機電一體化重點及答案

1/11.機電一體化的定義。機電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，應(yīng)用機械、電子、信息等有關(guān)技術(shù)，對它們進行有機的組織和綜合，實現(xiàn)系統(tǒng)整體的最佳化。2.簡述機電一體化系統(tǒng)的組成及各組成部分的功能。機電一體化系統(tǒng)的組成：A機械本體、B動力單元、C傳感檢測單元、D執(zhí)行單元、E驅(qū)動單元、F控制及信息處理單元這六部分組成。各成分的功能如下：1、機械本體：使構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間和時間關(guān)系安置（裝配連接）在一定位置上，并保持特定的關(guān)系。2、動力單元：按照機電一體化系統(tǒng)的控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以保證系統(tǒng)正常運行。3、傳感檢測單元：對系統(tǒng)運行過程中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，并轉(zhuǎn)換成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。4、執(zhí)行單元：根據(jù)控制信息和指令在驅(qū)動單元的驅(qū)動下完成所要求的動作。5、驅(qū)動單元：在控制信息作用下，在動力單元的支持下，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)（執(zhí)行單元）完成各種動作和功能。6、控制及信息處理單元：將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號，通過輸出接口送往驅(qū)動單元和執(zhí)行機構(gòu)，控制整個系統(tǒng)有目的地運行。3.機電一體化系統(tǒng)有哪些設(shè)計方法？分別舉例。A.取代法，如用電氣調(diào)速系統(tǒng)取代機械式變速機構(gòu)等；B.整體設(shè)計法，如某些激光打印機的激光掃描鏡；C.組合法，如設(shè)計數(shù)控機床時使各個單元有機組合融為一體。4.轉(zhuǎn)動慣量、剛度、阻尼的折算公式。轉(zhuǎn)動慣量：T∑=Jw單個軸T∑=J∑*w任意軸阻尼：T阻尼=CwT阻尼=C∑*w剛度：∑5.為什么要盡可能縮短機電一體化系統(tǒng)的傳動鏈，舉例說明縮短傳動鏈的三種方式。（機電一體化系統(tǒng)中的傳動鏈還需滿足，小型、輕量、高速、低沖壓振動、低躁聲和高可靠性等要求；從能量消耗和可靠性的觀點來看，應(yīng)盡量縮短……）傳動鏈剛度、轉(zhuǎn)動慣量和阻尼比對伺服系統(tǒng)的影響，應(yīng)盡量縮短傳動鏈縮短傳動鏈的三種方式：A.伺服電動機；B.直線電機；C.電主軸。6.簡述傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量、摩擦、阻尼比、剛度、諧振頻率、間隙對機電一體化系統(tǒng)性能的影響。1、轉(zhuǎn)動慣量：在滿足系統(tǒng)剛度的條件下，機械部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量越小越好。轉(zhuǎn)動慣量大會使機械負載增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低，固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。同時，轉(zhuǎn)動慣量增大會使電器驅(qū)動部分的諧振頻率降低而阻尼比增大。2、摩擦：引起動態(tài)滯后和穩(wěn)態(tài)誤差，同時還會造成低速爬行。3、阻尼比：實際應(yīng)用中一般取0.4--0.8的欠阻尼，既能保證振蕩在一定的范圍內(nèi)過渡過程比較平穩(wěn)、過渡過程時間較短，又具有較高的靈敏度。4、剛度：對于伺服系統(tǒng)的失動量來說，系統(tǒng)剛度越大，失動量越小，對于伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說，剛度對開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響，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。5、諧振頻率：當外界的激振頻率接近或等于系統(tǒng)固有頻率時，系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而不能正常工作。6、間隙：使機械傳動系統(tǒng)中間隙產(chǎn)生回程誤差，影響伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性。7.低速爬行產(chǎn)生的原因。1進給傳動系統(tǒng)的剛度K越小，越容易產(chǎn)生爬行；2靜摩擦力與動摩擦力之差，差值越大，越容易產(chǎn)生爬行；3摩擦力曲線為副斜率，容易產(chǎn)生爬行；4移動速度小于臨界速度vt時，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。8.齒輪傳動剛性消隙和柔性消隙的區(qū)別。剛性消隙法是在嚴格控制輪齒齒厚和齒距誤差的條件下進行的，調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補償，但能提高傳動剛度。柔性消隙法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙可以自動補償（一般采用彈簧機構(gòu)利用彈性力把消隙補償）。9.錐齒輪、斜齒輪消隙的原理。錐齒輪消隙的原理：將齒輪的分度圓柱改為帶錐度的圓錐面，使齒輪的齒厚在軸向產(chǎn)生變化，裝配時通過改變墊片的厚度，來改變兩齒輪的軸向相對位置，以消除側(cè)隙。斜齒輪消隙的原理：通過改變墊片的厚度使兩齒輪的螺旋面錯位，兩齒輪的左右齒面分別與寬齒面接觸，以消除齒側(cè)間隙。10.絲杠螺母傳動系統(tǒng)的調(diào)隙一般采用什么結(jié)構(gòu)，齒差調(diào)隙原理。絲杠螺母傳動系統(tǒng)的調(diào)隙一般采用雙螺母結(jié)構(gòu)。齒差調(diào)隙原理：在兩螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)差為1的兩齒輪，并分別與固定在外套兩端面上的兩內(nèi)齒圈嚙合。轉(zhuǎn)動其中一個螺母，改變兩螺母的軸向相對位置，以調(diào)隙和預(yù)緊。11.如何按照負載角加速度最大原則選擇總傳動比。由于伺服系統(tǒng)的齒輪傳動一般是減速系統(tǒng)，它的輸入是高速、小轉(zhuǎn)矩，輸出是低速、大轉(zhuǎn)矩。要求齒輪傳動不但有足夠的強度，還要有盡可能小的轉(zhuǎn)動慣量，在同樣的驅(qū)動功率下，其加速度響應(yīng)為最大。因此通常采用負載角加速度最大原則選擇總傳動比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度12.齒輪傳動各級傳動比分配的原則有哪些，各自遵循什么分配原則。（1）最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則：小功率傳動裝置和大功率傳動裝置的傳動比分配均為前小后大；（2）質(zhì)量最小原則：小功率傳動裝置的各傳動比相等，大功率傳動裝置的傳動比分配為前大后?。唬?）輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則：A.從輸入端到輸出端各傳動比按照前小后大原則排列；B.應(yīng)減小傳動級數(shù)；C.使末級齒輪的傳動比盡可能大，制造精度盡量高。13.如何設(shè)計齒輪傳動機構(gòu)間隙輸出軸轉(zhuǎn)角誤差。A.應(yīng)減小傳動級數(shù)；B.從輸入端到輸出端各傳動比按照前小后大原則排列；C.使末級齒輪的傳動比盡可能大，D.末級齒輪制造精度盡量高。14.諧波齒輪傳動的結(jié)構(gòu)、原理及特點。結(jié)構(gòu)：諧波齒輪傳動由A.剛輪、B.柔輪和C.諧波發(fā)生器這三部分組成。原理：諧波齒輪傳動是一種新型傳動，利用機械波使柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對錯齒來傳遞動力和運動。特點：A.傳動比大；B.承載能力大；C.傳動精度高；D.齒側(cè)間隙??；E.傳動平穩(wěn)；F.結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。16.測量放大器的特點。測量放大器有以下特點：放大電路具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。17.程控放大器的功能及工作原理。功能：希望利用計算機采用軟件控制的辦法來實現(xiàn)增益的自動變換，這種功能的放大器就叫程控增益放大器。工作原理：通過改變4052（模擬開關(guān)）的D1的值來改變AD521放大器2腳與14腳之間的外接電阻的辦法來實現(xiàn)增益控制。18.步進電機的三相繞組的通電方式有哪些（三種），各自步距角的關(guān)系如何。步進電機的三相繞組的通電方式有以下三種：1、三相單三拍，其步距角為30°；2、三相雙三拍，其步距角為30°；3、三相六拍，其步距角為15°。19.步進電機的特點（7個）。1、步進電機受數(shù)字脈沖信號控制，輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比；2、步進電動機的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比；3、步進電動機的轉(zhuǎn)向可以通過改變通電順序來改變；4、步進電動機具有自鎖能力；5、步進電機工作狀態(tài)不易受各種因素干擾；6、步進電機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)后會出現(xiàn)累積誤差。轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，累積誤差為零；7、易于直接與微機的I/O接口，構(gòu)成開環(huán)位置伺服系統(tǒng)。20.步進電機帶負載的最大起動頻率的計算。21.什么是直流電機的機械特性曲線，外負載對直流電機機械特性的影響。機械特性是一定控制電壓下轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，表示這樣關(guān)系的曲線為機械特性曲線。外負載對直流電機機械特性的影響：外界電阻使直流電機機械特性變軟，伺服控制性能變差。22.PWM直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的原理。P73……PWM直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的原理：當輸入一個直流控制電壓U時就可得到寬度與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，得到不同大小的電壓值Ua，使直流電動機平滑調(diào)速。當開和關(guān)周期T不變時，只要連續(xù)地改變閉合時間t（0--T）就可以連續(xù)地使Ua由0變化到U，從而達到連續(xù)改變電動機轉(zhuǎn)的目的。23.交流電機調(diào)速的方法。三種：A.改變電動機極對數(shù)P；B.改變電動機滑差率S；C.改變電動機的外加電源頻率f。24.直線電機的特點。五個特點：A.直線電機不需要中間傳動機械，提高了精度，減少了震動和噪聲；B.快速響應(yīng)；C.儀表用的直線電動機，可省去電刷和換向器等易損零件，提高可靠性，延長使用壽命；D.散熱面積大，容易冷卻，允許較高的電磁負荷，提高電動機的容量定額；E.裝配靈活性大。25.簡述圓盤型直線電機的工作原理、直流直線電機的原理。P88圖4-224-23圓盤型直線電機的工作原理：把次級做成一片鋁圓盤或銅圓盤，并將初級放在次級圓盤靠近外徑的平面上。次級圓盤在初級移動磁場的作用下，形成感應(yīng)電流，并與磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力，使次級圓盤能繞其軸線作旋轉(zhuǎn)運動。直流直線電機的原理：在線圈的行程范圍內(nèi)，永久磁鐵產(chǎn)生的磁場強度分布均勻，當可動線圈中通入電流后，載有電流的導(dǎo)體在磁場中會受到電磁力的作用。當線圈受到的電磁力大于線圈支架上存在的靜摩擦力時，就可使線圈產(chǎn)生直線運動，改變電流的大小和方向，即可控制線圈直線運動的推力和方向。26.步進電機的選擇和計算。（P93例題不看第4問）27.脈沖當量的含義。脈沖當量：每輸入一個脈沖，步進電動機驅(qū)動工作臺移動的位移。28.PLC的特點。（順序控制為主，可以直接與外部執(zhí)行機構(gòu)相連）PLC的特點：(1)控制程序可變，具有很好的柔性。(2)可靠性強，選用于工業(yè)環(huán)境。(3)編程簡單，使用方便。(4)功能完善。(5)體積小、重量輕、易于裝入機器內(nèi)部。29.總線型工業(yè)控制計算的特點。（模塊化設(shè)計）(1)提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計和制造周期;(2)提高了系統(tǒng)的可靠性;(3)便于調(diào)試和維修;(4)能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要，迅速改進系統(tǒng)的性能.30.DAC0832的單極性輸出和雙極性輸出的電壓范圍，推導(dǎo)輸出電壓與數(shù)字量之間的關(guān)系。P122單極性D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓范圍-5V～+5V輸出電壓與數(shù)字之間的關(guān)系：P123雙極性D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓范圍-5V～+5V輸出電壓與數(shù)字之間的關(guān)系：P12431.DAC0832與計算機的接口電路，編寫匯編程序起動DA轉(zhuǎn)換。P125圖5-1732.常用開關(guān)型功率接口有哪些？光電耦合器的功能、原理及接線方法。開關(guān)型接口：1晶體管2光電耦合器3晶閘管4電磁繼電器、固態(tài)繼電器5大功率場效應(yīng)管功能：隔離，電平轉(zhuǎn)換，整流變頻，執(zhí)行部件的啟動、停止、正反轉(zhuǎn)控制等。原理：利用觀點轉(zhuǎn)換的原理。接線方法：光電耦合器的輸入輸出端兩個電源必須單獨供電。33.解釋控制計算機與單項晶閘管接口電路的工作原理。當控制計算機發(fā)出的控制信號為低電平時，光電耦合器發(fā)光二極管截止，晶閘管門極不觸發(fā)而斷開。當控制信號為高電平時，經(jīng)反相驅(qū)動器后，使光電耦合器發(fā)光二極管導(dǎo)通，交流電的正負半軸均以直流方式加在晶閘管的門極，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。這是整流橋路直流輸出端被短路，負載即被接通?？刂菩盘柣氐降碗娖綍r，晶閘管門極無觸發(fā)信號，而是其關(guān)斷負載失電。34.解釋繼電器接口電路工作原理。繼電器接口電路工作原理：當計算機輸出的控制信號為高電平時，經(jīng)反相驅(qū)動器7406變?yōu)榈碗娖?，使發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進而使三極管9013導(dǎo)通，因而使繼電器K的線圈通電，繼電器觸點K1-1閉合，使~220V電源接通。反之，當計算機控制輸出的控制信號輸出低電平時，K1-1斷開。35.畫出直流電機PWM功率接口組成框圖（圖5-33），并分析PWM脈寬調(diào)制波形產(chǎn)生過程（圖5-34）。P136、P13736.PWM功率放大器與控制計算機的接口方法（與前面綜合考）。P136～13737.變頻器的功能是什么？自動控制中變頻器的三種控制方法。功能：是將供電電網(wǎng)的工頻交流電變?yōu)檫m合于交流電動機調(diào)速的電壓、頻率可變的交流電。三種控制方法：A.使用繼電器開關(guān)電路；B.模擬控制方法；C.采用變頻器數(shù)字接口板。38.步進電機脈沖分配器的兩種形式。：（1）、硬件分配器；（2）、軟件環(huán)形分配器。39.舉例說明PWM功率放大電路的三種形式。PWM功率放大電路的三種形式：（1）單極性功率放大電路；（2）T型功率放大電路；（3）H型橋式功率放大電路。40.什么是PID調(diào)節(jié)器，其功能是什么，分析PID調(diào)節(jié)器中比例、微分和積分項對控制系統(tǒng)性能的影響（P169～P171）什么是PID調(diào)節(jié)器：按偏差的比例、積分和微分進行控制的調(diào)節(jié)器。功能：可以作為速度，溫度方面的精細設(shè)置調(diào)節(jié)的控制器比例項：P(k)KpE(k)動態(tài)時，KP太小，系統(tǒng)動作緩慢。增加KP，可提高系統(tǒng)動作的靈敏度，加快調(diào)節(jié)速度。但是，若取值偏大，容易引起系統(tǒng)振蕩，反而使調(diào)節(jié)時間加長，且當KP太大時，系統(tǒng)將趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，隨著比例控制KP的加大，可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。微分項：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。微分項：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率