機(jī)電一體化技術(shù)第二版-課后習(xí)題資料整理

PAGEPAGE4第1章1-1、機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。1-2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要組成、作用及其特點是什么？機(jī)械本體：用于支撐和連接其他要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來，形成有機(jī)的整體。動力系統(tǒng)：為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。傳感與監(jiān)測系統(tǒng)：將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用監(jiān)測系統(tǒng)的功能對這些物理量進(jìn)行測定，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。信息處理及控制系統(tǒng)：接收傳感器與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理、運算和決策，以對產(chǎn)品的運行施以按照要求的控制，實現(xiàn)控制的功能。執(zhí)行裝置：在控制信息的作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。1-3、工業(yè)三大要素：物質(zhì)、能量、信息。1-4、機(jī)電一體化產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機(jī)械電氣化產(chǎn)品相比，具有較高的功能水平和和附加值，它為開發(fā)者、生產(chǎn)者和用戶帶來越來越多的社會經(jīng)濟(jì)效益。1-7、機(jī)電一體化的主要支撐技術(shù)：傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、接口技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、系統(tǒng)總成技術(shù)。1-8、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢：智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色化、人格化、自適應(yīng)化。第2章2-1、機(jī)電一體化系統(tǒng)對傳動機(jī)構(gòu)的基本要求：傳動間隙小、精度高、低摩擦、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、響應(yīng)速度快、傳動轉(zhuǎn)矩大、高諧振頻率以及與伺服電動機(jī)等其他環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求。2-2、絲桿螺母機(jī)構(gòu)的傳動形式及其特點：a、螺母固定、絲桿轉(zhuǎn)動并移動；b、絲桿轉(zhuǎn)動、螺母移動；c、螺母轉(zhuǎn)動、絲桿移動；d、絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動；e、差動傳動。2-3、滾珠絲桿副的組成及特點：由絲桿、螺母、滾珠和反相器四部分組成；具有軸向剛度高、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點。2-4、滾珠絲桿副的選擇：結(jié)構(gòu)形式的選擇、結(jié)構(gòu)尺寸的選擇2-5、齒輪傳動各級傳動比分配原則：①等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則②重量最輕原則③輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則（最末兩級的傳動比應(yīng)取大一些，并盡量提高最末一級齒輪副的加工精度）；2-8、齒輪傳動側(cè)隙的調(diào)整有偏心套調(diào)整、雙片薄齒輪錯齒調(diào)整和軸向墊片調(diào)整等多種方法。2-9、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本要求：①慣量小、動力大；②體積小、重量輕；③便于維修、安裝；④易于計算機(jī)控制。2-10、簡述各種傳感器的特性及選用原則？一、靜態(tài)特性是指當(dāng)測量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入值與輸出值之間的關(guān)系。主要技術(shù)指標(biāo)包括：1、線性度。2、靈敏度。3、遲滯。4、重復(fù)性。5、分辨率。6、零飄。二、動態(tài)特征是指傳感器測量動態(tài)信號時輸出對輸入的響應(yīng)特性。2-11、伺服電機(jī)的種類、特點及應(yīng)用：種類特點應(yīng)用 DC伺服電動機(jī)高響應(yīng)特性；高功率密度；可實現(xiàn)高精度數(shù)字控制；接觸換向部件需要維護(hù)。數(shù)控機(jī)械、機(jī)器人、計算機(jī)外圍設(shè)備、辦公、機(jī)械、音響和音像設(shè)備、計測機(jī)械等晶體管式無刷直流伺服電動機(jī)無接觸換向部件；需要磁極位置檢測器；具有DC伺服電機(jī)的全部優(yōu)點。計算機(jī)外圍設(shè)備、音響和音像設(shè)備AC伺服電機(jī)永磁電機(jī)異步交流（矢量控制）對應(yīng)于電流的的激勵分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制；具有DC伺服電動機(jī)的全部優(yōu)點。數(shù)控機(jī)械、機(jī)器人等步進(jìn)電動機(jī)A、轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)成正比，可構(gòu)成直接數(shù)字控制；b、有定位轉(zhuǎn)矩；c、可構(gòu)成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。計算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、數(shù)控裝置2-12、機(jī)電一體化系統(tǒng)中執(zhí)行元件的分類及特點：電氣式，具有操縱方便、適宜編程、響應(yīng)快、伺服性能好、易與微機(jī)相接等優(yōu)點；（2）液壓式，優(yōu)點是輸出功率大、轉(zhuǎn)矩大，工作平穩(wěn)，可以直接驅(qū)動運動機(jī)構(gòu)，承載能力強，適合于重載的高加減速驅(qū)動；氣壓式，可得到較大的驅(qū)動力、行程和速度，但由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能用在定位精度高的場合；（4）其他執(zhí)行元件。2-13、簡述直流伺服電動機(jī)的PWM調(diào)速換向的工作原理？PWM調(diào)速是通過改變輸出脈沖信號的占空比來改變電樞電壓的平均值，從而達(dá)到控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的；同時通過改變加到H型橋式電路中VT1和VT3、VT2和VT4這兩組晶體管基極上的控制脈沖的正負(fù)和導(dǎo)通率μ來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。第3章3-1簡述計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成和特點。答：計算機(jī)控制系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成，其中硬件由計算機(jī)主機(jī)、接口電路、輸入/輸出通道及外部設(shè)備等組成；軟件分為實時軟件和開發(fā)軟件。特點：1、具有完善的輸入/輸出通道。2、具有實時控制功能。3、可靠性高。4、具有豐富、完善、能正確反映被控對象運動規(guī)律并對其進(jìn)行有效控制的軟件系統(tǒng)。3-2簡述計算機(jī)控制系統(tǒng)的常用類型及其特點。答：常用類型：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)和分級計算機(jī)控制系統(tǒng)；特點：1、具有完善的輸入/輸出通道；2、具有實時控制功能；3、可靠性高；4、具有豐富的、完善、能正確反映被控制對象運動規(guī)律并對其進(jìn)行有效控制的軟件系統(tǒng)。3-3試述計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求和一般設(shè)計方法。答：基本要求：實時性、高可靠性、硬件配置的可裝配課擴(kuò)充性、可維護(hù)性；設(shè)計方法：作為計算機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計者，應(yīng)根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）中的信息處理量、應(yīng)用環(huán)境、市場狀況及操作者的特點，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)的合理的工業(yè)控制的計算機(jī)。3-4簡述常用的工業(yè)控制計算機(jī)類型及其特點。答：1、普通PC機(jī)其特點：運行速度快、帶負(fù)載能力差、抗干擾能力差。單片機(jī)其特點：高集成度、高運行速度、低功耗、小體積、使用方便靈活等?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）其特點：可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強、靈活通用，使用方便和維護(hù)簡單。工業(yè)PC機(jī)。其特點：運行速度很快、帶負(fù)載能力強，抗干擾能力強。3-5PLC的硬件系統(tǒng)主要由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：一、CPU，運算和控制核心。二、存儲器，存儲數(shù)據(jù)和程序。三、輸入/輸出（I/O）單元，CPU與現(xiàn)場I／O設(shè)備或其他外部設(shè)備的連接部件。四、電源，對系統(tǒng)供電。五、編程器，人－機(jī)對話的工具。3-6PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟一般分為哪幾步？答：1、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容3、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本思路3-9數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定方法有哪些？答：湊試法和實驗經(jīng)驗法。3-10簡述嵌入式系統(tǒng)的組成。答：由嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件組成。3-11簡述嵌入式系統(tǒng)的硬件協(xié)同設(shè)計方法。答：1、需求分析和描述。2、設(shè)計建模。3、軟硬件劃分。4、軟硬件協(xié)同設(shè)計。5、軟硬件實現(xiàn)和綜合。6、軟硬件協(xié)同測試和驗證。3-12簡述計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計思路。答：設(shè)計思路：1、確定系統(tǒng)的總體控制方案。2、建立數(shù)學(xué)模型并確定控制算法。3、選擇微型計算機(jī)。4、控制系統(tǒng)總體設(shè)計。5、軟件設(shè)計。6、系統(tǒng)調(diào)試。第5章5-1接口的定義及作用是什么？答：機(jī)電一體化系統(tǒng)中各要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這些聯(lián)系條件稱為接口。作用：解決功能模塊間的信號匹配問題。使各要素或子系統(tǒng)之間能夠順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換。5-2按接口所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同，以信息處理系統(tǒng)（微電子系統(tǒng)）為出發(fā)點，可將接口分為哪幾類？各自特點是什么？答：可以分為人機(jī)接口和機(jī)電接口兩大類。人機(jī)接口的特點是：專業(yè)性、低速性、高性能價格比。機(jī)電接口的特點是：機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)之間的聯(lián)系必須通過機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖，同時微電子系統(tǒng)的應(yīng)用使機(jī)械系統(tǒng)具有智能，達(dá)到較高的自動化程度。5-3輸入接口可以有哪些方法？各自適用什么場合？答：1）簡單開關(guān)輸入接口設(shè)計。用于一些二值化的控制命令和參數(shù)2）鍵盤輸入接口設(shè)計。主要適用于需要操作者輸入的指令或參數(shù)比較多的場合。5-4ADC0809的結(jié)構(gòu)及工作原理是什么？答：ADC0809結(jié)構(gòu)包括：8路模擬量開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存器、地址鎖存與譯碼。工作原理是：IN0－IN7：8條模擬量輸入通道ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸51。5-5控制量輸出接口的作用是什么？有哪種具體形式？各自適用什么情況？答：其作用是：對有關(guān)控制信號進(jìn)行匹配、轉(zhuǎn)換和功率放大。具體形式有：模擬量輸出接口、功率驅(qū)動接口。模擬輸出接口適用于要求控制輸出接口能完成D/A轉(zhuǎn)換。功率驅(qū)動接口適用于當(dāng)控制信號需要通過與執(zhí)行元件相關(guān)的功率放大器才能驅(qū)動執(zhí)行元件的情況。5-6什么是電磁兼容性？答：電磁兼用性是指設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設(shè)備不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級；它也不會使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備因受到其他電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級。5-7何謂電磁干擾？電磁干擾必須具備的條件是什么？答：電磁干擾是指系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)的一些與有用信號無關(guān)的、并且對系統(tǒng)性能或信號傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。電磁干擾必備的條件是1、存在干擾源2、有相應(yīng)的傳輸介質(zhì)3、有敏感的接受元件。5-8電磁兼容性設(shè)計的目的是什么？如何進(jìn)行？答：目的是對電磁干擾加以控制。這樣進(jìn)行：了解和掌握有關(guān)產(chǎn)品的國際和國家標(biāo)準(zhǔn)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對設(shè)備總體布局和系統(tǒng)控制信號、狀態(tài)和數(shù)據(jù)的傳輸線、接地、印制電路板等進(jìn)行綜合設(shè)計在了解本產(chǎn)品干擾源、被干擾對象、干擾耦合途徑的基礎(chǔ)上，通過理論分析將這些指標(biāo)逐漸的分配到各分系統(tǒng)、子系統(tǒng)、電路和元器件上根據(jù)實際情況采取相應(yīng)措施抑制干擾源、隔斷干擾途徑，提高電路的抗干擾能力（5）利用各種模擬測試器，對產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格測試。5-9電磁干擾有哪三種形式？并舉例說明？答：（1）電容性耦合。（2）電感性耦合（3）電磁場耦合5-10在電磁輻射耦合中，如何判斷干擾場源的性質(zhì)？答：常把干擾源通過電場的耦合看成是電容性耦合，通過磁場的耦合看成電感性耦合，電場與磁場同時存在則為電磁場耦合。5-11為了抑制電容性、電感性和電磁場三種耦合形式，應(yīng)采取何種有效措施？答：抑制電容性可采取合理布置電路及電場屏蔽等措施；抑制電磁場耦合可采用屏蔽干擾源；抑制電感性耦合可采用切斷干擾傳播路徑。5-12常見抑制電磁干擾措施有哪些？答：常用的措施有：濾波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔離等。抑制電磁干擾的常用方法有屏蔽、隔離、濾波、接地、合理布局和軟件抗干擾技術(shù)。5-13如何進(jìn)行電場屏蔽、磁場屏蔽？答：電場屏蔽利用金屬屏蔽體可對電場起到屏蔽作用，但屏蔽體的屏蔽必須完善并良好地接地。最好使用低電阻金屬做成屏蔽罩，并使之與機(jī)殼（地）可靠相連。低頻磁場屏蔽：對于恒定磁場和低頻段（100kHz以下）干擾場，采用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料制成管狀或杯狀罩進(jìn)行磁場屏蔽。高頻磁場屏蔽：采用低電導(dǎo)率的金屬良導(dǎo)體材料來屏蔽，如銅、鋁。5-14接地系統(tǒng)分為幾大類？舉例說明。答：接地系統(tǒng)分（1）保護(hù)接地。常用的電源插座或配電板都有保護(hù)地線（2）工作地線。如常見的三眼插座地環(huán)路。如隔離變壓器（4）屏蔽接地。常見有屏蔽線、屏蔽電纜、電源濾波器、變壓器等5-15如何實施軟件抗干擾？答：實施軟件干擾主要有：、數(shù)據(jù)采樣的抗干擾設(shè)計。抑制工頻干擾數(shù)字濾波。程序運行失常的軟件抗干擾設(shè)計。軟件陷阱（2）WTD技術(shù)。5-16簡述電磁兼容性測試的一般步驟。答：第六章6-1.簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計流程？主要設(shè)計步驟分為五個階段：產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、設(shè)計實施和設(shè)計定型階段。第一階段：產(chǎn)品規(guī)劃。產(chǎn)品規(guī)劃要求進(jìn)行需求分析、需求設(shè)計、可行性分析，確定設(shè)計參數(shù)及制約條件，最后給出詳細(xì)的設(shè)計任務(wù)書，并依次作為設(shè)計、評價和決策的依據(jù)。第二階段：概念設(shè)計階段。由于需求是以產(chǎn)品的功能來體現(xiàn)的，產(chǎn)品的功能與設(shè)計間是因果關(guān)系的，概念設(shè)計是根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和組成系統(tǒng)的功能要素進(jìn)行總功能分解，劃分出各功能模塊，確定模塊間的邏輯關(guān)系：然后對各功能模塊的輸入/輸出關(guān)系進(jìn)行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總結(jié)構(gòu)：最后以技術(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，一項設(shè)計通常有幾種不同的設(shè)計方案，每一種方案都有其優(yōu)點和缺點，所以在概念設(shè)計階段應(yīng)對不同的方案進(jìn)行整體分析，選擇綜合指標(biāo)最有的設(shè)計方案。因此，這一階段的最終目標(biāo)就是在功能分析的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)想設(shè)計理念、創(chuàng)新構(gòu)思、搜索探求、優(yōu)化篩選取得較理想的工作原理方案。第三階段：詳細(xì)設(shè)計階段。該階段根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，對各功能模塊進(jìn)行細(xì)部設(shè)計，繪制相應(yīng)的工程圖；對于有過程控制要求的系統(tǒng)應(yīng)建立各要素的數(shù)學(xué)模型，缺點控制算法：計算各功能模塊之間接口的輸入/輸出參數(shù)，確定接口設(shè)計的任務(wù)歸屬，然后以功能模塊為單位，根據(jù)接口參數(shù)的要求對信號檢測及轉(zhuǎn)換模塊、機(jī)械傳動及工作結(jié)構(gòu)?？刂朴嬎銠C(jī)。功率驅(qū)動及執(zhí)行元件等功能模塊進(jìn)行選型、組配和設(shè)計：最后對所做的設(shè)計進(jìn)行整體技術(shù)評價，設(shè)計目標(biāo)考核和系統(tǒng)優(yōu)化，挑選出綜合性能指標(biāo)最有的設(shè)計。該階段的工作量較大，既包括機(jī)械、電子、電氣、控制與計算機(jī)軟件等系統(tǒng)的設(shè)計，又包括總裝圖和零件圖的繪制，應(yīng)該盡量應(yīng)用各種CAD工具，以提高工效。設(shè)計盡量模塊化和結(jié)構(gòu)化，以利于改進(jìn)或產(chǎn)品換代時提供參考。第四階段：設(shè)計實施階段。在這一階段中首先根據(jù)機(jī)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(jìn)行模塊的調(diào)試，復(fù)核系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性。第五階段：設(shè)計定型階段。這個階段的主要任務(wù)是對調(diào)試成功的系統(tǒng)進(jìn)行工藝定型，整理出設(shè)計圖紙、軟件清單、零部件清單、元器件清單及調(diào)試記錄等；編寫設(shè)計說明書，為產(chǎn)品投產(chǎn)時的工藝設(shè)計、材料采購和銷售提供詳細(xì)的技術(shù)檔案資料。6-2.開發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變型設(shè)計有何異同？開發(fā)性設(shè)計：在工作原理、結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下，沒有參照產(chǎn)品，應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過試驗證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計出質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的新產(chǎn)品，這是一種完全創(chuàng)新的設(shè)計。適應(yīng)性設(shè)計：在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，或為了進(jìn)行微電子控制對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。變型設(shè)計：在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對原有缺點或新的工作要求，從工作原理、功能結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和尺寸等方面進(jìn)行一些變異，設(shè)計出新產(chǎn)品以適應(yīng)市場需求，增強市場競爭力。這種設(shè)計也包括在基本型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，工作原理保持不變，開發(fā)出不同參數(shù)、不同尺寸和不同功