機電一體化詳解

1、目錄機電一體化技術(shù)第1章習題-參考答案 11- 1試說明較為人們接受的機電一體化的含義。 11- 4 何謂機電一體化技術(shù)革命？ 11- 7.機電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成？分別實現(xiàn)哪些功能？11- 8.工業(yè)三大要素指的是什么？ 11- 12.機電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種？ 11- 16.什么是機電互補法、融合法、組合法？ 1機電一體化技術(shù)第 2章習題-參考答案 22- 1設(shè)計機械傳動部件時，為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常常提出哪些要求？ 22- 2 機電一體化系統(tǒng)傳動機構(gòu)的作用是什么？ 22- 3機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？22- 10現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整

2、預緊式滾珠絲杠，其基本導程入0=6mm、一端的齒輪齒數(shù)為100、另一端的齒輪齒數(shù)為98，當其一端的外齒輪相對另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過2個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離？22 16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？22 17 已知：4級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為1= ? $2=()2 $3= =0.005 rad,各級減速比相同，即？ 1=22=24=1.5。求：該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差max; ?為縮小? 0 max，應采取何種措施? 22 18 諧波齒輪傳動有何特點？傳動比的計算方法是什么？32- 19.設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為100，柔輪齒數(shù)為

3、100.當剛輪固定時，試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向（與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較）32- 20.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？32- 25.軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？ 4機電一體化技術(shù)第 3章參考答案 53- 1簡述機電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類及特點。 5 II3- 2機電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？53- 3簡述控制用電動機的功率密度及比功率的定義。53 5直流伺服電機控制方式的基本形式是什么？53- 6簡述PWM 直流驅(qū)動調(diào)速，換向的工作原理。 6步進電機具有哪些特點？ 6簡述步進電機三相單三拍的工作原理？ 63- 11 簡述步進電機步距角大小的計算方法？ 73

4、- 12 簡述三相步進電機的環(huán)形分配方式？ 7簡述步進電機驅(qū)動電源的功率放大電路原理 7機電一體化技術(shù)第 4章參考答案 9試說明CPU、MC 和MCS 之關(guān)系。94- 3、在設(shè)計微機控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？94- 17試說明光電耦合器的光電隔離原理。 94- 20試說明檢測傳感器的微機接口基本方式。9機電一體化技術(shù)第 5章參考答案 115- 2 簡述采樣定理？ 115- 3簡述數(shù)字控制系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換過程。 115- 5簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學方程。115-6 簡述兩自由度機器人逆動力學方程。12機電一體化技術(shù)第 7章參考答案 137-3機電一體化系統(tǒng)中的典型負載有哪些？說明以下

5、公式的含義：137-4設(shè)有一工作臺x軸驅(qū)動系統(tǒng)，已知參數(shù)為下表中所列，已知mA=400kg ,Ph=5mm,FI 水平=800N , Fl垂直=600N，工作臺與導軌間為滑動摩擦，其摩擦系數(shù)為0.2，試求轉(zhuǎn)換到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效轉(zhuǎn)矩。137-5.簡述機電一體化系統(tǒng)的數(shù)學模型建立過程。比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)（I）、比例-積分環(huán)節(jié)（PI）和比例-積分-微分調(diào)節(jié)（PID）各有何優(yōu)缺點？ 147-8何謂機電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？171機電一體化技術(shù)第 1章習題-參考答案1-1試說明較為人們接受的機電一體化的含義。答：機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子

6、技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。1-4何謂機電一體化技術(shù)革命？答：將微型計算機等微電子技術(shù)用于機械并給機械以“智能”的技術(shù)革新潮流可稱“機電一體化技術(shù)革命”。1-7.機電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成？分別實現(xiàn)哪些功能？答：機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）要素 功能控制器（計算機等）控制（信息存儲、處理、傳送）檢測傳感器計測（信息收集與變換）執(zhí)行元件驅(qū)動（操作）動力源提供動力（能量）機構(gòu)構(gòu)造1-8.工業(yè)三大要素指的是什么？答：物質(zhì)、能量、信息。1-12.機電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種？答：一種是變換、調(diào)整；另一種是輸入/輸出。1-16 什么是機電互補法、融合法、組合法？答

7、：機電互補法又稱取代法。該方法的特點是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品（系統(tǒng)）中的復雜機械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補其不足。融合法它是將各組成要素有機結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)），其素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。組合法它是將結(jié)合法制成的專用或通用功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱組合法。2機電一體化技術(shù)第 2章習題-參考答案2-1 設(shè)計機械傳動部件時，為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常常提出哪些要求？答：常提出低摩擦、無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊取?-2機電一體化系統(tǒng)傳動機構(gòu)的作用是什么？答：傳

8、遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。2-3機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？答：精密化，高速化，小型、輕量化。2-10 現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預緊式滾珠絲杠，其基本導程入0=6mm、一端的齒輪齒數(shù)為100、另一端的齒輪齒數(shù)為98，當其一端的外齒輪相對另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過2個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離？答：Z1 =100 , Z2 =98 , AS=(2/Z1)*70=0.02*6 mm=0.12 mm 。2 - 16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？答：(1)各級傳動比的分配原則是：重量最輕原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則(2 )輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小

9、原則是：為提高機電一體化系統(tǒng)齒輪傳動的精度，各級傳動比應按先小后大的原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響?？傓D(zhuǎn)角誤差主要取決于最未一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)動比的大小，在設(shè)計中最未兩級傳動比應取大一些，1= ? ©2=(? $3=求：該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)并盡量提高最未一級齒輪的加工精度。2 - 17 已知：4級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差:=0.005 rad,各級減速比相同，即？ 1= ?= -=?1=1.5。角誤差 ？max;為縮小 ？max，應采取何種措施？解: (1)? $ max=i+4 3 23 2i i i+4 35 4i i+ ? &

10、#169; 8=0.005/1.54+0.01/1.53+0.01/1.52+0.01/1.5+0.005=0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005=0.02006 rad 3=1.1499o(1 ) 總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最未一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動比的大小，所以，為縮小?©max，在設(shè)計中最未兩級的傳動比應取大一些，盡量提高最未一級輪副的加工精 度。2 - 18 諧波齒輪傳動有何特點？傳動比的計算方法是什么？答：(1)諧波齒輪傳動特點有：結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大、傳動精度高、回程誤差小、噪聲 低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高等特點。諧波齒輪傳動的波發(fā)生器

11、相當于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當于行星輪，剛輪則相當于中心輪。故諧波齒輪傳動裝置的傳動比可以應用行星輪系求傳動比的方式來計算。設(shè)H g r、分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度，則g H r Hrgg H rZiZ當柔性輪固定時, g g g r g H H r H rg Hgg H r H g g g g r Z Z Z Z Zi iZ Z Z Z Z當剛性輪固定時，10g g r H r H rHrH r H r g r gZ Z ZiZ Z Z Z2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為100，柔輪齒數(shù)為99當剛輪固定時試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向（與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較）

12、答：根據(jù)公式：iHr=Zr/（zr-zg） 可知：當iHr=100 時,Zg=99,（但一般剛輪齒數(shù)比柔輪齒數(shù)多，所以舍去）當 iHr=-100 時,Zg=101;故該諧波減速器的剛輪齒數(shù)為101,（柔輪）輸出軸方向與（波發(fā)生器）輸入軸轉(zhuǎn)向相反。（提示：一般來說，剛輪僅比柔輪多幾個齒；剛輪固定時，柔輪與輸出軸固聯(lián)；柔輪固定 時，剛輪與輸出軸固聯(lián)，兩種情況下，波發(fā)生器均與輸入軸固聯(lián)）2-20.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？答（1）圓柱齒輪傳動:1偏心套（軸）調(diào)整法；2軸向墊片調(diào)整法;3雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。（2）斜齒輪傳動：錯齒調(diào)整法，用兩個薄片齒輪與一個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪

13、的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。（3）錐齒輪采用彈簧調(diào)整方式。42-25.軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？答：旋轉(zhuǎn)精度 剛度 抗震性 熱變形 軸上零件的布置5機電一體化技術(shù)第 3章參考答案3-1簡述機電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類及特點。答：種類特點優(yōu)點缺點電動式可使用商用電源；信號與動力的傳動方向相同；有交流和直流之別，應注意電壓之大小操作簡便；編程容易；能實現(xiàn)定位伺服；響應快、能與CPU相接；體積小、動力較大；無污染瞬時輸出功率大；過載能力差，特別是由于某種原因而卡住是，會引起燒毀事故， 易受外部噪聲影響 氣動式空氣壓力源的壓力為(5-7 )X105Pa;要求操作人員技術(shù)熟練氣源

14、方便、成本低；無泄漏污染速度快、操作比較簡單功率小，體積大，動作不夠 平穩(wěn)，不易小型化，遠距離 傳輸困難，工作噪聲大，難 于伺服液動式要求操作人員技術(shù)熟練；液壓源壓力（20-80）X105Pa輸出功率大，速度快，動作平穩(wěn)，可實現(xiàn)定位伺服；易于CPU相接；響應快設(shè)備難于小型化，液壓源或液壓油要求（雜質(zhì)、溫度、油量、質(zhì)量）嚴格；易泄露且有污染3-2機電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？答：1慣量小、動力大2體積小、重量輕3便于維修、安裝4易于微機控制3-3簡述控制用電動機的功率密度及比功率的定義。答:電動機的功率密度 PG=P/G.電動機的比功率 dp/dt=d（Tw）/dt=Ts/dt|t=

15、tn=Tn2/Jm其中Tn-電動機的額定轉(zhuǎn)矩，N*MJm電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，kg*m3 5直流伺服電機控制方式的基本形式是什么？答：直流伺服電機為直流供電，為調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速和方向，需要對其直流電壓的大小和 方向進行控制。目前常用晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動兩種方式。晶閘管直流驅(qū)動方式，主要通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置控制晶閘管的觸發(fā)延遲角（控制電壓的大 ?。﹣硪苿佑|發(fā)脈沖的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電動機電樞電壓的變化易 于平滑調(diào)速。脈寬調(diào)制（PWM ）直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)當輸入一個直流控制電壓U時，就可得到一定寬度與U成比例的脈沖方波給伺服電機電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞

16、回路的平均電 壓，從而得到不同電壓的電壓值Ua，使直流電動機平滑調(diào)速。63- 6簡述PWM 直流驅(qū)動調(diào)速，換向的工作原理。答：通過電源的通斷來獲得電壓脈沖信號，控制通斷的時間比來獲得不同的電壓脈沖，通 的時間越長，獲得的平均電壓越大，電機轉(zhuǎn)的就快，反之，電機轉(zhuǎn)的就慢。電機的換向是 通過橋式電路來實現(xiàn)的，它是由四個大功率的晶體管組成，通過在不同晶體管的基極加正 負脈沖從而實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)向控制。為使其實現(xiàn)雙向調(diào)速，多采用橋式電路，其工作原理與 線性放大橋式電路相似。電橋由四個大功率的晶體管組成。分別記作 1234如果在1和3的基極上加以正脈沖的同時，在2和4的基級上加以負脈沖，這時1和3導通，2和4

17、導通。設(shè)此時的電動機轉(zhuǎn)向為正；反之，則為負。電流的方向與前一情況相反，電動機轉(zhuǎn)向，顯然，如果改變加到 1和3，2和4這兩組管子基極上控制脈沖的正負和導通率就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。步進電機具有哪些特點？答：1步進電機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等）的影響，只要在他們的大小引起步進電機產(chǎn)生“丟步”的現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；2步進電機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累計誤差變?yōu)椤傲恪?，因此不會長期累積；3控制性能好，在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步”因此，步進電機廣泛應用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，

18、使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。簡述步進電機三相單三拍的工作原理？答：如教材圖例所示：如果先將電脈沖加到A相勵磁繞組，定子 A相磁極就產(chǎn)生磁通，并對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子的13兩個齒與定子的 A相磁極對齊，而后再將電脈沖通入B相磁繞組，B相磁極便產(chǎn)生磁通，這時轉(zhuǎn)子2 4兩個齒與 B相磁極靠的最近，于是轉(zhuǎn)子便沿著逆時針方向轉(zhuǎn)過 30度角，使轉(zhuǎn)子 2 4兩個齒與定子 B相磁極對齊。如果按照AtBt A的順序通電，步進電機講沿順時針方向一步步地轉(zhuǎn)動。73- 11 簡述步進電機步距角大小的計算方法？答：a=360/(K*M )式中：Z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)。M=運行拍數(shù)。通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即M=K

19、*N ( N為電動機的相數(shù)，單拍是K=1 ,雙拍時K=2 )。3- 12 簡述三相步進電機的環(huán)形分配方式？答：1.采用計算機軟件，利用查表式計算方法來進行脈沖的環(huán)形分配，簡稱軟環(huán)分。2采用小規(guī)模集成電路搭接而成的脈沖分配器。3.采用專用環(huán)形分配器件。簡述步進電機驅(qū)動電源的功率放大電路原理 答：單電壓功率放大電路如圖所示 ABC分別為步進電機的三相，每一項由一組放大器驅(qū)動。沒有脈沖輸入時 3DK4和3DD15功率晶體管截止，繞組中無電流通過，電機不轉(zhuǎn)。當A相得電時，步進電機轉(zhuǎn)動步，當脈沖依次加到 ABC三個輸入端時，三組放大器分別驅(qū)動不同的繞組，是電機一步一步的轉(zhuǎn)動。電路終于繞組并聯(lián)的二極管VD

20、其續(xù)流作用記在功率截至時，是儲存在繞組中的能量通過二級管形成續(xù)流回路泄放，從而保護功放管。高低壓功串放大電路（一）無脈沖輸入時，VT1、VT2、VT3、VT4均截止，電動機繞組 W 無電流通過，電動機不轉(zhuǎn)。 有脈沖通過時，VT1、VT2、VT3、VT4飽和導通，在 vt2有截止到飽和期間，其集電極電 流，迅速上升。當 vt2進入穩(wěn)態(tài)后t1 一次測電流暫時恒定，無磁通變化二次側(cè)的感應電壓為零，vt3截止。12v低電壓經(jīng)vd1加到電動機繞組我 w上并維持繞組中的電流。輸入結(jié) 束后vt1、vt2、vt3、vt4又都截止，儲存在 w中的能量通過 18歐姆的電阻和 vd2放電， 電阻的作用時間小放電回路

21、的時間常數(shù)，改善電流波形的后沿。89機電一體化技術(shù)第 4章參考答案試說明 CPU、MC和MCS之關(guān)系。答：微處理機簡稱 CPU，它是一個大規(guī)模集成電路器件或超大規(guī)模集成電路器件，器件中有數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)通道、多個寄存器、控制邏輯和運算邏輯部件，有的器件還含有時鐘電路，為器件工作提供定時信號。微型計算機簡稱 MC。它是以微處理機為中心，加上只讀存儲器，隨機存取存儲器，輸入|輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計算機。上述微處理機、微型計算機都是從硬件角度定義的，而計算機的使用離不開軟件支持。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計算機系統(tǒng)，簡稱MCS。4- 3、在設(shè)計微機控制系統(tǒng)中

22、首先會遇到的問題是什么？答：在設(shè)計微機控制系統(tǒng)時，首先會遇到專用與通用的抉擇和硬件與軟件的權(quán)衡問題。4- 17試說明光電耦合器的光電隔離原理。答:光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示控制輸出時，從上圖 a可知，微機輸出的控制信號經(jīng)74LS04非門反相后，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。當控制信號為高電平時，經(jīng)反相后，加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導通，沒有光發(fā)出。這時光敏晶體管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電壓。當控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導通并發(fā)光，光敏晶體管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導通，于是輸出端的電平幾乎等于零。同樣的

23、道理，可將光電耦合器用于信息的輸入，如上圖b所示。4- 20試說明檢測傳感器的微機接口基本方式。答：模擬量接口方式：傳感器輸出信號t放大t采樣 /保持t模擬多路開關(guān)t A/D轉(zhuǎn)換tI/O接口t微機開關(guān)量接口方式：開關(guān)型傳感器輸出二值式信號 (邏輯1或0) T三態(tài)緩沖器T微機10數(shù)字量接口方式：數(shù)字型傳感器輸出數(shù)字量(二進制代碼、BCD代碼、脈沖序列等)T計數(shù)器T三態(tài)緩沖器T微機11機電一體化技術(shù)第 5章參考答案5- 2簡述采樣定理？如果是有限帶寬信號，即| |時，E (j ) =0。而是e (t)的理想采樣信號，若采樣頻率，那么一定可以有采樣信號唯一地決定出原始信號e （t）。也就是說，若 ，

24、則由 可以完全地恢復 e （t）。5- 3簡述數(shù)字控制系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換過程。模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置每隔 T秒對輸入的連續(xù)信號e（t）進行一次采樣，采樣信號為e*（t），如圖a所示。該采樣信號是時間上離散而幅值上連續(xù)的信號，它不能直接進入計算機進行運算，必須經(jīng)量化后成為數(shù)字信號才能為計算機所接受。將采樣信號經(jīng)量化后成為數(shù)字信號的過程是一個近似過程，稱量化過程?，F(xiàn)對量化過程作簡單的說明：將采樣信號e*（ t）的變化范圍分成若干層，每一層都用一個二進制數(shù)碼表示，這些數(shù)碼可表示幅值最接近它的采樣信號。如圖b所示，采樣信號 A1為1.8V，則量化值 A1'為2V，用數(shù)字010來代表；采樣信號 A2為3.

25、2V，則量化值 A2'為3V，用數(shù)字量011代表。這樣就把采樣信號變成了數(shù)字信號。ab5- 5簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學方程。答：設(shè)對微小輸入位移有微小的輸出位移，則輸入功的總和和輸出功的總和分別為：12其中忽略機構(gòu)內(nèi)部機械損失時，兩式相等。由于相互獨立，則對第i個輸入有用表示輸入力(或轉(zhuǎn)矩)時，寫成式中 力(或轉(zhuǎn)矩)的變換系數(shù)，是n*m 矩陣。5-6簡述兩自由度機器人逆動力學方程。答：首先利用逆運動學方法將軌跡x(t),y(t) 變換成為關(guān)節(jié)運動$1(t)、$2(t)，然后從$1和$2導出計算關(guān)節(jié)力矩 T1、T2的計算公式。由平面幾何學知識，可得逆運動學解 為式中 p= , q=

26、。逆運動學解可由Lagra nge公式解出。設(shè)計器人得負載只有各臂端部的質(zhì)量=* +式中第一項相當于慣性項，第二項相當于離心力與哥氏力。13機電一體化技術(shù)第7章參考答案7-3機電一體化系統(tǒng)中的典型負載有哪些？說明以下公式的含義: m n j k i cq i ji i k k vJ m J答：典型負載是指慣性負載、外力負載、彈性負載、摩擦負載（滑動摩擦負載、粘性摩擦 負載、滾動摩擦負載等）。對具體系統(tǒng)而言，其負載可能是以上幾種典型負載的組合，不一 定均包含上述所有負載項目。第一式表示等效轉(zhuǎn)動慣量。該系統(tǒng)運動部件的動能總和為2 21 12 2 m n i i j ji iE mv J設(shè)、等效到元

27、件輸出軸上的總動能為212k kcq kE J，由能量守恒：E =Ek故2 21 1m nj k icq i ji i k kvJ m J用工程上常用單位時，可將上式改寫為2 221 114m nj k icq i ji i k kn vJ m Jn n第二式表示等效負載轉(zhuǎn)矩。設(shè)上述系統(tǒng)在時間t內(nèi)克服負載所作的功德總和為:1 1m ni i j ji jW Fv t T t,同理，執(zhí)行元件輸出軸在時間t內(nèi)的轉(zhuǎn)角為k kt貝嘰執(zhí)行元件所作的功為kK eq kW T t，由K W W得：1 1/ /eq i i k j j ki jT Fv T，或m nkeq i i k j j ki jT Fv

28、 n T n n7-4設(shè)有一工作臺 x軸驅(qū)動系統(tǒng)，已知參數(shù)為下表中所列，已知mA=400kg ,Ph=5mm,FI 水平=800N , Fl垂直=600N，工作臺與導軌間為滑動摩擦，其摩 擦系數(shù)為0.2，試求轉(zhuǎn)換到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效轉(zhuǎn)矩。答：(1 )由公式：2 221 114m nj k icq i ji i k k n vJ m J n n可得：v仁n絲*Ph/1000 （和轉(zhuǎn)速n的單位要統(tǒng)一所以不必算出最終值）Jk eq =1/4 j2ma(v1/nk)2+JG1( nG1/ nk)2+JG2( nG2/ nk)2+JG3( nG3/ nk)+JG4( nG4/ nk)+J I

29、 (n I / nk)2+J n (n n / 14 nk)2+J 絲(n 絲/ nk ) 2 +Jm=0.0508()(2 )當工作臺向右時:(N )F=F*u- FL 水平=(FL 垂直 +G)*u- FL 水平=(600+400*9.8) *0.2-800=1041 1/ /m nkeq i i k j j ki jT Fv T得：TK= F*V/nk/ ( 2*pi)=F*(n 絲*Ph/1000 )/nk/(2*pi)=104*(180*5/1000)/*720/(2*3.14)= 0.0207( N*m )。(3)當工作臺向左時：F=( FL 垂直 +G)*u+ FL 水平=(60

30、0+400*9.8) *0.2+800=1704( N )TK= ( F*V/nk) /(2*pi)=0.339( N*m )Matlab 程序：n1=720; n2=360; n3=360; n4=180; n11=720; n22=360; ns=180; nd=720;ph=5;pi=3.1415927;j1=.01;j2=.016;j3=.02;j4=.032;j11=.024;j22=.004;js=.012;jd=.004;v1=n s*ph*.001;a=400*(v1/nd)A2/(4*piA2)b=j1c=j2*( n2/nd)A2d=j3*( n3/n df2e=j4*(

31、n4/n d)A2f=js*( ns/n d)A2g=j11*( n11/nd)A2h=j22*( n22/nd)A2J=400*(v1/nd)A2/(4*piA2)+j1+j2*( n2/n d)A2+j3*( n3/n d)A2+j4*( n4/n d)A2+js*( ns/nd)A 2+j11*( nil/n d)A2+j22*( n22/nd)A2+jdfs=800;fc=600;ma=400;fiz=fs+(fc+ma*9.8)*0.2;fiy=-fs+(fc+ma*9.8)*0.2;tiz=fiz*vi/nd /(2*pi);tiy=fiy*v1/nd /（2*pi）;7-5.簡述機電一體化系統(tǒng)的數(shù)學模型建立過程。比例環(huán)節(jié)（ P）、積分環(huán)節(jié)（I）、比例-積分環(huán)節(jié)（PI）和比例-積分-微分調(diào)節(jié)（PID）各有何優(yōu)缺點？答：在穩(wěn)態(tài)設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用所選元部件的有關(guān)參數(shù)，可以繪制出系統(tǒng)框圖，并根據(jù)自動控制理論基礎(chǔ)課所學知識建立各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，進而激勵系統(tǒng)傳遞函數(shù)。以閉環(huán)控制方式為例：圖（1 ）為檢測傳感器裝在絲桿端部的半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。它的系統(tǒng)框圖如圖（2 ）所示。該圖的傳遞函數(shù)為15G （s）=式中：K=