機電一體化復習題

1、機電一體化概論復習一、填空題1電感式傳感器是一種把微小位移變化量轉(zhuǎn)變成電感變化量的位移傳感器。2 光電編碼器根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為增量式和絕對 _3熱電阻溫度傳感器的工作原理是基于金屬的熱電阻效應(yīng)。4熱電偶溫度傳感器的工作原理是基于物體的熱電效應(yīng)。5. 對伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)特性、工作頻 6開環(huán)步進電動機控制系統(tǒng)，主要由環(huán)形分配器、功率驅(qū)動器、步進電機等組成。7. 機電一體化的機械系統(tǒng)設(shè)計主要包括兩個環(huán)節(jié)：靜態(tài)設(shè)計、動態(tài)設(shè)計 &機電控制系統(tǒng)的機械裝置主要包括傳動機構(gòu)、導向機構(gòu)和執(zhí)行器三個部分。9功率驅(qū)動接口的作用是將控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǚ档碾妷候?qū)動電動機運轉(zhuǎn)。10.滾珠絲

2、杠副的軸向間隙直接影響其傳動剛度和傳動精度。11控制與信息處理單元一般由計算機、可編程控制器、數(shù)控裝置以及邏輯電路等組成。12.接口的基本功能主要有三個：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、放大和傳遞。13伺服系統(tǒng)的基本組成包括控制器、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測裝置、比較環(huán) 14.同步帶傳動綜合了帶傳動及鏈傳動的特點，屬于嚙合傳動方式。15機電一體化系統(tǒng)中主要采用工業(yè)控制機包括可編程序控制器（PLC）、單片微控制器、總線式工業(yè)控制機等。16.交-直-交變頻器的內(nèi)部電路主要由整流電路、直流中間電路、 逆變電路和控制電路組成。17滾珠絲桿中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)、外循 18順序控制系統(tǒng)是按照預(yù)先規(guī)定的次序完成一系列操作的系統(tǒng)，順序

3、控制器通常用PLC。19. 連續(xù)路徑控制類中為了控制工具沿任意直線或曲線運動，必須同時控制每一個軸的位置 和速度，使它們同步協(xié)調(diào)到達目標點。20. 某4極交流感應(yīng)電機，電源頻率為50Hz，轉(zhuǎn)速為1470r/min，則轉(zhuǎn)差率為0.02。21 實現(xiàn)步進電動機誦電，環(huán)形分配的三種常用方法是：計算機軟件分配、硬件分配、專用 環(huán)形分配器。22機電一體化系統(tǒng)常用的能源有電力源、液壓源和氣壓源23. 隔離放大器中采用的耦合方式主要有變壓器隔離和光電隔離兩種。24. 干擾傳播途徑有二種方式，其中傳導耦合方式：干擾信號能量以電壓或電流的形式，通 過金屬導體傳遞。25. 常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有液壓和電氣伺服系統(tǒng)

4、。26. 與一般機械系統(tǒng)比較，機電一體化機械系統(tǒng)的要求定位精度要高、響應(yīng)速度要快、穩(wěn)定性高。27. 通常采用負載角加速度最大原則選擇總傳動比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速 28. 抑制電磁干擾的常用方法有屏蔽、隔離波、仝地合理布局和軟件抗干擾技術(shù)。29. 回轉(zhuǎn)運動支承主要指滾動軸承、動壓和靜壓軸承、磁軸承等各種軸承。30. 控制系統(tǒng)的設(shè)計就是要解決選用微機、設(shè)計接口、選用控制形式和動作控制方式等問題。31. 在SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通常載波是等腰三角波，而調(diào)制波是正弦波。32. 機電一體化控制系統(tǒng)對應(yīng)用軟件的要求：實時性、針對性、靈活性和誦用性。33. 直流電動機（包括直流伺服電動機）的控制方式有

5、電樞控制和磁場控制兩種。三、判斷題1在計算機接口技術(shù)中I/O通道就是I/O接口。 ( x )2. 滾珠絲桿不能自鎖。(V)3無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測裝置的精度。( x )4. 伺服控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出 與輸入間的偏差信號。 (V)5. 電氣式執(zhí)行元件能將電能轉(zhuǎn)化成機械力，并用機械力驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。如交流電機、 直流電機、力矩電機、步進電機等。 ( x )6. 無條件 I/O 方式常用于中斷控制中。 (x)7. 對直流伺服電動機來說，其機械特性越硬越好。( V )8. 步進電機的步距角決定了系統(tǒng)的最小位移，步距角越小，

6、位移的控制精度越低。( x )9. 伺服電機的驅(qū)動電路就是將控制信號轉(zhuǎn)換為功率信號，為電機提供電能的控制裝置，也稱其為變流器，它包括電壓、電流、頻率、波形和相數(shù)的變換。( V )10. 感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種， 分 別用作檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。 ( V )11. 數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們的共同特點是利用自身的物理特 征，制成直線型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器， 輸出信號都是脈沖信號， 每一個脈沖代表輸入的 位移當量，通過計數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計位移的尺寸。 ( V )12. FMC 控制系統(tǒng)一般分二級，分別是單元控制級和設(shè)備控制級。(

7、 V )13. 傳感檢測裝置是機電一體化系統(tǒng)的感覺器官， 它是實現(xiàn)自動控制、 自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 其功能越強，系統(tǒng)的自動化程度就越高。 ( V )14. 靜摩擦力盡可能小，動摩擦力應(yīng)是盡可能大的正利率，否則易產(chǎn)生爬行。( x )15. 滾珠導軌的承載能力小，剛度低，適用于運動部件重量不大、切削力和顛覆力矩都很小 的機床。( V )16. 塑料導軌軟帶中最成功、性能最好的一種是聚四氟乙烯導軌軟帶。( V )17. 機電一體化的顯著特征之一是用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。( V )18. 機電一體化技術(shù)一方面要求驅(qū)動單元具有高頻率和快速響應(yīng)等特性，同時又要求其對水、 油、溫度、塵埃

8、等外部環(huán)境具有適應(yīng)性和可靠性。 ( V )19. 齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)的增加而增加。( x )20. 摩擦對機電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是： 降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度； 引起系統(tǒng)的動態(tài)滯后和產(chǎn)生系統(tǒng)誤差； 在接近非線性區(qū)， 即低速時產(chǎn)生爬行。 在使用中應(yīng)盡可能減小靜摩擦力與 動摩擦力的差值，并使動摩擦力盡可能小且為正斜率較小的變化。( V )21. 齒輪副的嚙合間隙會造成不明顯的傳動死區(qū)。在閉環(huán)系統(tǒng)中，傳動死區(qū)能使系統(tǒng)以15倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，為此要調(diào)小齒側(cè)間隙或采用消隙裝置。( V )22. 滾珠絲杠副能夠?qū)崿F(xiàn)兩種傳動方式 將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為 旋轉(zhuǎn)運動并傳遞動

9、力( V )23. 前向通道是輸出通道，后向通道是輸入通道，前向通道一般需要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，即D/A 轉(zhuǎn)換。( x )四、名詞解釋1. 機電一體化：機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引用微 電子技術(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。2. 接口：是將機電一體化系統(tǒng)各要素或子系統(tǒng)連接成為一個有機整體，使各個功能環(huán)節(jié)有 目的地協(xié)調(diào)一致運動，從而形成機電一體化的系統(tǒng)工程的連接部件就稱為接口。3傳感器：傳感器適機電一體化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，能把各種不同的非電量轉(zhuǎn)換 成電量， 對系統(tǒng)運行中所需的自身和外界環(huán)境參數(shù)及狀態(tài)進行檢測， 將其變成系統(tǒng)可識別的

10、電信號，傳遞給控制單元。4伺服電動機：伺服電動機又稱控制電機，其起動停止、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角隨輸入電壓信號的大 小及相位的改變而改變。 輸入的電壓信號又稱控制信號或控制電壓， 改變控制信號可以改變 電動機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，驅(qū)動工作機構(gòu)完成所要求的各種動作。5三相六拍通電方式：如果步進電動機通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)，這種通電方式稱為單雙相輪流通電方式。如A t AB t Bt BCtC t CA t6. 單片機：在一塊集成電路芯片(LSI)上裝有CPU、ROM、RAM以及輸入/輸出端口電路， 該芯片就被稱為單片微型計算機。7. 伺服驅(qū)動技術(shù)：就是在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動元件，使機械的運動

11、部件按照指令 的要求進行運動，并具有良好的動態(tài)性能。8. 變頻器：變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素以及過流/過壓 /過載保護等功能。9. 工業(yè)控制計算機：是指那些能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能，能夠和工業(yè)對象的傳感 器、執(zhí)行機構(gòu)直接接口，能夠在苛刻的工業(yè)環(huán)境下可靠運行的計算機系統(tǒng)。10. 導軌： 支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動的部件稱為導軌 副，簡稱導軌。11. A/D 轉(zhuǎn)換器： 在微機接口中完成外設(shè)信號到微機所需數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的， 即模擬量轉(zhuǎn)換成 相應(yīng)的數(shù)字量的

12、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。12. 步距角：步進電機每接受一個脈沖，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度，稱為步距角。它是決定開環(huán)伺 服系統(tǒng)脈沖當量的重要參數(shù)。五、簡答題1. 機電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素有哪些？為什么采用機電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精 度?答：一個較完整的機電一體化控制系統(tǒng)，包括以下幾個基本要素：機械本體、動力源、傳感 裝置、驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)、控制器等，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。機電一體化技術(shù)使機械傳動部分減少， 因而使機械磨損， 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。2. 機電一體化相關(guān)技術(shù)有哪些

13、? 試述機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景。 答：機電一體化相關(guān)技術(shù)有： 機械技術(shù)， 計算機與信息處理技術(shù)， 系統(tǒng)技術(shù)， 自動控制技術(shù)， 傳感器測試技術(shù)和伺服驅(qū)動技術(shù)。發(fā)展前景： 在性能上向高精度、高效率、高性能和智能化方向發(fā)展； 在功能上向小型化、輕型化多功能化方向發(fā)展； 在層次上向系統(tǒng)化、復合集成化方向發(fā)展。3. 什么叫傳感器？它是由哪幾部分組成的？試述測試傳感部分的作用。答：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路組成。 測試傳感部分的作用：對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測， 傳輸?shù)叫畔⑻?/p>

14、理單元，經(jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息。4. 機電一體化系統(tǒng)中的計算機接口電路通常使用光電耦合器，光電耦合器的作用有哪些？（1）能保護系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓信號系統(tǒng)的損壞。（2）泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路。（3）共模抑制比高，能對直流和低頻信號（電壓或電流 ）進行準確、安全的測量。5機電一體化機械系統(tǒng)三大機構(gòu)的作用分別是什么？對各機構(gòu)的要求有哪些？ 答：（1）傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，實際上它是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。 要求：主要完成轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的匹配，并且要求有良好的伺服性能。（2）導向機構(gòu) 導向機構(gòu)的作用是支承和限制運動部件按給定的

15、運動要求和規(guī)定的運動方向運動。 為機 械裝置中各運動部件安全、準確地完成特定運動作保障。要求：該機構(gòu)應(yīng)能保證安全，準確。（3）執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下完成預(yù)定的操作任務(wù)。 要求：完成具體的動作，要求有高的靈敏度、精確度和良好的重復性、可靠性。6試述機電一體化機械系統(tǒng)的傳動機構(gòu)特點和發(fā)展方向。 答：機電一體化機械系統(tǒng)的傳動機構(gòu)具有傳動精度高、工作穩(wěn)定性好、 響應(yīng)快等特點。 隨著 科技的進步， 機電一體化產(chǎn)品得到了飛速發(fā)展， 要求其傳動機構(gòu)也能不斷適應(yīng)新的技術(shù)要求。 目前的傳動機構(gòu)已呈現(xiàn)出一些新的特點， 并朝著高精度化、高速度化、 小型化、輕量化方向 發(fā)展。7試述齒輪副

16、級數(shù)的確定和多級傳動比的分配原則。 答：齒輪副級數(shù)的確定按以下三種不同原則進行：（1）最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則；（2）質(zhì)量最小原則；（3）輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則。 多級傳動比的分配按最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則，各級轉(zhuǎn)動比的分配按“前小后大”次序。 小功率傳動按“質(zhì)量最小”原則來確定傳動比時， 各級齒輪傳動比是相同的；大功率傳動各 級傳動比是逐漸遞減的，即滿足“前大后小”原則。按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則，各級傳動比滿足“前小后大”原則。8. 什么是 PWM （Pulse Width Modulation ）脈寬調(diào)速？試述 PWM 變頻器基本原理。 答： PWM 是英文 Pulse Width Modula

17、tion（ 脈沖寬度調(diào)制 ）縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈 沖寬度， 以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。 交流電動機變頻調(diào)速， 就是通過改變電源的 頻率 f 來達到改變交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。PWM 變頻器的基本原理是：先將原來的交流電源（例如電網(wǎng)電源）整流為直流，然后 利用具有自關(guān)斷能力的功率開關(guān)元件（例如 IGBT ），在控制電路的控制下高頻率依次導通 或關(guān)斷，從而輸出一組脈寬不同的脈沖波。通過改變脈沖的占空比，可以改變輸出電壓；改 變脈沖序列則可改變頻率。 最后通過一些慣性環(huán)節(jié)和修正電路， 即可把這種脈沖波轉(zhuǎn)換為正 弦波輸出。9試述滾珠絲杠的特點。 答：（1）優(yōu)點： 傳動效率高；定位精度高

18、； 傳動可逆性使用壽命長；同步性能好。（2）缺點：不能自鎖（有負載時），尤其是垂直絲杠（重力）需制動裝置；制造工藝復雜，成本高。10.對導軌的性能有何要求？答：對導軌的要求：（1）導向精度高。（2）精度的保持性好。（3）剛度好。（4）低速運動平穩(wěn)性 好。低速運動時，作為運動部件的動導軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。（5）結(jié)構(gòu)工藝好。導軌要做到結(jié)構(gòu)簡單，工藝性和經(jīng)濟性好，制造、調(diào)整和維修方便。11試述塑料軟帶導軌的特點。 答：摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定。比鑄鐵導軌副低一個數(shù)量級。 動、靜摩擦系數(shù)相近。運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導軌副好。 吸收振動。具有良好阻尼性。優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導軌和易漂浮的靜壓導軌。 耐磨性好

19、。有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作?；覊m磨粒的嵌入性好。 化學穩(wěn)定性好。耐磨、耐低溫、耐強酸、強堿、強氧化劑及各種有機溶劑。 維護修理方便。軟帶耐磨，損壞后更換容易。 經(jīng)濟性好。結(jié)構(gòu)簡單，成本低。約為滾珠導軌成本的1 /20,為三層復合材料 DU導軌成本的1/4。12步進電動機驅(qū)動電路由哪幾部分組成？其中功率放大電路有哪幾種類型？答：步進電動機的驅(qū)動電路由脈沖信號發(fā)生器、分頻器、脈沖分配器和脈沖放大器組成。 功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波恒流、恒流源功率放大電路。二、選擇題1 受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱（B）A、順序控制系統(tǒng) B、伺服系統(tǒng)C、數(shù)控機床D、工業(yè)機器人2. 直流測速

20、發(fā)電機輸出的是與轉(zhuǎn)速（C ）A、成正比的交流電壓B、成反比的交流電壓C、 成正比的直流電壓D、 成反比的直流電壓3. 某4極交流感應(yīng)電動機，電源頻率為50Hz，當轉(zhuǎn)差率為0.02時，其轉(zhuǎn)速為（B ）A、1450 r/min B、1470 r/min C、735 r/min D、2940 r/min 4計算步進電動機轉(zhuǎn)速的公式為 （C ）3150"ISO"60f360aA、二二B、 cos ' *c、D、180° -二5在自動控制系統(tǒng)中，伺服電機通常用于控制系統(tǒng)的（B )A、開環(huán)控制B、C 和 DC、全閉環(huán)控制D、半閉環(huán)控制6步進電動機，又稱電脈沖馬達，是通

21、過（B ）決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機。A、脈沖的寬度B、脈沖的數(shù)量C、 脈沖的相位D、脈沖的占空比7. 對于交流感應(yīng)電動機，其轉(zhuǎn)差率s的范圍為（B）。A、1<s<2B、0<s 1C、-1<s<1D、-1<s<08. 直流伺服電動機的控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系式稱為其（B ）A、轉(zhuǎn)速特性B、調(diào)節(jié)特性C、工作特性D、機械特性9. 步進電機在轉(zhuǎn)子齒數(shù)不變的條件下，若拍數(shù)變成原來的2倍，則步距角為原來的（ A ）A、0.5 倍B、2 倍 C、0.25 倍D、不變10. 感應(yīng)同步器可用于檢測（D ）A、位置B、加速度C、速度D、位移11. “機電一體化”

22、在國外被稱為（ C ）A Machine B Electronics C Mechatronics DA 和 B12. 機電一體化產(chǎn)品的動力與驅(qū)動部分的主要功能是（ D ）A .提供動力B .傳遞運動C .傳遞動力D . A、B和C13. 在交流伺服電機中，控制繞組與勵磁繞組在空間相差的電角度是（ D ）A、 60° B、 45° C、 0° D、 90°14. PWM 指的是（ C）。A、機器人B、計算機集成系統(tǒng)C、脈寬調(diào)制D、可編程控制器15. 在數(shù)控系統(tǒng)中，復雜連續(xù)軌跡通常采用（A）方法實現(xiàn)。A、插補B、切割C、畫線D、自動16. 加速度傳感器的基本力學模型是 （ A ）。A 、 阻尼 質(zhì)量系統(tǒng) B、 彈簧 質(zhì)量系統(tǒng) C、 彈簧 阻尼系統(tǒng) D、 彈簧系統(tǒng) 17齒輪傳動的總等效慣量與傳動級數(shù)（ C ）A 、有關(guān) B 、無關(guān) C 、在一定級數(shù)內(nèi)有關(guān)D 、在一定級數(shù)內(nèi)無關(guān)18順序控制系統(tǒng)是按照預(yù)先規(guī)定的次序完成一系列操作的系統(tǒng)，順序控制器通常用 （ C ）A、單片機B、2051C、PLCD、DSP19伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)和（D ） 等個五部分。A、換向結(jié)構(gòu)B、轉(zhuǎn)換電路C、存儲電路D、檢測環(huán)節(jié)20（ A ）已成為機電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的最重要因素。A、計算機應(yīng)用及信息處理技術(shù)B、伺服驅(qū)動