第一篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計期末復(fù)習(xí)題

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計期末復(fù)習(xí)題

一、選擇題（每題2分，共50分）1.那些不是結(jié)構(gòu)型傳感器

A.彈簧管 B.雙金屬片

C.水銀溫度計 D.電感電容 2.那些不是物理型傳感器的特點

A.無中間轉(zhuǎn)換機構(gòu) B.固體傳感

C.集成 D.體積大 3.哪一項不是傳感器指標(biāo)

A.類型 B.容量 C.體積

B.線性度 4.下列哪項對熱電偶的說法不正確

A.不能測量絕對溫度 B.利用的是溫差效應(yīng) C.鉑電阻屬于熱電偶 D.需要冷端補償 5.傳感器的環(huán)境參數(shù)不包括什么

A.環(huán)境溫度

B.濕度 C.沖擊

D.噪音 6.傳感器的基本性能參數(shù)不包括什么

A.量程

B.靈敏度

C.動態(tài)特性

D.尺寸 7.半閉環(huán)伺服結(jié)構(gòu)的特點不包括：

A.系統(tǒng)簡單 B.穩(wěn)定性好 C.調(diào)試?yán)щy D.成本較低

8.際轉(zhuǎn)速1350r/min、電源頻率50Hz的交流感應(yīng)電動機，其轉(zhuǎn)差率是多少？

A.0.05 B.0.1 C.0.15 D.0.2 9.某步進電動機三相單三拍運行時步距角為3°，三相六拍運行時步距角是多少？

A.3°

B.6°

C.2°

D.1.5° 10.采用PWM驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點不包括

A.頻率高、頻帶窄 B.電流脈動小 C.電源的功率因數(shù)高 D.動態(tài)硬度好

11.設(shè)絲杠導(dǎo)程5mm，2/4相步進電機的步距角為1.8度，半步驅(qū)動時的脈沖當(dāng)量為多少？

A.0.00625mm B.0.0125mm C.0.025mm D.0.05mm 12.下列哪一項不是機電一體化系統(tǒng)的主要構(gòu)成裝置

A.電子裝置 B.控制裝置

C.驅(qū)動裝置

D.機械裝置 13.下列把一項是出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象不穩(wěn)定的主要原因

A.電壓不穩(wěn)定 B.非線性摩擦力 C.負(fù)載扭矩不穩(wěn)定 D.潤滑不良 14.滾動導(dǎo)軌預(yù)加負(fù)載的目的是什么

A.防止超速

B.消除間隙

C.降低噪音 D.提高剛度 15.哪項不是滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)

A.公稱直徑

B.長度

C.導(dǎo)程

D.行程 16.哪項不是機械傳動要滿足伺服控制的主要要求

A.傳動精度

B.壽命長

C.穩(wěn)定性

D.快速響應(yīng)性 17.下列哪一項屬于變異性設(shè)計

A.沒有參照樣板的設(shè)計 B.根據(jù)故障查找故障原因

C.部更改，適應(yīng)性變動

D.適應(yīng)于量的方面變更要求，方案功能結(jié)構(gòu)不變 18.哪項不是機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的核心內(nèi)容

A.功能

B.原理

C.結(jié)構(gòu)

D.模式 19.傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品的設(shè)計注重

A.安全系數(shù)設(shè)計

B.功能設(shè)計

C.機械設(shè)計

D.電路設(shè)計 20.PI稱為（）控制算法。A.比例 B.比例微分

C.比例積分 D.比例積分微分 21.受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱()A.順序控制系統(tǒng) B.伺服系統(tǒng) C.數(shù)控機床 D.工業(yè)機器人 22.齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)()A.增加而減小 B.增加而增加 C.減小而減小 D.變化而不變

23、哪項不是串行通訊的特點（）。

A．?dāng)?shù)據(jù)位傳送

B．傳輸按位順序進行 C．只需要兩根傳輸線

D．成本低但送速度慢

24、哪項不是傳動機構(gòu)的本質(zhì)（）。

A．速度變換

B．轉(zhuǎn)速變換

C．力矩變換

D．轉(zhuǎn)角控制

25、開關(guān)緩沖電路使用的二極管是（）。

A．普通整流二極管

B．檢波二極管

C．快速二極管

D．大電流功率二極管 26.下列哪一項不是DCS分布式控制系統(tǒng)的特點

A.具有三層結(jié)構(gòu)

B.系統(tǒng)控制危險性分散 C.集中監(jiān)視、操作和管理

D.布線簡潔，系統(tǒng)開放 27.哪項不是固態(tài)繼電器SSR的特點

A.高壽命 B.開關(guān)速度快 C.電磁兼容性好 D.有噪音

28、測速發(fā)電機在機電一體化系統(tǒng)中主要用作測量（）A、交流電壓

B、直流電壓 C、位移量

D、轉(zhuǎn)速

29、在機電一體化系統(tǒng)中，機械傳動要滿足伺服控制的三個主要要求是（）。A．傳動精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性

B．傳動精度、穩(wěn)定性、低噪聲

C．傳動精度、高可靠性、小型輕量化

D．傳動精度、高可靠性、低沖擊振動 30..使?jié)L珠絲杠具有最大剛度的支承方式是（）A、一端裝止推軸承

B、一端裝化推軸承，另一端裝向心球輪承 C、兩端裝止推軸承

D、兩端裝止推軸承及向心球輪承

31.信號采樣頻率Ws，信號有效頻帶Wc和抗混疊濾波頻率Wf應(yīng)滿足如下關(guān)系（）A、Wc

32、直流電動機電樞繞組的阻值小說明電機（）

A、特性硬

B、始動電壓低

C、特性軟

D、啟動電流大

33、步進電動機轉(zhuǎn)速與脈沖電源的關(guān)系是（）A、與電源脈沖頻率成正比 B、與電源脈沖數(shù)成正比

C、與電源脈沖寬度成正比 C、與電源脈沖幅值成正比

34、絕對碼盤碼道數(shù)越多,則（）A、能分辨的角度越大

B、能分辨的角度越小 C、測量精度降低

D、能分辨的角度不變 35.進行行為、結(jié)構(gòu)的映射是（）設(shè)計過程, A．功能建模 B.行為建模 C.結(jié)構(gòu)建模 D.評價決策 36.下列哪一項不是機電產(chǎn)品設(shè)計的類型，A.開發(fā)性設(shè)計 B.可靠性設(shè)計 C.適應(yīng)性設(shè)計 D.變異性設(shè)計 37.下列哪一項屬于適應(yīng)性設(shè)計

A.沒有參照樣板的設(shè)計

B.根據(jù)故障查找故障原因

C.局部更改，適應(yīng)性變動 D.適應(yīng)于量的方面變更要求，方案功能結(jié)構(gòu)不變 38.小功率傳動鏈中，為使總的折算慣量最小，各級傳動比分配應(yīng)遵守

A.前大后小

B.前小后大

C.前后相等

D.平方關(guān)系 39.哪項不是諧波傳動部件基本組成部件

A.剛輪

B.柔輪

C.波發(fā)生器

D.行星輪 40.全閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是

A.精度高 B.系統(tǒng)簡單 C.成本較低

D.調(diào)試簡單

41.如忽略電機電磁時間常數(shù), 電壓為輸入量，轉(zhuǎn)角為輸出量時，直流伺服電機數(shù)學(xué)模型是

A.比例環(huán)節(jié)

B.一階系統(tǒng)

C.二階系統(tǒng)

D.積分環(huán)節(jié) 42.滾珠絲杠副的基本導(dǎo)程減小，可以（）

A、提高精度 B、提高承載能力 C、提高傳動效率 D、加大螺旋升角 43.下列哪一項不是機電一體化系統(tǒng)的主功能組成（）。

A．物質(zhì)、能量、信息的變換

B．物質(zhì)、能量、信息的傳遞

C．物質(zhì)、能量、信息的存儲 D．物質(zhì)、能量、信息的融合 44.下列哪一項是機電一體化的特性（）。

A．裝置的控制屬于強電范疇

B．自動信息處理, C．支撐技術(shù)是電工技術(shù) D．以機械聯(lián)結(jié)為主

45.某4極交流感應(yīng)電動機，電源頻率為50Hz，當(dāng)轉(zhuǎn)差率為0.02時，其轉(zhuǎn)速為()A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 46.右圖稱()A.直流伺服電動機調(diào)節(jié)特性 B.直流伺服電動機機械特性 C.直流伺服電動機動態(tài)特性 D.直流伺服電動機調(diào)速特性

47.連續(xù)路徑控制類中為了控制工具沿任意直線或曲線運動，必須同時控制每一個軸的()使得它們同步協(xié)調(diào)到達目標(biāo)點。

A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向 48.圖示利用繼電器觸點實現(xiàn)的邏輯函數(shù)為()A.(A+A)·(B+B)B.A·B+A·B C.(A+B)·(A+B)D.A·B+A·B

49.在數(shù)控系統(tǒng)中，復(fù)雜連續(xù)軌跡通常采用（）方法實現(xiàn)。

A.插補 B.切割

C.畫線 D.自動 50.PD稱為（）控制算法。

A.比例 B.比例微分

C.比例積分 D.比例積分微分 51.PWM指的是（）。

A.機器人

B.計算機集成系統(tǒng)

C.脈寬調(diào)制

D.可編程控制器 52.步進電機一般用于（）控制系統(tǒng)中。

A.開環(huán)

B.閉環(huán)

C.半閉環(huán) D.前饋 53.下列哪個不是傳感器的動特性()A.臨界速度 B.臨界頻率 C.穩(wěn)定時間 D.分辨率

54.感應(yīng)同步器定尺繞組中感應(yīng)的總電動勢是滑尺上正弦繞組和余弦繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的()A.代數(shù)和 B.代數(shù)差 C.矢量和 D.矢量差

55.在直流電機速度控制中改變電樞供電電壓U(保持勵磁磁通Φ不變)屬于()調(diào)速

A.恒功率 B.變功率 C.恒轉(zhuǎn)矩 D.變轉(zhuǎn)矩

56、輸入電壓量程為-10V～+10的10位AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換公式，-5V對應(yīng)的AD輸出值是（）。

A．100H

B．200H

C． 1FFH

D．7FH

57、設(shè)某光柵的條紋密度是250條/mm，要用它測出1um的位移，應(yīng)采用（）細(xì)分電路。

A．1倍頻

B．2倍頻

C．3倍頻

D．4倍頻

58、哪一項不是機電一體化系統(tǒng)中的測速元件（）。

A．測速發(fā)電機

B．光電編碼器

C．應(yīng)變片

D．渦流傳感器

59、絕對編碼盤的道數(shù)為10道，則位數(shù)為10，能分辨的最小角度為（）。A．360/

2B．360/2

C．360/2

D．360/260、對RS-232C通訊方式描述正確的是（）。

A．接口的信號電平值較低，不易損壞接口電路的芯片

B．傳輸速率較高，在異步傳輸時，波特率為200Kbps C．其傳輸距離有限

D．只用兩根線即可實現(xiàn)

二、判斷題（本大題共10個小題，每題2分，共計20分，請使用“A對B錯”答案形式）。1.功能的等效性、各環(huán)節(jié)的互補性是機電一體化優(yōu)化設(shè)計的條件。2.系統(tǒng)可靠性是各組成環(huán)節(jié)可靠性的邏輯或。

3.可靠性原理是指規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。4.工業(yè)三要素是資金、人才、技術(shù)。

5.全閉環(huán)數(shù)控機床上位置傳感元件是裝在執(zhí)行機構(gòu)上。6.邏輯功能元包括:與、或、非、加、減、乘、除。7.現(xiàn)代設(shè)計方法強調(diào)產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)化。

8.機電一體化設(shè)計以強度和低壓控制為中心，強調(diào)功能設(shè)計。

9.液壓伺服的缺點是效率低,保養(yǎng)麻煩,漏油污染環(huán)境，運動形式少，成本高，有附加裝置。10.直流伺服電動機的空載轉(zhuǎn)速n0與堵轉(zhuǎn)矩Tb之比的絕對值越小，則電機特性越軟。

11.RS-232接口在總線上允許連接多個收發(fā)器

12.為了防止采樣過程信號發(fā)生頻率混疊可以在采樣前設(shè)置一個高通濾波器

13.液壓馬達為得到合適的運動速度和負(fù)載能力，一般要使用較大傳動比的減速器，傳動機構(gòu)的尺寸較大

14.串口通訊至少要包含物理層（硬握手電氣特性）和協(xié)議層（軟握手）15.DCS分布式控制系統(tǒng)具有集中管理和分散控制的特點。（）

16.采用惠斯登電橋結(jié)構(gòu)傳感檢測時，為消除溫度干擾應(yīng)采用的激勵電源為恒壓源。（）17.在小功率傳動鏈中為使總的折算慣量最小，各級傳動比分配應(yīng)遵守前大后小原則。（）18.電氣伺服驅(qū)動裝置包括直流伺服和交流伺服。（）

19.傳動出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象不穩(wěn)定的主要原因是摩擦系數(shù)和轉(zhuǎn)動慣量。（）

20.連續(xù)控制系統(tǒng)與點位控制系統(tǒng)之間最主要的區(qū)別在于點位控制系統(tǒng)有一個插補器 21.機電產(chǎn)品的功能可以劃分原理、結(jié)構(gòu)、行為。

22.能實現(xiàn)順序控制的基本功能是組合邏輯，計數(shù)器，定時器。1

1。

10。

2。23.規(guī)劃一個PLC控制系統(tǒng)的步驟為,分解被控對象和機器；建立功能規(guī)范,安全電路設(shè)計, 詳細(xì)說明操作功能，建立PLC配置圖, 建立符號名表。

24.順序控制包括以狀態(tài)控制為主和以時間控制為主兩類。

25.測速發(fā)電機的原理與直流電機相同

26.27.28.29.30.對于傳感器的非線性，可以通過標(biāo)定采用曲線擬合和線性插值的方法來提高數(shù)據(jù)精度。

常用的測溫傳感器中Pt熱電阻和熱電偶測量的是相對溫度。電液比例閥是用比例電磁鐵來代替手動調(diào)節(jié)。

開環(huán)控制系統(tǒng)中，多數(shù)采用步進電機作為伺服電機。

產(chǎn)品的功能、原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計，是機電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的核心內(nèi)容。

三、分析題計算題

1.機械工業(yè)中微電子技術(shù)應(yīng)用有哪些方面，及其對機電一體化設(shè)計的意義？

2.某工作臺采用直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程L=250mm,絲杠導(dǎo)程t=4mm,齒輪減速比為i=5,要求工作臺位移的測量精度為0.005mm，采用高速端測量方法，采用絕對旋轉(zhuǎn)編碼器，則絕對碼盤最少要求的道數(shù)為多少？（忽略齒輪和絲杠的傳動誤差）。

3．如圖所示電機驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50kg負(fù)載力為F1＝1000N，最大加速度為10m／s2，絲杠直徑為d＝20mm，導(dǎo)程t＝4mm，齒輪減速比為i=5，總效率為?=30％，忽略絲杠慣量的影響，試計算電機的驅(qū)動力矩。

4.數(shù)字采樣閉環(huán)控制中誤差En（n=1,2,3,…），輸出控制量Un（n=1,2,3,…），比例系數(shù)為Kp，微分時間常數(shù)為Td，積分時間常數(shù)Ti，采樣周期為Ts，試寫出數(shù)字PID調(diào)節(jié)時的控制算式？

5.畫出集電極開路輸出（OC方式）驅(qū)動繼電器的電路圖和相應(yīng)的緩沖電路，試分析采用OC驅(qū)動的特點。

6、絲杠導(dǎo)程6mm，3相步進電機的步距角為1.2度，3相6拍驅(qū)動時的脈沖當(dāng)量為多少？(15分)？

7.設(shè)直流電機電樞感抗為La，電樞內(nèi)阻為Ra，轉(zhuǎn)動慣量為Jm，速度電勢常數(shù)Kb，電流力矩常數(shù)Ki，電壓u(t)為輸入量，速度w(t)為輸出量時，求直流電機的傳遞函數(shù)？（15分）

8.分別說明相對旋轉(zhuǎn)光電編碼器的A、B相和Z相表示意義，請設(shè)計旋轉(zhuǎn)方向鑒別電路？ 參考答案：

一、CDCCD BABBB BACDC BAABC CADBB CADCC

二、ABABA BABBB

BBBAA BBBBB BAAAA ABAAA

三、1.應(yīng)用方面：

1）對機器或機組系統(tǒng)運行參數(shù)進行巡檢傳感或控制 2)對機器或機組系統(tǒng)工作程序的控制

3)用電子技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品中機械部件完成的功能，簡化產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu) 4)節(jié)約材料 5)節(jié)能降耗

對機電一體化設(shè)計的意義：

功能模塊化；封裝模塊化；電路（板）器件微型化；可靠性高；抗干擾能力強；結(jié)構(gòu)一體化；機電產(chǎn)品體小、性優(yōu)、價廉。

2、電機每轉(zhuǎn)的工作臺位移量為： 4mm/5=0.8mm 要求的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為： 0.8/0.005=160 27<160<28

答：絕對碼盤的道數(shù)至少是8道。

3、計算負(fù)載力

負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成（1）外負(fù)載力Fl＝100N（2）慣性載力Fm＝ma＝50×10＝500N 電機的驅(qū)動力矩為

DCBDA BDDAC DDDAC BCBDA BCAAB ADCBC

1t1Tm???(Fl?Fm)?i2??

10.0041???(1000?500)??0.63N52?0.34.根據(jù)PID的控制算式

Un(t)?Kpe(t)?Kdde/dt?Ki?e(t)dt

TT可以得到絕對算式：Un?Kpen?d(en?en?1)?sTsTi或者是增量算式：

?ek?1nk?Uinitial

?Un?Kp(en?en?1)?TdT(en?en?2?2en?1)?sen

TsTi5．OC方式驅(qū)動繼電器電路圖和相應(yīng)的緩沖電路圖：

緩沖電路方式可采用并聯(lián)二極管、并聯(lián)RC電路和并聯(lián)壓敏電阻等方法。交流開關(guān)的緩沖主要使用并聯(lián)一個RC串連電路和并聯(lián)壓敏電阻的方法。

緩沖過程，例如并聯(lián)二極管的緩沖電路：晶體管關(guān)斷時，負(fù)載電流通過二極管續(xù)流，減輕了晶體管的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。采用集電極OC輸出的特點：

相當(dāng)于開關(guān)輸出。有較大電流驅(qū)動能力；能夠?qū)崿F(xiàn)“線與”功能；能夠?qū)崿F(xiàn)不同電路的接口。

6、3相6拍驅(qū)動時步進電機的脈沖當(dāng)量角＝1.2／2＝0． 6。

反映在絲杠上的脈沖當(dāng)量＝6／【360／0．6】＝0．01mm

7、設(shè)電機輸出力矩為Mm(t)，那么 Ea(t)=Kbωm(t)； Ea(s)=Kbωm(s)

Mm(t)?Kiia(t)?Mm(s)?KiIa(s)U(s)?RI(s)?LsI(s)?E(s)aaaaab

整理并消去中間變量得： Jmd?m(t)?Mm(t)?Jms?(s)?Mm(s)dt

1?RLaKbJ?(s)ma，其中，電磁時間常數(shù)，機電時間常數(shù) T??T?am2RaU(s)TaTms?Tms?1KbKi8.A、B兩相是兩組檢測窄縫群，節(jié)距同光電脈沖發(fā)生器圓盤上節(jié)距相等的窄縫，但兩組檢測縫與圓盤上窄縫的對應(yīng)位置錯開1/4節(jié)距，其目的是使a,b兩個光電變換器的輸出信號相位上相差90。Z相是零點脈沖，可以提示被測軸已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一周。

順時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形超前通道B波形90°；逆時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形滯后通道B波形90°；光電編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈，Z相輸出一個基準(zhǔn)脈沖，基準(zhǔn)脈沖的波形中心對準(zhǔn)通道A輸出的波形中心。

采用D觸發(fā)器即可實現(xiàn)方向鑒別，D觸發(fā)器的D端和時鐘端分別接A、B相信號，輸出端Q輸出0和1分別對應(yīng)逆時針和順時針的旋轉(zhuǎn)方向。

第二篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計復(fù)習(xí)題今天的

1、什么是機電一體化？

答：機電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

2、一個典型的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含哪些幾個基本要素？

答：機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過接口耦合來實現(xiàn)運動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機融合的一個完整系統(tǒng)。

3、試簡述機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法。

答：機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一直要堅持貫徹機電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個組成要素間的有機聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計方法，并用自動控制理論的相關(guān)手段，進行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分析，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。

4、步進電動機是什么電機？它的驅(qū)動電路的功能是什么? 答：步進電動機又稱電脈沖馬達，是通過脈沖數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機，成本較低，易于采用計算機控制，且比直流、交流電動機組成的開環(huán)控制系統(tǒng)精度高，因而被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。步進電動機驅(qū)動電路實際上是一個功率開關(guān)電路，為使步進電動機能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動負(fù)載工作，提供足夠功率的控制信號。

5、描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是什么？

答：傳感器變換的被測量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸入/輸出關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率和零漂。

6、測試傳感部分的作用是什么？ 答：測試傳感部分的作用：對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息

15、伺服控制系統(tǒng)一般包括哪幾個部分？每部分能實現(xiàn)何種功能？ 答：伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五個部分。①比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號，通常由專門的電路或計算機來實現(xiàn)； ②控制器通常是計算機或PID控制電路；其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作；③執(zhí)行元件按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能，驅(qū)動被控對象工作，機電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機或液壓、氣動伺服機構(gòu)等。④被控對象是指被控制的機構(gòu)或裝置，是直接完成系統(tǒng)目的的主體，一般包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和負(fù)載；⑤檢測環(huán)節(jié)指能夠?qū)敵鲞M行測量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。

18、轉(zhuǎn)動慣量對傳動系統(tǒng)有哪些影響?

答：轉(zhuǎn)動慣量增大使機械負(fù)載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度；使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。

20、已知某工作臺采用直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程L=250mm，絲杠 導(dǎo)程t＝4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為0.005mm(忽略齒輪和絲杠 的傳動誤差)。

(1)試采用高速端測量方法，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。

(2)若將傳感器與絲杠的端部直接相連，n=500脈沖／轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用。

①高速端測量

設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為n，每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為

滿足題目要求。②低速端測量

傳感器直接與絲杠連接，與減速比無關(guān)

可知n＝500脈沖／轉(zhuǎn)的編碼器不合用。

19、已知數(shù)控機床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機電一體化系統(tǒng)中的哪一個基本要素?

答： ①控制及信息處理單元：鍵盤、計算機、顯示； ②測試傳感部分：光電編碼器、信號處理； ③能源：電源； ④驅(qū)動部分：功放、電機； ⑤執(zhí)行機構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)、工作臺。

21、什么是機電一體化？

答：機電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

22、什么是機電一體化的變參數(shù)設(shè)計？

答：在設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)原理不變的情況下，僅改變部分結(jié)構(gòu)尺寸和性能參數(shù)，使之適用范圍發(fā)生變化的設(shè)計方式。例如，同一種產(chǎn)品不同規(guī)格型號的相同設(shè)計。

23、機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機電技術(shù)的區(qū)別。

答：傳統(tǒng)機電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理的各種電器來實現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計算機控制。機電一體化技術(shù)以計算機為控制中心，在設(shè)計過程中強調(diào)機械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計算機控制下具有一定的智能性。

26、機電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。

答：接口主要完成電平轉(zhuǎn)換、信號隔離、放大、濾波、速度匹配等。

27、試分析機電一體化系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品設(shè)計的區(qū)別。

答：機電一體化系統(tǒng)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)方法不同，它是以計算機為手段，其設(shè)計步驟通常如下：設(shè)計預(yù)測→信號分析→科學(xué)類比→系統(tǒng)分析設(shè)計→創(chuàng)造設(shè)計→選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計方法（如相似設(shè)計法、模擬設(shè)計法、有限元法、可靠性設(shè)計法、動態(tài)分析法、優(yōu)化設(shè)計法、模糊設(shè)計法等）→機電一體化系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的綜合評價。

28、機電一體化技術(shù)與自動控制技術(shù)的區(qū)別。

答：自動控制技術(shù)的側(cè)重點是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。機電一體化技術(shù)是將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件。它應(yīng)用自控原理和方法，對機電一體化裝置進行系統(tǒng)分析和性能測算。

29、試述在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)模型建立的意義。

答：機械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析的是輸入（如電機轉(zhuǎn)子運動）和輸出（如工作臺運動）之間的相對關(guān)系。等效折算過程是將復(fù)雜結(jié)構(gòu)關(guān)系的機械系統(tǒng)的慣量、彈性模量和阻尼（或阻尼比）等機械性能參數(shù)歸一處理，從而通過數(shù)學(xué)模型來反映各環(huán)節(jié)的機械參數(shù)對系統(tǒng)整體的影響。30、機電一體化系統(tǒng)中，機械傳動的功能是什么？ 答：機電一體化機械系統(tǒng)是由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械及機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計算機控制的，包括機械、電力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。它的主要功能是完成一系列機械運動，每一個機械運動可單獨由控制電動機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計算機協(xié)調(diào)和控制，以完成其系統(tǒng)功能要求。機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計要從系統(tǒng)的角度進行合理化和最優(yōu)化設(shè)計。機電一體化系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和支承部件。在機械系統(tǒng)設(shè)計時，除考慮一般機械設(shè)計要求外，還必須考慮機械結(jié)構(gòu)因素與整個伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。

31、從系統(tǒng)的動態(tài)特性角度來分析：產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，但系統(tǒng)的精度并不一定就高的原因。

答：產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，是靜態(tài)的，由于阻尼的影響、摩擦的影響、彈性變形的影響以及慣量的影響在動態(tài)響應(yīng)上存在滯后或超前的影響，使得整個系統(tǒng)的動態(tài)精度不高

32、滑動摩擦中采用導(dǎo)軌有什么作用，對導(dǎo)軌有什么具體要求？

答：滑動摩擦導(dǎo)軌的運動件與承導(dǎo)件直接接觸。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；缺點是摩擦阻力大、磨損快、低速運動時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。(1)導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運動件按給定方向作直線運動的準(zhǔn)確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。(2)運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時導(dǎo)軌速度的不均勻，使運動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(xiàn)象。(3)耐磨性好。導(dǎo)軌的初始精度由制造保證，而導(dǎo)軌在使用過程中的精度保持性則與導(dǎo)軌面的耐磨性密切相關(guān)。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的類型、材料、導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導(dǎo)軌表面壓強的大小。(4)對溫度變化的不敏感性。即導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。(5)足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。剛度不足不僅會降低導(dǎo)向精度，還會加快導(dǎo)軌面的磨損。剛度主要與導(dǎo)軌的類型、尺寸以及導(dǎo)軌材料等有關(guān)。（6）結(jié)構(gòu)工藝性好。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗和調(diào)整，從而降低成本。

33、驅(qū)動力和溫度對導(dǎo)軌間隙有什么影響？ 答：設(shè)計導(dǎo)軌時，必須合理確定驅(qū)動力的方向和作用點，使導(dǎo)軌的傾復(fù)力矩盡可能小。否則，將使導(dǎo)軌中的摩擦力增大，磨損加劇，從而降低導(dǎo)軌運動靈便性和導(dǎo)向精度，嚴(yán)重時以至使導(dǎo)軌卡住而不能正常工作?；瑒幽Σ翆?dǎo)軌對溫度變化比較敏感，由于溫度的變化，可能使自封式導(dǎo)軌卡住或造成不能允許的過大間隙。

35、檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成？說明各部分的作用？

答：敏感元件：是一種能夠?qū)⒈粶y量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量的預(yù)變換裝置。

傳感元件：是將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號（如電阻、電感、電容等）形式。

基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量，如電壓、電流、頻率等。

36、何謂I/O接口？計算機控制過程中為什么需要I/O接口？

答：I/O接口與I/O通道是計算機主機與外部連接的橋梁，常用的I/O接口有并行接口和串行接口。I/O通道有模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道。其中模擬量I/O通道的作用是，一方面將經(jīng)由傳感器得到的工業(yè)對象的生產(chǎn)過程參數(shù)變換成二進制代碼傳送給計算機；另一方面將計算機輸出的數(shù)字控制量變換為控制操作執(zhí)行機構(gòu)的模擬信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。數(shù)字量通道的作用是，除完成編碼數(shù)字輸入輸出外，還可將各種繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)通過輸入接口傳送給計算機，或?qū)⒂嬎銠C發(fā)出的開關(guān)動作邏輯信號經(jīng)由輸出接口傳送給生產(chǎn)機械中的各個電子開關(guān)或電磁開關(guān)。

37、什么是伺服控制？為什么機電一體化系統(tǒng)的運動控制往往是伺服控制？ 答：伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng).機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。

38、機電一體化系統(tǒng)的伺服驅(qū)動有哪幾種形式?各有什么特點？ 答：（1）按被控量參數(shù)特性分類

按被控量不同，機電一體化系統(tǒng)可分為位移、速度、力矩等各種伺服系統(tǒng)。其它系統(tǒng)還有溫度、濕度、磁場、光等各種參數(shù)的伺服系統(tǒng)（2）按驅(qū)動元件的類型分類

按驅(qū)動元件的不同可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣動伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)電機類型的不同又可分為直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)和步進電機控制伺服系統(tǒng)。（3）按控制原理分類

按自動控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)

39、比較直流伺服電動機和交流伺服電動機的適用環(huán)境差別。

答：直流伺服電機具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動轉(zhuǎn)矩和相對功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。

與直流伺服電動機比較，交流伺服電動機不需要電刷和換向器，因而維護方便和對環(huán)境無要求；此外，交流電動機還具有轉(zhuǎn)動慣量、體積和重量較小，結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等優(yōu)點；尤其是交流電動機調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。40、簡述干擾對機電一體化系統(tǒng)的影響。

答：在機電一體化系統(tǒng)的工作環(huán)境中，存在大量的電磁信號，如電網(wǎng)的波動、強電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和開關(guān)的電磁輻射等，當(dāng)它們在系統(tǒng)中產(chǎn)生電磁感應(yīng)和干擾沖擊時，往往就會擾亂系統(tǒng)的正常運行，輕者造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，降低了系統(tǒng)的精度；重者會引起控制系統(tǒng)死機或誤動作，造成設(shè)備損壞或人身傷亡。

41、分析在機電一體化系統(tǒng)中常用的抗干擾措施。

答：抑制干擾的措施很多，主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法。

42、什么是屏蔽技術(shù)及其分類？ 答：屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對象包圍起來從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場的性質(zhì)不同，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

43、機電一體化中隔離方法有哪些？

答：隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。

44、機電一體化系統(tǒng)中的計算機接口電路通常使用光電耦合器，請問光電耦合器的作用有哪些？

答：光電隔離是以光作媒介在隔離的兩端間進行信號傳輸?shù)模玫钠骷枪怆婑詈掀?。由于光電耦合器在傳輸信息時，不是將其輸入和輸出的電信號進行直接耦合，而是借助于光作介物進行耦合，因而具有較強的隔離和抗干擾的能力。一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路，在控制系統(tǒng)中，它既可以用作一般輸入/輸出的隔離，也可以代替脈沖變壓器起線路隔離與脈沖放大作用。由于光電耦合器具有二極管、三極管的電氣特性，使它能方便地組合成各種電路。又由于它靠光耦合傳輸信息，使它具有很強的抗電磁干擾的能力，從而在機電一體化產(chǎn)品中獲得了極其廣泛的應(yīng)用.45、常用的濾波器有哪些，并分析他們的適用場合? 答：濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，當(dāng)接受器接收有用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。這時，可以采用濾波的方法，只讓所需要的頻率成分通過，而將干擾頻率成分加以抑制。常用濾波器根據(jù)其頻率特性又可分為低通、高通、帶通、帶阻等濾波器。

低通濾波器只讓低頻成分通過，而高于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過。高通濾波器只通過高頻成分，而低于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過。帶通濾波器只讓某一頻帶范圍內(nèi)的頻率成分通過，而低于下截止和高于上截止頻率的成分均受抑制，不讓通過。

帶阻濾波器只抑制某一頻率范圍內(nèi)的頻率成分，不讓其通過，而低于下截止和高于上截止頻率的頻率成分則可通過。

什么是柔性制造系統(tǒng)及其基本組成部分？

答：柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）是由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)物料流和信息流的自動化，其基本組成部分有：自動化加工設(shè)備，工件儲運系統(tǒng)，刀具儲運系統(tǒng)，多層計算機控制系統(tǒng)等。（1）自動化加工設(shè)備（2）工件儲運系統(tǒng)（3）刀具儲運系統(tǒng)（4）輔助設(shè)備

（5）多層計算機控制系統(tǒng)

46、什么是加工中心？ 答：加工中心的系統(tǒng)基本組成與一般數(shù)控機床一樣，只是在此基礎(chǔ)上增加刀庫和自動換刀裝置而形成的一類更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的數(shù)控機床。加工中心配置有刀庫和自動換刀裝置，所以能在一臺機床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。加工中心機床具有工序集中、可以有效縮短調(diào)整時間和搬運時間，減少在制品庫存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點，因此常用于零件比較復(fù)雜，需要多工序加工，且生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)場合。

第三篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

1、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機）等五個子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法通常有：機電互補法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承、動（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第四篇：機電一體化復(fù)習(xí)題

一、填空

1、對伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是__定位精度，速度穩(wěn)定度，力矩大小___、響應(yīng)速度，啟動力矩___

2、機電一體化的機械系統(tǒng)設(shè)計主要包括兩個環(huán)節(jié)：靜態(tài)設(shè)計，動態(tài)設(shè)計。

3、計算機控制系統(tǒng)的類型包括操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)______、直接數(shù)字控制系統(tǒng)______、監(jiān)督（計算機）控制系統(tǒng)、分級計算機控制系統(tǒng)______。

4、擬定機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計方案的方法通常有__取代法___、整體設(shè)計法______、組合法_ ___。

5、接口的基本功能主要有_變換___、放大、耦合____。

6、對直線導(dǎo)軌副的基本要求是_導(dǎo)向精度高____、耐磨性好_____、足夠的剛度______、__

對溫度變化的不敏感性____和平穩(wěn)。

7、機電一體化機械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的侍服性能，要求機械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、阻力合理_阻尼合理__、_剛度大___、抗振性好____、間隙小____、并滿足小型、輕量等要求。

8、伺服系統(tǒng)的基本組成包括_控制器___、_功率放大器__、檢測裝置、執(zhí)行機構(gòu)__。

9、工作接地分為__一點接地__、多點接地____。

10、STD總線的技術(shù)特點模塊化設(shè)計_______、系統(tǒng)組成_____、__修改和擴展方便_____、高可靠性。

11、機電一體化系統(tǒng)中常見的軸承包括滾動軸承____、滑動軸承_____、靜壓軸承_____、磁軸承。

12、從控制角度講，機電一體化可分為 開環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(tǒng)。

13、按干擾的耦合模式干擾可分為靜電干擾、磁場耦合干擾_____、漏電耦合干擾____、____、_____等干擾類型。

14、在機電一體化中傳感器輸出電信號的參量形式可以分: 電壓輸出、電流輸出、頻率輸出 三種形式

15、用軟件識別有用信號和干擾信號、并濾去干擾信號的方法稱為___、識別信號的原則有____、_____。

16、多點接地：優(yōu)點： 互不干擾缺點：接線多，復(fù)雜。

17、機電一體化系統(tǒng)一般由__機械本體___、動力和驅(qū)動_____、接口、執(zhí)行機構(gòu)_____、傳感器檢測部分_____、控制及處理部分____等部分組成。

18、實現(xiàn)步進電動機通電環(huán)形分配的三種常用方法是：采用計算機軟件分配器、小規(guī)模

集成電路搭接的硬件分配器、專用模塊分配器。

19、一般來說，伺服系統(tǒng)的基本組成為 控制器、功率放大器、執(zhí)行機構(gòu)和 檢測裝置等四大部分組成。

20、產(chǎn)生電磁干擾必備的三個條件是： 干擾源、傳播途徑、接受干擾對象。

21、在SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通常載波是 等腰三角波而調(diào)制波是（三相）正弦波。

22、從電路上隔離干擾的三種常用方法是 光電隔離，變壓器隔離，繼電器隔離。

23、機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將__將機械技術(shù)，微電子技術(shù)，信息技術(shù)___、_____、_____、機械技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機的加以綜合，實現(xiàn)整個機械系統(tǒng)__最佳化____而建立的一門新的科學(xué)技術(shù)。

24、開環(huán)步進電動機控制系統(tǒng)，主要由 環(huán)形分配器、功率驅(qū)動器和步進電動機等組成。

25、伺服系統(tǒng)的基本組成部分包括_控制器____、比較環(huán)節(jié)_____、執(zhí)行機構(gòu)、檢測裝置_____四大部分。

26、干擾傳播途徑有二種方式：

1）傳導(dǎo)耦合方式：干擾信號能量以 電壓或 電流的形式，通過金屬導(dǎo)體傳遞。

2）幅射耦合方式：干擾信號能量以 電磁場的形式，通過空間感應(yīng)傳遞。

27、機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計類型大致可分為_開發(fā)性設(shè)計____、適應(yīng)性設(shè)計、變參數(shù)設(shè)計_____

28、指出下列干擾哪幾種屬于傳導(dǎo)耦合方式： C、D;哪幾種屬于幅射耦合方式： A、B、E。

A.靜電干擾B.磁場干擾C.漏電干擾D.共阻抗感應(yīng)干擾E.電磁輻射干擾。

29、機電一體化系統(tǒng)對機械傳動總傳動比確定的最佳選擇方案有_轉(zhuǎn)動慣量原則__、_輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則___、質(zhì)量最小原則。

30、磁場屏蔽---對高頻交變磁場應(yīng)采用銅和鋁等導(dǎo)電性能好的金屬材料作屏蔽體；對低頻交變磁場應(yīng)采用 鐵等高導(dǎo)磁率的材料作屏蔽體，并保證磁路暢通。

31、機電一體化系統(tǒng)包括_機械技術(shù)___、傳感檢測技術(shù)____、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)____、伺服驅(qū)動技術(shù)____、總體等相關(guān)技術(shù)。

32、一點接地中：1）串聯(lián)接地：優(yōu)點：最簡單，缺點：前后相互干擾，2）并聯(lián)接地：優(yōu)點：干擾小，缺點： 接線多，復(fù)雜，僅適用于 低頻電路。

二、簡答題

1、為什么國家嚴(yán)令禁止個人和集體私自使用大功率無繩電話？

答:為了保障名航飛行的安全，避免名航無線電專用頻率受到干擾，信息產(chǎn)業(yè)部要求，嚴(yán)查非法生產(chǎn)，銷售大功率無繩電話機。保護名航飛行是無線電管理的重要工作之一，因此，信息產(chǎn)業(yè)部正在與相關(guān)部門密切配合，加強無線電發(fā)射設(shè)備的市場管理，嚴(yán)禁大功率無繩電話的 生產(chǎn)銷售。目前已收激了大量無繩電話機，并清理規(guī)范了無線尋呼發(fā)射機，廣播電視發(fā)射機，校園調(diào)頻廣播的設(shè)置與使用。

2、什么是接地？常用的接地方法有哪些？各有什么優(yōu)缺點？

答：1；將電路，設(shè)備機殼等與作為零電位的一個公共參考點（大地）實現(xiàn)低阻抗連接。稱接地。2；一點接地，多點接地3；優(yōu)點；比較簡單，用的地方還比較多。缺點；各電路電平相差很大時不能使用，因為高電平將產(chǎn)生很大的地電流并干擾到低電平電路中去。優(yōu)點；適用低頻信號。缺點；電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會增加干擾。

3、機電一體化對機械系統(tǒng)的基本要求是什么？

答：高精度；快速反應(yīng)；良好的穩(wěn)定性

4、如何理解質(zhì)量最小原則。

5、簡述干擾的三個組成要素。

答：干擾源，傳播途徑和接受載體。

6、機電一體化對伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是什么？

答；精度高，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，負(fù)載能力強和工作頻率范圍大等基本要求，同時還要求體積小，重量輕，可靠性高和成本低等。

7、機電一體化系統(tǒng)中的機械裝置包括那些內(nèi)容？

答：主要包括傳動，支承，導(dǎo)軌等

8、機電一體化傳動系統(tǒng)有哪幾種類型？各有什么作用

答（1）齒輪傳動是機電一體化系統(tǒng)中常見的傳動裝置，它在伺服運動中的主要作用是實現(xiàn)伺服電機與執(zhí)行機構(gòu)間的力矩匹配和速度匹配，還可以實現(xiàn)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換。（2）螺旋傳動是機電一體化系統(tǒng)中常用的的一種傳動形式。它是利用螺桿與螺母的相對運動，將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動（3）滑動摩擦導(dǎo)軌直線運動導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)運動部件用來支承和引導(dǎo)運動部件按給定的方向作用往返直線運動滾動摩擦導(dǎo)軌是在運動件和承導(dǎo)件之間放置滾動體（滾珠，滾柱，滾動軸承等）。使導(dǎo)軌運動時處于滾動摩擦狀態(tài)。

9、簡述在機電一體化系統(tǒng)中提高抗干擾的措施有哪些？

答：1邏輯設(shè)計力求簡單2硬件自檢測和軟件自恢復(fù)的設(shè)計3從安裝和工藝方面采取措施消除干擾

10、試簡述機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計步驟。

答：設(shè)計預(yù)測---信號分析---科學(xué)類比---系統(tǒng)分析設(shè)計---創(chuàng)造設(shè)計---選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計方法（如相似設(shè)計法，模擬設(shè)計法等）---機電一體化系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的綜合評價。

三、名詞解釋

1、共模干擾

2、伺服控制技術(shù)

3、靈敏度

4、壓電效應(yīng)

5、系統(tǒng)精度

6、機電一體化

7、自動控制

8、開環(huán)控制系統(tǒng)

9、線性度

10、串行通信

《1》機電一體化：從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將機械技術(shù)，微電子技術(shù)，信息技術(shù)，控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上有機地加以綜合，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)最佳化的一門新科學(xué)技術(shù)。

《2》靈敏度：指在穩(wěn)態(tài)下，輸出變化量Y與輸入X變化量的比值。

《3》壓電效應(yīng)：是指某些電介質(zhì)，對它施加力使產(chǎn)生變形時，內(nèi)部就會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上將產(chǎn)生符號相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。《4》共模干擾：指同時加載在各個輸入信號接口端的共有的信號干擾。

《5》線性度：傳感器輸出量與輸入量之間的關(guān)系曲線偏離直線的程度。

《6》自動控制：由控制裝置自動進行操作的控制。

《7》開環(huán)控制系統(tǒng)：無反饋的控制系統(tǒng)。

《8》伺服控制技術(shù)：是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置，速度及動力輸出的自動控制技術(shù)。

《9》串行通信：是數(shù)據(jù)按位進行傳送的。在傳輸過程中，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度，一位一位的串行傳送和接收。

《10》系統(tǒng)精度：指輸出量復(fù)現(xiàn)輸入信號要求的精確程度。

第五篇：《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》期末復(fù)習(xí)小結(jié)

一、判斷題

系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機電一體化技術(shù)的方法論。（√）

PLC采用掃描工作方式，掃描周期的長短決定了PLC的工作速度。（√）

PLC完善的自診斷功能，能及時診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（√）

傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量取決于機構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（×）

傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以確保傳感器的性能指標(biāo)達到要求。（√）電液伺服系統(tǒng)的過載能力強，在強力驅(qū)動和高精度定位時性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動。（√）

對直流伺服電動機來說，其機械特性越硬越好。（√）

感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。（√）

工業(yè)機器人驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動方式。（√）滾珠絲杠垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。（√）

機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）計算機控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（√）

計算機控制系統(tǒng)設(shè)計完成后，首先需要對整個系統(tǒng)進行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進行硬件和軟件的調(diào)試。（×）

進行機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于阻尼對系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，因此機械系統(tǒng)的阻尼比ξ取值越小越好。（×）

綠色設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進行分析研究，進而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。（×）脈沖分配器的作用是使電動機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。（√）目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標(biāo)準(zhǔn)化或正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)慕涌?，再配合接口編寫相?yīng)的程序。（√）

氣壓式伺服驅(qū)動系統(tǒng)常用在定位精度較高的場合使用。（×）

驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置。（√）

數(shù)控機床中的計算機屬于機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而電機和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動部分。（×）數(shù)字化物理樣機就是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，強調(diào)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計。（×）

數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們的共同特點是利用自身的物理特征，制成直線型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號都是脈沖信號，每一個脈沖代表輸入的位移當(dāng)量，通過計數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計位移的尺寸。（√）

雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。（×）

通常，步進電機的最高連續(xù)工作頻率遠大于它的最高啟動頻率。（√）

通用型計算機系大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點。（×）為減少機械傳動部件的扭矩反饋對電機動態(tài)性能的影響，機械傳動系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動部件的固有頻率的2~3倍，同時，傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（×）無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測裝置的精度。（×）

現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按控制回路分別進行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（×）現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個獨立的部分，然后按各自的設(shè)計流程分別完成。（×）信息處理技術(shù)是指在機電一體化產(chǎn)品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。（√）虛擬設(shè)計是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計算機輔助設(shè)計環(huán)境中進行實體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計和應(yīng)用的需要。（√）

需求設(shè)計是指新產(chǎn)品開發(fā)的整個生命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細(xì)技術(shù)說明書的形式來描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過程。（√）

選擇傳感器時，如果測量的目的是進行定性分析，則選用絕對量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。（×）

一般說來，全物理仿真較之計算機仿真在時間、費用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點，是一種經(jīng)濟、快捷與實用的仿真方法。（×）

永磁型步進電動機即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動。（√）在閉環(huán)系統(tǒng)中，因齒輪副的嚙合間隙而造成的傳動死區(qū)能使系統(tǒng)以6~10倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置，以提高傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（×）

直流伺服電動機的調(diào)速特性是電機轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（×）

自動控制技術(shù)是機電一體化相關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（√）自動控制是在人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。（×）

二、單選題

以下可對交流伺服電動機進行調(diào)速的方法是（改變電動機的供電頻率）。

HRGP-1A噴漆機器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的（驅(qū)動部分）。

HRGP-1A噴漆機器人中的手部屬于系統(tǒng)中的（執(zhí)行機構(gòu)）。

閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中，絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的（回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度）。步進電機轉(zhuǎn)動后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而（下降）。

采用脈寬調(diào)制（PWM）進行直流電動機調(diào)速驅(qū)動時，通過改變（脈沖的寬度）來改變電樞回路的平均電壓，從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。

齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)(增加而減小)。傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有影響，（B）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動誤差，（A）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。A．提高，提高

導(dǎo)程L0=8mm的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為60kg的工作臺與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量為（97）kg〃mm2。多級齒輪傳動中，各級傳動比“前小后大”的分配原則不適用于按（重量最輕原則）設(shè)計的傳動鏈。

多級齒輪傳動中，各級傳動比相等的分配原則適用于按（重量最輕原則（小功率裝置））設(shè)計的傳動鏈。幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的（動態(tài)特性指標(biāo)）。光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（1）mm。（此光柵傳感器測量分辨率是（0.01）mm。）含有微處理器，可進行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是（智能接口）。

計算機控制系統(tǒng)實際運行時，需要由用戶自行編寫（應(yīng)用軟件），具有實時性、針對性、靈活性和通用性。檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M行測量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱，一般包括傳感器和（轉(zhuǎn)換電路）。

某機電一體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動的齒側(cè)間隙，采取下列哪種方法使得調(diào)整過程中能自動補償齒側(cè)間隙？（軸向壓簧錯齒調(diào)整法）

受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱(伺服系統(tǒng))。數(shù)控機床進給系統(tǒng)的伺服電機屬于設(shè)備的（驅(qū)動部分）。通常，數(shù)控精密鏜銑床等高精度數(shù)控設(shè)備，其伺服系統(tǒng)的控制方式均采用（閉環(huán)控制）

為提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（增大系統(tǒng)剛度）。

下列哪個是傳感器的動特性（幅頻特性）。

下列哪種方法是采用單螺母預(yù)緊原理來消除滾珠絲杠副的間隙？（偏置導(dǎo)程法）

以下產(chǎn)品不屬于機電一體化產(chǎn)品的是（電子計算機）。以下產(chǎn)品屬于機電一體化產(chǎn)品的是（全自動洗衣機）。以下除了（繼電器控制系統(tǒng)），均是由硬件和軟件組成。以下抑制電磁干擾的措施，除了（軟件抗干擾），其余都是從切斷傳播途徑入手。

有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進電機定子勵磁繞組，已知轉(zhuǎn)子有24個齒，步進電機的步距角是（1.5°）。a=360/(znk)=360/(24*5*2)在開環(huán)控制系統(tǒng)中,常用（步進電動機）做驅(qū)動元件。

二、簡答題

滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？

滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有：螺紋預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母差齒預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)整式、彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式、單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式。步進電動機的輸入信號是什么？如何實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制？

步進電機的輸入信號是脈沖序列。步進電機的步矩角α與運行拍數(shù)m、通電方式k（m=kN，單拍時k=1，雙拍時k=2，N為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)。步進電機定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。改變步進電機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。

已知一個繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動方案分別如圖a和b

所示。

（1）試分析兩種方案的特點；（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法。

（a）減速器滾筒驅(qū)動

（b）絲杠滑臺驅(qū)動

解：（1）分析兩種方案的特點：電機經(jīng)減速器帶動滾筒轉(zhuǎn)動，使驅(qū)動繩產(chǎn)生位移；電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線運動，帶動驅(qū)動繩產(chǎn)生位移。

（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法

分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。

1.鎖緊螺母 2.圓螺母 3.帶凸緣螺母 4.無凸緣螺母

答：圖中所示的雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙，雙螺母中的一個外端有凸緣，一個外端無凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用

鎖緊螺母鎖緊。

分析下圖中傳動大負(fù)載時消除齒側(cè)間隙的原理。1、6－小齒輪 2、5－大齒輪 3－齒輪 4－預(yù)載裝置

7－齒條

答：小齒輪1、6與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使齒輪2、5同時向相反方向移動，從而帶動小齒輪1、6轉(zhuǎn)動，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙

分析圖中整體式PLC的各組成部分中CPU、存儲器、電源、輸入/出單元的功能。

答:(1)中央處理器CPU是PLC的運算和控制核心，控制其它所有部件的運行，功能相當(dāng)于人的大腦。

(2)存儲器用來存儲數(shù)據(jù)和程序，包括隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器〈ROM)，用于存儲系統(tǒng)程序和周戶程序。(3)輸入/輸出（I/O）單元是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。(4)電源包括系統(tǒng)電源和后備電池，其中后備電池可在停電時繼續(xù)保持幾十小時的供電。

五、計算題

某工作臺采用如圖所示的直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t=4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為0.005mm（忽略齒輪和絲杠的傳動誤差）。

（1）若采用高速端測量方法，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。

簡述對滾珠絲桿副進行間隙調(diào)整和預(yù)緊方法

刻線為1024的增量式角編碼器安裝在機床的絲杠轉(zhuǎn)軸上，已知絲杠的螺距為2mm，編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？ 解：（1）絲杠旋轉(zhuǎn)一周有1024個脈沖，307200個脈沖對應(yīng)于絲杠旋轉(zhuǎn)307200/1024=300周，故刀架的位移量為300*2mm=600mm，（2）絲杠的轉(zhuǎn)速為300*2π//10=60π

（弧度/ 秒）如圖所示的電機驅(qū)動工作臺系統(tǒng)，其中驅(qū)動x向工作臺的三相雙三拍步進電機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z為100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm。已知傳動系統(tǒng)的橫向(x向)脈沖當(dāng)量δ為0.005mm/脈沖。試求：（1）步進電機的步距角α；（2）減速齒輪的傳動比i。

解：（1）K=3相，N=3拍，z=100

步進電機的步距角α=360o/(z*m)= 360o/(z*K*N)= 360o/(100*3*3)=0.4 o

（2）由于一個脈沖，步進電機旋轉(zhuǎn)0.4 o，工作臺橫向(x向)脈沖當(dāng)量0.005mm，由于滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm，對應(yīng)于絲杠轉(zhuǎn)動一周360 o，設(shè)一個脈沖絲杠轉(zhuǎn)動的角度為x，則

6mm/360o=0.005/xo，得x=0.3o 故減速齒輪的傳動比i=0.3/0.4=3/4 某工作臺采用直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動如圖所示，已知電機軸的轉(zhuǎn)動慣量Jm=4×10-4kg〃m3，與電機輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J1=1×10-4kg〃m3，大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J2=1.8×10-4kg〃m3，絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=3.8×10-4kg〃m3。工作臺的質(zhì)量m=50kg，絲杠導(dǎo)程t=5mm，齒輪減速比為i=5。試求：

（1）工作臺折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動慣量JG；（2）傳動件折算到電機軸的等效轉(zhuǎn)動慣量Je；（3）電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J。

圖 直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺 解：（1）JG=m（t/2π）2=50*1000*(0.005/2/3/14)2=0.03166(kg〃m3)(2)Je=(J2+Js+JG)/i2=（1.8×10-4+3.8×10-4+316.6×10-4）/52= 12.88×10-4

(kg〃m3)(3)J= J1+ Je =1×10-4 +12.88×10-4 =13.88(kg〃m3)已知某四級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各級減速比相同，即i1 = i2 =…= i4 =3，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差Δφmax。解：Δφmax=Δφ1/(i1* i2* i3* i4)+(Δφ2+Δφ3)/(i2* i3* i4)+(Δφ4+Δφ5)/(i3* i4)+

(Δφ6+Δφ7/(i4)+ Δφ8=

=0.01/34+ 0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01

=0.01975（弧度）

（2）若采用低速端測量方法，將傳感器與絲杠的端部直接相連，ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用？

圖 直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺

解：（1）設(shè)工作臺位移（測量精度）0.005mm時，絲杠轉(zhuǎn)動的角度為X?，則有

360??X?

4mm0.005mm 得：X?0.45?，若對應(yīng)于電機軸的角度為Y?，則

Y?iX??2.25?，安裝在電機輸出軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器共

有360?，故旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為360?/2.25??16（2）因為360?/0.45??80> ns=500，故不合用。圖示為電樞控制式直流電動機的工作原理圖。圖中電機線圈的電流為i；L與R為線圈的電感與電阻；電機的輸入電壓為u；折算到電機轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為JM；電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T和ω；KE和KT分別為電樞的電勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。

解：

??u?iR?Li'?KE?(1)?KTi?JM?'(2)在零初始條件下進行拉氏變換：

??U(s)?I(s)R?LsI(s)?KE?(s)(3)?KTI(s)?JMs?(s)(4)

由（4）式得I(s)?JMs?(s)/KT，帶入到（3）式，得輸

出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)

?(s)KU(s)?TLJMs2?RJMs?KEKT

五、綜合題

1．如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)

及傳感器的誤差對輸出精度的影響。

解：齒輪減速器存在兩種誤差：傳動誤差和回程誤差。傳動誤差主要由溫度或彈性導(dǎo)致的齒輪變形產(chǎn)生；回程誤差主要是由齒輪間隙造成。為提高齒輪傳動系統(tǒng)中傳遞運動的精度，各級傳動比應(yīng)按“先小后大”原則分配，設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差為

??k、第k個齒輪到第n級輸出軸的傳動比為

ikn，設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差折算到末級輸出軸上的總誤差為

????n???/imaxmax?knk絲杠螺母機構(gòu)傳動誤差主要由絲杠與螺母之間的間隙決

k?1

定，通?？捎善溟g的調(diào)整、預(yù)緊調(diào)整到最小程度，由于這個誤差是在末級上，其大小直接影響輸出精度。傳感器的誤差對輸出精度的影響是通過控制產(chǎn)生的，由于傳感的誤差必然導(dǎo)致控制的誤差?？梢哉f，傳感器的誤差直接決定對輸出精度的影響。2．用PLC實現(xiàn)對一臺電動機的正反轉(zhuǎn)控制。控制要求為：首先電動機正轉(zhuǎn)起動，3秒后自動反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時停車。（1）寫出I/O分配表；

（2）選擇PLC，畫出梯形圖。

解：（1）電動機正轉(zhuǎn)起動開關(guān)I0.0，電動機正轉(zhuǎn)Q0.0，電動機反轉(zhuǎn)Q0.1，電動機停轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1。

已知數(shù)控機床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機電一體化系統(tǒng)中的哪一個基本要素？

解答：圖中各部可分為：（1）控制及信息處理單元：

鍵盤、計算機、顯示（2）測試傳感部分：光電編碼器、信號處理（3）

能源：電源（4）驅(qū)動部分：功放、電機（5）執(zhí)行機構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)、工作臺 試分析圖示傳動系統(tǒng)中，齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響？

解答：齒輪傳動鏈位于電機之后，前向通道的閉環(huán)之外，其傳動誤差的低頻分量和高頻分量都不能通過閉環(huán)控制來消除，都會影響輸出精度。

如圖所示的系統(tǒng)，試分析傳感器的誤差對輸出精度的影響。解答：

傳感器位于閉環(huán)之內(nèi)的反饋通道上，其誤差的高頻分量（噪聲信號）因系統(tǒng)的低通作用得到校正，不影響輸出精度；傳感器誤差的低頻分量，如靜態(tài)精度（分辨率等）直

接影響輸出精度，它決定了系統(tǒng)精度的上限。試分析圖示傳動系統(tǒng)中，信號變換電路及絲杠螺母機構(gòu)的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響。

解答：信號變換電路位于輸入通道，誤差的低頻分量會影響輸出精度，因此對靜態(tài)精度有較高要求；而誤差的高頻分量對輸出精度幾乎沒有影響，允許存在一定程度的高頻噪聲。絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差的低頻分量和高頻分量都會影響輸出精度，因此要盡量消除傳動間隙和傳動誤差。

對比說明步進電機和直流伺服電機驅(qū)動的特點。（10分）解答：步進電機與直流電機驅(qū)動的主要有如下不同特點：（1）在工作原理方面，步進電機通過改變輸入脈沖的數(shù)量、頻率和順序來控制電機；而直流電機主要是靠改變電樞兩端的電壓來調(diào)速，調(diào)速特性好，調(diào)速范圍寬。（2）步進電機可以實現(xiàn)開環(huán)位置控制；而直流電機一般用于閉環(huán)位置控制。（3）步進電機具有自鎖能力；而直流電機沒有斷電自鎖能力。（4）步進電機的輸出扭矩較小，而直流電機的輸出扭矩可以很大。此外，步進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角不受電源電壓波動的影響，但對電源的要求比較高。

如圖所示電機驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50Kg，負(fù)載力為

F,最大加速度為10m/s2,絲杠直徑為

l?1000Nd=16mm,導(dǎo)程t=4mm,齒輪減速比為

i=5,總效率為

??30%，忽略絲杠慣量的影響，試計算電機的驅(qū)動力矩。

解：（1）計算負(fù)載力負(fù)載力由外負(fù)

載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成外負(fù)載力 F慣性負(fù)

l?1000N載力FmFm?m?a?50?10?500N（2）電機上的負(fù)載力矩

T?1i?t2??(F)?1ml?Fm為

?14?10?3

?5?2??(1000?500)?10.3如圖所示電機驅(qū)動系統(tǒng)，?0.63Nm已知工作臺的質(zhì)量為m=200Kg，負(fù)載力為Fl?1500N，最大加速度為a＝5m/s2,工作臺與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，絲杠直徑為d=36mm,導(dǎo)程t=8mm,齒輪減速比為i=5,總效率為??30%，忽略絲杠慣量的影響，試計算電機的驅(qū)動力矩。（重力加速度取g＝10m/s2）

解：（1）計算負(fù)載力負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力和摩擦力三部分構(gòu)成外負(fù)載力F1500N

l?慣性負(fù)載力Fm?m?a?200?5?1000N

摩擦力

Ff???m?g?0.1?200?10?200N

（2）電機上的負(fù)載力矩為

T?1?t?1m

i2?(Fl?Fm?Ff)???18?10?315?2??(1500?1000?200)?0.3?2.29Nm