2015机电一体化系统设计复习题资料.docx

1.机电一体化概念，其英文单词是什么，是由哪两个单词组成？
机械一体化（Mechatronics）由Mechanics（机械学）与Electronics（电子学）组合而成。
2.机电一体化系统的基本组成要素，并简要说明?
1.机械单元：机电一体化中的机械机构部分。2.动力单元：为系统提供能量和动力，使系统正常运转的装置。3.传感单元：用于对系统运行本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，使之变成可控制器可识别的信号。4.控制单元：处理来自传感器的信息和外部输入命令，并根据处理结果发出相应的指令控制，控制整个系统有目的的运行。5.执行单元：根据控制指令，通过动力单元与传动机构，驱动执行构件完成各种动作的装置。
3.接口定义及其分类，说明其作用并举例说明常见的接口？
机电一体化系统的组成要素之间需要进行物质，能量和信息的传递和交换。因此个要素之间必须具备一定的联系条件，这个联系条件称为接口。作用：从内部看，机电一体化系统是通过许多接口将系统组成要素的输入和输出联系在一起的；各要素之间的接口性能成为综合系统性能好坏的决定因素。分类与举例：机械接口（联轴器，法兰盘，插头与插座等）物理接口(各种电磁和液压控制阀)信息接口（ISO,RS232C,C语言等）环境接口（防尘过滤器，防水连接器，防爆开关）
4.机电一体化设计包含哪些相关技术？
机械技术；信息处理技术；自动控制技术伺服传动技术；检测传感技术；系统总体技术
5.机电一体化系统的设计类型及设计方法有哪些？
设计类型：1.开发性设计2.适应性设计；3.变异性设计。设计方法：1.机电系统工程与并行工程2.仿真设计3.可靠性设计4.反求法设计
6.机电一体化设计的总体设计主要内容包括哪些？
1. 准备技术材料2.确定性能指标3.拟定系统原理方案4.初定系统主体结构方案5.电路结构方案设计6.总体布局与环境设计7.机电一体化系统简图设计8.总体方案评价9.总体设计报告
7.机电一体化结构方案设计中安全可靠性的保证方法有哪些？
1.直接安全技术发2.间接安全技术发3.指导性安全技术发
8.机电一体化结构方案设计应当遵循哪些基本原理和原则？
1.运动学设计原理2.平均效应原理3.阿贝误差原理4.基准重合原则5.最短传动链原理6.“三化”原则。（系列化，标准化，通用化）
9.一体化总体布局设计的基本原则有哪些？
功能合理、结构紧凑、层次分明、比例协调。
10.使用能量的不同，动力元件可以分为哪几种类型，其各具有什么样的特点？
电气式执行元件:利用电磁力的电动机和电磁铁，对控制用电动机的性能除了要求稳速运转性能之外，还要求具有良好的加速、减速性能和伺服性能等动态性能以及频繁使用时的适应性和便于维修性能。液压式执行元件主要包括往复运动的油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸占绝大多数。气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件无什么区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。
11.步进电机可以分为哪几种类型？其工作原理是什么？其特点有哪些？有哪些主要指标？提高步进电机旋转精度（减小步距角）的方法有哪些？
可变磁阻型步进电动机(VR)，转子无绕组，步进运行是由定子绕组通电激磁产生的反应力矩作用来实现的，也称反应式步进电动机。这类电动机结构简单，工作可靠，运行频率给高，步距角小。永磁型步进电动机，转子永磁铁，在圆周上进行多极磁化，转动靠与定子绕组所产生的电磁力相互吸引或排斥来实现。这类电动机控制功率小，效率高，造价低。
混合型步进电动机，定子与VR型类似，磁极上有控制绕组，转子由永磁铁构成故转子有固定极性。步距角小、工作频率高、控制功率小、无励磁时具有转距定位的优点。结构复杂，成本高。减小步距角：驱动设定细分，增加转子步数Z，运行拍数m。指标：步距角
12.直线电动机、液压马达、气动马达及其分类？
1.直线直流电动机、直线感应电动机、直线步进电动机2.齿轮式、叶片式、钢球式、柱塞式3.容积式、透平式
13.在设计机电系统时，如何选用动力原件，应从哪些方面考虑？
首先分析系统的负载特性和要求、动力元件本身的机械特性、经济性比较。
14.动力元件功率、转矩与转速之间的关系式
T﹦9549 P/n
15.机电系统的负载特性可以归纳为哪几种类型？
恒转矩负载特性、恒功率负载特性、负载转矩是转速函数的负载特性、负载转矩是行程或转角函数的负载特性，负载转矩变化无规律的负载特性。
16.光栅传感器特点？
精度高，可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化，具有一定的抗干扰能力，高精度光栅制造成本高。
17.莫尔条纹的主要特性（作用）有哪些？
1莫尔条纹运动与光栅运动具有对应关系，根据莫尔条纹的移动量和移动方向判定光栅的移动量和移动方向。2莫尔条纹具有放大作用3莫尔条纹能均化误差。
18.感应同步传感器、旋转编码器、测速发电机、超声传感器、热电偶传感器应变片主要用于测量什么？
一种高精度的位移检测元件、角位移检测、检测转速、检测距离、温度测量、检测位移和温度。
19.直流（交流）伺服电动机如何选择和计算？
1. 转动惯量匹配验算2.转矩匹配验算3.过热验算4.过载验算
20.步进电机如何选择与计算？
1.步距角要满足传动系统脉冲当量的要求2.最大净扭矩要满足进给传动系统的空载快速启动力矩要求；3.启动矩频率特性和工作矩特性必须满足进给传动系统对启动扭矩与启动频率，工作运行扭矩与运行频率的要求。
21.步进电机减速器的传动比与步距角、滚珠丝杠的基本导程、脉冲当量的关系？
i=αS/360º·δ
22.传动系统的组成？按工作原理可分为哪几类？按驱动形式分可分为哪几类？
答：（1）变速装置、启停和换向装置、制动装置和安全保护装置等。（2）机械传动、流体传动、电力传动。（3）单独驱动的传动系统，统一驱动的传动系统，联合驱动的传动系统。
23.伺服机械传动系统按控制方式不同可分为哪几种传动系统？各有什么特点?
答：开环控制伺服机械传动系统（系统中不需要位置检测与反馈控制），半闭环控制伺服机械传动系统（机械传动不包括在控制环内，机械传动误差没有反馈，位置精度与开环相当），闭环控制伺服机械传动系统（机械传动装置包括在控制环内，工作台上安装检测装置直接检测工作台位移并进行反馈）。
24.直齿圆柱齿轮、斜齿轮无侧隙传动消除齿轮侧隙的方法有哪些？
答：（1）直齿圆柱齿轮消除齿轮侧隙的方法：偏心轴套调整法，双片薄齿轮错齿调整法。（2）斜齿轮无侧隙传动：垫片调整法，轴向压簧调整法
25.滚珠丝杠的循环方式有哪些？其轴向间隙调整与预紧方式有哪些？
答：（1）内循环、外循环（2）双螺母齿差预紧式，双螺母垫片预紧式，双螺母螺纹预紧式，双螺母弹簧自动调整预紧式，单螺母变位导程自预紧式。
26.执行系统的概念是什么？其主要功能是什么？有哪些基本要求？常见典型执行系统有哪些？
答：（1）执行系统是直接用来完成各种工艺动作或生产过程的系统。（2）1.作用于外界、完成预定的操作过程，2.作用于机器内部，完成某种控制动作3）1.实现一定的运动。2.传递必要的动力。保证系统具有良好的动态品质。（4）夹持器，搬运装置，输送装置，分度与转位装置，检测装置，施力。
27.执行系统的运动循环图有哪几种形式，一个运动循环可分为哪几部分，其作用是什么？执行系统运动循环的同步化有哪些形式？
答：（1）执行系统的运动循环图有直线式、圆周式和直角坐标式。
（3）执行系统运动循环的同步化有：1.运动循环的时间同步化，2.运动循环的空间同步化。
28.光栅传感器主要用于测量什么？其工作原理是什么？
光栅传感器用于测量位移和角位移。利用光栅的莫尔条纹现象进行测量的。光栅前后安装有光源及光电元件。运动件移动时明暗条纹也随之移动，光源的平行光经调制后作用在光电元件上，从而得到了与栅距移动相应的正弦信号，经过处理，变成与位移成比例的脉冲，送至数显装置或作测量信号。
29.试比较增量式编码器与绝对式编码器的特点？
增量式编码器结构简单，体积小，价格廉，原点复位容易，抗干扰性差。缺点：可能由于噪声或外界其他干扰产生技术错误，绝对式编码可克服这些缺点。绝对式编码器的优点：运转速度可以提高 ，编码器本身具有机械位置存储功能。缺点：结构复杂，制作困难，成本高。
30.在控制系统中有哪些控制方式？机电一体化系统中动作控制方式有哪些？
1） 量控制，逻辑控制；开环控制，闭环控制；连续控制，非连续控制；点控制，轨迹控制 。2）动作控制：位置控制，速度控制方式，伺服控制。
31.按动力源来分，伺服控制机构有哪几种类型？对电气伺服机构来说，又可以分为哪几种？
1）有电气伺服，电-液（气）伺服。2）模拟伺服控制，数字伺服控制，软件伺服控制。
32.步进电机驱动器由哪几个部分组成？
脉冲分配器，功率放大器，细分驱动。
33.步进电机、直流伺服电动机的控制方法、交流伺服电动机的控制方法？各有什么特点？
1）微机控制（并行和串行控制）特点;价格廉，功能强。速度控制， 2）可控硅直流驱动，特点：通态损耗小，控制功率大，起开关作用时，没有机械抖动现象。晶体管脉宽调制直流调速驱动，特点；系统调速范围宽，使用功率元件少，线路简单，响应速度，稳速精度好。3）同步型：采用永磁铁磁场的同步电动机，不需磁化电流控制，只检测磁铁转子位置。异步型：矢量控制， 变频调速控制。
34.根据应用特点、控制方案、控制目的和系统构成，计算机控制系统大体上可分为哪个几类？
数据采集系统，直接数字控制系统，监督计算机控制系统，集散控制系统。
35比较比例调节、积分调节、比例积分调节和比例积分微分调节的优缺点？
1)优点：主要取决于比例系数K，越大调节作用越强，动态性能越好。缺点：存在误差，K太大，系统不稳定2）积分作用能消除误差 缺点：积分调节器响应慢，很少单独使用 。3）与积分作用相同，但瞬态响应快，稳态和动态特性好。4）调节作用强调节品质改善，应用 广泛。