机电一体化复习题

第一章绪论1.机电一体化2个狭义概念、1个广义概念狭义：（1）机电一体化是利用计算机信息处理功效对机械进行各种控制技术。（2）机电一体化是利用电子、信息（包含传感器、控制、计算机等）技术使机械柔性化和智能化技术。广义上能够简明概括为“机械工程与电子工程相结合技术，以及应用这些技术机械电子装置”。机电一体化系统基本组成与控制方式（1）机电一体化系统基本组成①机械部分(机构要素)：像机器人机械手那样实现目标动作。②执行装置(能量转换要素)：将信息转换为力和能量，驱动机械部分运动。③传感器(检测要素)：对机械运动结果进行测量、监控和反馈。④控制装置(控制要素)：对控制信息和反馈信息进行处理，向执行装置发出动作指令。（下面图要求会画）控制方式：①开环：系统中无位置反馈，也没有位置检测元件。②闭环：电动机带有速度反馈装置，被控对象装有位移测量元件。③半闭环：这类系统位置检测元件不是直接安装在进给系统最终运动部件上，而是经过中间机械传动部件位置转换，称为间接测量。对比分析机械调速器与电子调速器（1）机械式调速器利用了著名离心力原理，完全由机械零件组成，必须在准确得知各零件重量和摩擦系数基础上，经过选择和调整重锤及弹簧来进行精准控制。优点：简单易制，调整及维护比较方便；不过灵敏度和调整特征较差。且柔性差；（2）电子调速器：与机械调速器相比，电子调速器调速精度高，灵敏度也高，易实现自动化等优点，只要改变设定值和电路或者改变软件就能够选择采取P、I、D、PI、PID，甚至更高级控制，对于实现最好控制具备很好柔性。主要缺点是需要工作电源，并要求电子元器件具备很高可靠性。第二章机电一体化机械、执行、检测装置1.机电一体化机械系统组成、特点、处理方法（1）机电一体化机械系统组成①传动机构②导向机构③执行机构（2）机电一体化机械系统特点①高精度②快速响应③稳定性（3）处理方法①采取低摩擦阻力传动部件和导向支承部件。②缩短传动链，提升传动和支承刚度。③选取最好传动比，提升系统分辨率，降低等效到执行元件输出轴上等效转动惯量。④缩小反向死区误差。⑤改进支承和架体结构设计以提升刚性，降低振动，降低噪声。2.机电一体系统执行装置分类、特点执行装置分为电动、液压和气动执行装置。(1)电动执行装置[优点]以电源为能源，在大多数情况下轻易得到；轻易控制；可靠性、稳定性和环境适应性好；与计算机等控制装置接口简单。[缺点]在多数情况下，必须使用变换机构；轻易受载荷影响；取得大功率比较困难。(2)液压执行装置[优点]轻易取得大功率；功率／重量比大，能够减小执行装置体积；刚度高，能够实现高速、高精度位置控制；经过流量控制能够实现无级变速。[缺点]必须对油温度污染进行控制，有因漏油而发生火灾危险；稳定性较差；(3)气动执行装置[优点]利用汽缸能够实现高速直线运动；无火灾危险和环境污染；系统结构简单，价格低。[缺点]因为空气可压缩性，高精度位置控制和速度控制都比较困难；能量效率较低。3.机电一体系统执行装置选取时应考虑主要原因①功率／重量比；②体积和重量；③响应速度和操作力；④能源及本身检测功效；⑤成本及寿命；⑥能量效率等。4.直流伺服电机两种驱动方法（1）利用晶体管放大器线性驱动方式：优点：在控制作用快速性上，整流器是毫秒级，大大提升了系统动态特征；缺点是：电流不连续、电机损耗及发烧都较大；利用晶体管放大器开关驱动方式（脉宽调制PWM）优点：开关频率高，电流轻易连续，谐波少，电机损耗及发烧都较小，低速性能好，稳速精度高，动态抗扰能力强；缺点是产生噪音和电磁干扰5.交流伺服电机种类、原理交流伺服电机可分为同时电机、异步电机还有没有刷电机。（1）同时电机将永磁体装在转子上，定子上装有绕组。单相或者三相交流电流经过定子绕组，在定子上产生旋转磁场。旋转磁场与转子磁场相互作用驱动转子转动。（2）定子绕组通入交流电→旋转磁场→切割转子绕组→转子绕组产生感应电动势和感应电流→电磁转矩（与旋转磁场同向）。（3）无刷电机工作原理与同时电机相同，其特征与直流电机相同。6.步进电机特征曲线、驱动方法特征曲线（会画）P114图3-18（环形脉冲分配器使电动机绕组通电次序按一定规律改变，使电机能够正常工作；环形分配器输出信号脉冲电流通常很小，不能直接驱动步进电机，必须采取功率放大器将脉冲电流进行放大，从而驱动步进电机运转）7.增量式与绝对式旋转编码器工作原理（1）增量编码器有A相、B相、Z相三条光栅，A相与B相相位差为90度。利用B相上升沿触发检测A相状态，以此判断旋转方向。（2）绝对编码器光栅盘，与位数(4，8，12，16)相对位置有栅格，光敏二极管个数也与位数对应。用光敏二极管输出二进制码能够检测转动绝对角度。8.视觉反馈系统工作原理在视觉伺服系统中，要求对视觉信息进行实时处理，按控制目标值不一样可分为位置基准法和特征基准法两种。（用自己语言描述一下这个框图，要求用反馈串起来）第三章微机控制系统选择及接口设计1机电一体化微机控制系统整体方案怎样确定？首先应从系统组成上考虑是采取开环控制还是闭环控制（2）其次考虑执行元件采取何种方式，是电动、气动还是液动（3）要考虑是否有特殊控制要求（4）考虑微机在整个控制系统中作用（5）最终应初步估算其成本。机电一体化微型计算机应满足哪几方面要求？（1）从控制角度出发1）较完善中止系统2）足够存放容量3）完备输入／输出通道和实时时钟；（2）从不一样被控制对象角度而言，还应考虑几个特殊要求:1)字长2）速度3)指令（3）选择微机时，还应考虑成本高低、程序编制难易等原因。）MCS-51单片机应用系统组成图P159图4-26会画图及描述4.分析说明弱电转强电几个电路原理方框图P171图4-48会画、说清原理及方案5.分析说明光电隔离电路工作原理P168-171分析全部图原理6.PLC应用举例分析P176分析7.试说明检测传感器与微机接口基本方式P193图4-32第四章机电一体化系统元、部件特征分析1.简述自动控制理论与机电一体化系统设计关系（1）自动控制理论是机电一体化系统控制基础.机电一体化系统操作过程控制目标有两个，其一是依照操作条件改变，制订最好操作方案；其二是对操作过程进行自动检测和自动控制，提升控制性能，实现要求目标功效。（2）在机电一体化系统中，对被控对象来说，系统各组成要素特征参数比较轻易掌握，而随操作条件和环境条件改变过程控制较难掌握，为此，以反馈控制理论为基础控制理论是机电一体化系统不可缺乏理论基础。2.简述传递函数、系统过渡过程、伺服系统动态特征含义（1）传递函数：线性定常系统(或元件)传递函数定义为：零初始值下，系统（元件）输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。（2）系统在阶跃信号作用下过渡过程，大致可分为稳定过程、不稳定过程(发散)、稳定过程(有振荡)三种情况，并可近似地用传递函数表示。（3）伺服系统有时也称伺服机构，它是以机械位置或角度作为控制对象自动控制系统。其输出量随输入量改变而改变，所以，有时也称随动系统。经过随动系统传递函数能够分析：1）系统过渡过程品质，即系统响应快速性和振荡性。2）系统稳态精度，即稳态误差大小。3.机械系统动态特征模型P207图5-15；P228图5-464.动电式变换器动态特征分析P219从5.44以下会写出推导步骤5.振动传感器动态特征分析P222式5.52、5.536.电磁变换执行元件动态特征分析P2247.执行元件与机械惯性阻转矩匹配方法分析P228四执行元件与机械惯性阻转矩匹配方法第五章机电一体化系统机电有机结合分析与设计1.简述机电一体化系统稳态与动态设计（1）稳态设计包含使系统输出运动参数达成技术要求、执行元件(如电动机)参数选择、功率（或转矩）匹配及过载能力验算、各主要元部件选择与控制电路设计、信号有效传递、各级增益分配、各级之间阻抗匹配和抗干扰方法等，并为后面动态设计中校正赔偿装置引入留有余地。稳态设计初步确定系统主回路各部分特征、参数之后，便可着手建立系统数学模型，为系统动态设计做好准备。（2）动态设计：主要是设计校正赔偿装置，使系统满足动