机电一体化系统设计基础2015小抄

1、（一）填空题机电一体化系统常用的能源有电源、气压源和液 压源。市场预测的方法主要有定期预测和定量预测。机电设计的质量管理主要体现在质量目标管理、 实行可行性设计和进行手机质量评审控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软 件和硬件接口组成。在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分 配应遵守先小后大原则。机电系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、 稳定性和快速响应性等方面的要求。影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程 误差两种对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时 减小定位时间，则必须提高系统的固有频率。提高 固有频率和阻尼可以提高闭环系统的稳定性。液压系统的伺服控制元件主要有电液伺服

2、阀和电 液比例阀典型开关量 I/O 模板的 I/O 电气接口的主要功能 有滤波、电平变换、光电隔离和功率驱动。计算机的指令进行 D/A 转换后，需经过信号调理 环节才能驱动执行机构。传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路组 成。传感器的静态特性参数主要有灵敏度、线性度、 迟滞和重复精度。传感器输入特性的主要参数是输入阻抗或静态刚 度。执行机构，选择较大传动比可使系统的相对阻尼 系数增大，有利系统稳定。机电产品设计类型可分为开发性设计、适应性设 计、变参数设计三类。当负载折算到电机轴上的惯量等于转子质量时， 系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。步进电机的最大动态转矩小于最大静转矩，并随 着

3、脉冲频率的升高而降低。（二）选择题开放式体系结构中的 VLSI 是指（超大规模集成电 路）以下移动电话不属于机电一体化产品。数控机床需要进行抗干扰设计。幅频特性和相频特性（或频率响应函数）是传感 器动态特性指标丝杠螺母机构在闭环外，所以它回程误差和传动 误差都影响输出精度闭环控制，齿轮减速器在前向通道，它回程误差 不影响输出精度，但传动误差影响步进电机转动后，其输出转矩所工作频率增高而 下降采用脉宽调制进行直流电动机调速驱动是，通过 改变脉冲宽度来改变电枢贿赂的平均电压而实现机 的平滑调速。数控机床进给系统的伺服电机属于设备的驱动部 分。分离活塞式油缸属于系统中的驱动部分在工业机器人的设计中传

4、感器的选择及精度分析 是理论分析阶段要进行为提高机话接卸传动系统的固有频率，应增大系 统刚度。机械系统的刚度对系统的主要影响表现为固有频 率、精度、稳定性。多齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用 于按输出轴的转角误差最小原则设计的传动链前大后小的分配原则适用于重量最轻原则（大功 率装置）频矩特性表示步进电机最大动态转矩与脉冲频率 的关系永磁式直流伺服电机又称为力矩电机STD 总线的 A/D 转换接口模板中，出 A/D 转换器 及 STD 总线接口逻辑外，还应有多路开关与采样保 持器（三）简答题机电相关技术有哪些 机械技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自 动控制技术、传感器测试技术和伺服

5、驱动技术。试述机电一体化产品的定义和分类方法。 答：机电一体化产品是新型机械与微电子器件，特 别是与微处理器、微型计算机相接合而开发的新一 代电子化机械产品。 按用途可分为信息机电一体化产品、产业机电一体 化产品和家庭用机电一体化产品。机电一体化系统的基础结构要素有哪些？喷漆机 器人的电液伺服系统和手臂手腕分别属于其中的那 个结构要素？数控系统、主传动系统答：要素有机械本体，能源，测试传感部分，执行 机构，驱动部分，控制及信息处理单元等 6 项。电 液伺服系统属驱动部分，手臂腕、主传动系统属执 行机构的一部分，数控系统属控制及信息处理单元。简述数控机床中计算机数控装置的组成和功能。 答：由专用

6、计算机、输入输出接口以及机床控制器 等部分组成。功能：根据输入的数据和程序，完成 数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能机电系统中，对控制及信息处理单元的基本要求 是？信息处理速度和可靠性，增强抗干扰能力，完善系 统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型化，轻 量，标准化等。机电产品对机械传动系统有哪些要求 精度、稳定性、快速响应性、还应满足小型、轻量、 高速、低冲击振动、低噪声、高可靠性。机电系统中，测试传感部分的作用是什么？ 答：对系统运行中所需要的本身和外部环境的各种 参数及状态进行检测，传输到信息处理单元，经分 析处理后产生控制信息。影响机电一体化系统传动机构动力学特征的主要 因素有那些

7、？ 答：主要因素有负载变化；传动系统的惯性；传动系统固有频率；传动系统中的摩擦与润滑。why 采用机电可提高系统精度？ 答机电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引起的误差大大减少，同时 采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因 各种干烧因素造成的误差，从而提高精度。为减少机械系统的传动误差，可采用那些结构措 施？ 答：适当提高零部件本身的精度；合理设计传动链， 减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采 用消隙机构，以减少或消除回程误差。什么是步进电机的步距角？他是由那些参数确定 的？ 答：步进电机在每输入一个电脉冲信号，转子所转 过的角度为步距角。由步进电机

8、的相数、电机转子 的齿数和电机的通电方式决定。步进电机是如何实现速度控制的。答：步进电机的运动由输入的电脉冲信号控制，电 机绕组每接收一个脉冲，转子就转过一个响应的角 度，其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比。在时间上与输入脉冲同步。因而只需要控制输入脉冲 的数量、频率和电机绕组的相序，即可控制转动的 速度和方向。简述开关量输入模板的基本组成。 答：由外部开关设备、输入信号调理电路、输入缓 冲器、输入端口译码、（STD 总线）。简述开关量输出模板的基本组成。答：STD 总线信号、输出端口译码控制、输出数据 所存、输出信号调整电路、负载。工业 PC 机和个人计算机的主要差别是什么？ 答：大母版改

9、为功能插板，具有丰富的过程输入输 出功能；具有良好的实时性，能够对生产过程工况 变化实时监控；抗干扰电源，密封机箱，具有良好 的环境适应性；具有丰富的应用软件。齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响，如何消除 圆柱直齿轮的齿侧间隙？ 答：齿轮的啮合间隙会造成传动死区，若死区在闭 环系统中，则可能造成系统不稳定，使系统内高以15 倍间隙角产生的低频振荡。为降低制造成本， 多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减少啮合 间隙，常法有偏心套调整法、轴向垫片法、双片薄 齿轮错齿法等。机电系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于 系统设计的那个阶段。 答：仿真模型有物理模型、数学模型和描述模型。 当仿真模型为物理

10、模型时，为全物理仿真，系统研 制阶段；是数学模型时，称为数学仿真，分析设计 阶段。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统 替代部分数学模型所构成的为半物理仿真，部件及 子系统研制阶段。仿真再设计中起到的作用是什么？ 在项目的设计和规划时需要对项目的合理性、经济 型等品质加以评价；在系统实际运行前，要对项目 的实施结果加以预测，一边选择正确、高效的运行 策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度的提高实 际系统的运行水平。采用仿真技术可以省时省力省 钱的达到上述目的。什么是 PID 调节器？三部分在系统中起什么作用。 答：按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器， 将偏差的比例、积分、微分通过现行组合

11、构成控制量，简称为 P（比例）I（积分）D（微分）调节器， 是连续系统中技术成熟，应用最为广泛的一种调节 器。aPID 调节器中比例调节起纠正偏差的作用，其反应 迅速；b 积分调节能消除静差，改善系统静态特性；c 微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作 原理。 答：脉冲调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管 驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用，将直流 电源电压换成一定频率的方波电压，施加于直流电 机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢 的平均电压，是电机的转速得到调节。永磁式直流伺服电机的主要特点： 可以不经过减速机构直接驱动负载，由输入的

12、电压 信号直接调节负载的转速；在以位置控制方式的伺 服系统中，电机可工作于堵转状态。交流伺服电机有哪些类型？交流伺服驱动的主要 特点？ 答：分为永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。 特点：1 调速范围大；2 适合大、中功率伺服系统；3 运行平稳，转速不受负载变化的影响；4 输出转矩 交大而转矩脉动小；5 通过闭环实现速度控制或位 置控制，其中永磁式同步电机也可作步进方式运行。开放式体系结构的主要特点是什么？ 答：开放式体系结构是今年在电子工业和计算机工 业中流行的一种设计思想，其主要特点是向未来的 VLSI 开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要 求开放；采用模块化结构。简述 STD 总线

13、微机控制系统的主要特点。 答：采用小版结构，高度模块化，功能模板结构灵 活，可靠性高，硬件冗余小，成本低；模块设计具 有严格的标准和广泛的兼容性；面向 I/O 的设计， 具有强大的 I/O 扩展能力，使控制系统非常适合工 业控制的应用；高可靠性。简述 STD 有哪些工作模式？1 独立工作模式即采用微机的基本系统与工业 I/O 模板单独构成控制系统；2 作为前端控制机 STD 可 作为其他微机的前端控制机，完成实时在线控制， 并把采集的数据和执行结果传送到上位机；3 构成分部式组合 利用 STD 控制机的组合方法，可方便进 行各种分布式系统的组合。转动惯量对传动系统有哪些影响？ 答：转动惯量增大

14、使机械负载增加，功率消耗大； 使系统响应速度变慢，降低灵敏度；是系统固有频 率下降，容易产生谐振。光电隔离型 DI/DO 模板有哪些主要特点？输入信 号与输出信号在电器上完全隔离，抗干扰能力强； 无触点，耐冲击，寿命长，可靠性高；响应速度快， 易于逻辑电路配合。D/A,A/D 接口功能A/D 接口功能是将温度、压力等物理量经传感器变 成电压、电流等信号转换为数字量。D/A 接口是将 二进制数字量转换成电压信号。简述电位器式位移传感器的测量原理。 电位器的可动电刷与被测物体相连，物体的位移引 起电位器移动端电阻的变化，电阻值的变化量即反 应出唯一的大小和方向。通常由电源电压吧电阻的 变化转换成电

15、压输出。PLC 的功能和组成。优越性 功能：可取代继电器控制，完成顺序和程序控制； 可组成闭环系统实现精确的位置和速度控制；可构 成告诉数据采集和分析系统，实现生产过程的自动化。组成：CPU，存储器，电源，I/O 口和编程器。 优越性：可靠性高，环境适应性强，灵活通用个， 维护简单，方便组成网络，应用程序的编制和调试 非常方便，还具有监控功能。（四）分析题试分析比较直流测速发电机和光电编码器做转速 测量的特点。 解答：直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成， 用电枢获取速度信号。它具有灵敏度高、结构简单 等特点，常用于高精度低速伺服系统，也可与永磁 式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发

16、 电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电 压信号，信号幅度大，信号调理电路简单。由于输 出电压信号有波纹，一般需要配置滤波电路。 光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和光电器件 组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特 点，常与直流电机配合使用构成脉宽调速系统。增 量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲 信号，可以通过脉冲计数获得角位置信号，也可以 定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。因此，可 以同时测量转角和转速。试分析齿轮机构、传感器及丝杠螺母机构的误差 对输出精度的影响。 答：齿轮减速器位于前向通道，误差的低频分量不影响输出精度，因此允许有一定的间隙误差；而误 差的高频分量

17、影响输出精度，因此应尽量减少传动 误差。 传感器位于反馈通道，误差的低频分量会影响输出 精度，因此对静态精度有较高要求；而误差的高频 分量对输出精度几乎没有影响，允许存在一定程度 的高频噪声。 丝杠螺母机构位于闭环之后，其误差的低频分量和 高频分量都会影响输出精度，因此要尽量消除传动 间隙和传动误差。工业控制 PC 计算机与可编程控制器的主要区别： 答：工业控制 PC 的基本系统与普通 PC 大体相同， 但备有各种控制模板，一般不需要再做硬件开发， 在结构上进行了模块化；系统具备完整的控制功能， 软件丰富，执行速度块，适用于需要做大量数据处 理的测控系统。在程序语言方面，工控 PC 以使用高

18、级语言为主，也可使用汇编语言。PLC 结构小巧，适应性强，可按照使用要求选个相 应产品构成控制系统，PLC 的控制功能以逻辑控制 为主，小型 PLC 适用于实现各种逻辑控制和开关量 控制，大中型 PLC 为模块化结构，按用户需求的功 能选配模块，可组成规模较大，精度较高的闭环控制系统。PLC 的控制功能由软件实现，但信号的输 入输出采用周期性的扫描方式，这一点是与工控 PC 的重要区别。此外，在程序语言方面 PLC 主要采用 提醒度，大型 PLC 可使用高级语言。对比说明步进电机和直流伺服电机驱动的特点。 答：1 在工作方面，步进电机通过输入脉冲的数量、 频率和相序来控制电机；而直流电机主要靠

19、改变电 枢两端的电压来调速，调速特性好，调速范围宽。2 步进电机可实现开环位置控制；直流电机一般用于 闭环位置控制。3 步进电机具有自锁功能；二直流 电机没有断电自锁能力。4 步进电机输出力矩较小， 而直流电机输出力矩可以很大。此外步进电机的转速和转角不受电源电压波动的影响，但对电源的要 求较高。已知数控机床控制系统，说明图中的各部分属于 机电系统的哪一个基本要素？1 控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示2 测试传感部分：光电编码器、信号处理3 能源：电源4 驱动部分：功放、电机5 执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、 工作台齿轮减速器的传动误差对工作台的影响？ 齿轮减速器在电机之后

20、，前向通道的闭环之外，其传动误差的高频分量和低频分量都不能通过闭环控 制来消除，都会影响输出精度。（五）计算题如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为 m=50Kg，负载力为 Fi=1000N,最大加速度为 10m/s2, 丝杠直径为 d=16mm,导程 t=4mm,齿轮减数比为 i=5, 总效率为 =30%，忽略丝杠惯量的影响，试计算电 机的驱动力矩。解：总负载力包括以下几部分先分 析负载力有哪些组成（1）外负载力 Fi=1000N（摩擦负 载 F=mgf=（2）惯性载力 Fm，m=50kg，a=10m/s²Fm=m²a=50³10=500N（3）电机的驱动力矩

21、为图示为电枢控制式直流电动机的工作原理图，电 流 i；LR 为线圈的电感电阻，输入电压 u；Jm； T； ；Ke；Kt，求输出转速与输入电压之间的传递函数。解：e=Ke ；T=Kti；KtI（s）=Jm（s）s； =Gm（s）T；Gm=1/（Jm s）；（）（）（） 计算电机轴 上的总等效惯量。解：（1）电机轴上的元件 Je1=J1+Jm；（2）中间轴上的元件 Je2= （J2+J3）（3）负载轴上的元件 Je3=（J4+JL） 总的折算惯量为 Je=Je1+Je2+Je3。已知电枢转子惯量 Jm=0.005kgm²，负载惯量 JL=0.04kgm²，确定传动比 i 为何值

22、时可是负载或最 大加速度。解：当=Jm 时，负载获最大加速度。 所以 i=2.828。开环步进电机位置控制系统，负载力 F=1000N， 工作台长 L=500mm，往复精度为±0.025mm，丝杠导 程 ts=6mm，直径 d=20mm，步进电机步距角为 =3°， 确定齿轮减速比 i。解：步进电机的每转脉冲数 ns=360°/ =360/3=120 脉冲/转根据工作台定位精度的要求，选用脉冲 当量 =0.025mm/脉冲设传动比为 i，每个脉冲对应工作台的 位移为 =ts/（i²ns）则i=ts/（ ²ns）=6/（0.025³120

23、）=2已知工作台直流电机丝杠螺母机构驱动，工作台 的行程 L=250mm，丝杠导程 t=6mm，齿轮减速比 i=4， 要求工作台位移的测量精度为 0.01mm。试采用高速 段测量方法，确定旋转译码器的每转脉冲数。若将 传感器与丝杠的端部直接连接，ns=500 脉冲/转的 旋转译码器是否合用。解：1 高速端测量，设传感器每转脉冲 数为 n，每个脉冲对应工作台的位移为 L=t/（in）由测量进度， L=0.01mm， 则n=t/（i L）=6/（4³0.01）=150 脉 冲/转选取 n=200 光电编码器，则理论测量精 度 L=6/（4³200）=0.00750.01 可 满

24、足题目要求。2 低速端测量，传感器直接与丝杠连接， 与减速比无关 L=t/n n=t/ L=6/0.01=600 脉冲/转，可知 ns=500 脉冲/转的编码器不 合用。（六）综合题已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自 由度的驱动系统如图所示。试说明单自由度驱动系 统的两种测量方案；注：需要回答至少两种测量方案，每种方案选出一 种传感器即可。采用直流电机驱动的机器人关节有两种转角和转 速测量方案解：方案 a 为高速端测量方案，结构简单，易实现。 同样的测量精度要求，对译码器的测量精度要求较 低。减速器包括在闭环之外，传动误差直接影响输 出精度，传动误差无法通过控制进行补偿，因此对 减速器

25、的精度要求较高。传感器在电机尾部，不知 容易，外观较好。方案 b 为低速端测量方法，同测精要求，对编码器 的精度要求较高，成本比方 a 高；但减速器包括在 闭环内，从而通过闭环来消除传动误差，对减速器 的精度要求较低。传感器安装在关节部位，布置较 困难，外观差。 实际中多采用方 A。某车间内有两条自动生产线上需要一款搬运机器 人，用于生产线请指定出概念设计流程。解：产品概念设计决定性地影响产品创新过程中后 续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发 以及企业经营战略目标的实现。包含以下流程：明确设计任务解：依题意有两种测量方案分析（1）高速端测量方案：传感器安装在电机的尾部（电机轴），通过测

26、量电 机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电 编码器式传感器或者磁电式编码器。综合评价 决策（2）低速端测量方案： 传感器安装在工作台上（负载轴），直接测量工作 台的位移。可选用光栅式位移传感器、感应同步器 或者电位计式位移传感器。求总功能 总功能分解寻求子功能解 原理解组合 评价与决策 概念产品黑箱法功能逐级分解创造性方法、目录法、 调查分析法形态学矩阵法各种评价方法已知五自由度机器人，采用直流电机控制，关 节是确定其控制计算机及控制方案。手动示教盒是一个单片机系统，他由单片机、RAM、 串行通信口、键盘、LED 显示器等组成。它承担命 令输入、状态显示、数据存储、通过与关节控制单 片

27、机通信给关节单片机发送控制命令等任务。 每个关节控制单片机分别负责每个关节直流电机的 位置伺服控制，有单片机、PWM 驱动接口、编码器 接口和串行通信口组成。PC 具有与手动示教盒同样的功能，不同是，状态显示及命令输入由显示器和 PC 键盘实现。已知某物料搬动机械手要求写出物料搬动机 械手设计和产品开发的详细工程路线。答：a 确定目标及技术规范：机械手的用途：物料 搬运。工作方式：手动、自动方式。主要技术参数：3 自由度。使用环境：生产线。b 可行性分析：收集 资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析。c 总体方案设计：机械手总体结构方案设计，指定研 制计划；开发经费概算；开发风险分析。d

28、总体方 案的评审、评价。e 理论分析阶段：结构运动血模 型、作业空间分析；结构的力学计算；驱动元件的选择、动力计算；传感器选择、精度分析；建立控 制模型、仿真分析。f 详细设计：包括系统总体设计， 业务的划分；控制系统设计；程序设计；后备系统 设计；设计说明书、使用说明书。g 详细设计方案 评价。h 试制样机：机械本体、动力驱动系统、供 电系统、控制系统、传感器、检测系统。i 机械手样 机的实验测试：调试控制系统、控制性能测试、功能测试、精度、工作空间测试、动态指标测试、作 业试验。j 技术评价与审定：对样机及其性能进行综 合评价，提供改进意见，对不满意的部分进行修改，直至样机合格后方可进入下

29、一步。k 小批量生产。l试销。m 正式生产。n 销售。(永磁式直流伺服电机)又称为力矩电动机，在位置控制方式的伺服系统中，可在堵转状态下工作。B(半)闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外所以它的（回程误差和传动误差都会影响输出精度）。步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而(下降）步进电机转角的精确控制是通过控制输入脉冲的(数量)来实现的。闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的(回程误差不影响输出精度,但传动误差影响精度)。C传动系统的固有频率对传动精度有影响，（提高）固有频率可减小系统地传动误差，（提高）系统刚度可提高固齿轮传动的总等效惯量随传动级数(增加而增加

30、)。采用脉宽调制PWM进行直流电动机调速驱动时，通过改变（脉冲的宽度）来改变电枢回路的平均电压。 D导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则其折算到丝杠上的等效转动惯量为（97）kg·mm2导程L0=8mm的丝杠总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（1200）kg·mm2。多级齿轮传动中，各级传动比“前小后大”的分配原则不适用于按（重量最轻原则）设计的传动链多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（重量最轻原则小功率装置）设计的传动链。F幅频特性和相频特性是模拟式传感器的(动态特性指标）。G光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上

31、密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，经四倍细分后记数脉冲为400，光栅位移是（1）mm。光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，此光栅传感器测量分辨率是（0.01）mm。H含有微处理器，可进行程序编制或适应条件变化的接口是（智能接口）。HRGP-1A喷漆机器人中的活塞式液压缸属于系统中的（驱动部分）。HRGP-1A喷漆机器人中的手部属于系统中的(执行机构)。HRGP-1A喷漆机器人中的旋转变压器属于系统中的(测试传感部分)J检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和（转换电路）。计算机控制系统实际运行时，

32、需要由用户自行编写（应用软件），具有实时性、针对性、灵活性和通用性。机械系统的刚度对系统的主要影响表现为(固有频率,精度,稳定性)等方面。机械系统的刚度对系统的动态特性主要影响表现为(固有频率,失动量,稳定性)等方面。机电一体化技术是以(机械)部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。机电一体化技术是以(电子)技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。M某机电一体化系统需要消除齿轮传动的齿侧间隙，采取（轴向压簧错齿调整法）使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙？P频率响应函数是传感器的(动态特性指标)。 S受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称(伺服系统)。数控机床进给系统的伺服电机

33、属于设备的(驱动部分)。T通常，数控精密镗铣床等高精度数控设备，其伺服系统的控制方式均采用(闭环控制)。W为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法(增大系统刚度)。X下列哪种方法是采用单螺母预紧原理来消除滚珠丝杠副的间隙？(偏置导程法)。下列哪个是传感器的动态特性（幅频特性）。Y以下产品属于机电一体化产品的是（全自动洗衣机）。以下产品不属于机电一体化产品的是（电子计算机、移动电话）。以下除了（继电器控制系统），均是由硬件和软件组成。以下抑制电磁干扰的措施，除了(软件抗干扰)，其余都是从切断传播途径入手。以下可对交流伺服电动机进行调速的方法是（改变电动机的供电频率）。有一脉冲电源，通过环形

34、分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，已知转子有24个齿，步进电机的步距角是（1.5°）。Z在开环控制系统中,常用（步进电动机）做驱动元件。在工业控制应用中，为了(适应工业仪表的要求)，D/A转换的输出常常要配接V/I转换器。B步进电动机转动惯量越大,同频率起动转矩就越大×闭环伺服系统中编码器检测得到×C产品组成零部件和装配精度高,系统的精度一定就高×齿轮传动的啮合间隙使系统产生低频振荡齿轮传动系统各级传动比等效转动惯量为最小×传感器的转换元件响应被测量的部分×传感器在使用前、中或修理后性能指标达到要求传感器的静态特性

35、输出与输入之间的关系×传动机构转动惯量取决机构中各部件的质量和转速×采用偏心轴套调整法且可以自动补偿侧隙×采用虚拟样机代替物理面向客户与市场需求能力×采用双螺母螺纹调能够进行精确调整×迟滞是传感器静态特性输出输入特性曲线不重合度迟滞是传感器的一.输出输入特性曲线不重合引起的×D电液伺服系统的过载能力.重载的高加减速驱动对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好×电气驱动部件的固有频系统的基本固有频率2-3倍×F反求设计是建立在概率降低维修费用×仿真根据采用的模型分为计算机仿真、和全物理仿真G滚珠丝杠垂直传动

36、，必须附加自锁或制动装置感应同步器是应用电磁感应原理检测直线位移和转角工业机器人驱动部分在控制信各种类型的传动方式J机电一体化系统的主要就输出具有所需特性的物质×机电一体化系统是以微电子技术.集成的综合性技术× 机电一体化系统的机械系统与一.快速响应性的特性机电一体化产品的适应性设计而形成系列产品的设计×机电一体化产品不仅是人的手.与功能上的本质区别进行机械系统结构设计时，阻尼比取值越小越好×计算机控制系统采样周期越小，其控制精度就越高×计算机控制系统设计完成后，进行硬件和软件的调试×计算机控制系统的软件主要分.主要是系统软件设计&#

37、215;绝对式光电编码器能用于角位置.能用于角速度测量×L绿色设计是对已有的产品或技术再创造的设计×M脉冲分配器的作用是使电动机按一定规律变化目前，大部分硬件接口和软件接口.编写相应的程序PPLC采用扫描工作方式，扫描周期的PLC的工作速度PLC完善的自诊断功能，能及时诊断出.工作安全性Q驱动部分在控制信息作用下提供.类型的驱动装置驱动元件的选择及动力计算是机电.阶段的工作之一驱动装置中同一环节的误差，其高频分可能是不同的驱动电路中采用脉冲调制pwm放大.关状态，管耗小气压伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用×气压伺服系统的过载能力强重载的高加减速驱动

38、5;全物理仿真与计算机仿真相比较.快捷与实用的方法×嵌入式系统大多工作在为特定集成度高特点S信息处理技术是指在机电一体化.决策分析等技术双螺母消除轴向间隙的结构形式能够精确调整×数字式位移传感器有光栅、磁栅统计位移的尺寸数字化物理样机就是一种结构设计结构上的设计×数控机床中的计算机属于机电一体.系统的驱动部分×伺服驱动系统在控制信息作用下类型驱动装置T通常，步进电机的最高连续工作最高启动频率通常，机械传动系统的.驱动部件的固有频率2-3倍通常，提高响应速度和提高系统系统的控制形式通用型计算机系大多工作在为特定.集成度高等特点×TTL电平接口.不

39、能用于驱动带电气隔离的继电器×TTL电平接口能用于驱动带电气隔离的继电器W为减少机械传动部件的扭矩反馈.而失去稳定性×无论采用何种控制方案高于检测装置的精度×X系统论、信息论、控制论是.一体化技术的方法论系统的静摩擦阻尼越大定位精度降低信息处理技术是指在机电一体化产.决策分析等技术选择传感器时测量的目的精度高的传感器×现代嵌入式系统的设计方法是设计流程分别完成×现场总线系统采用一对一的设备连线.系统的结构形式×需求设计是指新产品开发的整个生.需求产品的过程虚拟设计是在基于多媒体的、交互.设计和应用的需要Y永磁型步进电动机即使其定子.可

40、用于定位驱动一般说来，全物理仿真较之计算机.与实用的仿真方法×一个完善的机电一体化系统，应包括.通过接口相联系×Z自动控制是在人直接参与的.按照预定的规律运行×自动控制技术是机电一体化相关技.响应速度和稳定性直流伺服电动机的调速特性是电机.输出转矩的关系×直流伺服电动机的机械特性是电机.控制电压的关系×直流伺服电动机和永磁同步.pwm控制方式进行控制直流伺服电机的驱动电路中,由于.多用于小功率系统×在闭环系统中，因齿轮副的啮合1-5倍610倍×在闭环控制系统中，驱动装置中.输出精度影响不同在工控机系统的总线中,控制总线总线上

41、信息流的时序在工控机系统的总线中,数据总线总线上信息流的时序×在滚珠丝杠螺母间隙的调整结构中，制作成本低×在全自动洗衣机产品的设计过程中,阶段的任务之一×阻尼比除了.阻尼系数B有关,系数K和质量m有关B步进电动机的输入信号是什么？如何实现对其转速和旋转方向的控制步进电机的输入信号是脉冲序列。步进电机的步转角与运行拍数m,通电方式k(m=kN,单拍时k=1,双拍时k=2,N为定子绕组的相数),转子的齿数z有关,步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快,其转子旋转的速度越快,即通电状态的变化频率越高,转子的转速越高。改变步进电机定子绕组的通电顺序,转子的旋转方向随之改变

42、。比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别。直流伺服电动机具有良好的调速特性,较大的起动转矩,相对功率大及快速响应等优点。尽管其结构复杂,成本较高,在机电控制系统中作为执行元件还是获得了广泛的应用。与普通直流伺服电动机相比较,普通交流伺服电动机的特点是:它不需要电刷和换向器,因而避免了由于存在电刷和换向器而引起的一系列弊病。此外,它的转动惯量,体积和重量一般来说也较小。缺点是:输出功率和转矩较小;转矩特性和调节特性的线性度不及直流伺服电动机好;其效率也较直流伺服电动机为低。C齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则分别有哪些,各使用在哪些场合齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则:a.重量最小原

43、则(结构紧凑)b.转动惯量最小原则(快速相应)c.输出轴转角误差最小原则(精度)。结合可行性,经济性对转动惯量,结构尺寸和传动精度提出适当要求:要求体积小,重量轻的齿轮采用重量最轻的原则;要求运动平稳,起停频繁和动态性能好的轮系采用最小转动惯量原则或输出轴转角误差最小原则;提高传动精度和减小回程误差为主的轮系采用转角误差最小原则。齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响,如何消除圆柱直齿轮的齿侧间隙齿轮的啮合间隙会造成传动死区,若该死区是在闭环系统中,则可能造成系统不稳定,常会使系统以1-5倍间隙角产生的低频振荡。为了降低制造成本,则多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙,常用的方法有:偏心

44、套调整法,轴向垫片调整法,双片薄齿轮错齿调整法等。G滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些,圆柱直齿轮的齿侧间隙的调整方法有哪些滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有:螺纹预紧调整式,双螺母齿差预紧调整式,双螺母垫片预紧调整式,弹簧式自动调整预紧式,单螺母变位导程自预紧式。圆柱直齿轮的齿侧间隙调整方法有:偏心套调整法,轴向垫片调整法,双片薄齿轮错齿调整法。H何谓概念设计？简述概念设计的设计过程。在确定任务之后,通过抽象化,拟定功能结构,寻求适当的作用原理及其组合等,确定出基本求解途径,得出求解方案,这一部分设计工作叫做概念设计。设计过程:1首先是将设计任务抽象化,确定系统的总功能。2然后将

45、总功能分解为子功能,直到分解到不能再分解的功能元为止。3寻找子功能的解,并将原理解进行组合,形成多种原理解设计方案。4最后对众多方案进行评价与决策,最终选定最佳方案形成概念产品。J简述对滚珠丝杠副进行间隙调整和预紧方法。通常采用双螺母预紧和单螺母(适于大滚珠,大导程)两种方法,将弹性变形控制在最小限度内,以减小或消除轴向间隙,并可提高滚珠丝杠副的刚度。常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种:螺纹调隙式,垫片调隙式和齿差调隙式三种;单螺母消隙常用增大滚珠直径法和偏置导程法两种预紧方法。简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。在数控设备中,计算机数控装置是设备的核心部分,一般由专用计算机（或通

46、用计算机）,输入输出接口以及机床控制器等部分构成。计算机数控装置根据输入的数据和程序,完成数据运算,逻辑判断,输入输出控制等功能;机床控制器主要用于机床的辅助功能,主轴转速的选择和换刀功能的控制。简述完善的机电一体化系统五大组成要素机电一体化系统是由机械本体,动力系统,检测传感系统,执行部件,信息处理及控制系统五部分相互协调,共同完成所规定的目的的功能,各部分通过接口及相应软件有机结合在一起,构成内部匹配合理,外部效能最佳的完整产品。简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用,将直流电源电压转换成一定频率的方波电压,施加于

47、直流电机的电枢,通过对方波脉冲宽度的控制,改变电枢的平均电压,使电机的转速得到调节。简述机电一体化系统中的接口的作用。机电一体化系统是机械,电子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统,其各要素及各子系统之间的连接与信息传输都要通过接口。从系统外部看,输入/输出是系统与人,环境或其他系统之间的接口;从系统内部看,机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统。各要素及各子系统之间的接口性能好坏决定了整个机电一体化系统的综合性能。简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。1失动量,系统刚度越大,因静摩擦力作用所产生的传动部件的弹性变形越小,系统的失动量也越小。2固有频率,机械

48、系统刚度越大,固有频率越高,可远离控制系统或驱动系统的频带宽度,从而避免产生共振。3稳定性,刚度对闭环系统的稳定性有很大影响,提高刚度可增加闭环系统的稳定性。简述HRGP-1A喷漆机器人的示教过程由工作人员用手操纵操作机构的关节和手腕,根据喷漆工作表面的形状进行示教操作,此时中央处理器通过反馈原件（旋转变压器）将示教过程中测试的参数存入存储器,即把示教过程执行机构的空间轨迹记录下来。简述HRGP-1A喷漆机器人的示教再现过程。喷漆机器人的再现过程:由计算机控制机器人的动作,中央处理器将示教时记录的空间轨迹信息从存储器中取出,经过插补运算与采样得到的位置数据进行比较,将其插值调节后输出,控制执行

49、机构按照示教时的轨迹运动。简述STD总线微机控制系统的主要特点。1采用小板结构,高度的模块化,其功能模板结构灵活,可靠性高,硬件冗余小,成本低。2模板设计具有严格的标准和广泛的兼容性。3面向I/O的设计,具有强大的I/O扩展能力,使控制系统非常适合工业控制的应用。4高可靠性。简述开关量输出模板的基本组成为:STD总线信号,输出端口译码控制,输出数据锁存,输出信号调理电路,负载。机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么系统仿真就是通过对系统模型的实验分析去研究一个存在的或设计中的系统,这里的系统是指由相互联系和制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。1系统仿真可以在项目设计和规划时,对

50、项目的合理性,经济性等品质加以评价;2系统仿真可以在系统实际运行前,对项目的实施结果加以预测,以便选择正确,高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷,最大限度地提高实际系统的运行水平。可见系统仿真在机电一体化系统设计的预见性,经济性方面的作用十分明显。机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率,但是设计中要适当选择其参数,而不是越小越好。为什么一般情况下,摩擦阻尼都发生在运动副的构件之间。系统的静摩擦阻尼大,会使系统的回程误差增大,定位精度降低。系统的黏性阻尼摩擦越大,系统的稳态误差就越大,精度降低。系统的黏性阻尼摩擦会对系统的快速响应性产生不利影响。所以摩擦阻尼不易过大,但是阻尼比除了与机械系统的黏性阻尼

51、系数B有关外,还与系统的刚度和质量有关。如果机械系统刚度低而质量大,则系统的固有频率较低,此时应增大系统的黏性摩擦阻尼,以减小振幅和衰减振动。因此,在进行机械结构设计时,应当通过对刚度,质量和摩擦系数等参数的合理匹配,得到机械系统阻尼比的适当取值,以保证系统的良好动态特性。机电一体化系统中,对控制机信息处理单元的基本要求提高信息处理速度和可靠性,增强抗干扰能力,完善系统自诊断功能,实现信息处理智能化和小型化,轻量,标准化等。机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计的哪个阶段仿真的模型主要有计算机仿真,半物理仿真和全物理仿真。1计算机仿真用于系统的分析设计阶段;2半物理仿真用于系

52、统的部件及子系统研制阶段;3全物理仿真用于整个系统的研制阶段。PPID控制算法中比例,积分,微分部分各起何作用？什么是PID调节器。1比例调节起纠正偏差的作用,且其反应迅速;2积分调节能消除静差,改善系统的静态特性;3微分调节有利于减少超调,加快系统的过渡过程。按偏差的比例,积分和微分进行控制的调节器,将偏差的比例,积分,微分通过线性组合构成控制量,简称为P(比例)I(积分)D(微分)调节器,是连续系统中技术成熟,应用最为广泛的一种调节器。PLC控制系统有何优越性PLC主要具有可靠性高,环境适应性强,灵活通用,使用方便,维护简单,PLC提供标准通信接口,可以方便地构成PLC-PLC网络或计算机

53、PLC网络,PLC应用程序的编制和调试非常方便,PLC具有监控功能。R如何进行机电一体化系统的可靠性设计产品的可靠性主要取决于产品的研制和设计阶段。要提高系统的可靠性,要从研制,设计,制造实验,管理,使用和维护以及评审等每个阶段都考虑。1机械系统的可靠性设计措施:缩短传动链,减少元件数;必要时增设备用元件或系统;简化结构;增加过载保护装置或自动停机装置;设置监控系统;合理地规定维修期;2控制系统的可靠性设计措施:采用自动控制;通过元器件的合理选择提高可靠性;对功率接口采用降额设计提高可靠性;采用监视定时器提高可靠性;采取抗干扰措施提高可靠性。S什么是传感器的校准？并简述如何进行校准传感器在使用

54、前,使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性能参数进行复测或做必要的调整和修正,以确保传感器的测量精度,这个复测调整过程称为校准。为了对传感器有一个长期的,稳定的和高精度的基准,在一些测量仪器中特别是内部装有微处理器的测量仪器中,很容易实现自动校准功能。对传感器进行校准时,需要精度比它高的基准器,这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响,参数会随之改变。因此对这种基准器还要用更高精度的基准器来定期校准。什么是传感器的静态特性和动态特性传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时所表现出来的输出响应特性,称为静态响应特性。传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响

55、应特性。什么是伺服系统？伺服系统的一般组成有哪几个部分？伺服驱动系统:是指以机械位置,速度和加速度为控制对象,在控制命令的指挥下,控制执行元件工作,使机械运动部件按照控制命令的要求进行运动,并具有良好的动态性能。相当于人四肢。伺服系统主要包含:控制器,功率放大器,执行机构和检测装置4大部分。什么是步进电机的步距角,它由哪些参数确定步进电机在每输入一个电脉冲信号,转子所转过的角度称为步距角。它由步进电机的相数,电机转子的齿数和电机的通电方式所决定。W完善的机电一体化系统主要包括哪几部分机电一体化系统的基本结构要素有机械本体,动力系统（能源,驱动部分）,执行机构,控制及信息处理单元,传感检测部分等

56、5项,各环节和要素之间通过接口相联系。X系统采样周期的选择时,主要考虑的影响因素主要有哪些1从对调节质量来看,采样周期在香农采样定理给出的上限范围内,采样周期越小,就越接近连续控制,而且采样周期大些也不会失去信号的主要特征。2从执行元件的要求来看,有时需要输出信号保持一定的宽度,这就需要一定的时间,在这段时间内,要求计算机的输出值不应变化,因此,采样周期必须大于这一时间,否则会导致执行元件不能按预期的调节规律动作。3从控制系统随动和抗干扰的性能要求来看,则要求采样周期短些,这样,给定值的改变可以迅速地通过采样得到反映,而不致在随动控制中产生大的时延。A.对于低频扰动,采用短的采样周期可以使之迅

57、速得到校正并产生较小的最大偏差。B.对于中频扰动,采用周期选大了,干扰就有可能得不到控制和抑制。4从计算机工作量和每个调节回路的计算成本来看,一般要求采样周期大些。5从计算机精度来看,过短的采用周期是不合适的。因此,各方面因素对采用周期的要求是不同的,甚至是互相矛盾的,所以,确定采样周期时须根据具体情况和主要要求作出折中选择。K刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上,已知丝杠的螺距为2mm,编码器在10秒内输出307200个脉冲,试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？解:1刀架的位移量 2丝杠的转速 M(2011.1)某工作台采用如图所示的直流电机丝杠螺母机构驱动,已知工作台的行程L=250mm,丝杠导程t=4m