習(xí)題作業(yè)4解答2014版

一、簡(jiǎn)答題1．怎樣提升伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度？2．步進(jìn)電機(jī)是怎樣實(shí)現(xiàn)速度控制的？3．試述直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中脈寬調(diào)制放大器的基本工作原理。4．溝通伺服電機(jī)有哪些種類(lèi)？溝通伺服驅(qū)動(dòng)的主要特色是什麼？二、剖析題1．如下圖的系統(tǒng)，試剖析傳感器的偏差對(duì)輸出精度的影響圖1電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線伺服系統(tǒng)2．如下圖的伺服系統(tǒng)，試剖析齒輪減速器的傳動(dòng)偏差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響圖2開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)地點(diǎn)控制系統(tǒng)三、計(jì)算題1．如圖1所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為50kg，工作臺(tái)與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)f0.1，負(fù)載力為1000N，絲杠直徑為16mm，導(dǎo)程為4mm，齒輪減速比為5，工作臺(tái)的最大線速度為0.05m/s，試求：1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩；2）電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速；3）電機(jī)所需功率。2．如圖2所示的開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)地點(diǎn)控制系統(tǒng)，已知負(fù)載力F=2000N，工作臺(tái)長(zhǎng)L=400mm，來(lái)去精度為mm，絲杠導(dǎo)程6mm，直徑d＝32mm，步進(jìn)電機(jī)的步距角為α＝，試確立齒輪減速比I13．圖示絲杠螺母驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量m=200Kg，絲杠螺距t=5mm,絲杠長(zhǎng)度L=0.8m,中徑為d=30mm,資料密度為7.8103Kg/m3，齒輪齒數(shù)分別為z1＝20，z2＝45，模數(shù)m＝2mm，齒寬b＝20mm。試求折算到電機(jī)軸上的總等效慣量Je？機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)作業(yè)解答（4）一、簡(jiǎn)答題1．表達(dá)你對(duì)“機(jī)電一體化系統(tǒng)”的認(rèn)識(shí)，包含其重點(diǎn)技術(shù)，并舉例說(shuō)明。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息辦理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交錯(cuò)的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。機(jī)電一體化綜合利用各有關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短．獲得系統(tǒng)優(yōu)化比成效，有明顯的社會(huì)效益和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。2．為何采納機(jī)電一體化技術(shù)能夠提升系統(tǒng)的精度？機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械動(dòng)部分減少，因此使機(jī)械磨損，配合空隙及受力變形等所惹起的偏差大大減少，同時(shí)因?yàn)椴杉{電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，控制，賠償和校訂因各樣擾亂要素造成的偏差，進(jìn)而提升精度。3.滾珠絲杠傳動(dòng)有什么特色？滾珠循環(huán)方式有哪幾種？各有何優(yōu)弊端？預(yù)緊方式又有哪幾種？為何要預(yù)緊？滾珠絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)試慮哪些問(wèn)題？1.滾珠絲杠副是一種新式螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其擁有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)原件滾珠。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道轉(zhuǎn)動(dòng)，為防備滾珠從滾道面掉出，在螺母的螺旋槽兩頭設(shè)有滾珠回程指引裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，進(jìn)而形成滾珠流動(dòng)的閉合道路。除此以外滾珠絲杠副軸向剛度高，運(yùn)動(dòng)安穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，不易磨損，使用壽命長(zhǎng)。但因?yàn)槟茏枣i，擁有傳動(dòng)的可逆性，在用做起落傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是，需要采納制動(dòng)舉措。2.滾珠絲杠副的傳動(dòng)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。內(nèi)循環(huán)的長(zhǎng)處是滾珠循環(huán)的回路短，流利性好，效率高，螺母的徑向尺寸也較小。弊端是反相器加工困難，裝置調(diào)整也不方便。外循環(huán)有螺旋槽式，插管式，端蓋式。螺旋槽式特色是工藝簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，易于制造，可是擋珠器剛性差，易磨損。插管式構(gòu)造簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單制造，可是徑向尺寸大，彎管端部用做擋珠器比較簡(jiǎn)單磨損。端蓋式構(gòu)造簡(jiǎn)單，工藝性好，但滾道吻接和曲折處圓角不易正確制作而影響其余性能，故應(yīng)用較少。預(yù)警方式有1.雙螺母螺紋預(yù)警調(diào)整式2雙螺母齒差預(yù)警調(diào)整式3.雙螺母墊片調(diào)整預(yù)警式4.彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)警式5.單螺母變位導(dǎo)程預(yù)警式和單螺母滾珠過(guò)盈預(yù)警式滾珠絲杠副在有負(fù)載時(shí)，滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形，換向時(shí)，其軸向空隙會(huì)惹起空回。這種空回是非連續(xù)的，即影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)固性。單螺母絲杠副的空隙除去相當(dāng)困難。4.簡(jiǎn)述STD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特色。STD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特色：1）采納小板構(gòu)造，高度的模塊化，其功能模板構(gòu)造靈巧，靠譜性高，硬件冗余小，成本低。22）模板設(shè)計(jì)擁有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和寬泛的兼容性。3）面向I/O的設(shè)計(jì)，擁有強(qiáng)盛的I/O擴(kuò)展能力，使控制系統(tǒng)特別適合工業(yè)控制的應(yīng)用。（4）高靠譜性。5.為減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)偏差，可采納哪些構(gòu)造舉措？減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)偏差可采納的構(gòu)造舉措有：適合提升零零件自己的精度；合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，減小零零件制造、裝置偏差對(duì)傳動(dòng)精度的影響；采納消隙機(jī)構(gòu)，以減小或除去回程偏差。6.簡(jiǎn)述模擬量輸入輸出通道的工作過(guò)程。模擬量輸入輸出通道的工作過(guò)程剖析7．怎樣提升伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度？伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度主要取決于系統(tǒng)的頻次特征和系統(tǒng)的加快度。1）提升系統(tǒng)的固有頻次，減小阻尼。增添傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，減小折算的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小摩擦力均有益于提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度。2）提升驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)力能夠提升系統(tǒng)的加快度，由此也可提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度。8．步進(jìn)電機(jī)是怎樣實(shí)現(xiàn)速度控制的？步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)是由輸入的電脈沖信號(hào)控制的，每當(dāng)電機(jī)繞組接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的角度。其角位移量與輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。因此，只需控制輸入脈沖的數(shù)目、頻次和電機(jī)繞組的相序，即可獲得所需轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和方向。9．試述直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中脈寬調(diào)制放大器的基本工作原理。3脈寬調(diào)制放大器是直流伺服電機(jī)常用的晶體管驅(qū)動(dòng)電路。利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將直流電源電壓變換成必定頻次的方波電壓，施加于直流電機(jī)的電樞，經(jīng)過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的均勻電壓，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速獲得調(diào)理。10．溝通伺服電機(jī)有哪些種類(lèi)？溝通伺服驅(qū)動(dòng)的主要特色是什麼？溝通伺服電機(jī)有永磁式溝通同步電機(jī)和籠型異步電機(jī)兩類(lèi)。溝通伺服驅(qū)動(dòng)的主要特色有：（1）調(diào)速范圍大；（2）適合大、中功率伺服系統(tǒng)；（3）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化的影響；（4）輸出轉(zhuǎn)矩較大，而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響？在傳動(dòng)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大使機(jī)械負(fù)載增添，功率耗費(fèi)大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低敏捷度；使系統(tǒng)固有頻次降落，簡(jiǎn)單產(chǎn)生諧振。試述直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中脈寬調(diào)制放大器的基本工作原理。脈寬調(diào)制放大器是直流伺服電機(jī)常用的晶體管驅(qū)動(dòng)電路。利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將直流電源電壓變換成必定頻次的方波電壓，施加于直流電機(jī)的電樞，經(jīng)過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的均勻電壓，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速獲得調(diào)理。13．A/D、D/A接口的功能是什麼？在工業(yè)系統(tǒng)中，需要丈量和控制的參數(shù)常常是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，這些物理量經(jīng)傳感器變?yōu)檫B續(xù)變化的電壓、電流等信號(hào)，A/D接口的功能是將這些模擬量再變換成數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)辨別。D/A接口的功能則是將經(jīng)計(jì)算機(jī)辦理后的數(shù)字量變換成模擬電壓或信號(hào)，輸送到履行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制過(guò)程的目的。14．簡(jiǎn)述數(shù)控設(shè)施上當(dāng)算機(jī)數(shù)控裝置的構(gòu)成和功能。在數(shù)控設(shè)施中，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是設(shè)施的核心部分，一般由專(zhuān)用計(jì)算機(jī)（或通用計(jì)算機(jī)）、輸入輸出接口以及機(jī)床控制器等部分構(gòu)成。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置依據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，達(dá)成數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能；機(jī)床控制器主要用于機(jī)床的協(xié)助功能，主軸轉(zhuǎn)速的選擇和換刀功能的控制。二、剖析題1．剖析傳感器的偏差對(duì)輸出精度的影響傳感器位于反應(yīng)通道，偏差的低頻重量影響系統(tǒng)的輸出精度和系統(tǒng)的穩(wěn)固性，所以傳感器應(yīng)有較高的精度；而偏差的高頻重量不影響輸出精度，能夠同意傳感器及放大電路有必定的高頻噪聲。2．剖析齒輪減速器的傳動(dòng)偏差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響。關(guān)于開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)地點(diǎn)控制系統(tǒng)，因?yàn)闊o(wú)檢測(cè)裝置，不對(duì)地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)和反應(yīng)，齒輪減速器的傳動(dòng)偏差（偏差的高頻重量）和回程偏差（偏差的低頻重量）將直接影響工作臺(tái)的輸出精度。3．試剖析比較閉環(huán)控制系統(tǒng)與半閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要差別。4閉環(huán)控制系統(tǒng)的地點(diǎn)丈量元件直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)質(zhì)位移量進(jìn)行檢測(cè)。如下圖，A為速度丈量元件，C為地點(diǎn)丈量元件，由A將速度反應(yīng)信號(hào)送到速度控制電路，由C將工作臺(tái)實(shí)質(zhì)位移量反應(yīng)至地點(diǎn)比較電路，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)與指令值比較后的差值進(jìn)行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠除去包含工作臺(tái)傳動(dòng)鏈在內(nèi)的偏差，定位精度高，調(diào)理速度快。但因?yàn)楣ぷ髋_(tái)慣量大,對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)固性不利，且系統(tǒng)較復(fù)雜、成本高。半閉環(huán)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)速發(fā)電機(jī)A和光電編碼器B間接丈量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，計(jì)算出工作臺(tái)的實(shí)質(zhì)位移量。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)此值與指令值進(jìn)行比較，以差值實(shí)現(xiàn)控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有把工作臺(tái)傳動(dòng)鏈包含在控制回路內(nèi)，這種系統(tǒng)的控制方式介于開(kāi)環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒(méi)有閉環(huán)高，但成本較低，調(diào)試方便，所以獲得了寬泛的應(yīng)用。4．試剖析比較液壓馬達(dá)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)的不一樣特色。使用液壓馬達(dá)一般不需要中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，馬達(dá)軸與負(fù)載軸直接連結(jié)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)造緊湊；而直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)為獲得適合的運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載能力，一般要使用較大傳動(dòng)比的減速器，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸較大。在同樣的負(fù)載條件下，液壓馬達(dá)比直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載剛度大、迅速性好；液壓馬達(dá)對(duì)環(huán)境條件要求不高，可在需要防水、防爆的條件下工作，需要使用電液伺服閥和特意的液壓動(dòng)力源，對(duì)環(huán)境有污染；而直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)要求有較好的工作環(huán)境，也不會(huì)污染環(huán)境。5．試剖析比較工業(yè)控制PC計(jì)算機(jī)與可編程序控制器的主要差別。工業(yè)控制PC計(jì)算機(jī)與可編程序控制器以較強(qiáng)的輸出帶負(fù)載能力、優(yōu)秀的抗擾亂能力和靠譜性，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中獲得了寬泛的應(yīng)用。但二者在系統(tǒng)構(gòu)成、功能以及程序語(yǔ)言等方面有所不一樣。工業(yè)控制PC計(jì)算機(jī)的基本系統(tǒng)與一般PC機(jī)大概同樣，但備有各樣控制模板，一般不需要再作硬件開(kāi)發(fā)，在構(gòu)造長(zhǎng)進(jìn)行了模塊化；系統(tǒng)具備完好的控制功能，軟件豐富，履行速度快，合用于需要作大批數(shù)據(jù)辦理的測(cè)控系統(tǒng)。在程序語(yǔ)言方面，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以使用高級(jí)語(yǔ)言為主，也可使用匯編語(yǔ)言。可編程序控制器（PLC）構(gòu)造小巧，適應(yīng)性強(qiáng)，可依據(jù)使用要求選購(gòu)相應(yīng)產(chǎn)品構(gòu)成控制系統(tǒng)，可編程序控制器的控制功能以邏輯控制為主，小型PLC合用于實(shí)現(xiàn)各樣邏輯控制和開(kāi)關(guān)量控制，大中型的PLC為模塊化構(gòu)造，按用戶(hù)所需的功能選配模塊，可構(gòu)成規(guī)模較大、精度較高的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的控制功能由軟件實(shí)現(xiàn)，但信號(hào)的輸入輸出采納周期性的掃描方式，這一點(diǎn)與工業(yè)控制PC機(jī)存在重要的差別。別的，在程序語(yǔ)言方面PLC的編程語(yǔ)言多采納梯形圖，大型PLC控制系統(tǒng)可使用高級(jí)語(yǔ)言。5三、計(jì)算題1．如下圖的電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為m＝50kg，工作臺(tái)與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)f＝0.1，負(fù)載力為FW＝1000N，絲杠直徑為D＝16mm，導(dǎo)程為ts＝4mm，齒輪減速比為i＝5，工作臺(tái)的最大線速度為v＝0.04m/s，試求：（1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩；（2）電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速；（3）電機(jī)所需功率。解：（1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩摩擦負(fù)載力Ff＝mgf＝50×10×0.1＝50N外負(fù)載力Fw＝1000N電機(jī)上的負(fù)載力矩為T(mén)m1ts1i2(FWFf)14103(100015250)0.70.191Nm（2）電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速niv50.0450r/s3000r/mints0.004（3）電機(jī)所需功率Pm1.5~2.5TLPnLP取系數(shù)為2，則Pm2T2n20.191250120W2．如下圖的開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)地點(diǎn)控制系統(tǒng)，已知負(fù)載力F=2000N，工作臺(tái)長(zhǎng)L=400mm，來(lái)去精度為0.02mm，絲杠導(dǎo)程6mm，直徑d＝32mm，步進(jìn)電機(jī)的步距角為α＝1.5，試確立齒輪減速比i。解：步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)6360360ns240脈沖/轉(zhuǎn)1.5依據(jù)工作臺(tái)定位精度的要求，采納脈沖當(dāng)量=0.02mm/脈沖設(shè)傳動(dòng)比為i，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為tsins則ts6i1.25ns0.022403．圖示絲杠螺母驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量m=200Kg，絲杠螺距t=5mm,絲杠長(zhǎng)度L=0.8m,中徑為d=30mm,資料密度為7.8103Kg/m3，齒輪齒數(shù)分別為z1＝20，z2＝45，模數(shù)m＝2mm，齒寬b＝20mm。試求折算到電機(jī)軸上的總等效慣量Je？解：（1）計(jì)算各傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量資料密度7.8103Kg/m3，齒輪的計(jì)算直徑按分度圓直徑計(jì)算，絲杠的計(jì)算直徑取中徑。由J1md2d4l832Jz17.81030.0440.023.92105kgm232JJ

z27.81030.0940.021.0103kgm2327.81030.0340.84.96104kgm2s327工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為