機(jī)電系統(tǒng)組成原理答案

1、機(jī)電系統(tǒng)組成原理1 FMS系統(tǒng)答：即柔性制造系統(tǒng)，是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種高效率、多品種、小批量生產(chǎn)系統(tǒng)。2可靠度答:是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率3、D/A轉(zhuǎn)換器答：即數(shù)字一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其功能是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的電壓信號(hào)4協(xié)同專家系統(tǒng)5三相六拍工作方式答：每轉(zhuǎn)換六次為一循環(huán)，各拍交替出現(xiàn)單雙相通電的模式，定子繞組通電次序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A.6靈敏度答：傳感器在靜態(tài)標(biāo)注條件下，輸出變化對(duì)輸入變化的比值稱為靈敏度。2位置隨動(dòng)系統(tǒng)答：位置輸出量以一定的精度復(fù)現(xiàn)輸入量變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng)，也稱 為伺服系統(tǒng)3“浴盆”曲線答：

2、實(shí)質(zhì)上是一條瞬變故障曲線，它描述了機(jī)電一體化系統(tǒng)瞬時(shí)故障隨時(shí)間變化的關(guān)系。1 雙三拍工作方式答：是有兩相導(dǎo)通，兩相繞組處在相同電壓之下，以AB-BC-CA-AB或反之）方式通電。2 可靠度答: 是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。3 電氣干擾答：電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的相互干擾以及電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對(duì)線路、設(shè)備 或系統(tǒng)的干擾。4 CIMS 系統(tǒng)答：它是英語 Computer Integrated Manufacturing System 的縮寫，意思是計(jì)算機(jī)集成制 造系統(tǒng)。它是隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的。它是在信息技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)與 制造的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)技

3、術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程中各種孤立的自動(dòng)化子系統(tǒng)有 機(jī)的集成起來，形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整體效益的集成化和智能化制造系 統(tǒng)。集成化反映了自動(dòng)化的廣度，它把系統(tǒng)的范圍擴(kuò)展到了市場預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制 造、檢驗(yàn)、銷售及售后服務(wù)等的全過程。智能化則體現(xiàn)了自動(dòng)化的深度，它不僅設(shè)計(jì)物資 流控制的傳統(tǒng)體力勞動(dòng)自動(dòng)化，還包括信息流控制的腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化。5 A/D 轉(zhuǎn)換器 答：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路 二、問答題（每題 7 分，共 56分）1 試述壓電式壓力傳感器的電荷放大器和電壓放大器的特性和特點(diǎn)。答: 壓電式壓力傳感器的電荷放大器： 壓電式壓力傳感器是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感

4、器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器 和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。電荷放大器的特點(diǎn)是： 深度負(fù)反饋的高增益放大器，將高阻抗電荷轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓源。與頻率無關(guān)，電荷放大 器低頻特性好。壓電式壓力傳感器的電壓放大器：電壓放大器低頻特性差。2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的哪些特點(diǎn)使得控制器更易實(shí)現(xiàn)智能化？答：（1）并行分布處理。 （2）非線性映射（ 3）通過訓(xùn)練進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力（ 4）適應(yīng)與集成 （5）硬件實(shí)現(xiàn)。由此可見，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)和適應(yīng)、自組織、函數(shù)逼近和大規(guī)模并 行處理等特點(diǎn)，因而具有用于智能控制系統(tǒng)的潛力。3 簡述容錯(cuò)系統(tǒng)的基本

5、思想，主要特點(diǎn)以及技術(shù)關(guān)鍵。答：容錯(cuò)技術(shù)是指在一定程度上容忍故障的技術(shù)，也稱為故障掩蓋技術(shù)（ fault masking）。 采用容錯(cuò)技術(shù)的系統(tǒng)稱容錯(cuò)系統(tǒng)。容錯(cuò)主要依靠冗余設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，它以增加資源的辦法換 取可靠性。由于資源的不同，冗余技術(shù)分為硬件冗余、軟件冗余、時(shí)間冗余和信息冗余。硬件冗余是通過硬件的重復(fù)使用來獲得容錯(cuò)能力。軟件冗余的基本思想是用多個(gè)不同軟件執(zhí)行同一功能，利用軟件設(shè)計(jì)差異來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。信息冗余是利用在數(shù)據(jù)中外加的一部分信息位來檢測或糾正信息在運(yùn)算或傳輸中的錯(cuò)誤而 達(dá)到容錯(cuò)。在通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中， 常用的可靠性編碼包括： 奇偶效驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼 CRC、漢明碼等。 時(shí)間冗余是通過

6、消耗時(shí)間資源來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，其基本思想是重復(fù)運(yùn)算以檢測故障。按照重復(fù) 運(yùn)算時(shí)在指令級(jí)還是程序級(jí)分為指令復(fù)執(zhí)程序復(fù)算。指令復(fù)執(zhí)當(dāng)指令執(zhí)行的結(jié)果送到目的 地址中，如果這時(shí)有錯(cuò)誤恢復(fù)請(qǐng)求信號(hào)，則重新執(zhí)行該指令。程序復(fù)算常用程序滾回技術(shù)。 例如將機(jī)器運(yùn)行的某一時(shí)刻稱作檢查點(diǎn)，此時(shí)檢查系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)是否正確，不論正確與 否，都將這一狀態(tài)存儲(chǔ)起來，一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障，就返回到最近一次正確的檢查點(diǎn)重新運(yùn) 行。容錯(cuò)系統(tǒng)工作過程包括自動(dòng)偵測、自動(dòng)切換、自動(dòng)恢復(fù)。容錯(cuò)FT（Fault Tolerant） 技術(shù)一般利用冗余硬件交叉檢測操作結(jié)果。隨著處理器速度的加 快和價(jià)格的下跌而越來越多地轉(zhuǎn)移到軟件中。4按照專家系統(tǒng)所求

7、解的問題的性質(zhì)，可分為幾種類型？5影響直流測速發(fā)動(dòng)機(jī)的測量結(jié)果的因素有哪些？6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)電路有哪幾種類型8系統(tǒng)可靠性的特征量有哪些？1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中傳動(dòng)鏈的各級(jí)傳動(dòng)比的分配的基本原則有哪些？它們的選用原則是 什么？答：基本原則：（1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則（2）質(zhì)量最小原則（3）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小 原則。選用原則：（1）對(duì)于傳動(dòng)精度要求高的降速齒輪傳動(dòng)鏈，可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì) （2）對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的降速傳動(dòng)鏈，可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原 則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)（3）對(duì)于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動(dòng)鏈，可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。2簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)的相

8、關(guān)技術(shù)以及系統(tǒng)的基本組成。答：相關(guān)技術(shù)：檢測傳感技術(shù)；信息處理技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服傳動(dòng)技術(shù)；精密機(jī)械技術(shù)；系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)的基本組成：動(dòng)力系統(tǒng)；傳感系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)械系統(tǒng)3壓力傳感器一般的基本類型有哪幾種？它們各自的工作原理是什么？答：壓力傳感器常分為壓阻式壓力傳感器；應(yīng)變式壓力傳感器；壓電式壓力傳感器。工作原理：（1）壓阻式：利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨其所受壓力變化而變化的特性；（2）應(yīng)變式：利用壓力的作用使電阻或應(yīng)變片發(fā)生形變， 致使它們的電阻發(fā)生變化的特性制成， 通過檢測電阻的變化便可檢測壓力的變化； （3）壓電式：利用電介質(zhì)在受壓力作用時(shí)產(chǎn)生 電極化現(xiàn)象，并在表面產(chǎn)生電荷

9、的壓電效應(yīng)來測量壓力。4簡述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性與特點(diǎn)。答：（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作電流就是脈沖電流，周期性的接通和切斷。 （2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 工作電流就是啟動(dòng)電流。（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)銘牌上的參考電流和電壓是可變的。 （4）步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)的電壓或線路電壓是指施加在電動(dòng)機(jī)一相繞組， 大功率管和外界電阻上的總電壓。（5） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是同步電動(dòng)機(jī)的范疇，工作時(shí)伴有鐵損和銅損，運(yùn)動(dòng)時(shí)有機(jī)械損耗，會(huì)發(fā)熱。1斜齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中消除齒側(cè)隙的常用方法？2傳感器選擇的基本原則是什么？答：（1）根據(jù)測量對(duì)象與測量環(huán)境確定傳感器的類型，要進(jìn)行一個(gè)具體的測量工作，首先 要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確

10、定。 （2）靈敏度的選 擇 通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。 （ 3）頻率響應(yīng)特性 傳感 器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條 件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時(shí)間約短越好。 （ 4）線性范圍 傳感器的 線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳 感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng) 傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。 （5）穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間后， 其性能保持不變化的能力成為穩(wěn)定性。 影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本

11、身結(jié)構(gòu)外， 主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的 環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體使用環(huán)境選擇 合適的傳感器，或采取適當(dāng)措施，減小環(huán)境影響。 （6）精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性 能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器精度越高，其價(jià)格越 昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選的過高。這 樣就可以滿足同一測量目的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。3 機(jī)電一體化系統(tǒng)中 , 機(jī)械傳動(dòng)的功能是什么？為什么在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)往往采用“負(fù)載角 加速度最大原則”設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比？答

12、：（1）機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、 運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械及機(jī)電不見相互聯(lián)系的系統(tǒng)。 其核心是由計(jì)算機(jī)控制的， 包括機(jī)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(jī)械 運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可單獨(dú)由控制電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成， 而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成其系統(tǒng)功能要求。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī) 構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮 機(jī)械機(jī)構(gòu)因素與整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)

13、、電器參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。(2)以四級(jí)齒輪減速傳動(dòng)鏈為例。四級(jí)傳動(dòng)比分別為i1、i2、i3、i4，齒輪1-8的轉(zhuǎn)角誤差依次為。該傳動(dòng)鏈輸出軸的總轉(zhuǎn)角誤差為：由上式可以看出，如果從輸入端到輸出端 的各級(jí)傳動(dòng)比按“前小后大”的原則排列則總轉(zhuǎn)角誤差較小。而且低速級(jí)的誤差在總誤差 中戰(zhàn)的比重很大。因此，要提高傳動(dòng)精度，就應(yīng)減少傳動(dòng)級(jí)數(shù)。并使末級(jí)齒輪的傳動(dòng)比盡 可能大，制造精度盡量高。4永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢以及存在的問題。答：永磁同步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，因轉(zhuǎn)子靜止，定、轉(zhuǎn)子磁場不能保持相對(duì)靜止，因而不能產(chǎn)生 定向的穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩。故從理論上說，永磁同步電動(dòng)機(jī)無自啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，需在轉(zhuǎn)子上附加籠式繞 組(導(dǎo)條)

14、或磁滯環(huán)來產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為防止永磁體漏磁過大，籠式繞組不裝在一個(gè)整體 圓環(huán)上，而是裝在極靴上；磁滯環(huán)則裝于磁極外圈。優(yōu)點(diǎn)：同步，可當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用。缺點(diǎn)：電刷容易壞，電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高5簡述模糊控制的基本原理(即基本結(jié)構(gòu)，控制規(guī)則和模糊運(yùn)算)。、答：模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control )簡稱模糊控制(Fuzzy Control ),是以模糊集 合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)?；窘Y(jié)構(gòu)：控制規(guī)則：規(guī)則的歸納和規(guī)則庫的建立，是從實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)過渡到模糊控制器的中心環(huán)節(jié)。控制律通常由一組if-the n 結(jié)構(gòu)的模糊條件語句構(gòu)成，例如： if e=N and

15、 c=N,the nu=PB等；或總結(jié)為模糊控制規(guī)則表。三 綜合分析(每題 14分，共 14 分)簡要分析并比較VM,RM,A啲主要技術(shù)關(guān)鍵。答：虛擬制造 VM虛擬制造主要就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和裝備產(chǎn)生一個(gè)虛擬環(huán)境，應(yīng)用人類知識(shí)、技術(shù)和感知 能力，與虛擬對(duì)象進(jìn)行交互作用，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)進(jìn)行全面的建模和仿真。虛擬制 造技術(shù)從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)和規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制 造以前，首先在虛擬制造環(huán)境中生產(chǎn)軟產(chǎn)品原型( Soft Prototype )，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品 (Hard Prototype ), 預(yù)測產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的合理性、產(chǎn)品性能和制造周期等，從而使產(chǎn) 品

16、的開發(fā)周期最短、成本最低、質(zhì)量最優(yōu)，最終提高快速響應(yīng)市場多變的能力。快速制造技術(shù) RM快速制造( RM-rapid manufacturing )是基于離散 - 堆積成型原理的先進(jìn)制造及時(shí)總稱?？?速原型技術(shù)是快速制造大家族中最先產(chǎn)生的制造技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了快速工具、 快速模具和快速生物支架制造等等。RM之基本定義為：“由產(chǎn)品的三維CAD模型數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)，組裝(堆積)材料單元而完成任意復(fù)雜具有使用功能的零件和科學(xué)技術(shù)。” RM的主要特點(diǎn)有：產(chǎn)品的三維CAD設(shè)計(jì)時(shí)RM的前提；無需任何專業(yè)工具，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接 驅(qū)動(dòng)RM設(shè)備堆積材料而進(jìn)行成型制成過程；所完成的是功能零件(function

17、al parts)； 所完成的功能零件之結(jié)構(gòu)與形狀無限制，可以是具有材料梯度、結(jié)構(gòu)梯度和特殊孔隙的 復(fù)雜形狀?？焖僦圃斓膬?nèi)涵主要體現(xiàn)為：制造過程中信息過程與物理過程相同統(tǒng)一；材料 裝備與材料成型相統(tǒng)一；結(jié)構(gòu)梯度與材料梯度相統(tǒng)一。由于這些統(tǒng)一，使得RMM有非常光明的前景敏捷制造AM制造制動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi) 產(chǎn)出低成本、高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力，從而去面對(duì)市場的挑夠。敏捷制造是將柔韌 生產(chǎn)技術(shù)、熟練掌握生產(chǎn)技能的勞動(dòng)力，與促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間相互合作的靈活管理 集成在一起通過所建立的共同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)迅速改變和無法預(yù)見的市場做出快速反應(yīng)。它

18、旨在不可預(yù)測的持續(xù)變化的環(huán)境中使企業(yè)具有卓越的自適應(yīng)能力，從而占據(jù)主導(dǎo)地位的總 體策略。同時(shí)也是對(duì)市場需求做出快速響應(yīng)、快速重組的生產(chǎn)模式；敏捷制造是一種哲理 或管理哲學(xué)，是企業(yè)管理的戰(zhàn)略性變革。其特征是：制造柔性和成員合作，制造柔性是敏 捷制造的組成部分，包括人員、設(shè)計(jì)和軟件三方面的柔性。提高從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和銷售 全過程的整體柔性，進(jìn)而保證敏捷制造系統(tǒng)快速響應(yīng)、快速重組的能力。目前，敏捷制造 在西方國家已初見成效。簡要分析直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的單相半波整流電路與單相橋式全控整流電路的電路特性和/?優(yōu)缺點(diǎn)。答：單相半波可控整流電路特點(diǎn)線路簡單，只用一個(gè)晶閘管，調(diào)整方便 缺點(diǎn)：輸入電流脈動(dòng)大，變壓器容量不能充分利用適用：負(fù)載小，對(duì)電流平穩(wěn)性要求不高的裝置 單相橋式全控整流電路特點(diǎn)由于負(fù)載在兩個(gè)半波中都有電流通過，故屬全波整流。輸出電壓的脈動(dòng)程度比半波時(shí)小。一個(gè)周期內(nèi)整流電壓電壓