機(jī)電一體化復(fù)習(xí)題 (同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院期末考試)

1、一、簡答題1敘述你對“機(jī)電一體化系統(tǒng)”的認(rèn)識，包括其關(guān)鍵技術(shù)，并舉例說明。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。機(jī)電一體化綜合利用各相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢，揚長避短取得系統(tǒng)優(yōu)化比效果，有顯著的社會效益和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。2 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)械動部分減少，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，同時由于采用電子技術(shù)實現(xiàn)自動檢測，控制，補償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。3.滾珠絲杠傳動有什么特點？滾珠循環(huán)方式有哪幾種？各有何優(yōu)缺點？預(yù)緊方式又有

2、哪幾種？為什么要預(yù)緊？滾珠絲杠傳動設(shè)計時應(yīng)考慮哪些問題？1.滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動原件滾珠。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合道路。除此之外滾珠絲杠副軸向剛度高，運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。但由于能自鎖，具有傳動的可逆性，在用做升降傳動機(jī)構(gòu)是，需要采取制動措施。2.滾珠絲杠副的傳動方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。內(nèi)循環(huán)的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高，螺母的徑向尺寸也較小。缺點是反相器加工困難，裝配調(diào)整也不方便。

3、 外循環(huán)有螺旋槽式，插管式，端蓋式。螺旋槽式特點是工藝簡單，徑向尺寸小，易于制造，但是擋珠器剛性差，易磨損。插管式結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，但是徑向尺寸大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。端蓋式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準(zhǔn)確制作而影響其他性能，故應(yīng)用較少。預(yù)警方式有1.雙螺母螺紋預(yù)警調(diào)整式;2雙螺母齒差預(yù)警調(diào)整式;3.雙螺母墊片調(diào)整預(yù)警式;4.彈簧式自動調(diào)整預(yù)警式;5.單螺母變位導(dǎo)程預(yù)警式和單螺母滾珠過盈預(yù)警式滾珠絲杠副在有負(fù)載時，滾珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形，換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續(xù)的，即影響傳動精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲杠副的間隙消除相當(dāng)困

4、難。4.簡述STD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點。STD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點：（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，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。5.為減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動誤差，可采用哪些結(jié)構(gòu)措施？減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動誤差可采用的結(jié)構(gòu)措施有：適當(dāng)提高零部件本身的精度；合理設(shè)計傳動鏈，減小零部件制造、裝配誤差對傳動精度的影響；采用消隙機(jī)構(gòu)，以減小或消除回程誤差。6.簡述模擬量輸入輸出通道的工作過程。模擬量輸入輸出通道的工作過程分析7如何提

5、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。增加傳動系統(tǒng)的剛度，減小折算的轉(zhuǎn)動慣量，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)動元件的驅(qū)動力可以提高系統(tǒng)的加速度，由此也可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。8步進(jìn)電機(jī)是如何實現(xiàn)速度控制的？步進(jìn)電機(jī)的運動是由輸入的電脈沖信號控制的，每當(dāng)電機(jī)繞組接收一個脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的角度。其角位移量與輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比，在時間上與輸入脈沖同步。因而，只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可得到所需轉(zhuǎn)動的速度和方向。9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)

6、制放大器是直流伺服電機(jī)常用的晶體管驅(qū)動電路。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)。10交流伺服電機(jī)有哪些類型？交流伺服驅(qū)動的主要特點是什麼？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)動的主要特點有：（1）調(diào)速范圍大；（2）適合大、中功率伺服系統(tǒng)；（3）運行平穩(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)矩脈動小。二、分析題1分析傳感器的誤差對輸出精度的影響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

7、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分析齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響。對于開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，由于無檢測裝置，不對位置進(jìn)行檢測和反饋，齒輪減速器的傳動誤差（誤差的高頻分量）和回程誤差（誤差的低頻分量）將直接影響工作臺的輸出精度。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)的位置測量元件直接對工作臺的實際位移量進(jìn)行檢測。如圖所示，A為速度測量元件，C為位置測量元件，由A將速度反饋信號送到速度控制電路，由C將工作臺實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傳動鏈在內(nèi)

8、的誤差，定位精度高，調(diào)節(jié)速度快。但由于工作臺慣量大,對系統(tǒng)穩(wěn)定性不利，且系統(tǒng)較復(fù)雜、成本高。半閉環(huán)控制系統(tǒng)通過測速發(fā)電機(jī)A和光電編碼器B間接測量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位移量。系統(tǒng)通過此值與指令值進(jìn)行比較，以差值實現(xiàn)控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)沒有把工作臺傳動鏈包括在控制回路內(nèi)，這類系統(tǒng)的控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，但成本較低，調(diào)試方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。4試分析比較液壓馬達(dá)和直流電機(jī)實現(xiàn)轉(zhuǎn)動輸出驅(qū)動的不同特點。使用液壓馬達(dá)一般不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，馬達(dá)軸與負(fù)載軸直接連接，傳動機(jī)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊；而直流電機(jī)驅(qū)動為得到合適的運動速度和負(fù)載能力，一般要使用較大傳動比的減速器，傳

9、動機(jī)構(gòu)的尺寸較大。在相同的負(fù)載條件下，液壓馬達(dá)比直流電機(jī)驅(qū)動的負(fù)載剛度大、快速性好；液壓馬達(dá)對環(huán)境條件要求不高，可在需要防水、防爆的條件下工作，需要使用電液伺服閥和專門的液壓動力源，對環(huán)境有污染；而直流電機(jī)驅(qū)動要求有較好的工作環(huán)境，也不會污染環(huán)境。5試分析比較工業(yè)控制PC計算機(jī)與可編程序控制器的主要區(qū)別。工業(yè)控制PC計算機(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

10、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)處理的測控系統(tǒng)。在程序語言方面，工業(yè)控制計算機(jī)以使用高級語言為主，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適用于實現(xiàn)各種邏輯控制和開關(guān)量控制，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現(xiàn)，但信號的輸入輸出采用周期性的掃描方式，這一點與工業(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)可使用高級語言。三、

11、計算題1如圖所示的電機(jī)驅(qū)動直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m50kg，工作臺與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)f0.1，負(fù)載力為FW1000N，絲杠直徑為D16mm，導(dǎo)程為ts4mm，齒輪減速比為i5，工作臺的最大線速度為v0.04m/s，試求：（1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩；（2）電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速；（3）電機(jī)所需功率。解：（1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩摩擦負(fù)載力 Ffmgf50×10×0.150N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，工作臺長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)工作臺定位精度的要求，選用脈沖當(dāng)量=0.02mm/脈沖設(shè)傳動比為i ，每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為則 3圖示絲杠螺母驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量m=200Kg，絲杠螺距t=5mm,絲杠長度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？解：（1）計算各傳動件的轉(zhuǎn)動慣量材料密度，齒輪的計算直徑按分度圓直徑計算，絲杠的計算直徑取中徑。由工作臺折算到絲杠上