機電一體化重點及答案

1.機電一體化的概念。

機電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點動身，應(yīng)用機械、電子、信息等有關(guān)技術(shù)，對它們進行有機

的組織和綜合，實現(xiàn)系統(tǒng)整體的最正確化。

2.簡述機電一體化系統(tǒng)的組成及各組成部份的功能。

機電一體化系統(tǒng)的組成：A機械本體、B動力單元、C傳感檢測單元、D執(zhí)行單元、E驅(qū)動單元、

F操縱及信息處置單元這六部份組成。

各成份的功能如下：

一、機械本體：使構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件依照必然的空間和時刻關(guān)系安置（裝配連接）

在必然位置上，并維持特定的關(guān)系。

二、動力單元：依照機電一體化系統(tǒng)的操縱要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以保證系統(tǒng)正常運行。

3、傳感檢測單元：對系統(tǒng)運行進程中所需要的本身和外界環(huán)境的各類參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，并

轉(zhuǎn)換成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幹脝卧?，通過度析、處置后產(chǎn)生相應(yīng)的操縱信息。

4、執(zhí)行單元：依照操縱信息和指令在驅(qū)動單元的驅(qū)動下完成所要求的動作。

五、驅(qū)動單元：在操縱信息作用下，在動力單元的支持下，驅(qū)動各類執(zhí)行機構(gòu)（執(zhí)行單元）完

成各類動作和功能。

六、操縱及信息處置單元：以后自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、

加工，依照信息處置結(jié)果，依照必然的程序發(fā)出相應(yīng)的操縱信號，通過輸出接口送往驅(qū)動單元

和執(zhí)行機構(gòu)，操縱整個系統(tǒng)有目的地運行。

3.機電一體化系統(tǒng)有哪些設(shè)計方式？別離舉例。

A.取代法，如用電氣調(diào)速系統(tǒng)取代機械式變速機構(gòu)等；B.整體設(shè)計法，如某些激光打印機的激

光掃描鏡；C.組合法，如設(shè)計數(shù)控機床時使各個單元有機組合融為一體。

4.轉(zhuǎn)動慣量、剛度、阻尼的折算公式。

轉(zhuǎn)動慣量：T∑=Jw單個軸

T

=J*w任意軸

∑∑

阻尼：T=Cw

T

=Cw

阻尼∑*

阻尼

剛度：

∑

5.什么緣故要盡可能縮短機電一體化系統(tǒng)的傳動鏈，舉例說明縮短傳動鏈的三種方式。

（機電一體化系統(tǒng)中的傳動鏈還需知足，小型、輕量、高速、低沖壓振動、低躁聲和高靠得

住性等要求；從能量消耗和靠得住性的觀點來看，應(yīng)盡可能縮短……）

傳動鏈剛度、轉(zhuǎn)動慣量和阻尼比對伺服系統(tǒng)的阻礙，應(yīng)盡可能縮短傳動鏈

縮短傳動鏈的三種方式：A.伺服電動機；B.直線電機；C.電主軸。

6.簡述傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量、摩擦、阻尼比、剛度、諧振頻率、間隙對機電一體化系統(tǒng)性

能的阻礙。

一、轉(zhuǎn)動慣量：在知足系統(tǒng)剛度的條件下，機械部份的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量越小越好。轉(zhuǎn)動慣量大

會使機械負載增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低，固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。同時，

轉(zhuǎn)動慣量增大會使電器驅(qū)動部份的諧振頻率降低而阻尼比增大。

二、摩擦：引發(fā)動態(tài)滯后和穩(wěn)態(tài)誤差，同時還會造成低速爬行。

3、阻尼比：實際應(yīng)用中一樣取的欠阻尼，既能保證振蕩在必然的范圍內(nèi)過渡進程比較平穩(wěn)、過

渡進程時刻較短，又具有較高的靈敏度。

4、剛度：關(guān)于伺服系統(tǒng)的失動量來講，系統(tǒng)剛度越大，失動量越小，關(guān)于伺服系統(tǒng)的穩(wěn)固性來

講，剛度對開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)固性沒有阻礙，而對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)固性有專門大阻礙，提高剛度可增

加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)固性。

五、諧振頻率：當外界的激振頻率接近或等于系統(tǒng)固有頻率時，系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而不能正常工

作。

六、間隙：使機械傳動系統(tǒng)中間隙產(chǎn)生回程誤差，阻礙伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)固性。

7.低速爬行產(chǎn)生的緣故。

1進給傳動系統(tǒng)的剛度K越小，越容易產(chǎn)生爬行；

2靜摩擦力與動摩擦力之差，差值越大，越容易產(chǎn)生爬行；

3摩擦力曲線為副斜率，容易產(chǎn)生爬行；

4移動速度小于臨界速度vt時，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

8.齒輪傳動剛性消隙和柔性消隙的區(qū)別。

剛性消隙法是在嚴格操縱輪齒齒厚和齒距誤差的條件下進行的，調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補償，

但能提高傳動剛度。柔性消隙法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙能夠自動補償（一樣采納彈簧機構(gòu)利用彈

性力把消隙補償）。

9.錐齒輪、斜齒輪消隙的原理。

錐齒輪消隙的原理：將齒輪的分度圓柱改成帶錐度的圓錐面，使齒輪的齒厚在軸向產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，

裝配時通過改變墊片的厚度，來改變兩齒輪的軸向相對位置，以排除側(cè)隙。

斜齒輪消隙的原理：通過改變墊片的厚度使兩齒輪的螺旋面錯位，兩齒輪的左右齒面別離與寬

齒面接觸，以排除齒側(cè)間隙。

10.絲杠螺母傳動系統(tǒng)的調(diào)隙一樣采納什么結(jié)構(gòu)，齒差調(diào)隙原理

。

絲杠螺母傳動系統(tǒng)的調(diào)隙一樣采納雙螺母結(jié)構(gòu)。

齒差調(diào)隙原理：在兩螺母的凸緣上別離切出齒數(shù)差為1的兩齒輪，并別離與固定在外衣兩頭面

上的兩內(nèi)齒圈嚙合。轉(zhuǎn)動其中一個螺母，改變兩螺母的軸向相對位置，以調(diào)隙和預緊。

11.如何依照負載角加速度最大原那么選擇總傳動比。

由于伺服系統(tǒng)的齒輪傳動一樣是減速系統(tǒng)，它的輸入是高速、小轉(zhuǎn)矩，輸出是低速、大轉(zhuǎn)矩。

要求齒輪傳動不但有足夠的強度，還要有盡可能小的轉(zhuǎn)動慣量，在一樣的驅(qū)動功率下，其加速

度響應(yīng)為最大。

因此通常采納負載角加速度最大原那么選擇總傳動比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度

12.齒輪傳動各級傳動比分派的原那么有哪些，各自遵循什么分派原那么。

（1）最小等效轉(zhuǎn)動慣量原那么：小功率傳動裝置和大功率傳動裝置的傳動比分派均為前小后大；

（2）質(zhì)量最小原那么：小功率傳動裝置的各傳動比相等，大功率傳動裝置的傳動比分派為前大

后小；

（3）輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原那么：A.從輸入端到輸出端各傳動比依照前小后大原那么排列；

B.應(yīng)減小傳動級數(shù)；C.使末級齒輪的傳動比盡可能大，制造精度盡可能高。

13.如何設(shè)計齒輪傳動機構(gòu)間隙輸出軸轉(zhuǎn)角誤差。

A.應(yīng)減小傳動級數(shù)；B.從輸入端到輸出端各傳動比依照前小后大原那么排列；

C.使末級齒輪的傳動比盡可能大，D.末級齒輪制造精度盡可能高。

14.諧波齒輪傳動的結(jié)構(gòu)、原理及特點。

結(jié)構(gòu)：諧波齒輪傳動由A.剛輪、B.柔輪和C.諧波發(fā)生器這三部份組成。

原理：諧波齒輪傳動是一種新型傳動，利用機械波使柔性齒輪產(chǎn)生可操縱的彈性變形波，引發(fā)

剛輪與柔輪的齒間相對錯齒來傳遞動力和運動。

特點：A.傳動比大；B.承載能力大；C.傳動精度高；D.齒側(cè)間隙??；E.傳動平穩(wěn)；F.結(jié)構(gòu)簡

單、體積小、重量輕。

16.測量放大器的特點。

測量放大器有以下特點：放大電路具有很高的共模抑制比，和高增益、低噪聲和高輸入阻抗。

17.程控放大器的功能及工作原理。

功能：希望利用運算機采納軟件操縱的方法來實現(xiàn)增益的自動變換，這種功能的放大器就叫程

控增益放大器。

工作原理：通過改變4052（模擬開關(guān)）的D1的值來改變AD521放大器2腳與14腳之間的外接

電阻的方法來實現(xiàn)增益操縱。

18.步進電機的三相繞組的通電方式有哪些（三種），各自步距角的關(guān)系如何。

步進電機的三相繞組的通電方式有以下三種：

一、三相單三拍，其步距角為30°；二、三相雙三拍，其步距角為30°；

3、三相六拍，其步距角為15°。

19.步進電機的特點（7個）。

一、步進電機受數(shù)字脈沖信號操縱，輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比；

二、步進電動機的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比；

3、步進電動機的轉(zhuǎn)向能夠通過改變通電順序來改變；

4、步進電動機具有自鎖能力；

五、步進電機工作狀態(tài)不易受各類因素干擾；

六、步進電機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過必然步數(shù)后會顯現(xiàn)積存誤差。轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，積存誤差

為零；

7、易于直接與微機的I/O接口，組成開環(huán)位置伺服系統(tǒng)。

20.步進電機帶負載的最大起動頻率的計算。

21.什么是直流電機的機械特性曲線，外負載對直流電機機械特性的阻礙。

機械特性是必然操縱電壓下轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，表示如此關(guān)系的曲線為機械特性曲線。

外負載對直流電機機械特性的阻礙：外界電阻使直流電機機械特性變軟，伺服操縱性能變差。

22.PWM直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的原理。P73……

PWM直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的原理：當輸入一個直流操縱電壓U時就可取得寬度與U成比例的脈沖

方波給伺服電動機電樞回路供電。通過改變脈沖寬度來改變電樞回路的平均電壓，取得不同大

小的電壓值Ua，使直流電動機滑膩調(diào)速。當開和關(guān)周期T不變時，只要持續(xù)地改變閉合時刻t

（0--T）就能夠夠持續(xù)地使Ua由0轉(zhuǎn)變到U，從而達到持續(xù)改變電動機轉(zhuǎn)的目的。

23.交流電機調(diào)速的方式。

三種：A.改變電動機極對數(shù)P；B.改變電動機滑差率S；C.改變電動機的外加電源頻率f。

24.直線電機的特點。

五個特點：A.直線電機不需要中間傳動機械，提高了精度，減少了震動和噪聲；B.快速響應(yīng)；

C.儀表用的直線電動機，可省去電刷和換向器等易損零件，提高靠得住性，延長利用壽命；D.

散熱面積大，容易冷卻，許諾較高的電磁負荷，提高電動機的容量定額；E.裝配靈活性大。

25.簡述圓盤型直線電機的工作原理、直流直線電機的原理。P88圖4-224-23

圓盤型直線電機的工作原理：把次級做成一片鋁圓盤或銅圓盤，并將低級放在次級圓盤靠近外

徑的平面上。次級圓盤在低級移動磁場的作用下，形成感應(yīng)電流，并與磁場彼此作用，產(chǎn)生電

磁力，使次級圓盤能繞其軸線作旋轉(zhuǎn)運動。

直流直線電機的原理：在線圈的行程范圍內(nèi)，永久磁鐵產(chǎn)生的磁場強度散布均勻，當可動線圈

中通入電流后，載有電流的導體在磁場中會受到電磁力的作用。當線圈受到的電磁力大于線圈

支架上存在的靜摩擦力時，就可使線圈產(chǎn)生直線運動，改變電流的大小和方向，即可操縱線圈

直線運動的推力和方向。

26.步進電機的選擇和計算。（P93例題不看第4問）

27.脈沖當量的含義。

脈沖當量：每輸入一個脈沖，步進電動機驅(qū)動工作臺移動的位移。

28.PLC的特點。（順序操縱為主，能夠直接與外部執(zhí)行機構(gòu)相連）

PLC的特點：(1)操縱程序可變，具有專門好的柔性。(2)靠得住性強，選用于工業(yè)環(huán)境。

(3)編程簡單，使用方便。(4)功能完善。(5)體積小、重量輕、易于裝入機器內(nèi)部。

29.總線型工業(yè)操縱計算的特點。（模塊化設(shè)計）

(1)提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計和制造周期;(2)提高了系統(tǒng)的靠得住性;(3)便于調(diào)試和維修;

(4)能適應(yīng)技術(shù)進展的需要，迅速改良系統(tǒng)的性能.

30.DAC0832的單極性輸出和雙極性輸出的電壓范圍，推導輸出電壓與數(shù)字量之間的關(guān)系。P122

單極性D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓范圍-5V～+5V輸出電壓與數(shù)字之間的關(guān)系：P123

雙極性D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓范圍-5V～+5V輸出電壓與數(shù)字之間的關(guān)系：P124

31.DAC083與2運算機的接口電路，編寫匯編程序起動DA轉(zhuǎn)換。P125圖5-17

32.經(jīng)常使用開關(guān)型功率接口有哪些？光電耦合器的功能、原理及接線方式。

開關(guān)型接口：1晶體管2光電耦合器3晶閘管4電磁繼電器、固態(tài)繼電器5大功率場效應(yīng)管

功能：隔離，電平轉(zhuǎn)換，整流變頻，執(zhí)行部件的啟動、停止、正反轉(zhuǎn)操縱等。

原理：利用觀點轉(zhuǎn)換的原理。

接線方式：光電耦合器的輸入輸出端兩個電源必需單獨供電。

33.說明操縱運算機與單項晶閘管接口電路的工作原理。

當操縱運算機發(fā)出的操縱信號為低電平常，光電耦合器發(fā)光二極管截止，晶閘管門極不觸發(fā)而

斷開。當操縱信號為高電平常，經(jīng)反相驅(qū)動器后，使光電耦合器發(fā)光二極管導通，交流電的正

負半軸均以直流方式加在晶閘管的門極，觸發(fā)晶閘管導通。這是整流橋路直流輸出端被短路，

負載即被接通。操縱信號回到低電平常，晶閘管門極無觸發(fā)信號，而是其關(guān)斷負載失電。

34.說明繼電器接口電路工作原理。

繼電器接口電路工作原理：當運算機輸出的操縱信號為高電平常，經(jīng)反相驅(qū)動器7406變成低電

平，使發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導通，進而使三極管9013導通，因此使繼電器K的

線圈通電，繼電器觸點K1-1閉合，使~220V電源接通。反之，當運算機操縱輸出的操縱信號輸

出低電平常，K1-1斷開。

35.畫出直流電機PWM功率接口組成框圖（圖5-33），并分析PWM脈寬調(diào)制波形產(chǎn)生進程（圖

5-34）。P13六、P137

36.PWM功率放大器與操縱運算機的接口方式（與前面綜合考）。P136～137

37.變頻器的功能是什么？自動操縱中變頻器的三種操縱方式。

功能：是將供電電網(wǎng)的工頻交流電變成適合于交流電動機調(diào)速的電壓、頻率可變的交流電。

三種操縱方式：A.利用繼電器開關(guān)電路；B.模擬操縱方式；C.采納變頻器數(shù)字接口板。

38.步進電機脈沖分派器的兩種形式。：（1）、硬件分派器；（2）、軟件環(huán)形分派器。

39.舉例說明PWM功率放大電路的三種形式。

PWM功率放大電路的三種形式：（1）單極性功率放大電路；（2）T型功率放大電路；（3）H型橋

式功率放大電路。

40.什么是PID調(diào)劑器，其功能是什么，分析PID調(diào)劑器中比例、微分和積分項對操縱系統(tǒng)性

能的阻礙（P169～P171）

什么是PID調(diào)劑器：按誤差的比例、積分和微分進行操縱的調(diào)劑器。

功能：能夠作為速度，溫度方面的精細設(shè)置調(diào)劑的操縱器

比例項：

P(k)KE(k)

p

動態(tài)時，KP過小，系統(tǒng)動作緩慢。增加KP，可提高系統(tǒng)動作的靈敏度，加速調(diào)劑速度?？墒?，

假設(shè)取