機電一體化系統(tǒng)設(shè)計復(fù)習(xí)題今天的

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、什么是機電一體化？ 答：機電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。2、一個典型的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含哪些幾個基本要素？答：機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過接口耦合來實現(xiàn)運動傳遞、信息控

2、制、能量轉(zhuǎn)換等有機融合的一個完整系統(tǒng)。3、試簡述機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法。答：機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一直要堅持貫徹機電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個組成要素間的有機聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計方法，并用自動控制理論的相關(guān)手段，進行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分析，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。4、步進電動機是什么電機？它的驅(qū)動電路的功能是什么?答：步進電動機又稱電脈沖馬達，是通過脈沖數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機，成本較低，易于采用計算機控制，且比直流、交流電動機組成的開環(huán)控制系統(tǒng)精度高，因而被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。步進電動機驅(qū)動電路實際上是一個功

3、率開關(guān)電路，為使步進電動機能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動負載工作，提供足夠功率的控制信號。5、描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是什么？答：傳感器變換的被測量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸入/輸出關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率和零漂。6、測試傳感部分的作用是什么？答：測試傳感部分的作用：對系統(tǒng)運行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，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息15、伺服控制系統(tǒng)一般包括哪幾個部分？每部分能實現(xiàn)何種功能？答：伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五個部分。比較環(huán)

4、節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號，通常由專門的電路或計算機來實現(xiàn)；控制器通常是計算機或PID控制電路；其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作；執(zhí)行元件按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能，驅(qū)動被控對象工作，機電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機或液壓、氣動伺服機構(gòu)等。被控對象是指被控制的機構(gòu)或裝置，是直接完成系統(tǒng)目的的主體，一般包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和負載；檢測環(huán)節(jié)指能夠?qū)敵鲞M行測量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。18、轉(zhuǎn)動慣量對傳動系統(tǒng)有哪些影響?答：轉(zhuǎn)動慣量增大

5、使機械負載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度；使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。20、已知某工作臺采用直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為0.005mm(忽略齒輪和絲杠的傳動誤差)。 (1)試采用高速端測量方法，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。 (2)若將傳感器與絲杠的端部直接相連，n=500脈沖轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用。高速端測量 設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為n，每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為 滿足題目要求。低速端測量 傳感器直接與絲杠連接，與減速比無關(guān)可知n500脈沖轉(zhuǎn)的編碼器不合用。19、已知數(shù)控機床控制

6、系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機電一體化系統(tǒng)中的哪一個基本要素?答： 控制及信息處理單元：鍵盤、計算機、顯示； 測試傳感部分：光電編碼器、信號處理； 能源：電源； 驅(qū)動部分：功放、電機； 執(zhí)行機構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)、工作臺。21、什么是機電一體化？ 答：機電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。22、什么是機電一體化的變參數(shù)設(shè)計？答：在設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)原理不變的情況下，僅改變部分結(jié)構(gòu)尺寸和性能參

7、數(shù)，使之適用范圍發(fā)生變化的設(shè)計方式。例如，同一種產(chǎn)品不同規(guī)格型號的相同設(shè)計。23、機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機電技術(shù)的區(qū)別。答：傳統(tǒng)機電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理的各種電器來實現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計算機控制。機電一體化技術(shù)以計算機為控制中心，在設(shè)計過程中強調(diào)機械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計算機控制下具有一定的智能性。26、機電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。答：接口主要完成電平轉(zhuǎn)換、信號隔離、放大、濾波、速度匹配等。27、試分析機電一體化系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品設(shè)計的區(qū)別。答：機電

8、一體化系統(tǒng)設(shè)計方法與用經(jīng)驗公式、圖表和手冊為設(shè)計依據(jù)的傳統(tǒng)方法不同，它是以計算機為手段，其設(shè)計步驟通常如下：設(shè)計預(yù)測信號分析科學(xué)類比系統(tǒng)分析設(shè)計創(chuàng)造設(shè)計選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計方法（如相似設(shè)計法、模擬設(shè)計法、有限元法、可靠性設(shè)計法、動態(tài)分析法、優(yōu)化設(shè)計法、模糊設(shè)計法等）機電一體化系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的綜合評價。28、機電一體化技術(shù)與自動控制技術(shù)的區(qū)別。答：自動控制技術(shù)的側(cè)重點是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。機電一體化技術(shù)是將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件。它應(yīng)用自控原理和方法，對機電一體化裝置進行系統(tǒng)分析和性能測算。29、試述在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，

9、系統(tǒng)模型建立的意義。答：機械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析的是輸入（如電機轉(zhuǎn)子運動）和輸出（如工作臺運動）之間的相對關(guān)系。等效折算過程是將復(fù)雜結(jié)構(gòu)關(guān)系的機械系統(tǒng)的慣量、彈性模量和阻尼（或阻尼比）等機械性能參數(shù)歸一處理，從而通過數(shù)學(xué)模型來反映各環(huán)節(jié)的機械參數(shù)對系統(tǒng)整體的影響。 30、機電一體化系統(tǒng)中，機械傳動的功能是什么？答：機電一體化機械系統(tǒng)是由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械及機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計算機控制的，包括機械、電力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。它的主要功能是完成一系列機械運動，每一個機械運動可單獨由控制電動機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)

10、組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計算機協(xié)調(diào)和控制，以完成其系統(tǒng)功能要求。機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計要從系統(tǒng)的角度進行合理化和最優(yōu)化設(shè)計。機電一體化系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和支承部件。在機械系統(tǒng)設(shè)計時，除考慮一般機械設(shè)計要求外，還必須考慮機械結(jié)構(gòu)因素與整個伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。31、從系統(tǒng)的動態(tài)特性角度來分析：產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，但系統(tǒng)的精度并不一定就高的原因。答：產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，是靜態(tài)的，由于阻尼的影響、摩擦的影響、彈性變形的影響以及慣量的影響在動態(tài)響應(yīng)上存在滯后或超前的影響，使得整個系統(tǒng)的動態(tài)精度不高32、滑動摩擦

11、中采用導(dǎo)軌有什么作用，對導(dǎo)軌有什么具體要求？答：滑動摩擦導(dǎo)軌的運動件與承導(dǎo)件直接接觸。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；缺點是摩擦阻力大、磨損快、低速運動時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。(1) 導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運動件按給定方向作直線運動的準(zhǔn)確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。(2) 運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時導(dǎo)軌速度的不均勻，使運動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(xiàn)象。(3) 耐磨性好。導(dǎo)軌的初始精度由制造保證，而導(dǎo)軌在使用過程中的精度保持性則與導(dǎo)軌面的耐磨性密切相關(guān)。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的類型、材料、導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和

12、導(dǎo)軌表面壓強的大小。(4) 對溫度變化的不敏感性。即導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。(5) 足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。剛度不足不僅會降低導(dǎo)向精度，還會加快導(dǎo)軌面的磨損。剛度主要與導(dǎo)軌的類型、尺寸以及導(dǎo)軌材料等有關(guān)。（6）結(jié)構(gòu)工藝性好。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗和調(diào)整，從而降低成本。33、驅(qū)動力和溫度對導(dǎo)軌間隙有什么影響？答：設(shè)計導(dǎo)軌時，必須合理確定驅(qū)動力的方向和作用點，使導(dǎo)軌的傾復(fù)力矩盡可能小。否則，將使導(dǎo)軌中的摩擦力增大，磨損加劇，從而降低導(dǎo)軌運動靈便性和導(dǎo)向精度，嚴(yán)重時以至使導(dǎo)軌卡住而不能正常工作。滑動摩擦導(dǎo)軌對溫度變化比較敏感，由于溫度的變化，可

13、能使自封式導(dǎo)軌卡住或造成不能允許的過大間隙。35、檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成？說明各部分的作用？答：敏感元件：是一種能夠?qū)⒈粶y量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量的預(yù)變換裝置。 傳感元件：是將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號（如電阻、電感、電容等）形式。 基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量，如電壓、電流、頻率等。36、何謂I/O接口？計算機控制過程中為什么需要I/O接口？答：I/O接口與I/O通道是計算機主機與外部連接的橋梁，常用的I/O接口有并行接口和串行接口。I/O通道有模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道。其中模擬量I/O通道的作用是，一方面將經(jīng)由傳感器得到的工業(yè)對象的生產(chǎn)過程參數(shù)變換成二進

14、制代碼傳送給計算機；另一方面將計算機輸出的數(shù)字控制量變換為控制操作執(zhí)行機構(gòu)的模擬信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。數(shù)字量通道的作用是，除完成編碼數(shù)字輸入輸出外，還可將各種繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)通過輸入接口傳送給計算機，或?qū)⒂嬎銠C發(fā)出的開關(guān)動作邏輯信號經(jīng)由輸出接口傳送給生產(chǎn)機械中的各個電子開關(guān)或電磁開關(guān)。37、什么是伺服控制？為什么機電一體化系統(tǒng)的運動控制往往是伺服控制？答：伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng).機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)

15、節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。38、機電一體化系統(tǒng)的伺服驅(qū)動有哪幾種形式?各有什么特點？答：（1）按被控量參數(shù)特性分類 按被控量不同，機電一體化系統(tǒng)可分為位移、速度、力矩等各種伺服系統(tǒng)。其它系統(tǒng)還有溫度、濕度、磁場、光等各種參數(shù)的伺服系統(tǒng) （2）按驅(qū)動元件的類型分類 按驅(qū)動元件的不同可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣動伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)電機類型的不同又可分為直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)和步進電機控制伺服系統(tǒng)。 （3）按控制原理分類 按自動控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)39、比較直流伺服電動機和交流伺服電動機的適用環(huán)境差別。答：直流伺服電機具有良

16、好的調(diào)速特性，較大的啟動轉(zhuǎn)矩和相對功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。 與直流伺服電動機比較，交流伺服電動機不需要電刷和換向器，因而維護方便和對環(huán)境無要求；此外，交流電動機還具有轉(zhuǎn)動慣量、體積和重量較小，結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等優(yōu)點；尤其是交流電動機調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。40、簡述干擾對機電一體化系統(tǒng)的影響。答：在機電一體化系統(tǒng)的工作環(huán)境中，存在大量的電磁信號，如電網(wǎng)的波動、強電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和開關(guān)的電磁輻射等，當(dāng)它們在系統(tǒng)中產(chǎn)生電磁感應(yīng)和干擾沖擊時，往往就會擾亂系統(tǒng)的正常運行，輕者造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，降低了

17、系統(tǒng)的精度；重者會引起控制系統(tǒng)死機或誤動作，造成設(shè)備損壞或人身傷亡。41、分析在機電一體化系統(tǒng)中常用的抗干擾措施。答：抑制干擾的措施很多，主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法。42、什么是屏蔽技術(shù)及其分類？答：屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對象包圍起來從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場的性質(zhì)不同，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。43、機電一體化中隔離方法有哪些？答：隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。44、機電一體化系統(tǒng)中的計算機接口電路通常使用光電耦合器，請問光電耦合器的作用有哪些？答：光電

18、隔離是以光作媒介在隔離的兩端間進行信號傳輸?shù)模玫钠骷枪怆婑詈掀?。由于光電耦合器在傳輸信息時，不是將其輸入和輸出的電信號進行直接耦合，而是借助于光作介物進行耦合，因而具有較強的隔離和抗干擾的能力。一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路，在控制系統(tǒng)中，它既可以用作一般輸入/輸出的隔離，也可以代替脈沖變壓器起線路隔離與脈沖放大作用。由于光電耦合器具有二極管、三極管的電氣特性，使它能方便地組合成各種電路。又由于它靠光耦合傳輸信息，使它具有很強的抗電磁干擾的能力，從而在機電一體化產(chǎn)品中獲得了極其廣泛的應(yīng)用.45、常用的濾波器有哪些，并分析他們的適用場合?答：濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，當(dāng)接受器接收有用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。這時，可以采用濾波的方法，只讓所需要的頻率成分通過，而將干擾頻率成分加以抑制。常用濾波器根據(jù)其頻率特性又