習題作業(yè)4及解答2014

1、一、簡答題1如何提高伺服系統(tǒng)的響應速度？2步進電機是如何實現(xiàn)速度控制的？3試述直流電機伺服系統(tǒng)中脈寬調制放大器的基本工作原理。4交流伺服電機有哪些類型？交流伺服驅動的主要特點是什麼？二、分析題1如圖所示的系統(tǒng)，試分析傳感器的誤差對輸出精度的影響圖1 電機驅動直線伺服系統(tǒng)2如圖所示的伺服系統(tǒng)，試分析齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響圖2 開環(huán)步進電機位置控制系統(tǒng)三、計算題1如圖1所示的電機驅動直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺的質量為50kg，工作臺與導軌間的摩擦系數(shù)f0.1，負載力為1000N，絲杠直徑為16mm，導程為4mm，齒輪減速比為5，工作臺的最大線速度為0.05m/s，試求：（1）折算

2、到電機軸上的負載力矩；（2）電機軸的轉速；（3）電機所需功率。2如圖2所示的開環(huán)步進電機位置控制系統(tǒng)，已知負載力F=2000N，工作臺長L=400mm，往復精度為mm，絲杠導程6mm，直徑d32mm，步進電機的步距角為，試確定齒輪減速比I3圖示絲杠螺母驅動系統(tǒng)，已知工作臺的質量m=200Kg，絲杠螺距t=5mm,絲杠長度L=0.8m,中徑為d=30mm,材料密度為，齒輪齒數(shù)分別為z120，z245，模數(shù)m2mm，齒寬b20mm。試求折算到電機軸上的總等效慣量J？機電一體化系統(tǒng)設作業(yè)解答（4）一、簡答題1敘述你對“機電一體化系統(tǒng)”的認識，包括其關鍵技術，并舉例說明。機電一體化是系統(tǒng)技術、計算機與

3、信息處理技術、自動控制技術、伺服傳動技術和機械技術等多學科技術領域綜合交叉的技術密集型系統(tǒng)工程。機電一體化綜合利用各相關技術優(yōu)勢，揚長避短取得系統(tǒng)優(yōu)化比效果，有顯著的社會效益和技術、經濟效益。2 為什么采用機電一體化技術可以提高系統(tǒng)的精度？ 機電一體化技術使機械動部分減少，因而使機械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時由于采用電子技術實現(xiàn)自動檢測，控制，補償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。3. 滾珠絲杠傳動有什么特點？滾珠循環(huán)方式有哪幾種？各有何優(yōu)缺點？預緊方式又有哪幾種？為什么要預緊？滾珠絲杠傳動設計時應考慮哪些問題？ 1.滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構，其具

4、有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動原件滾珠。當絲杠轉動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置構成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合道路。除此之外滾珠絲杠副軸向剛度高，運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。但由于能自鎖，具有傳動的可逆性，在用做升降傳動機構是，需要采取制動措施。2.滾珠絲杠副的傳動方式有內循環(huán)和外循環(huán)兩種。內循環(huán)的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高，螺母的徑向尺寸也較小。缺點是反相器加工困難，裝配調整也不方便。外循環(huán)有螺旋槽式，插管式，端蓋式。螺旋槽式特點是工藝簡單，徑向尺寸小，易于制造，但是擋珠器剛性差，

5、易磨損。插管式結構簡單，容易制造，但是徑向尺寸大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。端蓋式結構簡單，工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準確制作而影響其他性能，故應用較少。預警方式有1.雙螺母螺紋預警調整式2雙螺母齒差預警調整式3.雙螺母墊片調整預警式4.彈簧式自動調整預警式5.單螺母變位導程預警式和單螺母滾珠過盈預警式滾珠絲杠副在有負載時，滾珠與滾道面接觸點處將產生彈性變形，換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續(xù)的，即影響傳動精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲杠副的間隙消除相當困難。4.簡述STD總線微機控制系統(tǒng)的主要特點。STD總線微機控制系統(tǒng)的主要特點：（1）采用小板結構，高度的模

6、塊化，其功能模板結構靈活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。（2）模板設計具有嚴格的標準和廣泛的兼容性。（3）面向I/O的設計，具有強大的I/O擴展能力，使控制系統(tǒng)非常適合工業(yè)控制的應用。（4）高可靠性。5.為減小機械系統(tǒng)的傳動誤差，可采用哪些結構措施？減小機械系統(tǒng)的傳動誤差可采用的結構措施有：適當提高零部件本身的精度；合理設計傳動鏈，減小零部件制造、裝配誤差對傳動精度的影響；采用消隙機構，以減小或消除回程誤差。6.簡述模擬量輸入輸出通道的工作過程。模擬量輸入輸出通道的工作過程分析7如何提高伺服系統(tǒng)的響應速度？伺服系統(tǒng)的響應速度主要取決于系統(tǒng)的頻率特性和系統(tǒng)的加速度。（1）提高系統(tǒng)的固有頻率，減小

7、阻尼。增加傳動系統(tǒng)的剛度，減小折算的轉動慣量，減小摩擦力均有利于提高系統(tǒng)的響應速度。（2）提高驅動元件的驅動力可以提高系統(tǒng)的加速度，由此也可提高系統(tǒng)的響應速度。8步進電機是如何實現(xiàn)速度控制的？步進電機的運動是由輸入的電脈沖信號控制的，每當電機繞組接收一個脈沖，轉子就轉過一個相應的角度。其角位移量與輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步。因而，只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的相序，即可得到所需轉動的速度和方向。9試述直流電機伺服系統(tǒng)中脈寬調制放大器的基本工作原理。脈寬調制放大器是直流伺服電機常用的晶體管驅動電路。利用大功率晶體管的開關作用，將直流電源電壓轉換成一定頻率的方波電壓

8、，施加于直流電機的電樞，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，使電機的轉速得到調節(jié)。10交流伺服電機有哪些類型？交流伺服驅動的主要特點是什麼？交流伺服電機有永磁式交流同步電機和籠型異步電機兩類。交流伺服驅動的主要特點有：（1）調速范圍大；（2）適合大、中功率伺服系統(tǒng)；（3）運行平穩(wěn)，轉速不受負載變化的影響；（4）輸出轉矩較大，而轉矩脈動小。11. 轉動慣量對傳動系統(tǒng)有哪些影響？在傳動系統(tǒng)中，轉動慣量增大使機械負載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應速度變慢，降低靈敏度；使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產生諧振。12. 試述直流電機伺服系統(tǒng)中脈寬調制放大器的基本工作原理。脈寬調制放大器是直流伺服電機常用

9、的晶體管驅動電路。利用大功率晶體管的開關作用，將直流電源電壓轉換成一定頻率的方波電壓，施加于直流電機的電樞，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，使電機的轉速得到調節(jié)。13A/D、D/A接口的功能是什麼？在工業(yè)系統(tǒng)中，需要測量和控制的參數(shù)經常是連續(xù)變化的模擬信號，這些物理量經傳感器變成連續(xù)變化的電壓、電流等信號，A/D接口的功能是將這些模擬量再變換成數(shù)字量，以便計算機識別。D/A接口的功能則是將經計算機處理后的數(shù)字量轉換成模擬電壓或信號，輸送到執(zhí)行機構，達到控制過程的目的。14簡述數(shù)控設備中計算機數(shù)控裝置的組成和功能。在數(shù)控設備中，計算機數(shù)控裝置是設備的核心部分，一般由專用計算機（或通

10、用計算機）、輸入輸出接口以及機床控制器等部分構成。計算機數(shù)控裝置根據輸入的數(shù)據和程序，完成數(shù)據運算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能；機床控制器主要用于機床的輔助功能，主軸轉速的選擇和換刀功能的控制。二、分析題1分析傳感器的誤差對輸出精度的影響傳感器位于反饋通道，誤差的低頻分量影響系統(tǒng)的輸出精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此傳感器應有較高的精度；而誤差的高頻分量不影響輸出精度，可以允許傳感器及放大電路有一定的高頻噪聲。2分析齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響。對于開環(huán)步進電機位置控制系統(tǒng)，由于無檢測裝置，不對位置進行檢測和反饋，齒輪減速器的傳動誤差（誤差的高頻分量）和回程誤差（誤差的低頻分量）將直接

11、影響工作臺的輸出精度。3試分析比較閉環(huán)控制系統(tǒng)與半閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別。閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置測量元件直接對工作臺的實際位移量進行檢測。如圖所示，A為速度測量元件，C為位置測量元件，由A將速度反饋信號送到速度控制電路，由C將工作臺實際位移量反饋至位置比較電路，系統(tǒng)通過與指令值比較后的差值進行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內的誤差，定位精度高，調節(jié)速度快。但由于工作臺慣量大,對系統(tǒng)穩(wěn)定性不利，且系統(tǒng)較復雜、成本高。半閉環(huán)控制系統(tǒng)通過測速發(fā)電機A和光電編碼器B間接測量伺服電機的轉角，推算出工作臺的實際位移量。系統(tǒng)通過此值與指令值進行比較，以差值實現(xiàn)控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)沒有把工作臺傳動鏈

12、包括在控制回路內，這類系統(tǒng)的控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，但成本較低，調試方便，因此得到了廣泛的應用。4試分析比較液壓馬達和直流電機實現(xiàn)轉動輸出驅動的不同特點。使用液壓馬達一般不需要中間傳動機構，馬達軸與負載軸直接連接，傳動機構簡單，結構緊湊；而直流電機驅動為得到合適的運動速度和負載能力，一般要使用較大傳動比的減速器，傳動機構的尺寸較大。在相同的負載條件下，液壓馬達比直流電機驅動的負載剛度大、快速性好；液壓馬達對環(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專門的液壓動力源，對環(huán)境有污染；而直流電機驅動要求有較好的工作環(huán)境，也不會污染環(huán)境。5試分析比較工業(yè)

13、控制PC計算機與可編程序控制器的主要區(qū)別。工業(yè)控制PC計算機與可編程序控制器以較強的輸出帶負載能力、良好的抗干擾能力和可靠性，在工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。但兩者在系統(tǒng)組成、功能以及程序語言等方面有所不同。工業(yè)控制PC計算機的基本系統(tǒng)與普通PC機大體相同，但備有各種控制模板，一般不需要再作硬件開發(fā)，在結構上進行了模塊化；系統(tǒng)具備完整的控制功能，軟件豐富，執(zhí)行速度快，適用于需要作大量數(shù)據處理的測控系統(tǒng)。在程序語言方面，工業(yè)控制計算機以使用高級語言為主，也可使用匯編語言?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）結構小巧，適應性強，可按照使用要求選購相應產品組成控制系統(tǒng)，可編程序控制器的控制功能以邏輯控制為

14、主，小型PLC適用于實現(xiàn)各種邏輯控制和開關量控制，大中型的PLC為模塊化結構，按用戶所需的功能選配模塊，可組成規(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現(xiàn)，但信號的輸入輸出采用周期性的掃描方式，這一點與工業(yè)控制PC機存在重要的區(qū)別。此外，在程序語言方面PLC的編程語言多采用梯形圖，大型PLC控制系統(tǒng)可使用高級語言。三、計算題1如圖所示的電機驅動直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺的質量為m50kg，工作臺與導軌間的摩擦系數(shù)f0.1，負載力為FW1000N，絲杠直徑為D16mm，導程為ts4mm，齒輪減速比為i5，工作臺的最大線速度為v0.04m/s，試求：（1）折算到電機軸上的負載力矩；（

15、2）電機軸的轉速；（3）電機所需功率。解：（1）折算到電機軸上的負載力矩摩擦負載力 Ffmgf50100.150N外負載力 Fw1000N電機上的負載力矩為（2）電機軸的轉速（3）電機所需功率取系數(shù)為2，則2如圖所示的開環(huán)步進電機位置控制系統(tǒng)，已知負載力F=2000N，工作臺長L=400mm，往復精度為mm，絲杠導程6mm，直徑d32mm，步進電機的步距角為，試確定齒輪減速比i。解：步進電機的每轉脈沖數(shù) 脈沖/轉根據工作臺定位精度的要求，選用脈沖當量=0.02mm/脈沖設傳動比為i ，每個脈沖對應工作臺的位移為則 3圖示絲杠螺母驅動系統(tǒng)，已知工作臺的質量m=200Kg，絲杠螺距t=5mm,絲杠長度L=0.8m,中徑為d=30mm,材料密度