設(shè)計：它是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使 之適應(yīng)于量的方面有所變更的需求。 適應(yīng)性設(shè)計：它是在總的

62、設(shè)計方案、原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部 更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應(yīng) 性設(shè)計9以使產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上增加某些附加價值。 1-19現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比較有何突出特點？ P19 現(xiàn)代設(shè)計方法與用經(jīng)驗公式、圖表和手冊為設(shè)計依據(jù)的傳統(tǒng)設(shè)計方法不同，它是以計算 機為輔助手段進行機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的有效方法。其設(shè)計步驟通常是：技術(shù)預(yù)測-市場需求 -信息分析-科學類比-系統(tǒng)設(shè)計-創(chuàng)新性設(shè)計-因吋制宜的選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計方法-機電 一體化系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量綜合評價等。 1-20簡述計算機輔助設(shè)計與并行工程、虛擬設(shè)計、快速響應(yīng)設(shè)計

63、、綠色設(shè)計、反求設(shè)計等 的含義。 pi9 計算機輔助設(shè)計：是設(shè)計機電一體化船票（系統(tǒng)）的有力工具。用來設(shè)計一般機械產(chǎn)品 的CAD的研究成果，包括計算機硬件和軟件，以及圖像儀和繪圖儀等外圍設(shè)備，都可以用于 機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計，需要補充的不過是有關(guān)機電一體化系統(tǒng)設(shè)計和制造的數(shù)據(jù)、計算方 法和特殊表達的形式而已。 并行工程：是把產(chǎn)品（系統(tǒng)）的設(shè)計、制造及其相關(guān)過程作為一個有機整體進行綜合（并 行）協(xié)調(diào)的一種工作模式。 虛擬產(chǎn)品設(shè)計：是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像。 快速響應(yīng)設(shè)計：是實現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要一環(huán)。是企業(yè)面對瞬息萬變的市場環(huán)境，不 斷迅速開發(fā)適應(yīng)市場

64、需求的新系統(tǒng)（產(chǎn)品），以保證企業(yè)在激烈競爭環(huán)境中立于不敗之地的重 要工程。 綠色設(shè)計：是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的一個新概念。就是在新系統(tǒng)（產(chǎn)品）的開發(fā) 階段，就考慮其整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的影響，從而減少對環(huán)境的污染、資源的浪費、使用 安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。 反求設(shè)計：反求設(shè)計思想屬于反向推理、逆向思維體系。 網(wǎng)絡(luò)合作設(shè)計：是現(xiàn)代設(shè)計最前沿的一種方法。其核心是利用網(wǎng)絡(luò)工具來匯集設(shè)計知識、 資源以及知識獲取的方法進行設(shè)計。 第二章 2- 1設(shè)計機械傳動部件時，為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常提出哪些要求？ P23 低摩擦、無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)?/p>

65、阻尼比等要求。 2- 2機電一體化系統(tǒng)傳動機構(gòu)的作用是什么？ P24 傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 2- 3機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？ P24 對工作機中的傳動機構(gòu)，既要求能實現(xiàn)運動的變換，又要求能實現(xiàn)動力的變換；對信息 機中的傳動機構(gòu)，則主要要求具有運動的變換功能，只需要克服慣性力（力矩）和各種摩擦 阻力（力矩）及較小的負載即可。 2- 4簡述絲杠螺母機構(gòu)的分類及其特點。P25 絲杠螺母機構(gòu)主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。這些 傳動機構(gòu)既有以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機、千斤頂?shù)龋?，也有以傳遞運動為主的（如工 作臺的進給絲杠），還有調(diào)整零件之

66、間相對位置的（如螺旋傳動機構(gòu)）。 2-6絲杠螺母副的組成要素有哪些？ P26 滾珠絲杠副構(gòu)成原理：1 ■反向器；2-螺母；3■絲杠；4.滾珠。 2-7滾珠絲杠副的傳動特點？ P26 軸向剛度高、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等特點。 2-9滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？ P32 1、 雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式 2、 雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 3、 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 4、 彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式 5、 單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式 2-13簡述滾珠絲杠副的支承方式及特點？ P34 1單推一單推式：軸向剛度較高，預(yù)拉伸安裝時，預(yù)緊力較大，但軸承壽命比雙推一雙 工弋彳氐O 2雙推一雙推式：該方式適合于高剛度，高轉(zhuǎn)速，高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)。 3雙推一簡支式：雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于屮速、傳動 精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。 4雙推一自由式：軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系 統(tǒng)。 2-15齒輪傳動部件的作用有哪些？ P38 傳遞轉(zhuǎn)矩、改變轉(zhuǎn)速、改變轉(zhuǎn)向 2-16各