机电一体化系统设计天津大学作业答案.doc

机电一体化系统设计复习资料

一、选择题
1.电压跟随器的输出电压( C )输入电压。
A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于
2.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为( B )
A.1450［r/min］ B.1470［r/min］
C.735［r/min］ D.2940［r/min］
3.右图称( B )
A.直流伺服电动机调节特性
B.直流伺服电动机机械特性
C.直流伺服电动机动态特性
D.直流伺服电动机调速特性
4.计算步进电动机转速的公式为( C )
A. B.Tsmcos C. D. 180°-
5.连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的( C )使得它们同步协调到达目标点。
A.位置和加速度 B.速度和加速度
C.位置和速度 D.位置和方向
6.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( A )
A.(A+)·(+B)
B.A·+·B
C.(A+B)·(+)
D.A·B+·
7.累计式定时器工作时有( B )
A.1个条件 B.2个条件
C.3个条件 D.4个条件
8.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：( A B C D )
A 机械本体 B 动力与驱动部分 C 执行机构 D. 控制及信息处理部分
9.机电一体化系统（产品）开发的类型( A B C )
A 开发性设计 B 适应性设计 C 变参数设计 D 其它
10.机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法( A B C D )
A 取代法 B 整体设计法 C组合法 D其它。
11.机电一体化的高性能化一般包含( A B C D )
A高速化 B高精度 C高效率 D高可靠性。
12.抑制干扰的措施很多，主要包括( A B C D )
A屏蔽 B隔离 C滤波 D接地和软件处理等方法
二、判断题
1、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（ ）
2、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（ ü ）
3、感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（ ）
4、数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（ ü ）
5、FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。（ ）
答案：1、（√）2、（√3、（√）4、（√）5、（√）

三、名词解释题
1.机电一体化
机械与电子的集成技术。
2.轴系的动特性
指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性。
3.灵敏度(测量)
输出变化量与对应的输入(被测量)变化量的比值。有时称为增量增益或标度因子。
4.永磁同步电动机
以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，又称无刷电动机。
复合控制器
在反馈控制器的基础上附加一个前馈控制器，二者的组合称为复合控制器。它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号。
5.伺服控制系统
一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。
6. 串行通信
串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。
7.传感器
是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。
8.系统精度
指输出量复现输入信号要求的精确程度；

四、填空题
1. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。
2. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、 双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。
3. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。
4. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨 四种形式。
5. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。
6. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路等组成。

五、简答题
1.简述PWM脉宽调速原理。
在一个周期T内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U被按一定的频率开闭的开关S加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U、宽度为，如右图所示。电枢两端的平均电压为：

式中 =/T=Ud/U，(0<<1) 为导通率（或称占空比）。
当T不变时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压Ud。当从0~T改变时，Ud由零连续增大到U。

2.为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?
机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。

3.．机电一体化相关技术有哪些?
机电一体化相关技术有：机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动控制技术，传感器测试技术和伺服驱动技术。

4.简述机电一体化产品结构设计中通常应该遵循的一些基本原则。
机电一体化产品结构设计中通常应该遵循的一些基本原则:
a) 任务分配原则：根据产品的性能，有时相同的功能可以由不同的零件来承担；有时不同的功能又可以由同一个零件来承担。
b) 自补偿原则：通过技术系统本身结构或相互关系，产生加强功能、减载或平衡作用。
c) 从结构设计变元构造的解空间中寻找出最优解。
d) 力传递原则：尽量缩短力流传递路线；尽量使力流变化缓慢。
e) 力平衡原则：利用零件本身的结构抵消附加的载荷。
f) 稳定性原则：在结构设计中应该使其结构即使在受到力的作用时也能处于稳定状态。
g) 等强度原则。
h) 降低噪声。

5．转动惯量对传动系统有哪些影响?
转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使系统固有频率下降，容易产生谐振。

6. 计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。
软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波
软件“陷井”
软件“看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用监控定时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行 。

7.伺服电动机应具备的基本要求是什么？
1）性能密度大。
2）快速响应特性好。
3）位置控制精度高，调速范围宽，低速运行平稳、分辨率高。
4）适应启停频繁的工作要求。
5）振动和噪声小。
6）空载始动电压小。
7）可靠性高，寿命长。

8.滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？
如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式

9.机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？
（1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。
（2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。
（3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。
利用光电耦合方式实现载波调制，可获得10kHz带宽，但其隔离性能不如变压器耦合。

六、计算题
1.已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数
Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。如图
试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速n1;
(2)柔轮固定时刚轮的转速n2。
答案：
（1）刚轮固定时：
n1=-
（2）柔轮固定时

2.已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。若电位器的总电阻R=2kΩ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压Vi=12V,负载电阻为RL。
(1)已测得输出电压Vo=5.8V,求RL。
(2)试计算此时的测量误差。
答：
V0=
(1) 当V01=5.8时，5.8=
5.8=
(２)空载时ＲＬ＝
　　设测量出5.8Ｖ输出电压时的测量误差
　　则

3.光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位
移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？

光栅此时的位移
细分前4mm, 细分后 1mm
测量分辨率:
细分前0.01 mm/线 细分后:0.025