《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》作業(yè)1、2、3、4參考答案

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》作業(yè)1、2、3、4參考答案形成性考核作業(yè)1一、推斷題（正確的打√，錯(cuò)誤的打×）1．機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對(duì)輸入的物質(zhì)依據(jù)要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)。（×）2.系統(tǒng)論、信息論、限制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。（√）3．信息處理技術(shù)是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過(guò)程中，與工作過(guò)程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)限制有關(guān)的信息輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸出和決策分析等技術(shù)。（√）4．自動(dòng)限制是在人干脆參加的狀況下，通過(guò)限制器使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地依據(jù)預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。（×）5．產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，系統(tǒng)的精度肯定就高。（×）6．為削減機(jī)械傳動(dòng)部件的扭矩反饋對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動(dòng)部件的固有頻率的2~3倍，同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近限制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（×）7．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于機(jī)構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（×）8．在閉環(huán)系統(tǒng)中，因齒輪副的嚙合間隙而造成的傳動(dòng)死區(qū)能使系統(tǒng)以6~10倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采納消隙裝置，以提高傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（×）9．進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于阻尼對(duì)系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，因此機(jī)械系統(tǒng)的阻尼比ξ取值越小越好。（×）10．滾珠絲杠垂直傳動(dòng)時(shí)，必需在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。（√）11．采納偏心軸套調(diào)整法對(duì)齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，且可以自動(dòng)補(bǔ)償側(cè)隙。（√）×12．采納虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)測(cè)試和評(píng)估，延長(zhǎng)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，增加了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，但是可以改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高面對(duì)客戶(hù)與市場(chǎng)需求實(shí)力。（√）×二、單選題以下產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（C）。A．游標(biāo)卡尺B．電話(huà)C．全自動(dòng)洗衣機(jī)D．非指針式電子表2．為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（A）。A．增大系統(tǒng)剛度B．增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量C．增大系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力矩D．減小系統(tǒng)的摩擦阻力3．導(dǎo)程L0=8mm的絲杠驅(qū)動(dòng)總質(zhì)量為60kg的工作臺(tái)與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（B）kg·mm2。A．48.5B．97C．4.85D．9.74．傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率對(duì)傳動(dòng)精度有影響，（B）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動(dòng)誤差，（A）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。AA．提高，提高B．提高，減小C．減小，提高D．減小，減小5．下列哪種方法是采納單螺母預(yù)緊原理來(lái)消退滾珠絲杠副的間隙？（D）A．螺紋調(diào)隙式B．雙螺母墊片調(diào)隙式C．齒差調(diào)隙式D．偏置導(dǎo)程法6.齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨傳動(dòng)級(jí)數(shù)(?A)。BA.增加而減小

B.增加而增加

C.減小而減小

D.變更而不變7．多級(jí)齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比“前小后大”的安排原則不適用于按（D）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。A．最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則（小功率傳動(dòng)裝置）B．最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則（大功率傳動(dòng)裝置）C．輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則D．重量最輕原則8．某機(jī)電一體化系統(tǒng)須要消退齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙，實(shí)行下列哪種方法使得調(diào)整過(guò)程中能自動(dòng)補(bǔ)償齒側(cè)間隙？（D）A．偏心套調(diào)整法B．軸向墊片調(diào)整法C．薄片錯(cuò)齒調(diào)整法D．軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法三、簡(jiǎn)答題1．完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？動(dòng)力源動(dòng)力源傳感器執(zhí)行部件限制器機(jī)械本體機(jī)電一體化系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)要素及相應(yīng)功能關(guān)系簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部（其他系統(tǒng)、操作者、環(huán)境）的連接，一般分為機(jī)械接口、電氣接口兩方面。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？因?yàn)檫m當(dāng)選擇機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦和阻尼會(huì)，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性。4．簡(jiǎn)述機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。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)量也越小。②固有頻率。機(jī)械系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，可遠(yuǎn)離限制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻帶寬度，從而避開(kāi)產(chǎn)生共振。③穩(wěn)定性。剛度對(duì)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有影啊，而對(duì)閉環(huán)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.某工作臺(tái)采納直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)如圖所示，已知電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4×10-4kg·m3，與電機(jī)輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=1×10-4kg·m3，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2=1.8×10-4kg·m3，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=3.8×10-4kg·m3。工作臺(tái)的質(zhì)量m=50kg，絲杠導(dǎo)程t=5mm，齒輪減速比為（1）工作臺(tái)折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG；（2）傳動(dòng)件折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je；（3）電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。工作臺(tái)工作臺(tái)絲杠滾珠螺母齒輪減速器聯(lián)軸器DC伺服電機(jī)i=5圖直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)解：（1）JG=m（t/2π）2=50*1000*(0.005/2/3/14)2=0.03166(kg·m3)(2)Je=(J2+Js+JG)/i2=（1.8×10-4+3.8×10-4+316.6×10-4）/52=12.88×10-4(kg·m3)(3)J=J1+Je=1×10-4+12.88×10-4=13.88(kg·m3)2.已知某四級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各級(jí)減速比相同，即i1=i2=…=i4=3，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差Δφmax。解：Δφmax=Δφ1/(i1*i2*i3*i4)+(Δφ2+Δφ3)/(i2*i3*i4)+(Δφ4+Δφ5)/(i3*i4)+(Δφ6+Δφ7/(i4)+Δφ8==0.01/34+0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01=0.01975（弧度）五、綜合題1.分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。1.鎖緊螺母2.圓螺母3.帶凸緣螺母4.無(wú)凸緣螺母答：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(wú)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(lái)防止兩螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消退間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。2.分析下圖中傳動(dòng)大負(fù)載時(shí)消退齒側(cè)間隙的原理。

1、6－小齒輪2、5－大齒輪3－齒輪4－預(yù)載裝置7－齒條答：小齒輪1、6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(guò)預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使齒輪2、5同時(shí)向相反方向移動(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)，從而消退了齒側(cè)間隙作業(yè)2一、推斷題（正確的打√，錯(cuò)誤的打×）1．機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微電子技術(shù)為主體、以機(jī)械部分為核心，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。（√）×2．機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）3．雙螺母消退軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作牢靠，調(diào)整便利，能夠精確調(diào)整。（×）4.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心芨纱喔惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分。（√）×5．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(cè)元件，有直線(xiàn)和圓盤(pán)式兩種，分別用作檢測(cè)直線(xiàn)位移和轉(zhuǎn)角。（√）6．選擇傳感器時(shí)，假如測(cè)量的目的是進(jìn)行定性分析，則選用肯定量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。（×）7．傳感器在運(yùn)用前、運(yùn)用中或修理后，必需對(duì)其主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以確保傳感器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。（√）8．驅(qū)動(dòng)部分在限制信息作用下供應(yīng)動(dòng)力，伺服驅(qū)動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)裝置。（√）9．氣壓式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用在定位精度較高的場(chǎng)合運(yùn)用。（×）10．永磁型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即使其定子繞組斷電也能保持肯定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶實(shí)力，可用于定位驅(qū)動(dòng)。（√）11．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，同頻率下的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越大。（×）12．直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（×）二、單選題1．以下產(chǎn)品不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（B）。A．工業(yè)機(jī)器人B．電子計(jì)算機(jī)C．空調(diào)D．復(fù)印機(jī)2．多級(jí)齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比相等的安排原則適用于按（C）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。A．最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則B．輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則C．重量最輕原則（小功率裝置）D．重量最輕原則（大功率裝置）3．檢測(cè)環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所須要的量綱，一般包括傳感器和（B）。A限制電路B轉(zhuǎn)換電路C放大電路D逆變電路4．幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的（B）。A．靜態(tài)特性指標(biāo)B．動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)C．輸入特性參數(shù)D．輸出特性參數(shù)5．光柵傳感器的光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線(xiàn)，刻線(xiàn)數(shù)為100線(xiàn)/mm，，經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（A）mm。A．1B．2C．3D．46．受控變量是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種反饋限制系統(tǒng)稱(chēng)(B)。A.依次限制系統(tǒng)B.伺服系統(tǒng)C.數(shù)控機(jī)床D.工業(yè)機(jī)器人7．閉環(huán)限制的驅(qū)動(dòng)裝置中，絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的（C）。A．回程誤差不影響輸出精度，但傳動(dòng)誤差影響輸出精度B．傳動(dòng)誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度C．回程誤差和傳動(dòng)誤差都不會(huì)影響輸出精度D．回程誤差和傳動(dòng)誤差都會(huì)影響輸出精度8.以下可對(duì)溝通伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方法是（B）。A變更電壓的大小B變更電動(dòng)機(jī)的供電頻率C變更電壓的相位D變更電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)三、簡(jiǎn)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?jìng)鞲衅鞯妮斎胄盘?hào)不隨時(shí)間變更或變更特別緩慢時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的輸出響應(yīng)特性。須要了解的主要參數(shù)有：線(xiàn)性范圍、線(xiàn)性度、靈敏度、精確度、辨別力、遲滯、穩(wěn)定性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變更的輸入量的響應(yīng)特性。須要了解的主要參數(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)又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，它是以機(jī)械位置、速度和加速度為限制對(duì)象，在限制吩咐指揮下，限制元件的工作，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件依據(jù)吩咐要求運(yùn)動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)組成框圖如圖所示。伺服系統(tǒng)組成框圖（1）限制器：伺服系統(tǒng)中限制器的主要任務(wù)是依據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)確定限制策略，限制器通常由電子線(xiàn)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(lái)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)量被限制量，實(shí)現(xiàn)反饋限制。無(wú)論采納何種限制方案，系統(tǒng)的限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(xiàn)性度好、牢靠性高、響應(yīng)快。3．簡(jiǎn)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)整導(dǎo)通時(shí)間得到肯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(guò)變更脈沖寬度來(lái)變更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)和溝通伺服電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境差別。電機(jī)調(diào)速原理容量范圍制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)速耐環(huán)境實(shí)力限制器DC調(diào)壓大大低差(有摩擦粉塵)簡(jiǎn)潔AC變頻中中小高良困難四、計(jì)算題1．刻線(xiàn)為1024的增量式角編碼器安裝在機(jī)床的絲杠轉(zhuǎn)軸上，已知絲杠的螺距為2mm，編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個(gè)脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？解：（1）絲杠旋轉(zhuǎn)一周有1024個(gè)脈沖，307200個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于絲杠旋轉(zhuǎn)307200/1024=300周，故刀架的位移量為300*2mm=600mm，（2）絲杠的轉(zhuǎn)速為300*2π//10=60π（弧度/秒）2．如圖所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)系統(tǒng)，其中驅(qū)動(dòng)x向工作臺(tái)的三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z為100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm。已知傳動(dòng)系統(tǒng)的橫向(x向)脈沖當(dāng)量δ為0.005mm/脈沖。試求：（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角α；（2）減速齒輪的傳動(dòng)比i。功放功放電機(jī)滾珠絲杠工作臺(tái)i圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)示意圖解：（1）K=3相，N=3拍，z=100步進(jìn)電機(jī)的步距角α=360o/(z*m)=360o/(z*K*N)=360o/(100*3*3)=0.4o（2）由于一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)0.4o，工作臺(tái)橫向(x向)脈沖當(dāng)量0.005mm，由于滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm，對(duì)應(yīng)于絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一周360o，設(shè)一個(gè)脈沖絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為x，則6mm/360o=0.005/xo，得x=0.3o故減速齒輪的傳動(dòng)比i=0.3/0.4=3/4五、綜合題1．圖示直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測(cè)軸(或與被測(cè)軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤(pán)、光源、光電器件和指示縫隙盤(pán)組成，光源發(fā)生的光通過(guò)縫隙圓盤(pán)和指示縫隙照耀到光電器件上。試分析傳感器的測(cè)量原理。解：當(dāng)裝在被測(cè)軸(或與被測(cè)軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光敏元件接收到脈沖信號(hào)，若轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)上縫隙是勻稱(chēng)刻制，總數(shù)量為N，則光敏元件每輸出N個(gè)脈沖，就意味著圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周360o；若輸出M個(gè)脈沖，就意味著轉(zhuǎn)過(guò)360*M/No，因此，該傳感器可以用于測(cè)量角度。假如在T秒時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)輸出M個(gè)脈沖，就意味著轉(zhuǎn)速為360*M/N/T(o/s)因此，該傳感器也可以用于測(cè)量角速度。2．已知一個(gè)繩位移限制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動(dòng)方案分別如圖a和b所示。（1）試分析兩種方案的特點(diǎn)；（2）畫(huà)圖說(shuō)明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的方法。（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)（b）絲杠滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)解：（1）分析兩種方案的特點(diǎn)：電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移；電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移。（2）畫(huà)圖說(shuō)明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的方法作業(yè)3一、推斷題（正確的打√，錯(cuò)誤的打×）1．?dāng)?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(diǎn)是利用自身的物理特征，制成直線(xiàn)型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號(hào)都是脈沖信號(hào)，每一個(gè)脈沖代表輸入的位移當(dāng)量，通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計(jì)位移的尺寸。（√）2．電液伺服系統(tǒng)的過(guò)載實(shí)力強(qiáng)，在強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)和高精度定位時(shí)性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動(dòng)。（√）3．通常，步進(jìn)電機(jī)的最高連續(xù)工作頻率遠(yuǎn)大于它的最高啟動(dòng)頻率。（√）4．脈沖安排器的作用是使電動(dòng)機(jī)繞組的通電依次按肯定規(guī)律變更。（√）5．對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其機(jī)械特性越硬越好。（√）6．無(wú)論采納何種限制方案，系統(tǒng)的限制精度總是高于檢測(cè)裝置的精度。（×）7．一般說(shuō)來(lái)，全物理仿真較之計(jì)算機(jī)仿真在時(shí)間、費(fèi)用和便利性上都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷與好用的仿真方法。（×）8．?dāng)?shù)字化物理樣機(jī)就是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)。（×）9．計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的采樣周期越小，其限制精度就越高。（√）10．PLC采納掃描工作方式，掃描周期的長(zhǎng)短確定了PLC的工作速度。（√）11．通用型計(jì)算機(jī)系大多工作在為特定用戶(hù)群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。（×）12．現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個(gè)獨(dú)立的部分，然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。（×）二、單選題1．下列哪個(gè)是傳感器的動(dòng)特性（D）。A．量程B．線(xiàn)性度C．靈敏度D．幅頻特性2．在開(kāi)環(huán)限制系統(tǒng)中,常用（B）做驅(qū)動(dòng)元件。A．直流伺服電動(dòng)機(jī)B．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)C．同步溝通伺服電動(dòng)機(jī)D．異步溝通伺服電動(dòng)機(jī)3.光柵傳感器的光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線(xiàn)，刻線(xiàn)數(shù)為100線(xiàn)/mm，此光柵傳感器測(cè)量辨別率是（C）mm。A．1B．0.1C．0.014．計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，須要由用戶(hù)自行編寫(xiě)（D），具有實(shí)時(shí)性、針對(duì)性、敏捷性和通用性。A．實(shí)時(shí)軟件B．開(kāi)發(fā)軟件C．系統(tǒng)軟件D．應(yīng)用軟件5．以下除了（D），均是由硬件和軟件組成。A．計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)B．PLC限制系統(tǒng)C．嵌入式系統(tǒng)D．繼電器限制系統(tǒng)6．以下抑制電磁干擾的措施，除了（D），其余都是從切斷傳播途徑入手。A屏蔽B隔離C濾波D軟件抗干擾三、簡(jiǎn)答題1． 機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)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)料，以便選擇正確、高效的運(yùn)行策略或提前消退設(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，采納仿真技術(shù)可以省時(shí)省力省錢(qián)地達(dá)到上述目的。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？仿真依據(jù)采納的模型可以分為：計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真、全物理仿真。計(jì)算機(jī)仿真：應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段；半物理仿真：應(yīng)用于部件及子系統(tǒng)研制階段；全物理仿真：應(yīng)用于系統(tǒng)研制階段。3．PID限制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？比例調(diào)整起訂正偏差的作用，其反應(yīng)快速；積分調(diào)整能消退靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；微分調(diào)整有利于削減超調(diào)，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。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？（1）依據(jù)香農(nóng)采樣定理，確定采樣周期：，其中為被采信號(hào)角頻率上限。（2）采樣周期應(yīng)大于執(zhí)行元件動(dòng)態(tài)調(diào)整穩(wěn)定時(shí)間。（3）從系統(tǒng)隨動(dòng)性和抗干擾的角度，采樣周期應(yīng)盡可能小，這樣時(shí)延小，反映快速。（4）在多回路限制中，由于采納巡檢限制方式，采樣周期應(yīng)足夠大，以確保在一個(gè)采樣周期內(nèi)，能處理完全部回路的算法計(jì)算。（5）從計(jì)算機(jī)的精度上講，采樣周期不應(yīng)太小。圖梯形圖I0.0T0（）I0.1I0.2圖梯形圖I0.0T0（）I0.1I0.2Q0.0I0.2Q0.1Q0.0T0（）3sT0解：由圖可知：開(kāi)關(guān)1、開(kāi)關(guān)2為常開(kāi)，開(kāi)關(guān)3為常閉，當(dāng)開(kāi)關(guān)1、開(kāi)關(guān)2接通、開(kāi)關(guān)3為常閉狀態(tài)時(shí)，紅燈能亮，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T0，沿時(shí)3秒，3秒后假如開(kāi)關(guān)3為常閉狀態(tài)，則綠燈亮。四、計(jì)算題1．某工作臺(tái)采納如圖所示的直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺(tái)的行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t=4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺(tái)位移的測(cè)量精度為0.005mm（忽視齒輪和絲杠的傳動(dòng)誤差）。（1）若采納高速端測(cè)量方法，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機(jī)輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。（2）若采納低速端測(cè)量方法，將傳感器與絲杠的端部干脆相連，ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用？工作臺(tái)工作臺(tái)絲杠滾珠螺母齒輪減速器聯(lián)軸器DC伺服電機(jī)i=5圖直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)解：（1）設(shè)工作臺(tái)位移（測(cè)量精度）0.005mm時(shí)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為，則有得：，若對(duì)應(yīng)于電機(jī)軸的角度為，則，安裝在電機(jī)輸出軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器共有，故旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為（2）因?yàn)?gt;ns=500，故不合用。2．圖示為電樞限制式直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。圖中電機(jī)線(xiàn)圈的電流為i；L與R為線(xiàn)圈的電感與電阻；電機(jī)的輸入電壓為u；折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JM；電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T(mén)和ω；KE和KT分別為電樞的電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。圖直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖直流電動(dòng)機(jī)的工作原理解：在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換：由（4）式得，帶入到（3）式，得輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)五、綜合題1．如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)及傳感器的誤差對(duì)輸出精度的影響。解：齒輪減速器存在兩種誤差：傳動(dòng)誤差和回程誤差。傳動(dòng)誤差主要由溫度或彈性導(dǎo)致的齒輪變形產(chǎn)生；回程誤差主要是由齒輪間隙造成。為提高齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則安排，設(shè)各級(jí)轉(zhuǎn)角誤差為、第k個(gè)齒輪到第n級(jí)輸出軸的傳動(dòng)比為，設(shè)各級(jí)轉(zhuǎn)角誤差折算到末級(jí)輸出軸上的總誤差為絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)誤差主要由絲杠與螺母之間的間隙確定，通常可由其間的調(diào)整、預(yù)緊調(diào)整到最小程度，由于這個(gè)誤差是在末級(jí)上，其大小干脆影響輸出精度。傳感器的誤差對(duì)輸出精度的影響是通過(guò)限制產(chǎn)生的，由于傳感的誤差必定導(dǎo)致限制的誤差?？梢哉f(shuō)，傳感器的誤差干脆確定對(duì)輸出精度的影響。2．用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)限制。限制要求為：首先電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，3秒后自動(dòng)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動(dòng)又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時(shí)停車(chē)。（1）寫(xiě)出I/O安排表；（2）選擇PLC，畫(huà)出梯形圖。解：（1）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.0，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.1，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)I0.1。Q0.0Q0.0I0.1I0.0T38T38INTONPT100ms30T38T39INTONPT100ms20Q0.1I0.1T39T39作業(yè)4一、推斷題（正確的打√，錯(cuò)誤的打×）1．自動(dòng)限制技術(shù)是機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)之一，干脆影響系統(tǒng)的限制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（√）2．計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，首先須要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。（×）3．PLC完善的自診斷功能，能剛好診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能愛(ài)護(hù)故障現(xiàn)場(chǎng)，保證了PLC限制系統(tǒng)的工作平安性。（√）4．現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)采納一對(duì)一的設(shè)備連線(xiàn)，按限制回路分別進(jìn)行連接，打破了傳統(tǒng)限制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（×）5．需求設(shè)計(jì)是指新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)生命周期內(nèi)，從分析用戶(hù)需求到以具體技術(shù)說(shuō)明書(shū)的形式來(lái)描述滿(mǎn)意用戶(hù)需求產(chǎn)品的過(guò)程。（√）6．目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標(biāo)準(zhǔn)化或正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以依據(jù)須要選擇適當(dāng)?shù)慕涌?，再協(xié)作接口編寫(xiě)相應(yīng)的程序。（√）7．計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件一般不須要用戶(hù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件都要由用戶(hù)自行編寫(xiě)，所以軟件設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。（×）8．反求設(shè)計(jì)是建立在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的牢靠性，延長(zhǎng)運(yùn)用壽命，降低修理費(fèi)用。（×）9．綠色設(shè)計(jì)是對(duì)已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析探討，進(jìn)而對(duì)該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)建的設(shè)計(jì)。（×）10．虛擬設(shè)計(jì)是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計(jì)算機(jī)協(xié)助設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿(mǎn)意工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的須要。（√）11．工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)部分在限制信息作用下供應(yīng)動(dòng)力，包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類(lèi)型的傳動(dòng)方式。（√）12．?dāng)?shù)控機(jī)床中的計(jì)算機(jī)屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的限制系統(tǒng)，而電機(jī)和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分。（×）二、單選題1．有一脈沖電源，通過(guò)環(huán)形安排器將脈沖安排給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵(lì)磁繞組，已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，步進(jìn)電機(jī)的步距角是（C）。a=360/(znk)=360/(24*5*2)A．0.6°B．1.2°C．1.5°D．2°2．步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而（B）。A．上升B．下降C．不變D．前三種狀況都有可能3．采納脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)變更（A）來(lái)變更電樞回路的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。A．脈沖的寬度B．脈沖的頻率C．脈沖的正負(fù)D．其他參數(shù)4．含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變更的接口是（D）。P220A．零接口B．被動(dòng)接口C．主動(dòng)接口D．智能接口5．HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的（C）。P249A．能源部分B．測(cè)試傳感部分C．驅(qū)動(dòng)部分D．執(zhí)行機(jī)構(gòu)6．HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的手部屬于系統(tǒng)中的（D）。A．能源部分B．測(cè)試傳感部分C．驅(qū)動(dòng)部分D．執(zhí)行機(jī)構(gòu)7．通常，數(shù)控精密鏜銑床等高精度數(shù)控設(shè)備，其伺服系統(tǒng)的限制方式均采納（B）。A．開(kāi)環(huán)限制B．閉環(huán)限制