机电一体化复习资料.docx

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机电一体化复习资料

名词解释

1.三相六拍通电方式：

如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。

如A→AB→B→BC→C→CA→…

2.伺服电动机：

伺服电动机是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出电动机，以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机

3.伺服控制技术：

一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。

4.变频调速：

采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式

5.响应特性：

指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。

6.中断：

为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费大量时间去查询各外围设备的状态了。

而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。

7.动态误差:

动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。

1.机电一体化技术是以（电子）技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。

2.以下除了（继电器控制系统），均是由硬件和软件组成。

3.机电一体化技术是以（机械）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。

4.在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的基本要求足（精度、稳定性、快速响应性）。

5.在机械传动系统中，用于加速惯性负载的驱动力矩为（电机力矩与折算负载力矩之差）。

6.在下列电机中，（交流同步伺服电机）既可通过闭环实现速度或位置控制，又可作步进方式运行，且电机转速不受负载影响，稳定性高。

7.在开环控制系统中,常用（步进电动机）做驱动元件。

8.导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则工作台与工件折算到丝杠上的等效转动惯量为（97）kg•mm2。

9.导程L0=8mm的丝杠的总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（1200）kg·mm2。

10.机械系统的刚度对系统的动态特性主要影响表现为（固有频率、失动量、稳定性）等方面。

11.为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（增大系统刚度）。

12.传动系统的固有频率对传动精度有影响，（提高）固有频率可减小系统地传动误差，（提高）系统刚度可提高固有频率。

13.多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（重量最轻原则（小功率装置））设计的传动链。

14.多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按（重量最轻原则（大功率装置））设计的传动链。

15.闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的（回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度）。

16.闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（回程误差和传动误差都会影响输出精度）。

17.半闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（回程误差和传动误差都会影响输出精度）。

18.步进电机转角的精确控制是通过控制输入脉冲的（数量）来实现的。

19.步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而（下降）。

20.对同一种步进电机，三相单三拍的步距角是三相六拍的

（2）倍。

21.有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，已知转子有24个齿，步进电机的步距角是（1.5）。

1.机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。

2.机电—体化产品的适应性设计是指对产品功能及结构重新进行的设计。

3.机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。

4.驱动元件的选择及动力计算是机电一体化产品开发过程理论分析阶段的工作之一。

5.驱动装置中同一环节的误差，其高频分量和低频分量，对系统输出精度的影响程度可能是不同的。

6.驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。

7.驱动电路中采用脉冲调制（PWM）放大器的优点是功率管工作在开关状态、管耗小。

8.直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机都可以采用PWM控制方式进行控制。

9.在闭环控制系统中，驱动装置中各环节的误差因其在系统中所处的位置不同，对系统输出精度的影响不同。

10.在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以1～5倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。

11.通常，步进电机的最高连续工作频率远大于它的最高启动频率。

12.齿轮传动的啮合间隙会造成一定的传动死区，若在闭环系统中，传动死区会使系统产生低频震荡。

13.为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。

14.为适应工业仪表的要求，D／A的输出要配接V／1转换器。

15.TTL电平接口能用于输出指示灯的控制，也能用于驱动带电气隔离的继电器。

16.滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。

17.接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分的可靠连接。

18.开环控制系统，执行装置的误差直接影响系统精度，但不存在稳定性问题。

简答题

1.试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。

答：

脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。

利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。

2.交流伺服电机有哪些类型?

交流伺服驱动的主要特点是什麽?

答：

交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型开步电机两类。

交流伺服驱动的丰要特点有：

（1）调速围大；

（2）适合大、中功率伺服系统；

（3）运行平稳，转速不受负载变化的影响；（4）输出转矩较人，而转矩脉动小。

3.步进电机是如何实现速度控制的?

答：

步进电机的运动是由输人的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度，其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。

因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。

4.步进电动机的输入信号是什么？

如何实现对其转速和旋转方向的控制？

答：

步进电机的输入信号是脉冲序列。

步进电机的步矩角α与运行拍数m、通电方式k（m=kN，单拍时k=1,双拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关。

步进电机定子绕组通电状态的改变速度越

快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。

改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。

5.什么是步进电机的步距角?

它是由哪些参数确定的?

答：

步进电机在每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。

它由步进电机的相数、电机转子的齿数和电机的通电方式所决定。

6.简述对滚珠丝杆副进行间隙调整和预紧方法。

答：

通常采用双螺母预紧和单螺母（适于大滚珠、大导程）两种方法，将弹性变形控制在最小限度，以减小或消除轴向间隙，并可提高滚珠丝杠副的刚度。

常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：

螺纹调隙式、垫片调隙式和齿差调隙式三种；单螺母消隙常用增大滚珠直径法和偏置导程法两种预紧方法。

7.滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些?

圆柱直齿轮的齿侧间隙的调整方法有哪些?

答：

（1）滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有：

螺纹预紧调整式、双螺母齿差预．紧调整式、双螺母垫片预紧调整式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预紧式。

（2）圆柱直齿轮的齿侧间隙的调整方法有：

偏心套调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法（周向拉簧式、可调拉簧式）。

8.齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响，如何消除圆柱直齿轮的齿侧间隙?

答：

齿轮的啮合间隙会造成传动死区，若该死区是在闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常会使系统以1—5倍间隙角产生的低频振荡。

为了降低制造成本，则多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，常用的方法有：

偏心套调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法等。

9.齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则分别有哪些?

各使用在那些场合?

答：

齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则：

a．重量最小原则（结构紧凑）Ib．转动惯量最小原则（快速响应）；c．输出轴转角误差最小原则（精度）。

结合可行性、经济性对转动惯量、结构尺寸和传动精度提出适当要求：

要求体积小、重量轻的齿轮采用重量最轻的原则；要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的轮系采用最小转动惯量原则或输出轴转角误差最小原则；提高传动精度和减小回程误差为主的轮系采用转角误差最小原则。

10.简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。

答：

机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面：

（1）失动量

系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小；

（2）固有频率

机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振；

（3）稳定性

刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。

11.为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施?

答：

减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有：

适当提高零部讲本身的精度；合理设计传动链，减小零邢件制造、装配误差传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。

12.简述概念设计的设计过程。

答：

设计过程：

设计任务抽象化，确定系统的总功能一将总功能分解为子功能，直到功能元+寻找子功能（功能元）的解一将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案+对众多方案进行评价决策，选定最佳方案一概念产品。

计算题

1、如图所示步进电机驱动滚珠丝杠的高速定位系统。

已知工作台的重量为W＝2000N，工作负载F＝0，工作台与导轨之间的摩擦系数

选择的步进电机每转脉冲数

＝240脉冲／转；根据工作台定位精度选用脉冲当量

＝0．05mm／脉冲；滚珠丝杠的导程t＝12mm，直径为d＝36mm；系统总效率为，

。

试计算：

（1）齿轮的减速比；

（2）折算到电机轴上的负载转矩T。

解：

（1）齿轮的减速比i

2、如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m＝60kg，负载力为F1＝1200N，最大加速度为10m／s2，丝杠直径为d＝16mm，导程t=4mm，齿轮减速比为i＝5，总效率为v＝40％，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。

解：

（1）计算负载力

负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成

3、已知传动机构如图所示，试计算电机轴上的总等效惯量。

（列出算式）

解：

等效惯量可以分为以下几个部分来计算

4、设有一大功率电动机驱动的二级齿轮传动减速传动系统如图所示，假设齿轮箱的传动效率为100%，齿轮箱的传动比i=3.2，已知齿轮采用相同材料，宽度b相同，各齿轮的模数m=3，主动齿轮的齿数z1=20、z3=25，请根据重量最小原则设计齿轮传动系统，推导并计算各级齿轮传动比和齿轮2、齿轮4的齿数。

（提示：

齿轮的质量为

）

解：

设一级齿轮的传动比为i1，第二级齿轮的传动比i2。

齿轮传动系统的总重量：

则

根据重量最小原则，令

，得：

，i2=3.2/2=1.6

则：

z2=40、z4=40

5.分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理

1、6－小齿轮2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条

分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理

当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。

如图所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。

综合应用题

1.根据下面的电路图,编写利用该接口电路一次完成A/D转换,并把转换的结果的高8位放入R2中,低8位放入R3中的程序段

MAIN：

MOVR0，#7CH；选择AD574，并令A0=0

MOVXR0，A；启动A/D转换，全12位

LOOP：

NOP

JBP3.2，LOOP；查询转换是否结束

MOVXA，R0；读取高8位

MOVR2，A；存人R2中

MOVR0，#7DH；令A0=1

MOVXA，R0；读取低4位，尾随4个0

MOVR3，A；存入R3中