機電一體化重點及答案

1、1. 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)

2、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。機電一體化系統(tǒng)有以下三種設(shè)計方法：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

3、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。另附資料。5. 傳動鏈精度對開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)精度的影響。開環(huán)伺服系統(tǒng)中，傳動鏈的傳動精度不僅取決于組成系統(tǒng)的單個傳動件的精度，還取決于傳動鏈的系統(tǒng)精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的傳動鏈，雖然對單個傳動件的精度要求可以降低，但對系統(tǒng)精度仍有相當高的要求，以免在控制時因誤差隨機性太大不能補償。6. 舉例說明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。7. 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

4、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

5、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。8. 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。9. 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）。10. 錐齒輪、斜齒輪消

6、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。11. 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)隙和預緊。如何按照負載角加速度最大原則選擇總傳動比。13. 齒輪傳動各級傳動比分配

7、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??；（3）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。14. 如何設(shè)計齒輪傳動機構(gòu)間隙輸出軸轉(zhuǎn)角誤差。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。15. 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

8、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)間隙小 ；E.傳動平穩(wěn)；F.結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。16. 永磁測速電機輸出電壓與轉(zhuǎn)速和外負載的關(guān)系。當負載電阻趨于無窮大時，其輸出電壓U與轉(zhuǎn)速n成正比，隨負載電阻變小，其輸出電壓下降，而且輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間并不能嚴格保持線性關(guān)系。17. 簡述光電轉(zhuǎn)速傳感器的原理。光電式轉(zhuǎn)速傳感器是由裝在被測軸上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成。光源發(fā)生發(fā)的光通過縫隙圓盤和指示縫隙

9、照射到光電器件上，當縫隙圓盤隨被測軸轉(zhuǎn)動時，由于圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同。因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖。根據(jù)測量時間t內(nèi)的脈沖數(shù)N，則可測出轉(zhuǎn)速n=60N/Zt（Z為圓盤縫隙數(shù)）。18. 接近式位置傳感器按工作原理分為哪幾種類型？接近式位置傳感器按工作原理可分為這五種類型：A.電磁式；B.光電式；C.靜電容式；D.氣壓式；E.超聲波式。19. 分析透光型光電傳感器接口電路，解釋反射型光電傳感器的應用。在透光型光電傳感器中，發(fā)光器件和受光器件相對放置，中間留有間隙。當被測物體到達這一間隙時，發(fā)射光被遮住，從而接收器件（光敏元件）便可檢測出物體已經(jīng)到達。反射型

10、光電傳感器發(fā)出的光經(jīng)被測物體反射后再落到檢測器件上，由于是檢測反射光，所以得到的輸出電流Ie較小。另外，對于不同的物體表面，信噪比也不一樣，因此，設(shè)定限幅電平就顯得非常重要。20. 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。21. 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。22. 簡述液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和伺服電機驅(qū)動的輸出功率、響應速度的

11、特點。液壓驅(qū)動伺服系統(tǒng)：輸出功率大，響應頻率高；氣壓驅(qū)動伺服系統(tǒng)：輸出功率大，響應頻率低；伺服電機驅(qū)動的伺服系統(tǒng)：輸出功率范圍大，響應頻率寬。23. 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。24. 步進電機的特點（7個）。步進電機有以下七個特點：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

12、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)。25. 步進電機帶負載的最大起動頻率的計算。26. 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。27. PWM直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的原理。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

13、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。28. 交流電機調(diào)速的方法。交流電機調(diào)速的方法有以下三種：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。29. SPWM變頻調(diào)速的原理。SPWM變頻調(diào)速的原理：將相同極性的正弦波基準信號u1與等幅等矩的三角波ut相比較，以其交點為相應變流器件換流的開關(guān)點，交點間隔即為被調(diào)制脈沖的寬度。隨著u1的幅值和頻率的變化，調(diào)制的脈沖也會在寬度和頻率上作相應的變化，保

14、證了變頻要求的U1/f1=常值。對負半周可通過反向器得到負的脈沖波。這就是SPWM變頻調(diào)速的原理。30. 直線電機的特點。直線電機有以下五個特點：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；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。31. 簡述圓盤型直線電機的工作原理、直流直線電機的原理。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，形成感應電流，并與磁場相互作

15、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。32. 步進電機的選擇和計算。（P93 例題）33. 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。34. PLC的特點。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。35. 總線型工業(yè)控制計算的特點。總線型工業(yè)控制計算的特點：模塊化設(shè)計。36.

16、 DAC0832的單極性輸出和雙極性輸出的電壓范圍，推導輸出電壓與數(shù)字量之間的關(guān)系。另附資料。37. DAC0832與計算機的接口電路，編寫匯編程序起動DA轉(zhuǎn)換。另附資料。38. 光電耦合器的功能、原理及接線方法。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。39. 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)光二極管導通，交流電的正負半軸均以直流方式加

17、在晶閘管的門極，觸發(fā)晶閘管導通。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。40. 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通，進而使三極管9013導通，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。41. 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、P13742. PWM功率放大器與控制計算機的接口方法（與前面綜合考）。P13743. 自動控制中變頻器的三種控制方法。自動控制中變頻器的三種控制方法：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。44. 步進電機脈沖分配器的兩