2019电大《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4及答案

2019电大《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4及答案．增大B．减小C．不影响D．难以确定5．机电一体化系统中，信息处理技术包括以下哪些方面？（D）A．输入B．输出C．存储D．以上都是6．机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的（C）倍。A．1~2B．2~3C．3~4D．4~57．以下哪种调整方法可以自动补偿齿轮传动的侧隙？（A）A．偏心轴套调整法B．轴向调整法C．加装减隙器D．其他调整方法8．在机械系统结构设计时，阻尼比ξ取值应该（B）。A．越大越好B．越小越好C．取决于具体情况D．不影响系统性能三、简答题1．机电一体化系统的主要特点是什么？（请回答不少于50字）答：机电一体化系统的主要特点是将机械、电气、电子、计算机等技术有机结合，形成一个整体，实现对输入物质的处理和输出物质的控制。其特点包括：系统性、集成性、智能化、高效性、可靠性、安全性等。2．传动系统的固有频率对传动精度有什么影响？如何提高传动精度？（请回答不少于50字）答：传动系统的固有频率对传动精度有影响，固有频率越高，传动精度越高。为提高传动精度，可以采取以下措施：增大系统刚度、减小传动死区、降低传动间隙、提高传动系统的自动补偿能力等。此外，还可以采用高精度的传动部件，提高加工精度和装配精度，以及采用精密的控制系统等。1.机电一体化系统是以机械技术为主体、以电子部分为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。（×）2.机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。（√）二、选择题1.机电一体化系统的特点不包括：A.机械部分和电子部分协同工作B.技术集成性强C.只强调机械部分的精度和稳定性D.电子部分具有控制和处理功能答案：C2.以下哪个部件不属于机床传动系统？A.电机B.联轴器C.工作台D.刀架答案：D三、填空题1.机床主轴传动方式有________、________和________。答案：皮带传动、齿轮传动、直接驱动。2.求直流电机丝杠螺母机构驱动工作台的转动惯量J，已知丝杠直径d=5mm，丝杠导程p=14mm，工作台质量m=50kg。答案：J=0.03166(kg·m^2)。3.某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各级减速比相同，即i1=i2=…=i4=3，求该系统的最大转角误差Δφ。答案：Δφmax=0.01975（弧度）。四、简答题1.分析双螺母螺纹预紧调整齿侧间隙的原理。答：双螺母中的一个外端有凸缘，一个外端无凸缘，但制有螺纹，它伸出套筒外用两个螺母固定锁紧，并用键来防止两螺母相对转动。旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力，之后再用锁紧螺母锁紧。2.分析传动大负载时消除齿侧间隙的原理。答：小齿轮与齿条啮合，与小齿轮同轴的大齿轮分别与齿轮啮合，通过预载装置向齿轮上预加负载，使齿轮同时向相反方向移动，从而带动小齿轮转动，其齿面便分别紧贴在齿条上齿槽的左、右侧，从而消除了齿侧间隙。3.双螺母结构紧凑，工作可靠，调整方便，能够精确消除轴向间隙。4.传感器的转换元件是指能够直接感受或响应被测量部分的元件。5.感应同步器是一种高精度检测元件，应用电磁感应原理制造，有直线和圆盘式两种，分别用于检测直线位移和转角。6.当测量目的是进行定性分析时，应选择绝对量值精度高的传感器，而不是重复精度高的传感器。7.传感器在使用前、使用中或修理后，必须进行标定或校准，以确保其性能指标达到要求。8.伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置，在控制信息作用下提供动力。9.气压式伺服驱动系统不适用于定位精度较高的场合。10.永磁型步进电动机即使其定子绕组断电也能保持一定转矩，具有记忆能力，可用于定位驱动。11.步进电动机的转动惯量越大，同频率下的起动转矩越小。12.直流伺服电动机的调速特性是电机输出转矩与转速的关系。1.电子计算机不属于机电一体化产品。2.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设计的小功率装置的传动链。3.检测环节包括传感器和转换电路，能够对输出进行测量并转换成比较环节所需的量纲。4.幅频特性和相频特性是模拟式传感器的动态特性指标。5.光栅传感器的光栅位移是1mm。6.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称为伺服系统。7.闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，因此回程误差和传动误差都不会影响输出精度。1.√2.√3.√4.×5.√6.√7.×8.×9.√10.√二、填空题1.0.4º2.3/43.角度、角速度4.(a)、滚筒三、简答题1.传感器的测量原理是利用带缝隙圆盘转动时，光敏元件接收到脉冲信号，根据圆盘上缝隙的数量，输出相应的脉冲信号，从而测量角度和角速度。2.两种驱动方案的特点分别是：(a)采用减速器滚筒驱动，结构简单，成本低，但精度较低，适用于一些对精度要求不高的场合；(b)采用丝杠滑台驱动，精度高，但结构复杂，成本较高，适用于对精度要求较高的场合。机电一体化系统仿真可以帮助设计者在系统实际制造之前，通过计算机模拟系统运行情况来检验和验证设计方案的可行性和优化性能，从而节约时间和成本，提高系统的可靠性和稳定性。同时，仿真还可以帮助设计者预测系统在不同工况下的性能表现，优化控制策略，提高系统的控制精度和效率。在实际运行系统之前，需要预测项目的实施结果，以便选择正确的运行策略或提前消除设计中的缺陷。采用仿真技术可以省时省力省钱地达到这些目的。机电一体化系统仿真的模型主要有三种：计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。计算机仿真适用于系统设计阶段，半物理仿真适用于部件和子系统研制阶段，全物理仿真适用于系统研制阶段。在PID控制算法中，比例调节纠正偏差，反应迅速；积分调节消除静差，改善系统静态特性；微分调节减少超调，加快系统过渡过程。在选择系统采样周期时，需要考虑多个因素。根据香农采样定理，采样周期应小于等于信号角频率上限的π/ωmax。采样周期还应大于执行元件动态调节稳定时间。从系统随动性和抗干扰的角度来看，采样周期应尽可能小，以减小时延和提高反应速度。在多回路控制中，采样周期应足够大，以确保能在一个采样周期内处理完所有回路的算法计算。此外，采样周期不应太小，以保证计算机精度。对于给定的工作台，行程L=250mm，丝杠导程t=4mm，齿轮减速比i=5，要求工作台位移的测量精度为0.005mm。如果采用高速端测量方法，旋转编码器应安装在电机输出轴上，并确定旋转编码器的每转脉冲数。如果采用低速端测量方法，传感器应直接连接到丝杠的端部。对于旋转编码器，如果ns=500脉冲/转，则合适。齿轮减速器和丝杠螺母机构都会对输出精度产生影响。齿轮减速器存在传动误差和回程误差，其中传动误差主要由齿轮变形引起，回程误差主要由齿轮间隙造成。为了提高传递运动的精度，应按“先小后大”的原则分配各级传动比，同时考虑各级转角误差折算到末级输出轴上的总误差。丝杠螺母机构的传动误差主要由丝杠和螺母之间的间隙决定，可以通过调整和预紧来尽量减小误差。传感器的误差直接影响控制精度，因此对输出精度影响很大。2．图中电枢控制式直流电动机的输入电压为u，线圈的电流为i，L和R分别为线圈的电感和电阻，电机的输出转矩和转速分别为T和ω，折算到电机转子轴上的等效负载转动惯量为JM，KE和KT分别为电枢的电势常数和转矩常数。试求输出转速与输入电压之间的传递函数。电枢控制式直流电动机的输出转速与输入电压之间的传递函数可通过拉普拉斯变换求解。根据电路方程式，可以得到输入电压与电流的关系式，以及电流与输出转速的关系式。将这些关系式代入拉普拉斯变换公式中，可以得到输出转速与输入电压之间的传递函数。具体而言，首先根据电路方程式得到输入电压与电流的关系式，然后将其带入电流与输出转速的关系式中，得到输出转速与输入电压的传递函数。最终的传递函数为KTω(s)/U(s)=2LJMs/(RJMs+KEKT)。1．PLC是指（B）A.计算机控制系统B.可编程控制器C.自动控制系统D.现场总线系统2．自动化生产线中，常用的传感器是（D）A.电机B.电源C.电缆D.光电传感器3．下列哪种控制方式是闭环控制（A）A.反馈控制B.前馈控制C.比例控制D.模糊控制4．PLC的输入输出信号一般采用（C）A.模拟信号B.数字信号C.开关信号D.通讯信号5．自动化控制系统中，常用的执行机构是（B）A.传感器B.执行器C.控制器D.计算机6．下列哪种编程语言是PLC常用的（C）A.C++B.JavaC.ladderdiagram（梯形图）D.Python7．工业机器人的控制系统中，常用的编程方式是（A）A.离线编程B.在线编程C.手动编程D.自动编程8．在自动化控制系统中，常用的通讯协议是（B）A.USBB.ModbusC.EthernetD.Bluetooth9．下列哪种控制方式是开环控制（B）A.反馈控制B.前馈控制C.比例控制D.模糊控制10．自动化生产线中，常用的执行机构是（C）A.传感器B.电源C.电机D.电缆2．使用PLC实现电动机正反转控制，要求电动机首先正转起动，3秒后自动反转，反转2秒后自动又回到正转，如此循环，同时可以随时停车。请完成以下任务：（1）编写I/O分配表；（2）选择PLC并画出梯形图。解：（1）电动机正转起动开关I0.0，电动机正转Q0.0，电动机反转Q0.1，电动机停转开关I0.1。I0.0-T39-T38INTONPT100msI0.1-Q0.030T38T38-T39INTONPT100msI0.1-Q0.120T39作业4一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．自动控制技术是机电一体化相关技术之一，直接影响系统的控制水平、精度、响应速度和稳定性。（√）2．计算机控制系统设计完成后，首先进行硬件和软件的调试，然后需要对整个系统进行系统调试。（×）3．PLC具有完善的自诊断功能，能及时诊断出PLC系统的软件、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC控制系统的工作安全性。（√）4．现场总线系统采用一对多的设备连线，按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。（×）5．需求设计是指新产品开发的整个生命周期内，从分析用户需求到以详细技术说明书的形式来描述满足用户需求产品的过程。（√）6．目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化，设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。（√）7．计算机控制系统的软件主要分为系统软件和应用软件，应用软件一般不需要用户设计，所以软件设计主要是系统软件设计。（×）8．反求设计是建立在概率统计基础之上，主要任务是提高产品的可靠性，延长使用寿命，降低维修费用。（×）9．绿色设计是对已有的产品或技术进行分析研究，进而对该系统（产品）进行剖析、重构、再创造的设计。（×）10．虚拟设计是在基于多媒体的、交互的、嵌入式的三维计算机辅助设计环境中进行实体建模和装配建模，生成精确的系统模型，并在同一环境中进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要。（√）11．工业机器人驱动部分在控制信息作用下提供动力，包括电动、气动、液压等各种类型的传动方式。（√）12．数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制系统，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。（×）二、单选题1．PLC是指（B）A.计算机控制系统B.可编程控制器C.自动控制系统D.现场总线系统2．自动化生产线中，常用的传感器是（D）A.电机B.电源C.电缆D.光电传感器3．下列哪种控制方式是闭环控制（A）A.反馈控制B.前馈控制C.比例控制D.模糊控制4．PLC的输入输出信号一般采用（C）A.模拟信号B.数字信号C.开关信号D.通讯信号5．自动化控制系统中，常用的执行机