機電一體化系統(tǒng)設計基礎課程形考作業(yè)評講4(共8頁)

1、第 PAGE 10 頁 共 NUMPAGES 10 頁機電一體化系統(tǒng)(xtng)設計基礎課程作業(yè)(zuy)講評(4)重慶(zhn qn)廣播電視大學機械工程學院第5章 自動控制技術1考核知識點：機電一體化自動控制技術概述、計算機控制技術、PCL的組成。2常見錯誤：PCL控制系統(tǒng)的設計。第6章 機電一體化系統(tǒng)設計與綜合1考核知識點： 機電一體化系統(tǒng)的設計流程、機電一體化系統(tǒng)的概念設計、機電一體化系統(tǒng)的現(xiàn)代設計方法。2常見錯誤：機電一體化系統(tǒng)的現(xiàn)代設計方法。第7章 機電一體化系統(tǒng)設計1考核知識點：CNC數(shù)控設備概述、CNC機床分類。 2常見錯誤：CNC機床分類。以上問題提示答案和解題思路：以教材中

2、的論述和計算方法為主。一、判斷題（正確的打，錯誤的打）1自動控制技術是機電一體化相關技術之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應速度和穩(wěn)定性。（ ） 請見教材第135136頁 5.1 2計算機控制系統(tǒng)設計完成后，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。（ ） 請見教材第160頁 (6) 說明：計算機控制系統(tǒng)設計完成以后，要對整個系統(tǒng)進行調(diào)試。調(diào)試步驟為硬件調(diào)試軟件調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試。故本題的論述時錯誤的，括號內(nèi)應填入“”。3PLC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。（ ） 請見教材第161頁 2. (1)

3、中 第5行 6行4現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設備連線，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。（ ） 請見教材第178179頁 5.7.2 第1自然段 5需求設計是指新產(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技術說明書的形式(xngsh)來描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過程。（ ） 請見教材(jioci)第204頁 倒數(shù)第4行3 行6目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標準化或正在(zhngzi)逐步標準化，設計時可以根據(jù)需要選擇適當?shù)慕涌冢倥浜辖涌诰帉懴鄳某绦?。?） 7計算機控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應用軟件，應用軟件一般不需要用戶設計，系統(tǒng)軟件都要由用戶自行編寫，所以

4、軟件設計主要是系統(tǒng)軟件設計。（ ） 請見教材第159頁 (5) 第1行 4行8反求設計是建立在概率統(tǒng)計基礎之上，主要任務是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費用。（ ） 請見教材第232頁 6.6.3 說明：反求設計是對已有的產(chǎn)品或技術進行分析研究，進而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設計。故論述是錯誤的，括號內(nèi)應填入“”號。 9綠色設計是對已有的產(chǎn)品或技術進行分析研究，進而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設計。（ ） 請見教材第235頁 第3行 5行基本知識: 綠色設計是在新產(chǎn)品（系統(tǒng)）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，消

5、除在使用安全和人類健康等方面所產(chǎn)生的負作用。10虛擬設計是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計算機輔助設計環(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)境中進行一些相關分析，從而滿足工程設計和應用的需要。（ ）請見教材第238頁 第2行 6行11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。（ ） 請見教材第243頁 (2) 12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。（ ） 請見教材第101頁 4.4.1 說明(shumng)：機電一體化系統(tǒng)主要是由機械本體、動力系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、執(zhí)行(zh

6、xng)部件、信息處理及控制系統(tǒng)5個基本要素構(gòu)成。數(shù)控機床中的計算機屬于機電(jdin)一體化系統(tǒng)信息處理及控制系統(tǒng)，電機屬于動力驅(qū)動部分，主軸箱則屬于機械本體。因此，本題的論述是錯誤的，括號內(nèi)填入“”。二、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（ C ）。 A0.6 B1.2 C1.5 D2說明：步進電機的步距角，五相十拍運行拍數(shù)m=6，代入計算可知，。故括號內(nèi)應填入“C”。基本知識：步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于 HYPERLINK

7、 /article_browse.php?title=%C2%F6%B3%E5%D0%C5%BA%C5 t _blank 脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。 雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的 HYPERLINK /article_browse.php?title=%D6%B1%C1%F7%B5%E7%BB%FA t _blank 直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動

8、電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。2步進電機轉(zhuǎn)動后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而（ ）。 請見教材第112頁 （5）第1行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）進行直流電動機調(diào)速驅(qū)動時，通過改變（ A ）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。 請見教材第頁121 第9行 A脈沖的寬度 B脈沖的頻率C脈沖的正負(zhn f) D其他參數(shù)4含有微處理器，可進行(jnxng)程序編制或適應條件變化的接口是（ D ）。 請見教材(jioci)第165頁 第2行 3行A零接口 B被動接口C主

9、動接口 D智能接口說明：以控制微機（微電子系統(tǒng)）為出發(fā)點，將接口分為人機接口與機電接口兩大類。機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)之間的聯(lián)系必須通過機電接口進行調(diào)整、匹配、緩沖，同時微電子系統(tǒng)的應用使機械系統(tǒng)具有“智能”，達到了較高的自動化程度，但該系統(tǒng)仍然離不開人的干預，必須在操作者的監(jiān)控下進行。故括號內(nèi)應填入“D”。5HRGP-1A噴漆機器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的（C）。 請見教材第252頁 第1行 2行A能源部分 B測試傳感部分C驅(qū)動部分 D執(zhí)行機構(gòu)說明：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，對應上述論述，本題答案為“C”。6HRGP-1A噴漆機器人中的手

10、部屬于系統(tǒng)中的（ D ）。 請見教材第243頁 第16行 17行A能源部分 B測試傳感部分C驅(qū)動部分 D執(zhí)行機構(gòu)7通常，數(shù)控精密鏜銑床等高精度數(shù)控設備，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混合控制請見教材第255頁 第3行說明：隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床越來越多地被廣泛應用，同時對數(shù)控機床定位精度、重復定位精度也日益提高，原來精密滾珠絲杠加編碼器式的半閉環(huán)控制系統(tǒng)已無法滿足用戶的需求，因此精密鏜銑床等高精度數(shù)控設備均采用閉環(huán)控制，以獲得很好的精度。因此，本題答案為“ B ”。8數(shù)控機床進給系統(tǒng)(xtng)的伺服電機屬于設備的（ C ）。 A能源(

11、nngyun)部分 B測試傳感部分C驅(qū)動(q dn)部分 D執(zhí)行機構(gòu)三、簡答題1何謂概念設計？簡述概念設計的設計過程。 答：概念設計：請見教材第206頁 第8行 10行 概念設計的設計過程：請見教材第208218頁 1. 產(chǎn)品的功能設計 (1) 設計任務抽象化確定總功能 (2) 總功能的分解 減少機械傳動部件，使機械結(jié)構(gòu)簡單化，體積減小，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應性能和運動精度。 注意選用標準、通用的功能模塊，以避免功能模塊在低水平上的重復設計，提高系統(tǒng)在模塊級上的可靠性，加快設計開發(fā)速度。 充分運用硬件功能軟件化原則，使硬件的組成最簡化，使系統(tǒng)智能化。 以計算機系統(tǒng)為核心的設計策略。(3)確定功能結(jié)

12、構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)2. 產(chǎn)品的原理方案設計3設計方案的評價與篩選2如何進行機電一體化系統(tǒng)的可靠性設計？答：請見教材第228230頁 6.6.1 1. (1)現(xiàn)代機械系統(tǒng)的可靠性設計縮短傳動鏈，減少元件數(shù)。必要時增設備用元件或系統(tǒng)。簡化結(jié)構(gòu)。標準化程度高、結(jié)構(gòu)簡單的零部件往往工藝性能好，制造和裝配的質(zhì)量易得到保證，故障的潛在因素易得到控制。 增加過載保護裝置或自動停機裝置。 設置監(jiān)控系統(tǒng)。 合理地規(guī)定維修期。 (2)控制系統(tǒng)的可靠性設計 自動控制 通過元器件的合理選擇提高可靠性 對功率接口(ji ku)采用降額設計提高可靠性 采用監(jiān)視(jinsh)定時器提高可靠性采取(ciq)抗干擾措施

13、提高可靠性3簡述HRGP1A噴漆機器人的示教再現(xiàn)過程。答：請見教材第249頁 倒數(shù)第5行 7行4簡述數(shù)控設備中計算機數(shù)控裝置的組成和功能。答：數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，主要是將輸入的數(shù)據(jù)信號進行處理運算，判斷。并發(fā)出執(zhí)行命令分配給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)命令信號發(fā)出執(zhí)行信號給各個驅(qū)動電機，電機帶動工作臺動作。數(shù)控裝置的組成：數(shù)控裝置接受來自信息載體的控制信息并轉(zhuǎn)換成數(shù)控設備的操作(指令)信號。數(shù)控裝置由輸入接口、控制器、運算器、存儲器和輸出接口等五大部分組成。 數(shù)控設備中計算機數(shù)控裝置的功能是，讀入數(shù)控加工程序，將其轉(zhuǎn)換成控制機床 HYPERLINK /Sports/Index.html 運動和

14、輔助功能要求的格式，分別送給進給電機控制單元、主軸電機控制單元和PLC，具有內(nèi)置PLC功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接將解算結(jié)果送給機床強電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀入機床位置檢測裝置發(fā)出的實際位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機床的移動，可以獲得較高的位置控制精度。具有閉環(huán)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀入機床位置檢測裝置發(fā)出的實際位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機床的移動，可以獲得較高的位置控制精度。參考：數(shù)控裝置的基本功能是：讀入零件加工程序，根據(jù)加工程序所指定的零件形狀，計算出刀具中心的移動軌跡，并按照程序指定的進給速度，求出每個微小的時間段（插補周期）

15、內(nèi)刀具應該移動的距離，把下一個時間段內(nèi)刀具應該移動的距離送給伺服單元。主要是將輸入的數(shù)據(jù)信號進行處理運算、判斷，并發(fā)出執(zhí)行命令分配給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)命令信號發(fā)出執(zhí)行信號給各個驅(qū)動電機，電機帶動工作臺、刀具或者旋轉(zhuǎn)主軸等動作（這些動作包括主軸運動、進給運動或者輔助運動）。五、綜合題1某物料搬動機械手的結(jié)構(gòu)如圖所示，動作過程如圖所示，要求機械手的操作方式分為手動方式和自動方式。機械手有升降、水平移動、手爪夾持等3個自由度，采用電磁閥控制的氣缸驅(qū)動，PLC控制。要求寫出物料搬動機械手設計和產(chǎn)品開發(fā)的詳細工程路線。 物料搬動機械手結(jié)構(gòu)原理圖解：機電一體化系統(tǒng)的主要設計流程分為五個階段：產(chǎn)品規(guī)劃、

16、概念設計、詳細(xingx)設計、設計實施和設計定型階段。第一階段：產(chǎn)品(chnpn)規(guī)劃階段：進行需求分析(fnx)和需求設計，以明確設計任務。機械手的用途:物料搬運。工作方式：手動、自動方式。主要技術參數(shù)：3自由度。使用環(huán)境要求：生產(chǎn)線。第二階段：概念設計階段：在功能分析的基礎上，優(yōu)化篩選取得較理想的工作原理方案。第三階段：詳細設計階段。對各功能模塊進行細部設計，繪制相應的工程圖。該階段的工作量既包括機械、電氣、電子、控制與計算機軟件等系統(tǒng)的設計，又包括總裝圖和零件圖的繪制。第四階段：設計實施階段。首先根據(jù)機械、電氣圖紙和算法文件，制造、裝配和編制各功能模塊；然后進行模塊的調(diào)試；最后進行系

17、統(tǒng)整體的安裝調(diào)試，復核系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性。第五階段：設計定型階段。對調(diào)試成功的系統(tǒng)進行工藝定型，整理設計資料。小批量生產(chǎn)，試銷。2. 某車間內(nèi)的兩條自動生產(chǎn)線上需要一款搬運機器人，用于生產(chǎn)線間的產(chǎn)品搬運，如果該款機器人采用概念設計，請制訂出概念設計的流程。 請參見教材第208頁 6.3.2 答：產(chǎn)品概念設計決定性地影響產(chǎn)品創(chuàng)新過程中后續(xù)的產(chǎn)品詳細設計、產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)、產(chǎn)品市場開發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。包含以下流程： SHAPE * MERGEFORMAT （1）首先是將設計任務抽象化，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系；（3）對各功能模塊輸入/輸出關系進行分析，確定功能模塊的技術參數(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，形成多種原理解設計方案，（