機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——答案完工

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形成性考核冊(cè) 學(xué)生姓名： 陶奇 學(xué)生學(xué)號(hào)： 1161101206761 班 級(jí)： 11春機(jī)械 專 業(yè)： 機(jī)械制造與自動(dòng)化機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程作業(yè)（一）一、填空題1控制及信息處理單元一般由 控制計(jì)算機(jī) 、控制軟件 和 硬件接口電路 組成。2機(jī)電一體化產(chǎn)品按用途可以劃分為民用機(jī)電一體化 、辦公機(jī)電一體化 和 產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化 產(chǎn)品。3機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量管理主要體現(xiàn)在質(zhì)量目標(biāo)管理 、實(shí)行可行性設(shè)計(jì) 和 進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)審 三個(gè)方面。4市場(chǎng)預(yù)測(cè)主要包括定期預(yù)測(cè) 和定量預(yù)測(cè)方法。5機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)要滿足伺服控制在精度、穩(wěn)定性 和 快速響應(yīng)性等方面的要求。6在多級(jí)傳

2、動(dòng)中，為了減小傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)比的分配應(yīng)遵守前小后大原則。7當(dāng)負(fù)載折算到電機(jī)軸上的慣量等于轉(zhuǎn)子慣量時(shí)，系統(tǒng)能達(dá)到慣性負(fù)載和驅(qū)動(dòng)力矩的最佳匹配。8機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)傳動(dòng)精度的誤差可分為傳動(dòng)誤差和回程誤差兩種。二、簡(jiǎn)答題1機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感測(cè)試部分的作用是什么？機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感測(cè)試部分的作用是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變?yōu)榭勺R(shí)別的信號(hào)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息。2簡(jiǎn)述機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程路線（主要步驟）機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程路線（主要步驟）：擬定產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)和技術(shù)規(guī)范；收集資料，市場(chǎng)分析，可行性分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析；總體方案設(shè)

3、計(jì)；總體方案的評(píng)審和評(píng)價(jià)；詳細(xì)設(shè)計(jì)；詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的評(píng)審和評(píng)價(jià)；試制樣機(jī)；樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試；技術(shù)評(píng)價(jià)與審定；小批量生產(chǎn)；試銷；正常生產(chǎn)；銷售。3為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度？機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動(dòng)部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時(shí)由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，控制，補(bǔ)償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。4影響機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的主要因素有哪些？影響系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的主要因素有系統(tǒng)的負(fù)載變化；傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性；傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率；傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦與潤(rùn)滑。5轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響？在傳動(dòng)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大使機(jī)械

4、負(fù)載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度；使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。6為減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，可采用哪些結(jié)構(gòu)措施？減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差可采用的結(jié)構(gòu)措施有：適當(dāng)提高零部件本身的精度；合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，減小零部件制造、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響；采用消隙機(jī)構(gòu)，以減小或消除回程誤差。三、計(jì)算題1圖示絲杠螺母驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量m=200Kg，絲杠螺距t=5mm,絲杠長(zhǎng)度L=0.8m,中徑為d=30mm,材料密度為，齒輪齒數(shù)分別為z120，z245，模數(shù)m2mm，齒寬b20mm。試求折算到電機(jī)軸上的總等效慣量J。由工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（2）折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2

5、試設(shè)計(jì)一數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)用滾珠絲杠副。已知平均載荷Fm3600N，絲杠工作長(zhǎng)度l1.25m，平均轉(zhuǎn)速nm120r/min，每天開機(jī)6h，每年250個(gè)工作日計(jì)，要求工作10年以上。絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為5862HRC，絲杠傳動(dòng)精度要求為0.03mm。注：本題可開卷完成解：（1）求計(jì)算載荷由題設(shè)條件，查表3.4取KF1.2，查表3.5取KH1.0，假設(shè)絲杠為D級(jí)精度，查表3.6，取KA1.0。則計(jì)算載荷 FcKFKHKAFm1.21.01.036004320 N（2）計(jì)算所要求的額定動(dòng)載荷Ca預(yù)期使用壽命 Lh62501015000h并代入 nm120r/min，F(xiàn)C4320N（3）根據(jù)

6、Ca的值選擇滾珠絲杠副設(shè)選用FCI型號(hào)系列，按照滿足CaCa的原則，并考慮各種因素，查表3.7選出合用的滾珠絲杠型號(hào)規(guī)格為FCI-5006-3，其主要參數(shù)尺寸：公稱直徑 D050mm導(dǎo)程 l06mm螺旋角 211滾珠直徑 d03.969mm絲杠小徑 d145.63mm（4）檢驗(yàn)穩(wěn)定性取彈性模量 E2.06105 MPa，查表3.8長(zhǎng)度系數(shù)2/3絲杠軸慣性矩 不發(fā)生失穩(wěn)之最大載荷安全系數(shù) 查表3.8 許用安全系數(shù)S2.53.3。由SS，可知絲杠是安全的，穩(wěn)定性合乎要求。（5）檢驗(yàn)剛度計(jì)算轉(zhuǎn)矩 取摩擦系數(shù)f0.002，則arctan0.002653按最不利情況計(jì)算導(dǎo)程誤差，每個(gè)導(dǎo)程的變形量=6.4

7、4102m絲杠在工作長(zhǎng)度上的導(dǎo)程誤差通常，絲杠的導(dǎo)程誤差L應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，即絲杠的剛度滿足要求。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，所選FCI-5006-3型絲杠各項(xiàng)性能均符合使用要求，可用。四、分析題一數(shù)控系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個(gè)部分分別屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的哪一基本結(jié)構(gòu)要素。答：（1）控制及信息處理單元： 鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示（2）測(cè)試傳感部分： 光電編碼器、信號(hào)處理（3）能源： 電源（4）驅(qū)動(dòng)部分： 功放、電機(jī)（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程作業(yè)（二）一、填空題1在機(jī)電一體化系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置中，位于前向通道閉環(huán)之內(nèi)的環(huán)節(jié)，其誤差的低頻分量 對(duì)輸出

8、精度基本無影響，而誤差的高頻分量 影響系統(tǒng)的輸出精度。2為提高閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)增大執(zhí)行裝置的固有頻率和系統(tǒng)的阻尼能力。3對(duì)于執(zhí)行裝置，選擇較大的傳動(dòng)比可使系統(tǒng)的相對(duì)阻尼系數(shù)增大，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4對(duì)于線性控制系統(tǒng)，若要求在達(dá)到高精度的同時(shí)減小定位時(shí)間，則必須提高系統(tǒng)的固有頻率。5步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由變頻信號(hào)源 、脈沖分配器 和 功率放大器組成。 6由矩頻特性曲線可知，步進(jìn)電機(jī)的最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩小于最大靜轉(zhuǎn)矩，并隨著脈沖頻率的升高而降低。7當(dāng)前，廣泛采用的直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有線性直流伺服放大器和脈寬調(diào)制放大器兩種。8交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率、磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率有關(guān)。9液壓系統(tǒng)的伺服控

9、制元件主要有電液比例閥和電液伺服閥。10評(píng)定定位系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是定位精度和定位時(shí)間。二、簡(jiǎn)答題1如何提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度？ 伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度主要取決于系統(tǒng)的頻率特性和系統(tǒng)的加速度。（1）提高系統(tǒng)的固有頻率，減小阻尼。增加傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，減小折算的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小摩擦力均有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。（2）提高驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)力可以提高系統(tǒng)的加速度，由此也可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。2步進(jìn)電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)速度控制的？ 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)是由輸入的電脈沖信號(hào)控制的，每當(dāng)電機(jī)繞組接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的角度。其角位移量與輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。因而，只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻

10、率和電機(jī)繞組的相序，即可得到所需轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和方向。3試述直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中脈寬調(diào)制放大器的基本工作原理。 脈寬調(diào)制放大器是直流伺服電機(jī)常用的晶體管驅(qū)動(dòng)電路。利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，施加于直流電機(jī)的電樞，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。4交流伺服電機(jī)有哪些類型？交流伺服驅(qū)動(dòng)的主要特點(diǎn)是什麼？ 交流伺服電機(jī)有永磁式交流同步電機(jī)和籠型異步電機(jī)兩類。交流伺服驅(qū)動(dòng)的主要特點(diǎn)有：（1）調(diào)速范圍大；（2）適合大、中功率伺服系統(tǒng)；（3）運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化的影響；（4）輸出轉(zhuǎn)矩較大，而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。三、分析題1如圖所示的系統(tǒng)，

11、試分析傳感器的誤差對(duì)輸出精度的影響。圖1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線伺服系統(tǒng) 答： 傳感器位于反饋通道，誤差的低頻分量影響系統(tǒng)的輸出精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此傳感器應(yīng)有較高的精度；而誤差的高頻分量不影響輸出精度，可以允許傳感器及放大電路有一定的高頻噪聲。2如圖所示的伺服系統(tǒng)，試分析齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響。圖2 開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)答：對(duì)于開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，由于無檢測(cè)裝置，不對(duì)位置進(jìn)行檢測(cè)和反饋，齒輪減速器的傳動(dòng)誤差（誤差的高頻分量）和回程誤差（誤差的低頻分量）將直接影響工作臺(tái)的輸出精度。四、計(jì)算題1如圖1所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為50kg，工作臺(tái)與導(dǎo)軌間的摩

12、擦系數(shù)f0.1，負(fù)載力為1000N，絲杠直徑為16mm，導(dǎo)程為4mm，齒輪減速比為5，工作臺(tái)的最大線速度為0.05m/s，試求：（1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩；解：（1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩摩擦負(fù)載力 Ffmgf50100.150N外負(fù)載力 Fw1000N電機(jī)上的負(fù)載力矩為（2）電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速；（3）電機(jī)所需功率。取系數(shù)為2，則2如圖2所示的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，已知負(fù)載力F=2000N，工作臺(tái)長(zhǎng)L=400mm，往復(fù)精度為mm，絲杠導(dǎo)程6mm，直徑d32mm，步進(jìn)電機(jī)的步距角為，試確定齒輪減速比i。解：步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 脈沖/轉(zhuǎn)根據(jù)工作臺(tái)定位精度的要求，選用脈沖當(dāng)量=0.02mm/脈

13、沖設(shè)傳動(dòng)比為i ，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為則 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程作業(yè)（三）一、填空題1計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線（信號(hào)線）有數(shù)據(jù)總線、 地址總線和 控制總線等三類。2第一條標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線是S100總線，而Multi（或STD、STE）總線可支持多CPU并行工作。3開關(guān)量輸入/輸出模板的典型接口由總線接口邏輯、I/O功能邏輯和I/O電氣接口所組成。4典型開關(guān)量I/O模板的I/O電氣接口的主要功能有濾波、電平變換、光電隔離和功率驅(qū)動(dòng)。5一般的多路A/D轉(zhuǎn)換模板由多路開關(guān)、采樣保持器、轉(zhuǎn)換器和總線接口邏輯所組成。6選擇A/D模板的主要依據(jù)是采樣精度、采樣速度和成本。7與A/D轉(zhuǎn)換模板不同，在多路D/A

14、轉(zhuǎn)換模板中，需要多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，各通道D/A的有效數(shù)據(jù)由通道選擇器產(chǎn)生的信號(hào)來決定。8在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的指令進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后，須經(jīng)過信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。二、簡(jiǎn)答題1試述可編程序控制器的功能及組成。可編程序控制器可取代繼電器控制，完成順序和程序控制；可組成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度控制；可構(gòu)成高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的完全自動(dòng)化。典型的可編程序控制器由電源、微處理器、存貯器、輸入輸出接口和編程器所組成。2開放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是什麼？開放式體系結(jié)構(gòu)是近年來在電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中流行的一種設(shè)計(jì)思想，它使得當(dāng)代計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法有了很大區(qū)別

15、。開放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：向未來的VLSI開放；向不同用戶層次開放；向用戶的特殊要求開放；采用模塊化結(jié)構(gòu)。3采用STD總線的工業(yè)控制機(jī)有哪幾種工作模式？由于STD總線的高度模塊化和采用組合方法的特點(diǎn)，STD工業(yè)控制機(jī)可以靈活地組成各種系統(tǒng)。其工作模式有三種：（1）獨(dú)立工作模式 即采用微機(jī)的基本系統(tǒng)與工業(yè)用I/O模板單獨(dú)構(gòu)成控制系統(tǒng)。（2）作為前端控制機(jī) STD工業(yè)控制機(jī)可作為其它微機(jī)（工業(yè)PC機(jī)）的前端控制機(jī)，完成實(shí)時(shí)在線控制，并把采集的數(shù)據(jù)和執(zhí)行結(jié)果傳送給上位機(jī)。（3）構(gòu)成分布式組合 利用STD控制機(jī)的組合方法，可方便地進(jìn)行各種分布式系統(tǒng)的組合。4簡(jiǎn)述STD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。S

16、TD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：（1）采用小板結(jié)構(gòu)，高度的模塊化，其功能模板結(jié)構(gòu)靈活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。（2）模板設(shè)計(jì)具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和廣泛的兼容性。（3）面向I/O的設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)大的I/O擴(kuò)展能力，使控制系統(tǒng)非常適合工業(yè)控制的應(yīng)用。（4）高可靠性。5STD總線系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)有哪些主要功能？在計(jì)算機(jī)工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，I/O子系統(tǒng)是過程接口，其主要功能有：（1）開關(guān)量的輸入輸出 用于I/O信號(hào)的測(cè)量與控制。（2）模擬量的輸入輸出 用于外部模擬量的采樣及輸出模擬量的控制。（3）脈沖量的輸入輸出 用于輸入脈沖信號(hào)的接收、輸出脈沖信號(hào)的控制；定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生及處理；伺服電機(jī)使用的運(yùn)動(dòng)控制

17、接口。6A/D、D/A接口的功能是什麼？在工業(yè)系統(tǒng)中，需要測(cè)量和控制的參數(shù)經(jīng)常是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，這些物理量經(jīng)傳感器變成連續(xù)變化的電壓、電流等信號(hào)，A/D接口的功能是將這些模擬量再變換成數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)識(shí)別。D/A接口的功能則是將經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或信號(hào)，輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制過程的目的。三、分析題1畫圖說明工業(yè)控制機(jī)與普通信息處理計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別是什么？工業(yè)控制機(jī)與普通信息處理機(jī)的差別在于取消了普通信息處理機(jī)的大母板，將其改為功能插板，與普通信息處理機(jī)相比較,工業(yè)控制機(jī)有以下特點(diǎn)：（1）具有豐富的過程輸入輸出功能。（2）良好的時(shí)實(shí)性，能對(duì)生產(chǎn)過程工況變化實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)控

18、。（3）可靠性高，故障率低，維修時(shí)間短，運(yùn)行效率高。（4）采用抗干擾電源，密封機(jī)箱，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。（5）豐富的應(yīng)用軟件。（6）具有良好的技術(shù)綜合性。2畫圖說明8路輸入、8路輸出STD總線開關(guān)量接口模板的組成原理。如圖所示，STD總線的開關(guān)量輸入輸出模板的典型接口由STD總線接口邏輯、I/O功能邏輯（輸入緩沖器和輸出鎖存器）、I/O電氣接口等三部分組成。輸入模板的基本組成為：外部開關(guān)信號(hào)輸入信號(hào)條理電路輸入緩沖器輸入端口譯碼控制STD總線；輸出模板的基本組成為：STD總線信號(hào)輸出端口譯碼控制輸出鎖存器輸出信號(hào)條理電路負(fù)載。3試分析比較工業(yè)控制PC計(jì)算機(jī)與可編程序控制器的主要區(qū)別。 工業(yè)控

19、制PC計(jì)算機(jī)與可編程序控制器以較強(qiáng)的輸出帶負(fù)載能力、良好的抗干擾能力和可靠性，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但兩者在系統(tǒng)組成、功能以及程序語言等方面有所不同。工業(yè)控制PC計(jì)算機(jī)的基本系統(tǒng)與普通PC機(jī)大體相同，但備有各種控制模板，一般不需要再作硬件開發(fā)，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了模塊化；系統(tǒng)具備完整的控制功能，軟件豐富，執(zhí)行速度快，適用于需要作大量數(shù)據(jù)處理的測(cè)控系統(tǒng)。在程序語言方面，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以使用高級(jí)語言為主，也可使用匯編語言?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）結(jié)構(gòu)小巧，適應(yīng)性強(qiáng)，可按照使用要求選購(gòu)相應(yīng)產(chǎn)品組成控制系統(tǒng)，可編程序控制器的控制功能以邏輯控制為主，小型PLC適用于實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制和開關(guān)量控制

20、，大中型的PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，按用戶所需的功能選配模塊，可組成規(guī)模較大、精度較高的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的控制功能由軟件實(shí)現(xiàn)，但信號(hào)的輸入輸出采用周期性的掃描方式，這一點(diǎn)與工業(yè)控制PC機(jī)存在重要的區(qū)別。此外，在程序語言方面PLC的編程語言多采用梯形圖，大型PLC控制系統(tǒng)可使用高級(jí)語言。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程作業(yè)（四）一、填空題1 通常，傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路所組成。2傳感器的主要靜態(tài)特性指標(biāo)有靈敏度、線性度、重復(fù)性和遲滯。3數(shù)字式傳感器的動(dòng)態(tài)特性是輸入量變化的臨界速度。4傳感器輸入特性的主要參數(shù)是廣義輸入阻抗 或 靜態(tài)剛度。5HRGP1A噴漆機(jī)器人的主要特點(diǎn)是操作機(jī)采用撓性

21、手腕結(jié)構(gòu)，具有3個(gè)自由度；驅(qū)動(dòng)器采用分離活塞式油缸，減輕了示教力；位置測(cè)量采用旋轉(zhuǎn)變壓器作傳感器，具有較高的伺服精度。6HRGP1A噴漆機(jī)器人微機(jī)控制系統(tǒng)采用雙CPU工作，其中主CPU為8088，并配有協(xié)處理器，從CPU為8086，主要用于電液伺服回路控制。7通常，數(shù)控設(shè)備由輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和受控設(shè)備所組成。8按照運(yùn)動(dòng)軌跡不同，數(shù)控設(shè)備可分為點(diǎn)位控制裝置、直線控制裝置和輪廓控制裝置等三類。二、簡(jiǎn)答題1簡(jiǎn)述光電編碼器式傳感器的工作原理和主要特點(diǎn)。光電編碼器式傳感器主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。它的輸出是與孔盤轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)角增量成正比例關(guān)系的脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，即可測(cè)定

22、孔盤轉(zhuǎn)過的角度。光電編碼器式傳感器又分為絕對(duì)式和增量式，前者轉(zhuǎn)角范圍小于360,用于低速端角位置測(cè)量；后者無轉(zhuǎn)角范圍限制，可用于高速端角位置測(cè)量或轉(zhuǎn)速測(cè)量。光電編碼器式傳感器的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高；輸出量為脈沖信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)；可以同時(shí)用于位置和速度的測(cè)量，使用方便；但高精度的光電編碼器價(jià)格比較貴，成本高。2選擇傳感器應(yīng)主要考慮哪幾方面的因素？選擇傳感器的主要依據(jù)是傳感器的性能指標(biāo)：（1）基本參數(shù) 量程、靈敏度、靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)特性。（2）環(huán)境參數(shù) 環(huán)境溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)；抗干擾能力。（3）可靠性 工作壽命、平均無故障時(shí)間。（4）使用條件 電源、外形尺寸、安裝方式。（5）經(jīng)濟(jì)性 價(jià)格和價(jià)格

23、性能比。此外，選擇傳感器時(shí)還必須考慮其輸入輸出特性。3簡(jiǎn)述HRGP1A噴漆機(jī)器人的示教與再現(xiàn)過程。HRGP1A噴漆機(jī)器人的工作分示教和再現(xiàn)兩個(gè)過程。示教過程由工作人員用手操縱操作機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)和手腕，根據(jù)噴漆工件表面的形狀進(jìn)行示教操作，此時(shí)中央處理器通過反饋元件（旋轉(zhuǎn)變壓器）將示教過程中測(cè)試的參數(shù)存入存儲(chǔ)器，即把示教過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間軌跡記錄下來。再現(xiàn)過程由計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人的動(dòng)作，中央處理器將示教時(shí)記錄的空間軌跡信息從存儲(chǔ)器中取出，經(jīng)過插補(bǔ)運(yùn)算與采樣得到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將其插值調(diào)節(jié)后輸出，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照示教時(shí)的軌跡運(yùn)動(dòng)。4簡(jiǎn)述數(shù)控設(shè)備中計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的組成和功能。在數(shù)控設(shè)備中，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置

24、是設(shè)備的核心部分，一般由專用計(jì)算機(jī)（或通用計(jì)算機(jī)）、輸入輸出接口以及機(jī)床控制器等部分構(gòu)成。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能；機(jī)床控制器主要用于機(jī)床的輔助功能，主軸轉(zhuǎn)速的選擇和換刀功能的控制。5簡(jiǎn)述CK3225型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成。CK3225型機(jī)床有主驅(qū)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)兩大控制環(huán)節(jié)。主驅(qū)動(dòng)主要是機(jī)床主軸的速度控制，伺服驅(qū)動(dòng)除對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行控制外，還需要對(duì)刀架的行程（位置）進(jìn)行控制。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、機(jī)床控制機(jī)、主驅(qū)動(dòng)單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元和其它功能控制單元。工作時(shí)從操作系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，由機(jī)床控制機(jī)（經(jīng)過內(nèi)裝的PC處理）對(duì)兩大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。三、分析

25、題1試分析比較測(cè)速發(fā)電機(jī)和光電編碼器做轉(zhuǎn)速測(cè)量的特點(diǎn)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)由永久磁鐵與感應(yīng)線圈組成，用電樞獲取速度信號(hào)。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與永磁式直流電動(dòng)機(jī)組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號(hào)，信號(hào)幅度大，信號(hào)調(diào)理電路簡(jiǎn)單。由于輸出電壓信號(hào)有波紋，一般需要配置濾波電路。光電編碼器（增量式）主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。它具有體積小、使用方便、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，常與直流電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。增量式光電編碼器輸出的是與轉(zhuǎn)角成比例的增量脈沖信號(hào)，可以通過脈沖計(jì)數(shù)獲得角位置信號(hào)，也可以定時(shí)取樣脈沖數(shù)的增量實(shí)現(xiàn)角

26、速度測(cè)量。因此，可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。2畫圖說明HRGP1A噴漆機(jī)器人電液伺服系統(tǒng)的組成和工作特點(diǎn)。HRGP1A噴漆機(jī)器人電液伺服系統(tǒng)的組成如圖所示。噴漆機(jī)器人具有6個(gè)自由度，每個(gè)自由度都由一套上圖所示的電液伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。電液伺服系統(tǒng)為多輸入、多輸出的變量系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間具有負(fù)載效應(yīng)，以適應(yīng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的變化；各電液伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性一致，使各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)，并具有較高的速度剛度，使操作機(jī)具有運(yùn)動(dòng)速度高、工作穩(wěn)定性好、位置精度高等特點(diǎn)，以滿足噴漆工藝的要求。3試分析比較閉環(huán)控制系統(tǒng)與半閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別。閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置測(cè)量元件直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移量進(jìn)行檢測(cè)。如圖所示，A為速度測(cè)量元件，C為位置測(cè)量元件，由A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，由C將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋至位置比較電路，系統(tǒng)通過與指令值比較后的差值進(jìn)行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除包括工作臺(tái)傳動(dòng)鏈在內(nèi)的誤差，定位精度高，調(diào)節(jié)速度快。但由于工作臺(tái)