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文檔簡介
1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)1、2、3、4參考答案形成性考核作業(yè)1一、判斷題(正確的打,錯誤的打)1機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對輸入的物質(zhì)按照要求進(jìn)行處理,輸出具有所需特性的物質(zhì)。( ) 2. 系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ),是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。( ) 3信息處理技術(shù)是指在機(jī)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(yùn)算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。( )4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(yùn)行。( )5產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高,系統(tǒng)的精度一定就高。( )6為減少機(jī)械傳動部件的
2、扭矩反饋對電機(jī)動態(tài)性能的影響,機(jī)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23倍,同時(shí),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。( )7傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量取決于機(jī)構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。( )8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610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。( )9進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),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(jī)械系統(tǒng)的阻尼比取值越小越好。( )10滾珠絲杠垂直傳動時(shí),必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。( )11采用偏心軸套調(diào)整法對齒輪傳動的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整
3、,結(jié)構(gòu)簡單,且可以自動補(bǔ)償側(cè)隙。( ) 12采用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)測試和評估,延長了產(chǎn)品開發(fā)周期,增加了產(chǎn)品開發(fā)成本,但是可以改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量,提高面向客戶與市場需求能力。( )二、單選題1 以下產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是(C )。A游標(biāo)卡尺 B電話C全自動洗衣機(jī) D非指針式電子表2為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動系統(tǒng)的固有頻率,應(yīng)設(shè)法(A )。 A增大系統(tǒng)剛度 B增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量C增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 D減小系統(tǒng)的摩擦阻力3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(B )kgmm2。 A48.5 B97C4.85 D9.74傳動系統(tǒng)
4、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。AA提高,提高 B提高,減小C減小,提高 D減小,減小5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?( D ) A螺紋調(diào)隙式 B雙螺母墊片調(diào)隙式C齒差調(diào)隙式 D偏置導(dǎo)程法6. 齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)( ?A )。 BA.增加而減小 B.增加而增加C.減小而減小 D.變化而不變7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( D )設(shè)計(jì)的傳動鏈。 A最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則(小功率傳動裝置)B最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則(大功率傳動裝置)C輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則D重量最輕原則
5、8某機(jī)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(bǔ)償齒側(cè)間隙?(D ) A偏心套調(diào)整法 B軸向墊片調(diào)整法C薄片錯齒調(diào)整法 D軸向壓簧錯齒調(diào)整法三、簡答題1完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分?動力源傳感器執(zhí)行部件控制器機(jī)械本體機(jī)電一體化系統(tǒng)的對應(yīng)要素及相應(yīng)功能關(guān)系2 簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部(其他系統(tǒng)、操作者、環(huán)境)的連接,一般分為機(jī)械接口、電氣接口兩方面。3機(jī)械運(yùn)動中的摩擦和阻尼會降低效率,但是設(shè)計(jì)中要適當(dāng)選擇其參數(shù),而不是越小越好。為什么?因?yàn)檫m當(dāng)選擇機(jī)械運(yùn)動中的摩擦和阻尼會,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證系
6、統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性。4簡述機(jī)械系統(tǒng)的剛度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。 失動量。系統(tǒng)剛度越大,因靜摩擦力的作用所產(chǎn)生的傳動部件的彈性變形越小,系統(tǒng)的失動量也越小。 固有頻率。機(jī)械系統(tǒng)剛度越大,固有頻率越高,可遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)或驅(qū)動系統(tǒng)的頻帶寬度,從而避免產(chǎn)生共振。 穩(wěn)定性。剛度對開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影啊,而對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響,提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四、計(jì)算題1.某工作臺采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動如圖所示,已知電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量Jm=410-4kgm3,與電機(jī)輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J1=110-4kgm3,大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J2=1.810-4kgm3,絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=3.
7、810-4kgm3。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(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動慣量Je;(3)電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J。工作臺絲杠 滾珠螺母齒輪減速器聯(lián)軸器DC伺服電機(jī)i=5圖 直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動工作臺解:(1)JG=m(t/2)2=50*1000*(0.005/2/3/14) 2=0.03166 ( kgm3)(2) Je=( J2+Js+JG)/i2=(1.810-4+3.810-4+316.610-4)/52= 12.8810-4 ( kgm3 )(3)J= J1+ Je =110-4 +12.
8、8810-4 =13.88 (kgm3)2.已知某四級齒輪傳動系統(tǒng),各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為1=2=8=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max。解:max=1/( i1* i2* i3* i4)+ (2+3)/ (i2* i3* i4)+ (4+5)/ (i3* i4)+ (6+7/ (i4)+ 8= =0.01/34+ 0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01 =0.01975 (弧度)五、綜合題1. 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
9、,雙螺母中的一個(gè)外端有凸緣,一個(gè)外端無凸緣,但制有螺紋,它伸出套筒外用兩個(gè)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。2.分析下圖中傳動大負(fù)載時(shí)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(shí)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)間隙作業(yè)2一、判斷題(正確的打,錯誤的打)1機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微電子技術(shù)為主體、以機(jī)械部分為核心
10、,強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。( ) 2機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)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。( )3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。( ) 4.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。( )5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。( ) 6選擇傳感器時(shí),如果測量的目的是進(jìn)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。( ) 7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
11、器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。( )8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。( ) 9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。( )10永磁型步進(jìn)電動機(jī)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。( )11步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量越大,同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩就越大。( )12直流伺服電動機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。( )二、單選題1以下產(chǎn)品不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是( B )。A工業(yè)機(jī)器人 B電子計(jì)算機(jī)C空調(diào) D復(fù)印機(jī)2多級齒輪傳動中,各級傳動比相等的分配原則適用于按( C )設(shè)計(jì)的傳動鏈。 A最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則 B輸
12、出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則C重量最輕原則(小功率裝置) D重量最輕原則(大功率裝置)3檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M(jìn)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(B )。A 控制電路 B 轉(zhuǎn)換電路C 放大電路 D 逆變電路4幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的(B )。 A靜態(tài)特性指標(biāo) B動態(tài)特性指標(biāo)C輸入特性參數(shù) D輸出特性參數(shù)5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(A )mm。A1 B2 C3 D46受控變量是機(jī)械運(yùn)動的一種反饋控制系統(tǒng)稱(B )。A.順序控制系統(tǒng) B.伺服系統(tǒng)C.數(shù)控機(jī)床 D.工業(yè)機(jī)器
13、人7閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中,絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之外,所以它的(C )。A回程誤差不影響輸出精度,但傳動誤差影響輸出精度B傳動誤差不影響輸出精度,但回程誤差影響輸出精度C回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度D回程誤差和傳動誤差都會影響輸出精度8. 以下可對交流伺服電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方法是(B )。A 改變電壓的大小 B 改變電動機(jī)的供電頻率C 改變電壓的相位 D 改變電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)三、簡答題1什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性? l 傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器的輸入信號不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢時(shí),所表現(xiàn)出來的輸出響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有:線性范圍、線性度、靈敏度、精確度、分辨力、遲滯、穩(wěn)
14、定性。l 傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有:幅頻特性和相頻特性。2什么是伺服系統(tǒng)?伺服系統(tǒng)的一般組成有哪幾個(gè)部分? 伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng),它是以機(jī)械位置、速度和加速度為控制對象,在控制命令指揮下,控制元件的工作,使機(jī)械運(yùn)動部件按照命令要求運(yùn)動。一般來說,伺服系統(tǒng)組成框圖如圖所示。 伺服系統(tǒng)組成框圖(1)控制器:伺服系統(tǒng)中控制器的主要任務(wù)是根據(jù)輸入信號和反饋信號決定控制策略,控制器通常由電子線路或計(jì)算機(jī)組成。(2)功率放大器:伺服系統(tǒng)中功率放大器的作用是將信號進(jìn)行放大,并用來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成某種操作,功率放大裝置主要由各種電力電子器件組成。(3)執(zhí)行
15、機(jī)構(gòu):執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由伺服電動機(jī)或液壓伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動裝置等組成。(4)檢測裝置:檢測裝置的任務(wù)是測量被控制量,實(shí)現(xiàn)反饋控制。無論采用何種控制方案,系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測裝置的精度,因此要求檢測裝置精度高、線性度好、可靠性高、響應(yīng)快。3簡述直流伺服電動機(jī)脈寬調(diào)制的工作原理。直流伺服電動機(jī)脈寬調(diào)制(PWM)的工作原理:假設(shè)輸入直流電壓,可以調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間得到一定寬度的與成比例的脈沖方波,給伺服電動機(jī)電樞回路供電,通過改變脈沖寬度來改變電樞回路的平均電壓,從而輸出不同大小的電壓,使直流電動機(jī)平滑調(diào)速。4比較直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)的適用環(huán)境差別。電機(jī)調(diào)速原理容量范圍制動力矩轉(zhuǎn)速耐環(huán)境能力控
16、制器DC調(diào)壓大大低差(有摩擦粉塵)簡單AC變頻中中小高良復(fù)雜四、計(jì)算題1刻線為1024的增量式角編碼器安裝在機(jī)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(gè)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(gè)脈沖,307200個(gè)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*2/10=60 (弧度/ 秒)2如圖所示的電機(jī)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(jìn)電機(jī),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)量為
17、0.005mm/脈沖。試求:(1)步進(jìn)電機(jī)的步距角;(2)減速齒輪的傳動比i。功放電機(jī)滾珠絲杠工作臺i圖 電機(jī)驅(qū)動工作臺示意圖解:(1)K=3相,N=3拍,z=100步進(jìn)電機(jī)的步距角=360/(z*m)= 360/(z*K*N)= 360/(100*3*3)=0.4 (2)由于一個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)0.4 ,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 ,設(shè)一個(gè)脈沖絲杠轉(zhuǎn)動的角度為x,則 6mm/360=0.005/x,得x=0.3故減速齒輪的傳動比i=0.3/0.4=3/4五、綜合題1圖示直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器,由裝
18、在被測軸(或與被測軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成,光源發(fā)生的光通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。試分析傳感器的測量原理。解:當(dāng)裝在被測軸(或與被測軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤轉(zhuǎn)動時(shí),光敏元件接收到脈沖信號,若轉(zhuǎn)動圓盤上縫隙是均勻刻制,總數(shù)量為N,則光敏元件每輸出N個(gè)脈沖,就意味著圓盤轉(zhuǎn)動一周360;若輸出M個(gè)脈沖,就意味著轉(zhuǎn)過360*M/N,因此,該傳感器可以用于測量角度。如果在T秒時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過輸出M個(gè)脈沖,就意味著轉(zhuǎn)速為360*M/N/T (/s ) 因此,該傳感器也可以用于測量角速度。2已知一個(gè)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)
19、試分析兩種方案的特點(diǎn);(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(diǎn):(a) 電機(jī)經(jīng)減速器帶動滾筒轉(zhuǎn)動,使驅(qū)動繩產(chǎn)生位移;(b) 電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動,絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線運(yùn)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)動測量位移的方法作業(yè)3一、判斷題(正確的打,錯誤的打)1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(diǎn)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(gè)脈沖代表輸入的位移當(dāng)量,通過計(jì)數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計(jì)位移的尺寸。( )2電液伺服系統(tǒng)的過載能力強(qiáng),在
20、強(qiáng)力驅(qū)動和高精度定位時(shí)性能好,適合于重載的高加減速驅(qū)動。( ) 3通常,步進(jìn)電機(jī)的最高連續(xù)工作頻率遠(yuǎn)大于它的最高啟動頻率。( ) 4脈沖分配器的作用是使電動機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。( )5對直流伺服電動機(jī)來說,其機(jī)械特性越硬越好。( ) 6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。( )7一般說來,全物理仿真較之計(jì)算機(jī)仿真在時(shí)間、費(fèi)用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點(diǎn),是一種經(jīng)濟(jì)、快捷與實(shí)用的仿真方法。( )8數(shù)字化物理樣機(jī)就是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件,強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)。( )9計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期越小,其控制精度就越高。( )10PLC采用掃描工作方式,掃描周期的長短決定了PL
21、C的工作速度。( ) 11通用型計(jì)算機(jī)系大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。( ) 12現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個(gè)獨(dú)立的部分,然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。( ) 二、單選題1下列哪個(gè)是傳感器的動特性(D )。A量程 B線性度C靈敏度 D幅頻特性2在開環(huán)控制系統(tǒng)中,常用(B )做驅(qū)動元件。A直流伺服電動機(jī) B步進(jìn)電動機(jī)C同步交流伺服電動機(jī) D異步交流伺服電動機(jī)3.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,此光柵傳感器測量分辨率是(C )mm。A1 B0.1 C0.01 D0.001
22、4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí),需要由用戶自行編寫(D ),具有實(shí)時(shí)性、針對性、靈活性和通用性。A實(shí)時(shí)軟件 B開發(fā)軟件 C系統(tǒng)軟件 D應(yīng)用軟件5以下除了(D ),均是由硬件和軟件組成。A計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) BPLC控制系統(tǒng)C嵌入式系統(tǒng) D繼電器控制系統(tǒng)6以下抑制電磁干擾的措施,除了(D ),其余都是從切斷傳播途徑入手。A屏蔽 B隔離 C濾波 D軟件抗干擾 三、簡答題1機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所起的作用是什么?在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前,也希望對項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果加以預(yù)測,以便選擇正確、高效的運(yùn)行策略或提前消除設(shè)計(jì)中的缺陷,最大限度地提高實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行水平,采用仿真技術(shù)可以省時(shí)省力省錢地達(dá)到上述目的。2機(jī)電
23、一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種?分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的哪個(gè)階段? 仿真根據(jù)采用的模型可以分為:計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真、全物理仿真。計(jì)算機(jī)仿真:應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段;半物理仿真:應(yīng)用于部件及子系統(tǒng)研制階段;全物理仿真:應(yīng)用于系統(tǒng)研制階段。3PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用?比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用,其反應(yīng)迅速;積分調(diào)節(jié)能消除靜差,改善系統(tǒng)靜態(tài)特性;微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào),加快系統(tǒng)的過渡過程。4系統(tǒng)采樣周期的選擇時(shí),主要考慮的影響因素主要有哪些? (1)根據(jù)香農(nóng)采樣定理,確定采樣周期:,其中為被采信號角頻率上限。(2)采樣周期應(yīng)大于執(zhí)行元件動態(tài)調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間。(3)從系統(tǒng)隨動性和抗干擾的
24、角度,采樣周期應(yīng)盡可能小,這樣時(shí)延小,反映迅速。(4)在多回路控制中,由于采用巡檢控制方式,采樣周期應(yīng)足夠大,以確保在一個(gè)采樣周期內(nèi),能處理完所有回路的算法計(jì)算。(5)從計(jì)算機(jī)的精度上講,采樣周期不應(yīng)太小。圖 梯形圖I0.0 T0( )I0.1I0.2Q0.0I0.2Q0.1 Q0.0T0( )3sT05簡述下圖所示梯形圖的工作過程及邏輯關(guān)系,圖中接線為:開關(guān)1(I0.0),開關(guān)2(I0.1),開關(guān)3(I0.2),紅燈(Q0.0),綠燈(Q0.1)。解:由圖可知:開關(guān)1、開關(guān)2為常開,開關(guān)3為常閉,當(dāng)開關(guān)1、開關(guān)2接通、開關(guān)3為常閉狀態(tài)時(shí),紅燈能亮,同時(shí)啟動定時(shí)器T0,沿時(shí)3秒,3秒后如果開關(guān)
25、3為常閉狀態(tài),則綠燈亮。四、計(jì)算題1某工作臺采用如圖所示的直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)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(jī)輸出軸上,確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。(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?工作臺絲杠 滾珠螺母齒輪減速器聯(lián)軸器DC伺服電機(jī)i=5圖 直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動工作臺解:(1)設(shè)工作臺位移(測量精度)0.005mm時(shí),絲杠轉(zhuǎn)動的角度為,則有 得:,若對應(yīng)于電機(jī)軸的
26、角度為,則,安裝在電機(jī)輸出軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器共有,故旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為(2)因?yàn)?ns=500,故不合用。2圖示為電樞控制式直流電動機(jī)的工作原理圖。圖中電機(jī)線圈的電流為i;L與R為線圈的電感與電阻;電機(jī)的輸入電壓為u;折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為JM;電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T和;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)。圖 直流電動機(jī)的工作原理解: 在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換:由(4)式得,帶入到(3)式,得輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)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(jī)構(gòu)及傳感器的誤差對輸出精度的影響。解:齒輪減速
27、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(yùn)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、第k個(gè)齒輪到第n級輸出軸的傳動比為,設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差折算到末級輸出軸上的總誤差為絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動誤差主要由絲杠與螺母之間的間隙決定,通常可由其間的調(diào)整、預(yù)緊調(diào)整到最小程度,由于這個(gè)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(shí)現(xiàn)對一臺電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制??刂埔鬄椋菏紫?/p>
28、電動機(jī)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(shí)停車。(1)寫出I/O分配表;(2)選擇PLC,畫出梯形圖。解:(1)電動機(jī)正轉(zhuǎn)起動開關(guān)I0.0,電動機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.0,電動機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.1,電動機(jī)停轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1。Q0.0I0.1I0.0 T38T38IN TONPT 100ms30T38T39IN TONPT 100ms20Q0.1I0.1T39T39作業(yè)4一、判斷題(正確的打,錯誤的打)1自動控制技術(shù)是機(jī)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。( )2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,首先需要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試,然后分別進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試
29、。( ) 3PLC完善的自診斷功能,能及時(shí)診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障,并能保護(hù)故障現(xiàn)場,保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。( ) 4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(jìn)行連接,打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。( ) 5需求設(shè)計(jì)是指新產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)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。( ) 6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(jì)時(shí)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。( ) 7計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件,應(yīng)用軟件一般不需要用戶設(shè)計(jì),系統(tǒng)軟件都要由用戶自行編寫,所以軟件設(shè)計(jì)主
30、要是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。( ) 8反求設(shè)計(jì)是建立在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上,主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性,延長使用壽命,降低維修費(fèi)用。( ) 9綠色設(shè)計(jì)是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究,進(jìn)而對該系統(tǒng)(產(chǎn)品)進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。()10虛擬設(shè)計(jì)是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)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(jìn)行一些相關(guān)分析,從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。() 11工業(yè)機(jī)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。( )12數(shù)控機(jī)床中的計(jì)算機(jī)屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng),而電機(jī)和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動部分。() 二、
31、單選題1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(jìn)電機(jī)定子勵磁繞組,已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒,步進(jìn)電機(jī)的步距角是(C )。 a=360/(znk)=360/(24*5*2)A0.6 B1.2 C1.5 D22步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動后,其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而(B )。A上升 B下降C不變 D前三種情況都有可能3采用脈寬調(diào)制(PWM)進(jìn)行直流電動機(jī)調(diào)速驅(qū)動時(shí),通過改變(A )來改變電樞回路的平均電壓,從而實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的平滑調(diào)速。A脈沖的寬度 B脈沖的頻率C脈沖的正負(fù) D其他參數(shù)4含有微處理器,可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是(D )。P220A零接口 B被動接口C主動接口 D智能接口5HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的(C )。P249A能源部分 B測試傳感部分C驅(qū)動部分 D執(zhí)行機(jī)構(gòu)6HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的手部屬于系統(tǒng)中的(D )。A能源部分 B測試傳感部分C驅(qū)動部分 D執(zhí)行機(jī)構(gòu)7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(B )。A開環(huán)控制 B閉環(huán)控制C半閉環(huán)控制 D混合控制8數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)屬于設(shè)備的(C )。A能源部分 B測試傳感部分C驅(qū)動部分 D執(zhí)行機(jī)構(gòu) 三、簡答題1何謂概念設(shè)計(jì)?簡述概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程。
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