机电一体化复习资料5.docx

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机电一体化复习资料5

机电一体化复习要点

一、名词解释题

1．机电一体化：

机械与电子的集成技术

2．轴系的动特性：

.指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性

3．灵敏度（测量）：

.输出变化量与对应的输入（被测量）变化量的比值。

有时称为增量增益或标度

4．永磁同步电动机：

以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，又称无刷电动机

5．复合控制器：

在反馈控制器的基础上附加一个前馈控制器，二者的组合称为复合控制器。

它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号

6．传感器：

传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。

7．伺服控制系统：

、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。

8．自动控制：

自动控制—由控制装置自动进行操作的控制

9．开环控制系统：

开环控制系统—无反馈的控制系统

10．逆变器：

.逆变器—把固定的直流电变成固定或可调的交流电的DC/AC变流器。

11．PWM：

PWM—通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器

12．感应同步器:

感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件有直线和圆盘式两种分别用作检测直线位移和转角

二、填空题

1．滚珠丝杆中滚珠的循环方式：

内循环，外循环。

2．机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括性能指标，系统功能，使用条件，

经济效益。

3．顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用plc。

4．某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度

是20mm。

5．连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的位置和速度，使它们同步协调到达目标点。

6．某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为0.02。

7．齿轮传动的总等效惯量与传动级数。

8．复合控制器必定具有前馈控制器。

9．钻孔、点焊通常选用简单直线运动控制类型。

10．计算机在控制中的应用方式主要有、操作指导控制系统分级计算机控制系统监督计算机控制系统（SCC）直接数字控制系统、

。

11．滚珠丝杆螺母副结构有两类：

外循环插管式内循环反向器式、。

12．应用于工业控制的计算机主要有单片机PLC总线工控等类型。

13．可编程控制器主要由、CPU存储器接口模块等其它辅助模块组成。

14．现在常用的总线工控制机有、STD总线工业控制机、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。

15．隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种变压器隔离光电隔离。

16．采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。

17．从控制角度讲，机电一体化可分为开环控制系统和闭环控制系统。

18．在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为：

.电压输出；电流输出；

频率输出三种形式。

19．多点接地：

优点：

互不干扰，缺点：

接线多复杂。

20．一般来说，伺服系统的基本组成为4.控制器、功率放大器、执行机构和

和检测装置等四大部分组成。

21．在SPWM变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是（三相）正弦波。

22．从电路上隔离干扰的三种常用方法是：

光电隔离，变压器隔离，继电器隔离。

23．开环步进电动机控制系统，主要由环形分配器、功率放大器和步进电动机等组成

24．

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.实现步进电动机通电

14.环形分配的三种常用方法是：

1）采用计算机软件分配器，2）小规模集成电路搭接的硬件分配器

，3）专用模块分配器。

25．产生电磁干扰必备的三个条件是：

．干扰源，传播途径，接受干扰对象。

26．干扰传播途径有二种方式：

1）传导耦合方式：

干扰信号能量以电压或电流的形式，通过金属导体传递。

2）幅射耦合方式：

干扰信号能量以电磁场的形式，通过空间感应传递。

27．指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式：

C，D；哪几种属于幅射耦合方式：

A，B，E。

A.静电干扰B.磁场干扰C.漏电干扰D.共阻抗感应干扰E.电磁辐射干扰。

28．磁场屏蔽---对高频交变磁场应采用铜和铝等导电性能好的金属材料作屏蔽体；对低频交变磁场应采用铁等高导磁率的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。

29．一点接地中：

1）串联接地：

优点：

最简单，缺点：

前后相互干扰，2）并联接地：

优点：

干扰小，缺点：

接线多，仅适用于复杂，低频电路。

30．对伺服系统的技术要求是系统精度、稳定性、响应特性、工作频率

。

31．机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：

静态设计、动态设计。

32．拟定机电一体化系统（产品）设计方案的方法通常有取代法  整体法

组合法。

33．接口的基本功能主要有变换、放大、耦合。

34．对直线导轨副的基本要求是导向精度高、耐磨性好、足够的刚度、对温度变化的不敏感性和平稳。

35．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理、

{摩擦小度大振性好隙小}、并满足小型、轻量等要求。

36．伺服系统的基本组成包括控制器、执行环节、检测装置和比较环节。

37．工作接地分为一点接地、多点接地。

38．STD总线的技术特点模块化设计系统组成修改和扩展方便和高可靠性。

三、判断题（下列判断正确的请打“√”，错误的打“×”。

）

（A）1．伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。

（B）2．电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。

如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。

（A）5．伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。

（A）6．变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。

（A）7．伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。

（A）8．感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。

（A）9．数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。

（A）10．FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。

（A）11．直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。

（A）13．D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。

（B）14．同步通信是以字符为传输信息单位。

（B）15．异步通信常用于并行通道。

（B）16．查询I/O方式常用于中断控制中。

17．串行通信可以分为以下四种方式：

（A）1）全双工方式；

（A）2）半双工方式；

（A）3）同步通信；

（A）4）异步通信。

四、单项选择题（下列每题有3~4个选项，其中只有一个是正确的，请将其代号填在横线空白处。

）

1．受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称（   B  ）

A、顺序控制系统  B、伺服系统    C、数控机床          D、工业机器人

2．齿轮传动的总等效惯量随传动级数（   A  ）

A、增加而减小   B、增加而增加   C、减小而减小         D、变化而不变

3．滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：

外循环插管式和（    D ）

A、内循环插管式                     B、外循环反向器式

C、内、外双循环                     D、内循环反向器式

4．某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是（    C ）

A、100mm    B、20mm           C、10mm               D、0.1mm

5．直流测速发电机输出的是与转速（ C    ）

A、成正比的交流电压                 B、成反比的交流电压

C、成正比的直流电压                 D、成反比的直流电压

6．电压跟随器的输出电压（   C  ）输入电压。

A、大于       B、大于等于           C、等于       D、小于

9．计算步进电动机转速的公式为（    C ）

A、

       B、Tsmcos

    C、

     D、180°-

10．一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（ B    ）。

A、增大             B、减小    C、不变             D、不定

12．连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的（     C）

使得它们同步协调到达目标点。

A、位置和加速度                    B、速度和加速度

C、位置和速度                      D、位置和方向

17.从反馈的角度区分，机电一体化系统可以分为（）

A、机械系统与电气系统B、开环系统与闭环系统

C、柔性系统与刚性系统D、模拟系统与数字系统

18.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称（ D）。

A、顺序控制系统B、 机器人系统   C、数控系统   D、伺服系统

19.下列选项中，与开环系统相比，闭环控制系统的优点是（）

A、不需要检测传感器B、系统结构简单C、抗干扰能力强D、易于维修

20.伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（）等五部分。

A、换向结构B、转换电路C、存储电路D、检测环节

21．一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（B）

A、产大B、减小C、不变D、不定

22．加速度传感器的基本力学模型是（A）

A、阻尼—质量系统B、弹簧—质量系统C、弹簧—阻尼系统D、弹簧系统

23．齿轮传动的总等效惯量与传动级数（C）

A、有关B、无关C、在一定级数内有关D、在一定级数内无关

24．顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用（C）

A、单片机B、2051C、PLCD、DSP

25．伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（D）等个五部分。

A、换向结构B、转换电路C、存储电路D、检测环节

26．检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和（B）。

A、控制电路B、转换电路C、调制电路D、逆变电路

27．以下可对异步电动机进行调速的方法是（B）。

A、改变电压的大小B、改变电动机的供电频率

C、改变电压的相位D、改变电动机转子绕组匝数

28．执行元件：

能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为（A）、液压式和气动式等。

A、电气式B、电磁式C、磁阻式D、机械式

29．步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（B）决定转角位移的一种伺服电动机。

A、脉冲的宽度B、脉冲的数量C、脉冲的相位D、脉冲的占空比

五、简答题

1．机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?

答：

应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

2．步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?

其中哪种电路适于永磁式步进电动机?

答：

主要有：

单极性驱动电路、双极性驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路、细分电路。

其中双极性驱动电路适于永磁式步进电动机。

3．步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么？

输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关?

答：

.

（1）参考脉冲序列。

              转速与参考脉冲频率成正比。

（2）输出轴  转向由转向电平决定。

              位置由参考脉冲数决定。

4．什么是PLC的扫描工作制？

答：

.PLC的扫描工作制，即检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令。

重复进行。

5．滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？

如何处理？

答：

答。

如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形则当螺杆反向转动时将产生空回误差。

为了消除空回误差在螺杆上装配两个螺母1和2调整两个螺母的轴向位置使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面使其产生一定的变形从而消除了轴向间隙也提高了轴向刚度。

常用的调整预紧方法有下列三种。

垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式

6．机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？

答：

1能保护系统元件不受高共模电压的损害防止高压对低压信号系统的损坏。

2泄漏电流低对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。

3共模抑制比高能对直流和低频信号（电压或电流）进行准确、安全的测量

7．简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。

答：

一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电绕组两头端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；

另一种是励磁磁场控制即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场的强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。

8．在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？

答：

数据信息、状态信息和控制信息

9．数据信息可分为哪几种？

答：

1）数字量

（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量

10．DAC0832有哪三种输入工作方式？

有哪二种输出工作方式？

答：

（1）直通方式

（2）单缓冲方式（3）双缓冲方式

（1）单极性输出

（2）双极性输出

11．试简述采样/保持器原理。

答：

采样/保持由存储电容C，模拟开关S等组成，如图所示。

当S接通时，输出信号跟踪输入信号，称采样阶段。

当S断开时，电容C二端一直保持断开的电压，称保持阶段。

由此

构成一个简单采样/保持器。

实际上为使采样/保持器具有足够的精度，一般在输入级和输出级均采用缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗。

在电容选择时，使其大小适宜，以保证其时间常数适中，并选用漏泄小的电

12．工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？

答：

.工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。

根据机电一体化系统的大小和控制参数的复杂程度，选用不同的微型计算机。

单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。

对于数据处理量大的系统，则往往采用基于各类总线结构的工控机，如STD总线工控机、IBM-PC总线工控机、Multibus工控机等。

对于多层次、复杂的机电一体化系统，则要采用分级分步式控制系统，在这种控制系统中，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。

六、计算题

1．已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200,刚轮齿数

Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。

如图

试求：

（1）刚轮固定时柔轮的转速n1;

（2）柔轮固定时刚轮的转速n2。

解：

（1）刚轮固定时：

n1=-

（2）柔轮固定时

2．已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。

若电位器的总电阻R=2kΩ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压Vi=12V，负载电阻为RL。

（1）已测得输出电压Vo=5.8V，求RL。

（2）试计算此时的测量误差。

解：

.V0=

（1）当V01=5.8时，5.8=

5.8=

（２）空载时ＲＬ＝

　　设测量出5.8Ｖ输出电压时的测量误差

　　则

3．三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。

（1）要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?

（2）要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?

解：

.

（1）

即

（2）

单拍制

即：

f=

七、简单应用题

1．已知一阶低通有源滤波器电路如图所示。

要求：

（1）一阶低通滤波器现存在什么弱点?

（2）将其改进为二阶低通滤波器，画出电路图；

（3）画出二阶低通的幅频特性示意图。

解：

（1）一阶低通滤波器存在过渡区域衰减缓慢的弱点。

2）二阶低通有源滤波器电路图

（3）低通滤波幅频率特性示意图。

2．三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。

（1）该电动机为几极，空载转差率是多少?

（2）堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?

3）空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?

解：

．

（1）

即该电动机为四级

空载时转差率为：

S=

（2）堵转时：

S＝１

定子绕组电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率f2=Sf1=50Hz

（1）空载时：

定子绕阻电势频率f1＝50Hz,转子绕组电势频率：

　　f2=