中央電大機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)考試題庫(kù)

1、（一）填空題機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的能源有電源、氣壓源和液 壓源。市場(chǎng)預(yù)測(cè)的方法主要有定期預(yù)測(cè)和定量預(yù)測(cè)。機(jī)電設(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)行手機(jī)質(zhì)量評(píng)審控制及信息處理單元一般由控制計(jì)算機(jī)、控制軟 件和硬件接口組成。在多級(jí)傳動(dòng)中，為了減小傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)比的分 配應(yīng)遵守先小后大原則。機(jī)電系統(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。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。提高 固有頻率和阻尼可以提高閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。液壓系統(tǒng)的伺服控制元件主要有電液伺服

2、閥和電 液比例閥典型開(kāi)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)。計(jì)算機(jī)的指令進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換后，需經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理 環(huán)節(jié)才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組 成。傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)主要有靈敏度、線性度、 遲滯和重復(fù)精度。傳感器輸入特性的主要參數(shù)是輸入阻抗或靜態(tài)剛 度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選擇較大傳動(dòng)比可使系統(tǒng)的相對(duì)阻尼 系數(shù)增大，有利系統(tǒng)穩(wěn)定。機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)類型可分為開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè) 計(jì)、變參數(shù)設(shè)計(jì)三類。當(dāng)負(fù)載折算到電機(jī)軸上的慣量等于轉(zhuǎn)子質(zhì)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。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

3、脈沖頻率的升高而降低。（二）選擇題開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)中的 VLSI 是指（超大規(guī)模集成電 路）以下移動(dòng)電話不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床需要進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。幅頻特性和相頻特性（或頻率響應(yīng)函數(shù)）是傳感 器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)絲杠螺母機(jī)構(gòu)在閉環(huán)外，所以它回程誤差和傳動(dòng) 誤差都影響輸出精度閉環(huán)控制，齒輪減速器在前向通道，它回程誤差 不影響輸出精度，但傳動(dòng)誤差影響步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，其輸出轉(zhuǎn)矩所工作頻率增高而 下降采用脈寬調(diào)制進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)是，通過(guò) 改變脈沖寬度來(lái)改變電樞賄賂的平均電壓而實(shí)現(xiàn)機(jī) 的平滑調(diào)速。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)屬于設(shè)備的驅(qū)動(dòng)部 分。分離活塞式油缸屬于系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)部分在工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)中傳

4、感器的選擇及精度分析 是理論分析階段要進(jìn)行為提高機(jī)話接卸傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)增大系 統(tǒng)剛度。機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)的主要影響表現(xiàn)為固有頻 率、精度、穩(wěn)定性。多齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比相等的分配原則適用 于按輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈前大后小的分配原則適用于重量最輕原則（大功 率裝置）頻矩特性表示步進(jìn)電機(jī)最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率 的關(guān)系永磁式直流伺服電機(jī)又稱為力矩電機(jī)STD 總線的 A/D 轉(zhuǎn)換接口模板中，出 A/D 轉(zhuǎn)換器 及 STD 總線接口邏輯外，還應(yīng)有多路開(kāi)關(guān)與采樣保 持器（三）簡(jiǎn)答題機(jī)電相關(guān)技術(shù)有哪些 機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自 動(dòng)控制技術(shù)、傳感器測(cè)試技術(shù)和伺服

5、驅(qū)動(dòng)技術(shù)。試述機(jī)電一體化產(chǎn)品的定義和分類方法。 答：機(jī)電一體化產(chǎn)品是新型機(jī)械與微電子器件，特 別是與微處理器、微型計(jì)算機(jī)相接合而開(kāi)發(fā)的新一 代電子化機(jī)械產(chǎn)品。 按用途可分為信息機(jī)電一體化產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體 化產(chǎn)品和家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品。1機(jī)電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要素有哪些？噴漆機(jī) 器人的電液伺服系統(tǒng)和手臂手腕分別屬于其中的那 個(gè)結(jié)構(gòu)要素？數(shù)控系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)答：要素有機(jī)械本體，能源，測(cè)試傳感部分，執(zhí)行 機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)部分，控制及信息處理單元等 6 項(xiàng)。電 液伺服系統(tǒng)屬驅(qū)動(dòng)部分，手臂腕、主傳動(dòng)系統(tǒng)屬執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的一部分，數(shù)控系統(tǒng)屬控制及信息處理單元。簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床中計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的組成和功能。 答：由專

6、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。功能：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)電系統(tǒng)中，對(duì)控制及信息處理單元的基本要求 是？信息處理速度和可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力，完善系 統(tǒng)自診斷功能，實(shí)現(xiàn)信息處理智能化和小型化，輕 量，標(biāo)準(zhǔn)化等。機(jī)電產(chǎn)品對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些要求 精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性、還應(yīng)滿足小型、輕量、 高速、低沖擊振動(dòng)、低噪聲、高可靠性。機(jī)電系統(tǒng)中，測(cè)試傳感部分的作用是什么？ 答：對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外部環(huán)境的各種 參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)分 析處理后產(chǎn)生控制信息。影響機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特征的主要 因素有那

7、些？ 答：主要因素有負(fù)載變化；傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性；傳動(dòng)系統(tǒng)固有頻率；傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦與潤(rùn)滑。why 采用機(jī)電可提高系統(tǒng)精度？ 答機(jī)電技術(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引起的誤差大大減少，同時(shí) 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 各種干燒因素造成的誤差，從而提高精度。為減少機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，可采用那些結(jié)構(gòu)措 施？ 答：適當(dāng)提高零部件本身的精度；合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈， 減少零部件制造、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響；采 用消隙機(jī)構(gòu)，以減少或消除回程誤差。什么是步進(jìn)電機(jī)的步距角？他是由那些參數(shù)確定 的？ 答：步進(jìn)電機(jī)在每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn) 過(guò)的角度為步距角。由步進(jìn)電

8、機(jī)的相數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)子 的齒數(shù)和電機(jī)的通電方式?jīng)Q定。步進(jìn)電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)速度控制的。答：步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)由輸入的電脈沖信號(hào)控制，電 機(jī)繞組每接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)響應(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。因而只需要控制輸入脈沖 的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可控制轉(zhuǎn)動(dòng)的 速度和方向。簡(jiǎn)述開(kāi)關(guān)量輸入模板的基本組成。 答：由外部開(kāi)關(guān)設(shè)備、輸入信號(hào)調(diào)理電路、輸入緩 沖器、輸入端口譯碼、（STD 總線）。簡(jiǎn)述開(kāi)關(guān)量輸出模板的基本組成。答：STD 總線信號(hào)、輸出端口譯碼控制、輸出數(shù)據(jù) 所存、輸出信號(hào)調(diào)整電路、負(fù)載。工業(yè) PC 機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)的主要差別是什么？ 答：大母版

9、改為功能插板，具有豐富的過(guò)程輸入輸 出功能；具有良好的實(shí)時(shí)性，能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程工況 變化實(shí)時(shí)監(jiān)控；抗干擾電源，密封機(jī)箱，具有良好 的環(huán)境適應(yīng)性；具有豐富的應(yīng)用軟件。齒輪傳動(dòng)中齒側(cè)間隙對(duì)系統(tǒng)有何影響，如何消除 圓柱直齒輪的齒側(cè)間隙？ 答：齒輪的嚙合間隙會(huì)造成傳動(dòng)死區(qū)，若死區(qū)在閉 環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，使系統(tǒng)內(nèi)高以15 倍間隙角產(chǎn)生的低頻振蕩。為降低制造成本， 多采用各種調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來(lái)消除或減少嚙合 間隙，常法有偏心套調(diào)整法、軸向墊片法、雙片薄 齒輪錯(cuò)齒法等。機(jī)電系統(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)的那個(gè)階段。 答：仿真模型有物理模型、數(shù)學(xué)模型和描述模型。 當(dāng)仿真模型為物

10、理模型時(shí)，為全物理仿真，系統(tǒng)研 制階段；是數(shù)學(xué)模型時(shí)，稱為數(shù)學(xué)仿真，分析設(shè)計(jì) 階段。用已研制出來(lái)的系統(tǒng)中的實(shí)際部件或子系統(tǒng) 替代部分?jǐn)?shù)學(xué)模型所構(gòu)成的為半物理仿真，部件及 子系統(tǒng)研制階段。仿真再設(shè)計(jì)中起到的作用是什么？ 在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)需要對(duì)項(xiàng)目的合理性、經(jīng)濟(jì) 型等品質(zhì)加以評(píng)價(jià)；在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前，要對(duì)項(xiàng)目 的實(shí)施結(jié)果加以預(yù)測(cè)，一邊選擇正確、高效的運(yùn)行 策略或提前消除設(shè)計(jì)中的缺陷，最大限度的提高實(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(qián)的達(dá)到上述目的。2什么是 PID 調(diào)節(jié)器？三部分在系統(tǒng)中起什么作用。 答：按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器， 將偏差的比例、積分、微分通過(guò)現(xiàn)行

11、組合構(gòu)成控制量，簡(jiǎn)稱為 P（比例）I（積分）D（微分）調(diào)節(jié)器， 是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟，應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié) 器。aPID 調(diào)節(jié)器中比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，其反應(yīng) 迅速；b 積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；c 微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。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。 答：脈沖調(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(kāi)關(guān)作用，將直流 電源電壓換成一定頻率的方波電壓，施加于直流電 機(jī)的電樞，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞 的平均電壓，是電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。永磁式直流伺服電機(jī)的主要特點(diǎn)： 可以不經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，由輸

12、入的電壓 信號(hào)直接調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速；在以位置控制方式的伺 服系統(tǒng)中，電機(jī)可工作于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。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)？ 答：分為永磁式交流同步電機(jī)和籠型異步電機(jī)兩類。 特點(diǎn)：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 交大而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)?。? 通過(guò)閉環(huán)實(shí)現(xiàn)速度控制或位 置控制，其中永磁式同步電機(jī)也可作步進(jìn)方式運(yùn)行。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是什么？ 答：開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)是今年在電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工 業(yè)中流行的一種設(shè)計(jì)思想，其主要特點(diǎn)是向未來(lái)的 VLSI 開(kāi)放；向不同用戶層次開(kāi)放；向用戶的特殊要 求開(kāi)放；采用模塊化結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)述 STD

13、總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。 答：采用小版結(jié)構(gòu)，高度模塊化，功能模板結(jié)構(gòu)靈 活，可靠性高，硬件冗余小，成本低；模塊設(shè)計(jì)具 有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和廣泛的兼容性；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；高可靠性。簡(jiǎn)述 STD 有哪些工作模式？1 獨(dú)立工作模式即采用微機(jī)的基本系統(tǒng)與工業(yè) 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 可 作為其他微機(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)果傳送到上位機(jī)；3 構(gòu)成分部式組合 利用 STD 控制機(jī)的組合方法，可方便進(jìn) 行各種分布式系統(tǒng)的組合。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響？ 答：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

14、增大使機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗大； 使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，降低靈敏度；是系統(tǒng)固有頻 率下降，容易產(chǎn)生諧振。光電隔離型 DI/DO 模板有哪些主要特點(diǎn)？輸入信 號(hào)與輸出信號(hào)在電器上完全隔離，抗干擾能力強(qiáng)； 無(wú)觸點(diǎn)，耐沖擊，壽命長(zhǎng)，可靠性高；響應(yīng)速度快， 易于邏輯電路配合。D/A,A/D 接口功能A/D 接口功能是將溫度、壓力等物理量經(jīng)傳感器變 成電壓、電流等信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。D/A 接口是將 二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。簡(jiǎn)述電位器式位移傳感器的測(cè)量原理。 電位器的可動(dòng)電刷與被測(cè)物體相連，物體的位移引 起電位器移動(dòng)端電阻的變化，電阻值的變化量即反 應(yīng)出唯一的大小和方向。通常由電源電壓吧電阻的 變化轉(zhuǎn)換

15、成電壓輸出。PLC 的功能和組成。優(yōu)越性 功能：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) 成告訴數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。組成：CPU，存儲(chǔ)器，電源，I/O 口和編程器。 優(yōu)越性：可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，靈活通用個(gè)， 維護(hù)簡(jiǎn)單，方便組成網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用程序的編制和調(diào)試 非常方便，還具有監(jiān)控功能。（四）分析題試分析比較直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和光電編碼器做轉(zhuǎn)速 測(cè)量的特點(diǎn)。 解答：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)

16、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(pán)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(guò)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)角速度測(cè)量。因此，可 以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。3試分析齒輪機(jī)構(gòu)、傳感器及絲杠螺母機(jī)構(gòu)的誤差 對(duì)輸出精度的影響。 答：齒輪減速器位于前向通道，誤差的低頻分量不影響輸出精度，因此允許有一定的間隙誤差；而誤 差的高

17、頻分量影響輸出精度，因此應(yīng)盡量減少傳動(dòng) 誤差。 傳感器位于反饋通道，誤差的低頻分量會(huì)影響輸出 精度，因此對(duì)靜態(tài)精度有較高要求；而誤差的高頻 分量對(duì)輸出精度幾乎沒(méi)有影響，允許存在一定程度 的高頻噪聲。 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)影響輸出精度，因此要盡量消除傳動(dòng) 間隙和傳動(dòng)誤差。工業(yè)控制 PC 計(jì)算機(jī)與可編程控制器的主要區(qū)別： 答：工業(yè)控制 PC 的基本系統(tǒng)與普通 PC 大體相同， 但備有各種控制模板，一般不需要再做硬件開(kāi)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)行速度塊，適用于需要做大量數(shù)據(jù)處 理的測(cè)控系統(tǒng)。在程序語(yǔ)言方面，工控 PC 以使

18、用高 級(jí)語(yǔ)言為主，也可使用匯編語(yǔ)言。PLC 結(jié)構(gòu)小巧，適應(yīng)性強(qiáng)，可按照使用要求選個(gè)相 應(yīng)產(chǎn)品構(gòu)成控制系統(tǒng)，PLC 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(kāi)關(guān)量 控制，大中型 PLC 為模塊化結(jié)構(gòu)，按用戶需求的功 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)是與工控 PC 的重要區(qū)別。此外，在程序語(yǔ)言方面 PLC 主要采用 提醒度，大型 PLC 可使用高級(jí)語(yǔ)言。對(duì)比說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)和直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。 答：1 在工作方面，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)輸入脈沖的數(shù)量、 頻率和相序來(lái)控制電機(jī)；而直流電機(jī)

19、主要靠改變電 樞兩端的電壓來(lái)調(diào)速，調(diào)速特性好，調(diào)速范圍寬。2 步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)位置控制；直流電機(jī)一般用于 閉環(huán)位置控制。3 步進(jìn)電機(jī)具有自鎖功能；二直流 電機(jī)沒(méi)有斷電自鎖能力。4 步進(jìn)電機(jī)輸出力矩較小， 而直流電機(jī)輸出力矩可以很大。此外步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角不受電源電壓波動(dòng)的影響，但對(duì)電源的要 求較高。已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)，說(shuō)明圖中的各部分屬于 機(jī)電系統(tǒng)的哪一個(gè)基本要素？1 控制及信息處理單元：鍵盤(pán)、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)齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)的影響？ 齒輪減速器在電

20、機(jī)之后，前向通道的閉環(huán)之外，其傳動(dòng)誤差的高頻分量和低頻分量都不能通過(guò)閉環(huán)控 制來(lái)消除，都會(huì)影響輸出精度。（五）計(jì)算題如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為 m=50Kg，負(fù)載力為 Fi=1000N,最大加速度為 10m/s2, 絲杠直徑為 d=16mm,導(dǎo)程 t=4mm,齒輪減數(shù)比為 i=5, 總效率為 =30%，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電 機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。解：總負(fù)載力包括以下幾部分先分 析負(fù)載力有哪些組成（1）外負(fù)載力 Fi=1000N（摩擦負(fù) 載 F=mgf=（2）慣性載力 Fm，m=50kg，a=10m/s²Fm=m²a=50³10=500N（3）電機(jī)的驅(qū)

21、動(dòng)力矩為4圖示為電樞控制式直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖，電 流 i；LR 為線圈的電感電阻，輸入電壓 u；Jm； T； ；Ke；Kt，求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。解：e=Ke ；T=Kti；KtI（s）=Jm（s）s； =Gm（s）T；Gm=1/（Jm s）；（）（）（） 計(jì)算電機(jī)軸 上的總等效慣量。解：（1）電機(jī)軸上的元件 Je1=J1+Jm；（2）中間軸上的元件 Je2= （J2+J3）（3）負(fù)載軸上的元件 Je3=（J4+JL） 總的折算慣量為 Je=Je1+Je2+Je3。已知電樞轉(zhuǎn)子慣量 Jm=0.005kgm²，負(fù)載慣量 JL=0.04kgm²，確定傳動(dòng)比 i

22、 為何值時(shí)可是負(fù)載或最 大加速度。解：當(dāng)=Jm 時(shí)，負(fù)載獲最大加速度。 所以 i=2.828。開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，負(fù)載力 F=1000N， 工作臺(tái)長(zhǎng) L=500mm，往復(fù)精度為±0.025mm，絲杠導(dǎo) 程 ts=6mm，直徑 d=20mm，步進(jìn)電機(jī)步距角為 =3°， 確定齒輪減速比 i。解：步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) ns=360°/ =360/3=120 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 =0.025mm/脈沖設(shè)傳動(dòng)比為 i，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的 位移為 =ts/（i²ns）則i=ts/（ ²ns）=6/（0.025³

23、;120）=2已知工作臺(tái)直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，工作臺(tái) 的行程 L=250mm，絲杠導(dǎo)程 t=6mm，齒輪減速比 i=4， 要求工作臺(tái)位移的測(cè)量精度為 0.01mm。試采用高速 段測(cè)量方法，確定旋轉(zhuǎn)譯碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。若將 傳感器與絲杠的端部直接連接，ns=500 脈沖/轉(zhuǎn)的 旋轉(zhuǎn)譯碼器是否合用。解：1 高速端測(cè)量，設(shè)傳感器每轉(zhuǎn)脈沖 數(shù)為 n，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為 L=t/（in）由測(cè)量進(jìn)度， L=0.01mm， 則n=t/（i L）=6/（4³0.01）=150 脈 沖/轉(zhuǎn)選取 n=200 光電編碼器，則理論測(cè)量精 度5 L=6/（4³200）=0.00750.0

24、1 可 滿足題目要求。2 低速端測(cè)量，傳感器直接與絲杠連接， 與減速比無(wú)關(guān) L=t/n n=t/ L=6/0.01=600 脈沖/轉(zhuǎn)，可知 ns=500 脈沖/轉(zhuǎn)的編碼器不 合用。（六）綜合題已知電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度位置控制系統(tǒng)，單個(gè)自 由度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖所示。試說(shuō)明單自由度驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)的兩種測(cè)量方案；注：需要回答至少兩種測(cè)量方案，每種方案選出一 種傳感器即可。采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)有兩種轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn) 速測(cè)量方案解：方案 a 為高速端測(cè)量方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。 同樣的測(cè)量精度要求，對(duì)譯碼器的測(cè)量精度要求較 低。減速器包括在閉環(huán)之外，傳動(dòng)誤差直接影響輸 出精度，傳動(dòng)誤差無(wú)法通過(guò)控制進(jìn)行補(bǔ)償，因此

25、對(duì) 減速器的精度要求較高。傳感器在電機(jī)尾部，不知 容易，外觀較好。方案 b 為低速端測(cè)量方法，同測(cè)精要求，對(duì)編碼器 的精度要求較高，成本比方 a 高；但減速器包括在 閉環(huán)內(nèi)，從而通過(guò)閉環(huán)來(lái)消除傳動(dòng)誤差，對(duì)減速器 的精度要求較低。傳感器安裝在關(guān)節(jié)部位，布置較 困難，外觀差。 實(shí)際中多采用方 A。某車間內(nèi)有兩條自動(dòng)生產(chǎn)線上需要一款搬運(yùn)機(jī)器 人，用于生產(chǎn)線請(qǐng)指定出概念設(shè)計(jì)流程。解：產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)決定性地影響產(chǎn)品創(chuàng)新過(guò)程中后 續(xù)的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā) 以及企業(yè)經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。包含以下流程：明確設(shè)計(jì)任務(wù)解：依題意有兩種測(cè)量方案分析（1）高速端測(cè)量方案：傳感器安裝在電機(jī)的尾部（電機(jī)軸），通過(guò)測(cè)量電 機(jī)的轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位移的間接測(cè)量?？蛇x用光電 編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。綜合評(píng)價(jià) 決策（2）低速端測(cè)量方案： 傳感器安裝在工作臺(tái)上（負(fù)載軸），直接測(cè)量工作 臺(tái)的位移。