秋機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)形成性考核作業(yè)34答案

1、機電體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)形成性考核作業(yè)參考答案形成性考核作業(yè)1參考答案一、判斷題(正確的打，錯誤的打X)1. X 2. V3. V4. X 5. X 6. XX 8, X 9. X 10. V 11 . X 12, X二、單選題. C2, A3. B4. A, A5. D6. B7. A8, D三、簡答題.完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？答：機械本體、動力系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件和信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào)，共同 完成所規(guī)定的目的功能。通過接口及相應(yīng)軟件有機結(jié)合在一起，構(gòu)成內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完 整產(chǎn)品。.簡述機電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。機電一體系統(tǒng)是機械、電子和信息等性

2、能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。.機械運動中的摩擦和阻尼會降低效率，但是設(shè)計中要適當選擇其參數(shù)，而不是越小越好。為什 么？阻尼比公式：-p ,由公式可知阻比除了與機械系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù)B有關(guān)外，還與系統(tǒng)剛、一 二 2 mKq度K)和質(zhì)量m有關(guān)。因心，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當通過對剛度、質(zhì)量和摩擦系數(shù)等參數(shù)的合理匹配，得到機械系統(tǒng)阻尼比 H的適當取值，以保證系統(tǒng)的良好動態(tài)特性。4.簡述機械系統(tǒng)的剛度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影

3、響。機械系統(tǒng)的剛度對系統(tǒng)的主要影響表現(xiàn)為以下幾方面：(1)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??；(2)固有頻率機械系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，可遠離控制系統(tǒng) 或驅(qū)動系統(tǒng)的頻帶寬度，從而避免產(chǎn)生共振；(3)穩(wěn)定性剛度對開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響，而對閉環(huán)伺服系統(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、計算題1 .解：JG = m =3.166 10*kg m2G 2 二y2 .解：該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差： n。max 。max二Z (k / ikn) =()1/ (i 1i 2i ai 4) + (A (|)2+a(|)3/ (i

4、 2i ai 4) + k 4( 4 4+A 45/(i 3i 4)+ ( 4 6+A 47/(i4)+4 8=0.01/(3X 3X3 X 3)+(0.01+0.01)/(3 X3X 3)+(0.01+0.01)/(3 X 3)+(0.01+0.01)/(3)+0.01=0.02五、綜合題.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。.答：當傳動負載大時，可采用雙齒輪調(diào)整法。消除齒側(cè)間隙的原理：小齒輪1, 6分別與齒條7嚙

5、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)加負載，使大齒輪, 5同時向兩個相反方向轉(zhuǎn)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。形成性考核作業(yè) 2參考答案一、判斷題(正確的打，錯誤的打X)1 . X 2. V3. X 4. X 5. V6. X7. V8, V9. X 10. V11 . X 12. X二、單選題. B2, C3. B4. B5. D6. B7. D8. B三、簡答題.什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器的輸入信號不隨時間變化或變化非常緩慢時，所表現(xiàn)出來的輸出

6、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)定性。傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時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。.什么是伺服系統(tǒng)？伺服系統(tǒng)的一般組成有哪幾個部分？伺服系統(tǒng)是指以機械位置、速度和加速度為控制對象，在控制命令的指揮下，控制執(zhí)行元件工作，使機械運動部件按控制命令的要求進行運動，并具有良好的動態(tài)性能。(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算機組成。(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行放大，并用來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成某種操作，功率放大

7、裝置主要由各種電力電子器件組成。(3)執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)主要由伺服電動機或液壓伺服機構(gòu)和機械傳動裝置等組成。（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。.簡述直流伺服電動機脈寬調(diào)制的工作原理。直流伺服電動機脈寬調(diào)制（pwm的工作原理：假設(shè)輸入直流電壓U ,可以調(diào)節(jié)導通時間得到一定寬度的與U成比例的脈沖方波， 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回路的平均電壓，從而輸出不同大小的電壓Ua,使直流電動機平滑調(diào)速。.比較直流伺服電動機和交流伺服電動機的適用環(huán)

8、境差別。直流伺服電動機有較高的響應(yīng)速度和精度以及優(yōu)良的控制特性，但由于使用電刷和換向器，故壽命 較低，需定期維護。適用于數(shù)控機床、工業(yè)機器人等機電一體化產(chǎn)品中。交流伺服電動機具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)子慣性小、控制功率小、過載能力強、可靠性好的特點。適用 于數(shù)控機床進給傳動控制、工業(yè)機器人關(guān)節(jié)傳動，及運動和位置控制場合。四、計算題1 .解：307200+ 1024=30 （轉(zhuǎn)） 每轉(zhuǎn)絲杠走 2mm :刀架位移量為N=30轉(zhuǎn)/10秒=3轉(zhuǎn)/秒2.解：（1）步進電機的步0角 a（2）減速齒輪的傳動比 i = - g =360五、綜合題?.答：該傳感器為一種角位移式的光電傳感器，用于測量角位移，將傳感器的輸

9、入軸接測量元件。當測量 元件轉(zhuǎn)動時，帶動輸入軸上的開空圓盤。每個開空圓盤對應(yīng)一個角度?？蓪A盤均分最小單位為測量的 最小角度。圓盤旋轉(zhuǎn)時，開空與縫隙板對準時，光源將光直射到光敏元件上，將得到一個光電信號（脈沖），將脈 沖信號輸入計數(shù)器可記錄圓盤轉(zhuǎn)過的角度，也就是測量元件轉(zhuǎn)過角度。.答：方案a:結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)。繩的位移可以很大，但繩在滾筒方向會產(chǎn)生橫向位移。需要采用制動器 或者止逆型減速器才能防止繩對電機的反向驅(qū)動。方案b：結(jié)構(gòu)較簡單，成本與方案a相當。繩的位移要受到絲杠長度的限制。普通絲杠具有止逆功能，無需增加制動器即可防止繩對電機的反向驅(qū)動。無橫向位移。30 x 2=60mm3603602

10、.方案的測量方法65 540 2 3=1.5360 1.5（1）電機軸安裝編碼器直接測量繩的位移（2）滾筒軸安裝編碼器間接測量繩的位移。形成性考核作業(yè) 3參考答案一、判斷題（正確的打，錯誤的打X）1 . V2. V 3. V4. V5. X 6. XX 8, V9. X 10. V11 . X 12 , V二、單選題1 . D2, B3. C4. D5. D6, D三、簡答題.機電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計過程中所起的作用是什么？在系統(tǒng)實際運行前，也希望對項目的實施結(jié)果加以預(yù)測，以便選擇正確、高效的運行策略或提前消除設(shè)計中的缺陷，最大限度地提高實際系統(tǒng)的運行水平，采用仿真技術(shù)可以省時省力省錢地達

11、到上述目 的。計算機仿真包括三個基本要素，即實際系統(tǒng)、數(shù)學模型與計算機，聯(lián)系這三個要素則有三個基本活 動：模型建立、仿真實驗與結(jié)果分析。.機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的哪個階段？機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有：物理模型、數(shù)學模型和描述模型。當仿真模型是物理模型時，為（全）物理仿真；是數(shù)學模型時，稱之為數(shù)學（計算機）仿真。用已研制出來的系統(tǒng)中的實際部件或 子系統(tǒng)代替部分數(shù)學模型所構(gòu)成的仿真稱為半物理模型。計算機仿真、半物理仿真、全物理仿真分別應(yīng) 用于分析設(shè)計階段（軟件級）、部件及子系統(tǒng)研制階段（軟件一硬件級）實時仿真、系統(tǒng)研制階段（硬 件級）實時仿真階段。. PID控

12、制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？答：P （比例）I （積分）D （微分）調(diào)節(jié)器是將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。其中比例調(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。此三部分作用配合得當，可使調(diào)節(jié)過程快速、平穩(wěn)、準確，收到 較好的效果。.系統(tǒng)采樣周期的選擇時，主要考慮的影響因素主要有哪些？應(yīng)主要考慮以下幾方面：從對調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求來看，應(yīng)將采樣周期取得小些，這樣， 在按連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)選擇整定參數(shù)時，可得到較好的控制效果；從執(zhí)行元件的要求來看，有時需要輸出信號保持一 定的寬度。如：當通過數(shù)模轉(zhuǎn)換帶動

13、步進電動機時，輸出信號通過保持器達到所要求的控制幅度需要一 定的時間，在這段時間內(nèi)，要求計算機的輸出值不應(yīng)變化，因此，采樣周期必須大于這一時間；從控制系統(tǒng)隨動和抗干擾的性能要求來看，要求采樣周期短些；從計算機的工作量和每個調(diào)節(jié)回路的計算成本 來看，一般要求采樣周期大些；從計算機的精度來看，過短的采樣周期不合適。因此，各方面因素對采 樣周期的要求各不相同，有時互相矛盾，所以，確定采樣周期時須根據(jù)具體情況和主要要求作出折中選 擇。1 (I0.0 ),開關(guān) 2 ( I0.1 ),.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)開關(guān) 3 (I0.2 ),紅燈(Q0.0),綠燈(Q0.1)答：

14、I0.0 、I0.1兩個常開觸點H0I0.2 :常閉觸點開關(guān);Q0.0c T0Q0.0、Q0.0、Q0.1 :常開觸點通器；I0,2Q0.1圖梯形圖T0:通電延時閉合繼電器；一/卜一()工作過程:當I0.0、I0.1、I0.2均閉合時，繼電器 Q0.0帶電使紅燈亮，當 Q0.0閉合后啟動定時器 T0繼電器延時3s后，閉合。當I0.2仍然閉合，T0繼電器線圈帶電，當它閉合綠燈亮。當I0.2斷開時，小燈全滅。四、計算題方案1 :高速端轉(zhuǎn)角測量設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為則傳感器的每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為傳感器與電機連接，通過對電機轉(zhuǎn)角的測量對工作臺位移進行間接測量，測量原理如下圖所示71i 二1 ns

15、ns = t、=4 =160i 5 0.005方案2:低速端轉(zhuǎn)角測量測量原理如圖所示，傳感與絲杠的端部相連，傳感器直接測量絲杠的轉(zhuǎn)角，與減速比無關(guān)絲杠滾珠螺母應(yīng)選用n=1000的增量式編碼器。選用ns=500脈沖/轉(zhuǎn)編碼器不合用2.解：由題可得:(1)當激磁磁場不變時，電機輸出轉(zhuǎn)矩T正比于電樞電流：T=KtI ；(2)當電樞轉(zhuǎn)動時，電樞中會感應(yīng)反電勢e%其值正比于轉(zhuǎn)動的角速度：eb=KE3- di(3)電樞回路的微分方程為：L巴dt(4)電機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：(5)求拉氏變換及聯(lián)立求解得：(Ls+R) I (s)+ Ke 1 (s)= U(s)1 .答：信息變換電路位于輸入通道,輸出轉(zhuǎn)速與

16、輸入電壓之間的傳遞函數(shù): 五、綜合題 誤差的低頻分量會影響輸出精度，因此對靜態(tài)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。傳感器位于反饋通道上的環(huán)節(jié)，其對輸出精度的影響與位于輸入通道的信號變換電路相同。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。2.解：設(shè)啟動按鈕為Xi,停止按鈕為 X2,正轉(zhuǎn)輸出為Yi,反轉(zhuǎn)輸出為Y2正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)(1) I/O分配表輸入/輸 出X1X?Y丫2I/O 口I0.0I0.1Q0.0Q0.1PLC),梯形圖如下:1 . V2. X 3. V4. X 5. V 6. V7. X

17、 8, X 9. X 10, V11 .，12. X二、單選題1 . C2, B3. A4. D5. D6. D7. B. 8. C三、簡答題1 .何謂概念設(shè)計？簡述概念設(shè)計的設(shè)計過程。概念設(shè)計：在確定任務(wù)之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定 出基本求解途徑，得出求解方案。概念設(shè)計的過程如下圖所示。分析綜合評價決策(1)首先是將設(shè)計任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能；(2)根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進行總功能分解，劃分出各功能模塊，將總功 能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系；(3)對各功能模塊輸入/輸出關(guān)系進

18、行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造 型和總體結(jié)構(gòu)；(4)尋找子功能(功能元)的解，并將原理解進行組合，形成多種原理解設(shè)計方案，(5)以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計組討論、審定。由于體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作 原理，(6)方案進行整體評價：對不同的方案進行整體評價，選擇綜合指標最優(yōu)的設(shè)計方案。最終選定 最佳方案形成概念產(chǎn)品2.如何進行機電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計？可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。通常用“概率”表示“能 力”來實現(xiàn)可靠性指標的量化?？煽啃栽u價的指標體系主要包括五個方面：可靠性、維修性、有效性、耐久性和安全性。(1)機電一體化系

19、統(tǒng)的可靠性設(shè)計 ：現(xiàn)代機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計包括縮短傳動鏈，減少元件數(shù)；必要時增設(shè)備用元件或系統(tǒng)；簡化結(jié)構(gòu)；增加過載保護裝置、自動停機裝置；設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)；合理規(guī)定維修期。(2)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計包括：采用自動控制使產(chǎn)品具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷甚至自修復(fù)的功能；通過元器件的合理選擇提高可靠性；對功率接口采用降額設(shè)計提高可靠性；采用監(jiān)視定時器提高可靠性；采取抗干擾措施提高可靠性。3.簡述HRGP- 1A噴漆機器人的示教再現(xiàn)過程。示教：操作人員用手操縱操作機構(gòu)的關(guān)節(jié)和手腕，根據(jù)噴漆工件的型面進行示教。此時，中央處理器通過旋轉(zhuǎn)變壓器將示教過程中檢測到的參數(shù)存入存儲器，即把示教噴漆的空間軌跡記錄下來；再現(xiàn)： 由計算機控制機器人運動，中央處理器將示教時記錄的空間軌跡信息取出，經(jīng)過插補運算與采樣得到的 位置數(shù)據(jù)進行比較，然后將其差值調(diào)節(jié)后輸出，控制操作機按示教的軌跡運動。4.簡述數(shù)控設(shè)備中計算機數(shù)控裝置的組成和功能。在數(shù)控設(shè)備中，計算機數(shù)控裝置是設(shè)備的核心部分，一般由專用計算機(或通用計算機)輸入輸出接口以及機床控制器等部分組成。計算機數(shù)控裝置根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，完成數(shù)據(jù)運算、 邏輯判斷、輸入輸出控制等功能；機床控制器主要用于機床