國(guó)家開(kāi)放大學(xué)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》形考作業(yè)1-3+專題報(bào)告參考答案

國(guó)家開(kāi)放大學(xué)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》形考作業(yè)1-3+專題報(bào)告參考答案形考作業(yè)1一、判斷題（正確的打√，錯(cuò)誤的打×）1.機(jī)電一體化系統(tǒng)的主功能就是對(duì)輸入的物質(zhì)按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)。（×）2.機(jī)電一體化系統(tǒng)是以機(jī)械裝置為主體，微電子技術(shù)為核心，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。（√）3.自動(dòng)控制是在人直接參與的情況下，通過(guò)控制器使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。（×）4.機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有“智能化”的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。（√）5.機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）6.產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，系統(tǒng)的精度一定就高。（×）7.為減少機(jī)械傳動(dòng)部件的扭矩反饋對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動(dòng)部件的固有頻率的2~3倍，同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（×）8.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于機(jī)構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（×）9.在閉環(huán)系統(tǒng)中，因齒輪副的嚙合間隙而造成的傳動(dòng)死區(qū)能使系統(tǒng)以6~10倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置，以提高傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（×）10.進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于阻尼對(duì)系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，因此機(jī)械系統(tǒng)的阻尼比取值越小越好。（×）11.選擇滾珠絲桿副的過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)的加工精度要求較高時(shí)，導(dǎo)程就大一點(diǎn)；加工精度較低時(shí)，導(dǎo)程就選小一些。（×）12.滾珠絲杠垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。（√）13.在滾珠絲杠螺母間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)中，齒差式調(diào)隙機(jī)構(gòu)的精度較高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低。（×）14.采用偏心軸套調(diào)整法對(duì)齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可以自動(dòng)補(bǔ)償側(cè)隙。（×）15.雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。（×）二、單選題1.以下不屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)主要功能的是（）。A.控制功能B.檢測(cè)功能C.計(jì)算功能D.動(dòng)力功能2.機(jī)電一體化產(chǎn)品的主功能主要是由什么裝置具體實(shí)現(xiàn)（）。A.檢測(cè)裝置B.電氣裝置C.機(jī)械裝置D.動(dòng)力裝置3.機(jī)電一體化產(chǎn)品的檢測(cè)功能主要是由什么裝置具體實(shí)現(xiàn)（）。A.控制裝置B.信息處理裝置C.傳感器D.驅(qū)動(dòng)器4.以下產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（）。A.游標(biāo)卡尺B.移動(dòng)電話C.3D打印機(jī)D.數(shù)字電子表5.以下產(chǎn)品不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（）。A.工業(yè)機(jī)器人B.打印機(jī)C.空調(diào)D.電子計(jì)算機(jī)6.為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（）。A.增大系統(tǒng)剛度B.增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量C.增大系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力矩D.減小系統(tǒng)的摩擦阻力7.導(dǎo)程Lo=8mm的絲杠驅(qū)動(dòng)總質(zhì)量為60kg的工作臺(tái)與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（）kgmm2。A.48.5B.97C.4.85D.9.78.傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率對(duì)傳動(dòng)精度有影響，（）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動(dòng)誤差，（）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。（）A.提高，提高B.提高，減小C.減小，提高D.減小，減小9.機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)的主要影響表現(xiàn)為（）等方面。A.固有頻率、響應(yīng)速度、慣量B.固有頻率、失動(dòng)量、穩(wěn)定性C.摩擦特性、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性D.摩擦特性、失動(dòng)量、慣量10.下列哪種方法是采用單螺母預(yù)緊原理來(lái)消除滾珠絲杠副的間隙？（）A.螺紋調(diào)隙式B.雙螺母墊片調(diào)隙式C.齒差調(diào)隙式D.偏置導(dǎo)程法11.齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨傳動(dòng)級(jí)數(shù)（）。A.增加而減小B.增加而增加C.減小而減小D.變化而不變12.多級(jí)齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比“前小后大”的分配原則不適用于按（）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。A.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則（小功率傳動(dòng)裝置）B.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則（大功率傳動(dòng)裝置）C.輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則D.重量最輕原則13.多級(jí)齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比相等的分配原則適用于按（）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。A.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則B.輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則C.重量最輕原則（小功率裝置）D.重量最輕原則（大功率裝置）14.對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)，采取下列哪種方法是來(lái)消除齒側(cè)間隙，使得調(diào)整過(guò)程中能自動(dòng)補(bǔ)償齒側(cè)間隙？（）A.偏心套調(diào)整法B.軸向墊片調(diào)整法C.薄片錯(cuò)齒調(diào)整法D.軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法15.在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，以下機(jī)構(gòu)哪個(gè)不能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)（）。A.絲桿螺母B.直齒輪對(duì)C.同步帶輪D.齒輪齒條三、簡(jiǎn)答題1.完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？答：機(jī)械本體、動(dòng)力系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件、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。2.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。答：機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部（其他系統(tǒng)、操作者、環(huán)境）的連接，一般分為機(jī)械接口、電氣接口兩方面。3.機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦和阻尼會(huì)降低效率，但是設(shè)計(jì)中要適當(dāng)選擇其參數(shù)，而不是越小越好。為什么？答：一般情況下，摩擦阻尼都發(fā)生在運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件之間。系統(tǒng)的靜摩擦阻尼大，會(huì)使系統(tǒng)的回程誤差增大，定位精度降低。系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越大，精度降低。系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦?xí)?duì)系統(tǒng)的快速響應(yīng)性產(chǎn)生不利影響。所以摩擦阻尼不易過(guò)大，但是阻尼比除了與機(jī)械系統(tǒng)的黏性阻尼系數(shù)B有關(guān)外，還與系統(tǒng)的剛度和質(zhì)量有關(guān)。如果機(jī)械系統(tǒng)剛度低而質(zhì)量大，則系統(tǒng)的固有頻率較低，此時(shí)應(yīng)增大系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼，以減小振幅和衰減振動(dòng)。因此，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)剛度，質(zhì)量和摩擦系數(shù)等參數(shù)的合理匹配，得到機(jī)械系統(tǒng)阻尼比的適當(dāng)取值，以保證系統(tǒng)的良好動(dòng)態(tài)特性。四、計(jì)算題1.某工作臺(tái)采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)如圖所示，已知電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4×10-4kg·m2，與電機(jī)輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=1×10-4kg·m2，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2=1.8×10-4kg·m2，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=3.8×0-4kg·m2。工作臺(tái)的質(zhì)量m=50kg，絲杠導(dǎo)程t=5mm，齒輪減速比為i=5。試求：（1）工作臺(tái)折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG；（2）傳動(dòng)件折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je；（3）電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。圖直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)解：（1）JG=m(t/2π)2=50×1000(0.005/2×3.14)2=0.03166(kg·m3)（2）Je=（J2+JS+JG）/i2=(1.8×10-4+3.8×10-4+316.6×10-4)/52=12.88×10-4(kg·m3)（3）J=J1+Je=1×10-4+12.88×10-4=13.88×10-4(kg·m3)2.已知某四級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為△?1=△?2=…=△?8=0.004弧度，各級(jí)減速比相同，即i1=i2=…=i4=2，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差△?max解：△?max==0.01/34+0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01=0.01975（弧度）五、綜合題分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。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(gè)外端有凸緣，一個(gè)外端無(wú)凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個(gè)螺母固定鎖緊，并用鍵來(lái)防止兩螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。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。形考作業(yè)2一、判斷題（正確的打√，錯(cuò)誤的打×）1.傳感器的作用是將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測(cè)定的物理量。（√）2.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分。（×）3.數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們的共同特點(diǎn)是利用自身的物理特征，制成直線型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號(hào)都是脈沖信號(hào)，每一個(gè)脈沖代表輸入的位移當(dāng)量，通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計(jì)位移的尺寸。（√）4.遲滯是傳感器的一種動(dòng)態(tài)誤差，是由于在傳感器的正反行程中的輸出輸入特性曲線不重合引起的。（×）5.選擇傳感器時(shí)，如果測(cè)量的目的是進(jìn)行定性分析，則選用絕對(duì)量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。（×）6.傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對(duì)其主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以確保傳感器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。（√）7.驅(qū)動(dòng)部分在控制信息作用下提供動(dòng)力，伺服驅(qū)動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)裝置。（√）8.永磁型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動(dòng)。（√）9.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，同頻率下的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越大。（×）10.直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（×）11.電液伺服系統(tǒng)的過(guò)載能力強(qiáng)，在強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)和高精度定位時(shí)性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動(dòng)。（√）12.通常，步進(jìn)電機(jī)的最高連續(xù)工作頻率遠(yuǎn)大于它的最高啟動(dòng)頻率。（√）13.脈沖分配器的作用是使電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。（√）14.交流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性和功率特性，被廣泛的應(yīng)用于機(jī)電一體化的眾多領(lǐng)域。（√）15.對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其機(jī)械特性越硬越好。（×）二、單選題1.下列哪項(xiàng)指標(biāo)是傳感器的動(dòng)特性（）。A.量程B.線性度C.靈敏度D.幅頻特性2.幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的（）。A.靜態(tài)特性指標(biāo)B.動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)C.輸入特性參數(shù)D.輸出特性參數(shù)3.光柵傳感器的光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，此光柵傳感器測(cè)量分辨率是（）mm。A.1B.0.1C.0.01D.0.0014.光柵傳感器的光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，，經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（）mm。A.1B.2C.3D.45.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的絕對(duì)編碼器屬于系統(tǒng)中的（）。A.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)B.傳感部分C.控制器D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)6.閉環(huán)控制的驅(qū)動(dòng)裝置中，絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的（）。A.回程誤差不影響輸出精度，但傳動(dòng)誤差影響輸出精度B.傳動(dòng)誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度C.回程誤差和傳動(dòng)誤差都不會(huì)影響輸出精度D.回程誤差和傳動(dòng)誤差都會(huì)影響輸出精度7.全閉環(huán)控制的驅(qū)動(dòng)裝置中，絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之內(nèi)，所以它的（）。A.回程誤差不影響輸出精度，但傳動(dòng)誤差影響輸出精度B.傳動(dòng)誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度C.回程誤差和傳動(dòng)誤差都不會(huì)影響輸出精度D.回程誤差和傳動(dòng)誤差都會(huì)影響輸出精度8.以下可對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方法是（）。A.改變電壓的大小B.改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率C.改變電壓的相位D.改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)9.在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中,常用（）做驅(qū)動(dòng)元件。A.直流伺服電動(dòng)機(jī)B.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)C.同步交流伺服電動(dòng)機(jī)D.異步交流伺服電動(dòng)機(jī)10.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角的精確控制是通過(guò)控制輸入脈沖的（）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。A.頻率B.數(shù)量C.步距角D.通電順序11.有一脈沖電源，通過(guò)環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵(lì)磁繞組，已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，步進(jìn)電機(jī)的步距角是（）。A.0.6°B.1.2°C.1.5°D.2°12.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而（）。A.上升B.下降C.不變D.前三種情況都有可能13.采用脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)改變（）來(lái)改變電樞回路的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。A.脈沖的寬度B.脈沖的頻率C.脈沖的正負(fù)D.其他參數(shù)14.在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要根據(jù)系統(tǒng)功能要求編寫(xiě)（），具有實(shí)時(shí)性、針對(duì)性、靈活性和通用性。A.平臺(tái)軟件B.開(kāi)發(fā)軟件C.系統(tǒng)軟件D.應(yīng)用軟件15.以下除了（），均是由硬件和軟件組成。A.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)B.PLC控制系統(tǒng)C.嵌入式系統(tǒng)D.繼電器控制系統(tǒng)三、簡(jiǎn)答題1.什么是傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？答：傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系。通常，要求傳感器在靜態(tài)情況下的輸出輸入關(guān)系保持線性?？杀硎緸橄率剑篩=a+a1X+a2X2+···+anXn式中，Y為輸出量；X為輸入量；a為零位輸出；a1為傳感器的靈敏度，常用K表示；a2，a3，···，an為非線性項(xiàng)待定常數(shù)。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器所檢測(cè)道德非電量信號(hào)大多數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。為了使傳感器輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線一致或者相近,傳感器不僅要有良好的靜態(tài)特性,而且應(yīng)該具有良好的動(dòng)態(tài)特性。2.什么是傳感器的校準(zhǔn)？并簡(jiǎn)述如何進(jìn)行校準(zhǔn)？答：傳感器在使用前、使用中或擱置一段時(shí)間再使用時(shí)必須對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)或做必要的調(diào)整和修正,以確保傳感器的測(cè)量精度，這個(gè)復(fù)測(cè)調(diào)整過(guò)程稱為校準(zhǔn)。為了對(duì)傳感器有一個(gè)長(zhǎng)期的、穩(wěn)定的和高精度的基準(zhǔn)，在一些測(cè)量?jī)x器中特別是內(nèi)部裝有微處理器的測(cè)量?jī)x器中，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)功能。對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要精度比它高的基準(zhǔn)器，這種基準(zhǔn)器受時(shí)間的推移和使用的磨損等因素的影響，參數(shù)會(huì)隨之改變。因此對(duì)這種基準(zhǔn)器還要用更高精度的基準(zhǔn)器來(lái)定期校準(zhǔn)。3.機(jī)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(jì)的哪個(gè)階段？答：仿真的模型主要有計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真和全物理仿真。（1）計(jì)算機(jī)仿真用于系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)階段；（2）半物理仿真用于系統(tǒng)的部件及子系統(tǒng)研制階段；（3）全物理仿真用于整個(gè)系統(tǒng)的研制階段。四、計(jì)算題1.一個(gè)四相八拍運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50，則其步距角為多少？如要求步進(jìn)電機(jī)2秒鐘轉(zhuǎn)10圈，則每一步需要的時(shí)間T為多少？解：步距角θ=每一步需要的時(shí)間T=每圈時(shí)間/每圈步數(shù)T=2.如圖所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)系統(tǒng)，其中驅(qū)動(dòng)x向工作臺(tái)的三相單三拍步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z為40。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm。已知傳動(dòng)系統(tǒng)的橫向(x向)脈沖當(dāng)量δ為0.005mm/脈沖。試求：（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角α；（2）減速齒輪的傳動(dòng)比i。解：（1）K=3相，N=3拍，Z=100步進(jìn)電機(jī)的步距角α==360（2）由于一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)0.40，工作臺(tái)橫向（x向）脈沖當(dāng)量0.005mm，由于滾珠絲桿的基本導(dǎo)程為I0=6mm，對(duì)應(yīng)于四絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周3600，設(shè)一個(gè)脈沖絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為x，則6/3600=0.005/x故減速齒輪的傳動(dòng)比i=0.3/0.4=3/4五、綜合題1.已知一個(gè)繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動(dòng)方案分別如圖（a）和（b）所示。（1）試分析兩種方案的特點(diǎn)；（2）畫(huà)圖說(shuō)明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的方法。答：（1）分析兩種方案的特點(diǎn):電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)滾簡(jiǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移；電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移。（2）畫(huà)圖說(shuō)明方案(a)減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的方法2.分析圖中整體式PLC的各組成部分中CPU、存儲(chǔ)器、電源、輸入/出單元的功能。答：（1）中央處理CPU是PLC的運(yùn)算和控制核心，控制其它所有部件的運(yùn)行，功能相當(dāng)于人的大腦。（2）存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，包括隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）分別用于存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。（3）輸入/輸出（I/O）單元式CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。（4）電源包括系統(tǒng)電源和后備電池，其中后備電池可在停電時(shí)繼續(xù)保持幾十小時(shí)的供電。形考作業(yè)3一、判斷題（正確的打√，錯(cuò)誤的打×）1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（×）2.從計(jì)算機(jī)的精度來(lái)看，需要計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期短一些，這是因?yàn)楣I(yè)控制用的微型機(jī)字長(zhǎng)固定，前后兩次采樣的數(shù)值之差可能因計(jì)算機(jī)精度不高而反映不出來(lái)，從而使控制作用減弱。（×）3.一般說(shuō)來(lái)，全物理仿真較之計(jì)算機(jī)仿真在時(shí)間、費(fèi)用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷與實(shí)用的仿真方法。（×）4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，首先需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。（×）5.PLC采用掃描工作方式，掃描周期的長(zhǎng)短決定了PLC的工作速度。（√）6.PLC完善的自診斷功能，能及時(shí)診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護(hù)故障現(xiàn)場(chǎng)，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（√）7.現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個(gè)獨(dú)立的部分，然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。（×）8.現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采用一對(duì)一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（×）9.需求設(shè)計(jì)是指新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)生命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明書(shū)的形式來(lái)描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過(guò)程。（√）10.反求設(shè)計(jì)是建立在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，降低維修費(fèi)用。（×）11.綠色設(shè)計(jì)是對(duì)已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對(duì)該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。（×）12.可靠設(shè)計(jì)是指將優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，最終獲得比較合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，各種計(jì)算機(jī)程序能解決不同特點(diǎn)的工程問(wèn)題。（×）13.虛擬設(shè)計(jì)是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)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(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。（√）14.目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標(biāo)準(zhǔn)化或正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)慕涌?，再配合接口編?xiě)相應(yīng)的程序。（√）15.工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)部分在控制信息作用下提供動(dòng)力，包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類(lèi)型的傳動(dòng)方式。（√）二、單選題1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要由用戶自行編寫(xiě)（），具有實(shí)時(shí)性、針對(duì)性、靈活性和通用性。A.實(shí)時(shí)軟件B.開(kāi)發(fā)軟件C.系統(tǒng)軟件D.應(yīng)用軟件2.以下抑制電磁干擾的措施，除了（），其余都是從切斷傳播途徑入手。A.屏蔽B.隔離C.濾波D.軟件抗干擾3.以下（）不屬于系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖的基本結(jié)構(gòu)形式。A.串聯(lián)結(jié)構(gòu)B.平行結(jié)構(gòu)C.環(huán)形結(jié)構(gòu)D.星形結(jié)構(gòu)4.不進(jìn)行參數(shù)的變換與調(diào)整，即輸入與輸出的直接連接的接口是（）。A.零接口B.被動(dòng)接口C.主動(dòng)接口D.智能接口5.含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是（）。A.零接口B.被動(dòng)接口C.主動(dòng)接口D.智能接口6.HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的（）。A.能源部分B.測(cè)試傳感部分C.驅(qū)動(dòng)部分D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)7.HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的旋轉(zhuǎn)變壓器屬于系統(tǒng)中的（）。A.能源部分B.測(cè)試傳感部分C.控制器D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)8.在小型智能機(jī)器人的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用的伺服技術(shù)為（）。A.液壓伺服B.氣動(dòng)伺服C.電動(dòng)伺服D.電液伺服9.通常，數(shù)控精密鏜銑床等高精度數(shù)控設(shè)備，其伺服系統(tǒng)的控制方式均采用（）。A.開(kāi)環(huán)控制B.閉環(huán)控制C.半閉環(huán)控制D.混合控制10.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)屬于設(shè)備的（）。A.能源部分B.測(cè)試傳感部分C.驅(qū)動(dòng)部分D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)11.數(shù)控機(jī)床的加工刀具屬于系統(tǒng)的（）。A.能源部分B.傳感部分C.驅(qū)動(dòng)部分D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)12.CNC機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)屬于設(shè)備的（）。A.能源部分B.測(cè)試傳感部分C.驅(qū)動(dòng)部分D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)三、簡(jiǎn)答題1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)是什么？如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制？答：步進(jìn)電機(jī)的輸入信號(hào)是脈沖序列。步進(jìn)電機(jī)的步矩角a與運(yùn)行拍數(shù)m、通電方式k（m=k·N，單拍時(shí)k=1，雙拍時(shí)是k=2，N為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即輸入陸沖頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角大小由輸入脈沖的個(gè)數(shù)決定，改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。2.PID控制算法中，比例、積分、微分部分各起何作用？答：（1）比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，且其反應(yīng)迅速；（2）積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性；（3）微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。這3個(gè)作用若配合得當(dāng)，則可使調(diào)節(jié)過(guò)程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到較好的效果。四、計(jì)算題下圖所示的機(jī)電一體化伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，其步距角α為1.8°，系統(tǒng)脈沖當(dāng)量δ為控制器輸出一個(gè)脈沖時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線位移，大小為0.01mm，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程l0為4mm，減速機(jī)構(gòu)采用了齒輪減速，試求齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i。解：設(shè)β為控制器輸出一個(gè)脈沖絲桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度，則β=齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i五、綜合題1.某物料搬動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖所示，動(dòng)作過(guò)程如圖所示，要求機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。機(jī)械手有升降、水平移動(dòng)、手爪夾持等3個(gè)自由度，采用電磁閥控制的氣缸驅(qū)動(dòng)，PLC控制。要求寫(xiě)出物料搬動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的詳細(xì)工程路線。答：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)工程路線:（1）確定目標(biāo)及技術(shù)規(guī)范:機(jī)械手的用途:物料搬運(yùn)。工作方式:手動(dòng)、自動(dòng)方式。主要技術(shù)參數(shù):3自由度。使用環(huán)境要求:生產(chǎn)線。（2）可行性分析:收集資料、市場(chǎng)分析、可行性分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。（3）總體方案設(shè)計(jì):機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，制定研制計(jì)劃、開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)概算、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)分析。（4）總體方案的評(píng)審、評(píng)價(jià)。（5）理論分析階段機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、作業(yè)空間分析；機(jī)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算；驅(qū)動(dòng)元件的選擇、動(dòng)力計(jì)算；傳感器選擇、精度分析；建立控制模型、仿真分析。2.假定你在設(shè)計(jì)一套典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，比如智能工業(yè)機(jī)械手，請(qǐng)制訂出概念設(shè)計(jì)的流程。答：對(duì)概念設(shè)計(jì)表述為:“在確定任務(wù)之后，通過(guò)抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?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，這一部分設(shè)計(jì)工作叫做概念設(shè)計(jì)?！碑a(chǎn)品概念設(shè)計(jì)將決定性地影響產(chǎn)品創(chuàng)新過(guò)程中后續(xù)的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。包含以下流程：專題報(bào)告姓名：姓名：學(xué)號(hào)：得分：教師簽名：機(jī)電一體化產(chǎn)品（設(shè)備）——全自動(dòng)波輪洗衣機(jī)分析研究報(bào)告

一、主要用途全自動(dòng)洗衣機(jī)就是在電腦板上預(yù)先設(shè)定好某個(gè)程序，洗衣時(shí)選擇其中一個(gè)程序，只需打開(kāi)水龍頭，啟動(dòng)洗衣機(jī)開(kāi)關(guān)。洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)識(shí)別控制水位，并精準(zhǔn)完成寖泡、漂洗、脫水、自動(dòng)排水等功能，洗衣完成時(shí)自動(dòng)停止并由蜂鳴器發(fā)出響聲。所以全自動(dòng)洗衣機(jī)的好處就在于方便。全自動(dòng)波輪洗衣機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)電：波輪洗衣機(jī)的功率一般在400瓦左右，耗電量不到0.5度電。滾筒洗衣機(jī)洗滌功率一般在1200-2500瓦左右，加上滾筒式洗衣機(jī)洗滌時(shí)需要電加熱器把水溫升高才能達(dá)到較好的洗滌效果，如果水溫加到60攝氏度，耗電在1.5度左右。（2）洗衣時(shí)間短：波輪洗衣機(jī)一般洗滌時(shí)間為40分鐘，如果自定義程序則需更少的時(shí)間；滾筒洗衣機(jī)一般洗滌時(shí)間為1-2個(gè)小時(shí)，雖然現(xiàn)在有的機(jī)型具備快洗功能，但也僅是在衣物較少的情況下使用，而且快洗功能仍需30分鐘。（3）洗凈率高：根據(jù)實(shí)際測(cè)試顯示，滾筒洗衣機(jī)的洗凈率大概是75%、而波輪的則高達(dá)95%。波輪洗衣機(jī)只需要常溫的水就可以將衣物洗得干凈，而滾筒洗衣機(jī)需要加熱洗才能把衣服干凈。（4）操作方便：即使老年人，也能輕松使用。如果在洗滌過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有衣服遺落，可以隨時(shí)添加。（5）清洗簡(jiǎn)單方便：波輪洗衣機(jī)相對(duì)于滾筒洗衣機(jī)，使用空間相對(duì)開(kāi)放，架構(gòu)較為簡(jiǎn)單，方便拆卸清洗和維護(hù)。海爾洗衣機(jī)于2014年推出了免清洗的波輪洗衣機(jī)。（6）移動(dòng)方便：波輪洗衣機(jī)一般重量較輕，可輕松移動(dòng)。（7）價(jià)格低：市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)于滾筒洗衣機(jī)普遍偏低，可以滿足中國(guó)絕大的數(shù)的普遍家庭用戶。二、基本結(jié)構(gòu)（應(yīng)包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖）三、工作原理洗衣機(jī)的洗滌過(guò)程主要是在機(jī)械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機(jī)械作用和洗滌劑的潤(rùn)濕、分散作用下，將污垢拉入水中來(lái)實(shí)現(xiàn)洗凈的目的。首先充滿于波輪葉片間的洗滌液，在離心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波輪中心處，因甩出液體而形成低壓區(qū)，又使得洗滌液流回波輪附近。這樣，在波輪附近形成了以波輪軸線為中心的渦流。衣物在渦流的作用下，作螺旋式回轉(zhuǎn)，吸入中心后又被甩向桶壁，與桶壁發(fā)生摩擦。又由于波輪中心是低壓區(qū)，衣物易被吸在波輪附近，不斷地與波輪發(fā)生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脫離衣物。其次，當(dāng)衣物被放進(jìn)洗滌液之后，由于慣性作用運(yùn)動(dòng)緩慢，在水流與衣物之間存在著速度差，使得兩者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，水流與衣物便發(fā)生相對(duì)摩