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文档简介

1、机电一体化灵敏度:指在稳态下,输出的变化量AY与输入的变化量AX的比值。即为传感器灵敏度。压电效应:某些电介质,当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时,内部就会产生极 化现象,同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去掉后,它又重新恢复到不带 电的状态,这种现象被称为压电效应。动态误差:动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。机电一体化系统,设计指标和评价标准:性能指标系统功能使用条件经济效益。顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统,顺序控制器通常用:PLC。复合控制器必定具有:前馈控制器。钻孔、点焊通常选用:简单的直线运动控制。一般说

2、来,如果增大幅值穿越频率英的数值,则动态性能指标中的调整时间ts (减小)。加速度传感器的基本力学模型是(阻尼一质量系统)。齿轮传动的总等效惯量与传动级数(在一定级数内有关)。伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和(检测元件)等个五部分。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。对直流伺服电动机来说,其机械特性越硬越好。伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号,为电机提供电能的控制装置,也称其 为变流器,它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型:单电源驱动电路 双电源驱动电路

3、 斩波限流驱动 电路。什么是步进电机的使用特性?步距误差:步距误差直接影响执行部件的定位精度。最大静转矩:是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时,所能承受的最大外 加转矩,亦即所能输出的最大电磁转矩,它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的 负载能力。启动矩一频特性:空载时步进电动机由静止突然启动,并不失步地进入稳速运行所允许的 最高频率称为最高启动频率。启动频率与负载转矩有关。运行矩频特性:步进电动机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率,它与步距 角一起决定执行部件的最大运行速度。最大相电压和最大相电流:分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流 过的最大

4、电流。线性度:所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。 又称为非线性误差。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。计算机在控制中的应用方式主要有:操作指导控制系统、分级计算机控制系统、监督计算机 控制系统、直接数字控制系统。滚珠丝杆螺母副结构有两类:外循环插管式内循环反向器式。应用于工业控制的计算机主要有:单片机PLC总线工控机。可编程控制器主要由:CPU存储器 接口模块。隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种:变压器隔离光电隔离。继电器隔离。采样/保持器在保持阶段相当于一个:模拟信号存储器。抑制干扰的

5、措施:屏蔽隔离滤波接地和软件处理等方法。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。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

6、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。光电藕合器的作用: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。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?

7、测量分辨率是多少?解:100: 1=400 :x X=4 mm四倍细分:400: 1=400:x X=1mm分辨率:1: 400=2.5 m)机电一体化:从系统的观点出发,将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系 统工程基础上有机地加以综合,以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。逆变器:逆变器一把固定的直流电变成固定或可调的交流电的DC/AC变流器。PWM:通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器。工作原理:斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制,将直流电压断续加到 负载(电机)上,利用调节通、断的时间变化来改变负载电压平均值。斩波器调压控制直流伺 服电机速度的

8、方法又称为脉宽调制(Pulse Width Modulation)直流调速。从控制角度讲,机电一体化可分为开环控制系统和闭环控制系统。在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为:电压输出电流输出 频率输出。36多点接地:优点:互不干扰,缺点:接线多复杂。一般来说,伺服系统的基本组成:控制器功率放大器执行机构和检测装置。在SPWM变频调速系统中,通常载波是等腰三角波,而调制波是正弦波。实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是:1)采用计算机软件分配器2)小规模集 成电路搭接的硬件分配器3)专用模块分配器。开环步进电动机控制系统的组成:环形分配器功率放大器步进电动机。干扰必备的三个条件:干

9、扰源、传播途径,干扰敏感体。干扰传播途径有二种方式:1)传导耦合方式:干扰信号能量以电压或虫流的形式,通过金属导体传递。2)幅射耦合方式:干扰信号能量以电磁场的形式,通过空间感应传递。磁场屏蔽-对高频交变磁场应采用铜和铝等导电性能好的金属材料作屏蔽体;对低频交 变磁场应采用铁等高导磁率的材料作屏蔽体,并保证磁路畅通。一点接地中:1)串联接地:优点:最简单,缺点:前后相互干扰。2)并联接地:优点:干扰小,缺点:接线多复杂,仅适用于低频电路。一个典型的机电一体化系统:机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制 及信息处理部分。简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理?一种是电枢电压

10、控制,即在定子磁场不变的情况下,通过控制施加在电绕组两头端的电压信 号来控制电动机的转速和输出转矩;另一种是励磁磁场控制即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场的强度,从而控制电动机 的转速和输出转矩。在微机控制系统中,主机和外围设备间所交换的信息通常分:数据信息、状态信息和控制信 息数据信息可分为:1)数字量(2)模拟量(3)开关量(4)脉冲量。DAC0832有哪三种输入工作方式?有哪二种输出工作方式?(1)直通方式(2)单缓冲方式(3)双缓冲方式(1)单极性输出(2)双极性输出步进电动机控制系统中,电动机通过丝杠螺母带动执行部件运动:已知:步距角。,脉冲数N,频率f,丝杠导程p ,试求执行部

11、件:位移量L= ? 移动速度V=?L =( 9 p/360 )N ;V =( 9 p/360 )f柔性制造系统:柔性制造系统(Flexible Manufacturing System )是由两台或两台以上加工或 数控机床组成,并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节:静态设计动态设计。拟定机电一体化系统(产品)设计方案的方法通常有取代法整体设计法 组合法。接口的基本功能:数据格式转换、通信联络、放大。对直线导轨副的基本要求:导向精度高耐磨性好足够的刚度对温度变化的不敏感性和 稳定。机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能,要求机械传动部件转动惯

12、量小、阻力合理阻尼合理刚度大抗振性好间隙小并满足小型、轻量等要求。工作接地分:一点接地多点接地。57.STD总线的技术特点:模块化设计系统组成修改和扩展方便高可靠性。58.SPWM:是指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。微机控制系统中的输入与输出通道一般包括:模拟量输入通道 模拟量输出通道 数字量输 入通道数字量输出通道.伺服系统的执行元件主要分为:电磁式液压式气压式.异步交流电动机变频调速:基频(额定频率)以下的恒磁通变频调速,属于_恒转矩_调速方式。基频(额定频率)以上的弱磁通变频调速,属于_恒功率一调速方式。开环步进电动机控制系统的组成:环形分配器功率驱动器步进电机。实

13、现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是:计算机软件硬件分配专用环形分配 器。微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式:程序控制方式、中断控制方式、直接 存储器存取方式。独立编址;与储存器统一编址。永磁同步电动机:以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机。复合控制器:复合控制器带有前馈控制系统的反馈控制器。它的作用是使系统能以稳定的零 误差跟踪已知的输入信号。静压轴承:静压轴承从外部油源给轴瓦提供压力油,使球磨机进、出料端的大轴在高压油膜 的作用下浮起,与轴瓦无直接接触,处在液体磨擦状态,从而极大地降低了起动力矩和旋转阻 力矩。静压导轨:静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通

14、入压力油或压缩空气,使运动件浮起, 以保证两导轨面间处于液体或气体摩擦状态下工作。屏蔽:屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体,将干扰源或干扰对象包围起来 从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道,阻止其电磁能量的传输。机电一体化系统中常见的轴承包括:滚动轴承滑动轴承静压轴承磁轴承。按干扰的耦合模式干扰可分为:为静电干扰 磁场耦合干扰 漏电耦合干扰。软件滤波识别信号的原则:时间原则空间原则属性原则。模拟式传感器信号处理过程包括:将非电物理量转换成电量,并经放大、滤波等一系列处理后, 需经模/数变换将模拟量变成数字量,才能送入计算机系统。模/数转换过程包括信号的采样/保 持、多路转换(多传感器

15、输入时)、A/D处理等过程。用软件进行“线性化”处理时,采用计算法的原理是怎样的?当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时,就可采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序,被测参数经过采样、滤波和标度变换后直接 进入计算机程序进行计算,计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。在实际工程上,被测参数和输出电压常常是一组测定的数据。这时如仍想采用计算法进行线性 化处理,则可应用数字上曲线拟合的方法对被测参数和输出电压进行拟合,得出误差最小的近 似表达式。共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口断的共有的信号干扰。串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中,每

16、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。什么叫传感器?传感器的功用是什么?它是由哪几部分组成的?各部分的作用及相互关系 如何?传感器是一种以一定的精确度把被测非电量转换电量的测量装置。传感器的功用是:一感二传。组成:传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。敏感元件:直接可以感受被测量的变化,并输出与被测量成确定关系的元件。转换元件:敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转换成电路参量。基本转换电路:上述的电路参量进入基本转换电路中,就可以转换成电量输出。传感器只完成被测参数到电量的基本转换。试简述采样/保持器原理。采样/保持由存储电容C,模拟开关S等组成

17、,如图所示。当S接通时,输出信号跟踪输入信号, 称采样阶段。当S断开时,电容C二端一直保持断开的电压,称保持阶段。由此s2构成一个简单采样/保持器。实际上为使采样/保持器具有足够的精度,一般在输入级和输出级均 采用缓冲器,以减少信号源的输出阻抗,增加负载的输入阻抗。在电容选择时,使其大小适宜, 以保证其时间常数适中,并选用漏泄小的电容。工业控制用的计算机主要有哪几种类型,它们分别适用于哪些场合?工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器(PLC)、总线工控机等类型。根 据机电一体化系统的大小和控制参数的复杂程度,选用不同的微型计算机。单片机或可编程控制器主要用于,控制量为开关量和少量

18、数据信息的模拟量的小系统。对 于数据处理量大的系统,则往往采用基于各类总线结构的工控机,如STD总线工控机、IBM-PC 总线工控机、Multibus工控机等。对于多层次、复杂的机电一体化系统,则要采用分级分步式 控制系统,在这种控制系统中,根据各级及控制对象的特点,可分别采用单片机、可编程控制 器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。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?10s内转轴转了多少转:30720091024=300 (转)位移量(.螺距T=2mm). 300

19、 X 2=600 (mm)转速:300910=30 (转/秒)I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件(电路)。它 在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。I/O通道也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。在数控系统中,复杂连续轨迹通常采用插补实现。试简述光电式转速传感器的测量原理。光电式转速传感器是一种角位移传感器,由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝 隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光 电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时,由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同,

20、因此 圆盘每转一周,光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲,根据测量单位时间内的脉冲数N, 则可测出转速为n60NZt式中Z圆盘上的缝隙数;n转速(r / min);t一测量时间(s)。84.试述可编程控制器的工作原理。可编程控制器有两种基本的工作状态,即运行(RUN)和停止(STOP)状态。不管是在哪种 状态,PLC都是反复不断地重复进行,直至PLC停机。在每次循环中,若处于运行(RUN)状 态,可编程控制器完成5个阶断,如图所示。若处于停止(STOP)状态,PLC也要循环进行内 部处理和通信服务。在模拟输入通道中,采样/保持器有什么作用?是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器? 为什么?由于

21、任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作,因此,在转换过程中, 模拟量不能发生变化,否则,将直接影响转换精度。采样/保持器(SamPLE/Hold)就是使在A/D 转换时,保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。当输入的模拟量信号变化缓慢时,也可省去采样 /rj -kE no 保持器。柔性制造系统的主要特点有哪些?(1)柔性高,适应多品种中小批量生产;(2)系统内的机床工艺能力上是相互补充和相互 替代的;(3)可混流加工不同的零件;(4)系统局部调整或维修不中断整个系统的运作;(5) 多层计算机控制,可以和上层计算机联网;(6)可进行三班

22、无人干预生产。步进电动机是什么电机?它的驱动电路的功能是什么?步进电动机又称电脉冲马达,是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机,成本较低,易 于采用计算机控制,且比直流交流电动机组成的开环控制系统精度高,因而被广泛应用于开环 控制的伺服系统中。步进电动机驱动电路实际上是一个功率开关电路,为使步进电动机能输出 足够的转矩以驱动负载工作,提供的足够功率的控制信号。课件整理:机电一体化对机械系统的基本要求:高精度,快速响应特性,高稳定性。机械传动机构的主要功能:1)传递转速和转矩。2)改变速度大小和范围。3)改变运动形式 (如旋转运动变为直线运动或曲线运动,连续运动变为间歇运动等)。机械传动部件

23、设计要求:1)转动惯量小;2)低摩擦;3)适当的阻尼;4)刚度大;5)高谐振频率。总传动比i达到最佳:1)等效转动惯量最小原则。2)重量最轻原则。3)输出轴转角误差最小原 则。滚动直线导轨的特点:承载能力大,刚性强,寿命长,传动平稳可靠,具有结构自调整能力。减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有:适当提高零部件本身的精度;合理设计传动 链,减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响;采用消隙机构,以减小或消除回程误差等。消除齿轮副传动间隙通常分为刚性调整法和柔性调整法。刚性调整法包括调整中心矩法、选 择装配法、带锥度齿轮法以及斜齿轮法。柔性调整法主要通过在双齿轮中间加入弹性元件,使 双齿轮分别

24、贴紧其啮合齿轮齿的两侧,以消除啮合间隙。这种方法在齿厚和周节有差异的情况 下,仍可保持无间隙啮合,但将影响其传动平稳性,传动刚度较低。低频振荡:步进电动机都有较低的固有频率,当步进运行频率或低速运行频率与该固有频率 相等或接近时,就会产生共振,使步进电动机振荡不前,这种现象称为低频振荡。避免低频振荡的方法:采用的方法有两种,一种是使运行频率避开固有频率附近的共振区, 二是当前一方法不允许时,可通过调节步进电动机上的阻尼器来改变固有频率。直流调速系统的缺点:1)受使用环境条件制约。2)需要定期维护。3)最高速度和容量受限制。交流调速系统的优点:1)克服了直流调速传动系统的缺点。2)交流电动机结构

25、简单,可靠性 高。3)节能。4)高精度,快速响应。交流伺服电机分类:同步型交流伺服电机与异步型交流伺服电机。交流伺服驱动电路:直接交-交变频电路,交-直-交变频电路。步进电机和交流伺服电机性能比较:1)控制精度不同,交流伺服进度高。2)低频特性不同, 交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。3)矩频特性不同,步进电机 的输出力矩随转速升高而下降,交流伺服电机为恒力矩输出。4)过载能力不同,步进电机一般 不具有过载能力,交流伺服电机具有较强的过载能力。5)运行性能不同,步进电机的控制为开 环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步现象,停止时转速过高过冲的现象,交流伺服驱 动系统

26、为闭环控制,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。6)速度 响应性能不同,交流伺服系统的加速性能较好。旋转变压器:当定子励磁绕组以一定频率的交流电压激励时,转子输出电压与转子转角成正 弦、余弦函数关系。转子输出电压随转子转角变化的角位移测量装置。感应同步器(电栅):圆盘感应同步器,其转子相当于滑尺,定子相当于定尺,而且定子绕 组中的两个绕组也错开1/4节距。滑尺在定尺上滑动一个节距,定尺绕组感应电动势变化了一 个周期。鉴相式测量电路组成:1)位移一相位变换功能是把感应同步器的机械位移转换为相位。2) 相位一脉冲变换功能是把代表机械位移的相位的变化转换为脉冲数。3)脉冲计数功

27、能是将 脉冲数累计起来,由可逆计数器完成。增量编码器:两组检测窄缝错开1/4节距,其目的是使A,B两个光电转换器的输出信号在 相位上相差90。测量时,两组窄缝是静止不动的,圆盘与被测轴一起转动,这时在光电变换 器A和B上就输出一个相位差90的近似正弦波,经逻辑电路处理后用来判别转动方向。用用 脉冲数算角位移。绝对式光电编码器的特点:1,可以直接读出角度坐标的绝对值;2.没有累积误差;3.电源切 除后位置信息不会丢失。光栅测量原理:把指示光栅平行地放在标尺光栅上面,并使它们的刻线相互倾斜一个很小的 角度。,这时在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹,称为莫尔条纹,它们是沿着与光栅条 纹几乎成垂直的

28、方向排列。转动惯量对传动系统有哪些影响:在传动系统中,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。21:答:控制信息处理单元:键盘、计算机、显示测试传感部分:光电编码器、信号处理能源:电源驱动部分:功放、电机执行机构:联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台干扰源分为供电干扰(大功率开关的通断)、通道干扰(长线传输)、场干扰等。交流电源抗干扰措施:*采用电子交流稳压器;*采用低通滤波器;*采用隔离变压器:变压器的一次侧按三角形接法联结,*二次侧按星型接法联结,初级线圈和次级线圈间加静电屏蔽层。*采用电源分组供电;另外,交流电的引入线应采用粗导线,直流输出线应采用双绞线,扭绞的螺距要小,并尽可能 缩短配线长度。直流电源抗干扰:每块集成芯片的电源与地线引入端间应接一片0.010.1 UF

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