12秋《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》形成性考核作業(yè)1234答案(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形成性考核作業(yè)參考答案形成性考核作業(yè)1參考答案一、判斷題（正確的打，錯(cuò)誤的打×）1× 2 3 4× 5× 6× 7× 8× 9× 10 11× 12×二、單選題1C 2A 3B 4A，A 5D 6B 7A 8D 三、簡答題1完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？答：機(jī)械本體、動(dòng)力系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件和信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。通過接口及相應(yīng)軟件有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)成內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。2簡述

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。機(jī)電一體系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機(jī)電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。3機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦和阻尼會(huì)降低效率，但是設(shè)計(jì)中要適當(dāng)選擇其參數(shù)，而不是越小越好。為什么？阻尼比公式:,由公式可知阻比除了與機(jī)械系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù)B有關(guān)外，還與系統(tǒng)剛度K0和質(zhì)量m有關(guān)。因此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過對(duì)剛度、質(zhì)量和摩擦系數(shù)等參數(shù)的合理匹配，得到機(jī)械系統(tǒng)阻尼比的適當(dāng)取值，以保證系統(tǒng)的良好動(dòng)態(tài)特性。4簡述機(jī)

3、械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)的主要影響表現(xiàn)為以下幾方面：（1）失動(dòng)量 系統(tǒng)剛度越大，因靜摩擦力的作用所產(chǎn)生的傳動(dòng)部件的彈性變形越小，系統(tǒng)的失動(dòng)量也越??；（2）固有頻率 機(jī)械系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，可遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻帶寬度，從而避免產(chǎn)生共振；（3）穩(wěn)定性 剛度對(duì)開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響，而對(duì)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四、計(jì)算題1解：2解：該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差：maxmax=1/（i1 i2 i3 i4）+（2+3/（ i2 i3 i4）+（4+5/（i3 i4）+（6+7/（i4）+8=0.01/(3×3

4、×3×3)+ (0.01+0.01)/(3×3×3)+ (0.01+0.01)/(3×3)+ (0.01+0.01)/(3)+ 0.01=0.02五、綜合題1答：圖中所示的雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙，雙螺母中的一個(gè)外端有凸緣，一個(gè)外端無凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個(gè)螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。2答：當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。消除齒側(cè)間隙的原理：小齒輪1，6分別與齒條7嚙合，與小齒輪1，6同軸的大齒輪2，5分別與齒輪3嚙合，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，

5、使大齒輪2，5同時(shí)向兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1，6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙。形成性考核作業(yè)2參考答案一、判斷題（正確的打，錯(cuò)誤的打×）1× 2 3× 4× 5 6× 7 8 9× 10 11× 12×二、單選題1B 2C 3B 4B 5D 6B 7D 8B 三、簡答題1什么是傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？ 傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器的輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢時(shí)，所表現(xiàn)出來的輸出響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有：線性范圍、線性度、靈敏度、精確度、分辨力、遲滯、穩(wěn)

6、定性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有：幅頻特性和相頻特性。2什么是伺服系統(tǒng)？伺服系統(tǒng)的一般組成有哪幾個(gè)部分？ 伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置、速度和加速度為控制對(duì)象，在控制命令的指揮下，控制執(zhí)行元件工作，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件按控制命令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。（1）控制器：伺服系統(tǒng)中控制器的主要任務(wù)是根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控制策略，控制器通常由電子線路或計(jì)算機(jī)組成。（2）功率放大器：伺服系統(tǒng)中功率放大器的作用是將信號(hào)進(jìn)行放大，并用來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成某種操作，功率放大裝置主要由各種電力電子器件組成。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由伺服電動(dòng)機(jī)或液壓伺

7、服機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。（4）檢測(cè)裝置：檢測(cè)裝置的任務(wù)是測(cè)量被控制量，實(shí)現(xiàn)反饋控制。無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測(cè)裝置的精度，因此要求檢測(cè)裝置精度高、線性度好、可靠性高、響應(yīng)快。3簡述直流伺服電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制的工作原理。直流伺服電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制（PWM）的工作原理：假設(shè)輸入直流電壓，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間得到一定寬度的與成比例的脈沖方波，給伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞回路的平均電壓，從而輸出不同大小的電壓，使直流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。4比較直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境差別。直流伺服電動(dòng)機(jī)有較高的響應(yīng)速度和精度以及優(yōu)良的控制特性，但由于使用電刷和換向器，故

8、壽命較低，需定期維護(hù)。適用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品中。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)子慣性小、控制功率小、過載能力強(qiáng)、可靠性好的特點(diǎn)。適用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)控制、工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)，及運(yùn)動(dòng)和位置控制場合。四、計(jì)算題1解：÷1024=30（轉(zhuǎn)） 每轉(zhuǎn)絲杠走2mm，刀架位移量為30×2=60mmN=30轉(zhuǎn)/10秒=3轉(zhuǎn)/秒2解：（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角 （2）減速齒輪的傳動(dòng)比五、綜合題1答：該傳感器為一種角位移式的光電傳感器，用于測(cè)量角位移，將傳感器的輸入軸接測(cè)量元件。當(dāng)測(cè)量元件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)輸入軸上的開空?qǐng)A盤。每個(gè)開空?qǐng)A盤對(duì)應(yīng)一個(gè)角度。可將圓盤均分最小單位為測(cè)量的

9、最小角度。圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，開空與縫隙板對(duì)準(zhǔn)時(shí)，光源將光直射到光敏元件上，將得到一個(gè)光電信號(hào)（脈沖），將脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器可記錄圓盤轉(zhuǎn)過的角度，也就是測(cè)量元件轉(zhuǎn)過角度。2答：方案a :結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)。繩的位移可以很大，但繩在滾筒方向會(huì)產(chǎn)生橫向位移。需要采用制動(dòng)器或者止逆型減速器才能防止繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。 方案b：結(jié)構(gòu)較簡單，成本與方案a相當(dāng)。繩的位移要受到絲杠長度的限制。普通絲杠具有止逆功能，無需增加制動(dòng)器即可防止繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。無橫向位移。2方案的測(cè)量方法（1）電機(jī)軸安裝編碼器直接測(cè)量繩的位移（2）滾筒軸安裝編碼器間接測(cè)量繩的位移。形成性考核作業(yè)3參考答案一、判斷題（正確的打，錯(cuò)誤的打&#

10、215;）1 2 3 4 5× 6× 7× 8 9× 10 11× 12二、單選題1D 2B 3C 4D 5D 6D 三、簡答題1機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所起的作用是什么？在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前，也希望對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果加以預(yù)測(cè)，以便選擇正確、高效的運(yùn)行策略或提前消除設(shè)計(jì)中的缺陷，最大限度地提高實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行水平，采用仿真技術(shù)可以省時(shí)省力省錢地達(dá)到上述目的。計(jì)算機(jī)仿真包括三個(gè)基本要素，即實(shí)際系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)，聯(lián)系這三個(gè)要素則有三個(gè)基本活動(dòng)：模型建立、仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析。2機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的哪個(gè)階段

11、？ 機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有：物理模型、數(shù)學(xué)模型和描述模型。當(dāng)仿真模型是物理模型時(shí)，為（全）物理仿真；是數(shù)學(xué)模型時(shí)，稱之為數(shù)學(xué)（計(jì)算機(jī)）仿真。用已研制出來的系統(tǒng)中的實(shí)際部件或子系統(tǒng)代替部分?jǐn)?shù)學(xué)模型所構(gòu)成的仿真稱為半物理模型。計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真、全物理仿真分別應(yīng)用于分析設(shè)計(jì)階段（軟件級(jí)）、部件及子系統(tǒng)研制階段（軟件硬件級(jí)）實(shí)時(shí)仿真、系統(tǒng)研制階段（硬件級(jí)）實(shí)時(shí)仿真階段。3PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？答：P（比例）I（積分）D（微分）調(diào)節(jié)器是將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。其中比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，其反應(yīng)迅速；積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；微

12、分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過渡過程。此三部分作用配合得當(dāng)，可使調(diào)節(jié)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到較好的效果。4系統(tǒng)采樣周期的選擇時(shí)，主要考慮的影響因素主要有哪些？ 應(yīng)主要考慮以下幾方面：從對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求來看，應(yīng)將采樣周期取得小些，這樣，在按連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)選擇整定參數(shù)時(shí)，可得到較好的控制效果；從執(zhí)行元件的要求來看，有時(shí)需要輸出信號(hào)保持一定的寬度。如：當(dāng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換帶動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，輸出信號(hào)通過保持器達(dá)到所要求的控制幅度需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，要求計(jì)算機(jī)的輸出值不應(yīng)變化，因此，采樣周期必須大于這一時(shí)間；從控制系統(tǒng)隨動(dòng)和抗干擾的性能要求來看，要求采樣周期短些；從計(jì)算機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)

13、回路的計(jì)算成本來看，一般要求采樣周期大些；從計(jì)算機(jī)的精度來看，過短的采樣周期不合適。因此，各方面因素對(duì)采樣周期的要求各不相同，有時(shí)互相矛盾，所以，確定采樣周期時(shí)須根據(jù)具體情況和主要要求作出折中選擇。圖 梯形圖I0.0 T0（ ）I0.1I0.2Q0.0I0.2Q0.1 Q0.0T0（ ）3sT05簡述下圖所示梯形圖的工作過程及邏輯關(guān)系，圖中接線為：開關(guān)1（I0.0），開關(guān)2（I0.1），開關(guān)3（I0.2），紅燈（Q0.0），綠燈（Q0.1）。答：I0.0、I0.1：兩個(gè)常開觸點(diǎn)開關(guān)；I0.2：常閉觸點(diǎn)開關(guān)；Q0.0、Q0.0、Q0.1：常開觸點(diǎn)繼電器；T0：通電延時(shí)閉合繼電器；工作過程：當(dāng)I0

14、.0、I0.1、I0.2均閉合時(shí)，繼電器Q0.0帶電使紅燈亮，當(dāng)Q0.0閉合后啟動(dòng)定時(shí)器T0繼電器延時(shí)3s后，閉合。當(dāng)I0.2仍然閉合，T0繼電器線圈帶電，當(dāng)它閉合綠燈亮。當(dāng)I0.2斷開時(shí)，小燈全滅。四、計(jì)算題1解：方案1：高速端轉(zhuǎn)角測(cè)量傳感器與電機(jī)連接，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)角的測(cè)量對(duì)工作臺(tái)位移進(jìn)行間接測(cè)量，測(cè)量原理如下圖所示。設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為，則傳感器的每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為方案2:低速端轉(zhuǎn)角測(cè)量測(cè)量原理如圖所示，傳感與絲杠的端部相連，傳感器直接測(cè)量絲杠的轉(zhuǎn)角，與減速比無關(guān)。應(yīng)選用n=1000的增量式編碼器。選用ns=500脈沖/轉(zhuǎn) 編碼器不合用。2解：由題可得：（1）當(dāng)激磁磁場不變時(shí)，電

15、機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T正比于電樞電流： T=KTi； （2）當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞中會(huì)感應(yīng)反電勢(shì)eb，其值正比于轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度：eb=KE （3）電樞回路的微分方程為：（4）電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：T=JM,（5）求拉氏變換及聯(lián)立求解得：（Ls+R）I(s)+KE(s)=U(s)輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)：五、綜合題1答：信息變換電路位于輸入通道，誤差的低頻分量會(huì)影響輸出精度，因此對(duì)靜態(tài)有較高要求；而誤差的高頻分量對(duì)輸出精度幾乎沒有影響，允許存在一定程度的高頻噪聲。傳感器位于反饋通道上的環(huán)節(jié)，其對(duì)輸出精度的影響與位于輸入通道的信號(hào)變換電路相同。絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差的低頻分量和高頻分量都會(huì)影

16、響輸出精度，因此要盡量消除傳動(dòng)間隙和傳動(dòng)誤差。2解：設(shè)啟動(dòng)按鈕為X1，停止按鈕為X2，正轉(zhuǎn)輸出為Y1，反轉(zhuǎn)輸出為Y2（1）I/O分配表輸入/輸出X1X2Y1Y2I/O口I0.0I0.1Q0.0Q0.1（2）選擇西門子S7-200型PLC（也可選擇其它品牌和型號(hào)的PLC），梯形圖如下：I0.0K =3sI0.1Q0.0( S )T0T0Q0.1Q0.1( R )Q0.0( R )T1Q0.1( S )Q0.1I0.1K =3sT1正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)形成性考核作業(yè)4參考答案一、判斷題（正確的打，錯(cuò)誤的打×）1 2× 3 4× 5 6 7× 8× 9×

17、; 10 11 12×二、單選題1C 2B 3A 4D 5D 6D 7B 8C三、簡答題1何謂概念設(shè)計(jì)？簡述概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程。概念設(shè)計(jì)：在確定任務(wù)之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案。概念設(shè)計(jì)的過程如下圖所示。求總功能總功能分解評(píng)價(jià)與決策功能逐級(jí)分解創(chuàng)造性方法、目錄法、調(diào)查分析法形態(tài)學(xué)矩陣法黑箱法各種評(píng)價(jià)方法概念產(chǎn)品明確設(shè)計(jì)任務(wù)尋找子功能解原理解組合分析評(píng)價(jià)決策綜合（1）首先是將設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能；（2）根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進(jìn)行總功能分解，劃分出各功能模塊，將總功能分解為子功能，直到分解到

18、不能再分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系；（3）對(duì)各功能模塊輸入/輸出關(guān)系進(jìn)行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)；（4）尋找子功能（功能元）的解，并將原理解進(jìn)行組合，形成多種原理解設(shè)計(jì)方案，（5）以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計(jì)組討論、審定。由于體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作原理，（6）方案進(jìn)行整體評(píng)價(jià)：對(duì)不同的方案進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品2如何進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)？可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。通常用“概率”表示“能力”來實(shí)現(xiàn)可靠性指標(biāo)的量化?？煽啃栽u(píng)價(jià)的指標(biāo)

19、體系主要包括五個(gè)方面：可靠性、維修性、有效性、耐久性和安全性。（1）機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì):現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)包括縮短傳動(dòng)鏈，減少元件數(shù)；必要時(shí)增設(shè)備用元件或系統(tǒng)；簡化結(jié)構(gòu)；增加過載保護(hù)裝置、自動(dòng)停機(jī)裝置；設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)；合理規(guī)定維修期。（2）控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)包括：l 采用自動(dòng)控制使產(chǎn)品具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷甚至自修復(fù)的功能；l 通過元器件的合理選擇提高可靠性；l 對(duì)功率接口采用降額設(shè)計(jì)提高可靠性；l 采用監(jiān)視定時(shí)器提高可靠性；l 采取抗干擾措施提高可靠性。3簡述HRGP1A噴漆機(jī)器人的示教再現(xiàn)過程。示教：操作人員用手操縱操作機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)和手腕，根據(jù)噴漆工件的型面進(jìn)行示教。此時(shí)，中央處理器通過旋轉(zhuǎn)變壓器將示教過程中檢測(cè)到的參數(shù)存入存儲(chǔ)器，即把示教噴漆的空間軌跡記錄下來；再現(xiàn)：由計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，中央處理器將示教時(shí)記錄的空間軌跡信息取出，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，然后將其差值調(diào)節(jié)后輸出，控制操作機(jī)按示教的軌跡運(yùn)動(dòng)。4簡述數(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)床控制器等部分組成。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