机电一体化技术习题与答案汇编.docx

机电一体化技术习题与答案汇编.docx

《机电一体化技术习题与答案汇编.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化技术习题与答案汇编.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机电一体化技术习题与答案汇编

第一部分

1、什么是机电一体化？

机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

2、什么是机电一体化的变参数设计？

在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。

例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。

3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。

传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。

机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。

机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

4、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。

机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。

其技术组成包括：

机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。

现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。

5、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？

机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：

机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。

我们将这些部分归纳为：

结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。

6、试简述机电一体化系统的设计方法。

机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。

7、机电一体化系统（产品）开发的类型。

机电一体化系统（产品）开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。

8、机电一体化的智能化趋势体现在哪些方面。

（1）诊断过程的智能化、

（2）人一机接口的智能化、（3）自动编程的智能化、（4）加工过程的智能化

9、机电一体化的发展趋势体现在哪些方面。

高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展

10、机电一体化系统中的接口的作用。

接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等

11、为什么说机电一体化技术是其它技术发展的基础？

举例说明。

机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展，可以预料，随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到更加蓬勃的发展。

12、试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别。

机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以计算机为手段，其设计步骤通常如下：

设计预测一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→创造设计一→选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）一→机电一体化系统设计质量的综合评价

13、试简述机电一体化技术与并行工程的区别。

机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。

而并行工程是将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。

14、机电一体化技术与自动控制技术的区别。

自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。

机电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。

它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

15、试分析家用洗衣机脱水系统的工作原理，如何体现机电一体化技术的。

16、机电一体化技术与计算机应用技术的区别。

机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。

计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图象处理等广泛应用。

机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。

17、试简述机电一体化系统的设计步骤。

计步骤通常如下：

设计预测一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→创造设计一→选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）一→机电一体化系统设计质量的综合评价。

18、试分析机电一体化技术在打印机中的应用。

打印机是典型的光机电一体化产品，材料、电子、光学、机械等领域的新技术都会很快地反映在打印机产品中，并推动打印机向自动化、人性化、多样化及更好地满足用户多种需求的方向发展。

平推式走纸通道技术减少了由于纸张弯曲、卡纸造成的打印偏差，也使打印存折等复杂介质成为可能；平推式走纸还使纸张的进退纸速度加快，提高了柜台业务处理速度；而利用传感器判断纸张边界的纸张定位技术使打印内容的定位更加准确，使用户只需将纸张放入打印机即可，不必再调整纸张进纸位置——这些技术促进了平推式票据打印机的发展。

引入LCD显示技术使打印机面板不再单调，液晶屏可以显示打印机状态、版本信息等内容，便于进行参数设置，使人机交流更加轻松，操作更加简单；Flash下载技术使打印机可以直接通过主机下载升级程序，改变了以往需要专业工程师拆机更换芯片的麻烦，升级更加方便、快捷，甚至用户都可以自己动手过一把“下载升级”的瘾；一些打印机厂商还根据用户的需要开发出了双用户模式，使打印机可以同时使用串口和并口进行打印，达到一机多用、一机多联的功能；部分高档的存折打印机还配备有磁条读写模块，使打印机不仅能够打印，还具有自动读取存折磁条信息的功能——存折进入打印机后，读写磁条信息、打印存折内容一气呵成，使柜台打印业务处理更高效，且保密性更好。

借助磁码打印技术（需特殊色带和打印装置）可使打印输出既具有可读性，又具有防伪、机读等特性，加强了系统的安全性、保密性、高效性。

安装了网卡的打印机可以实现多机共享、远程控制、远程管理、远程诊断功能；安装了无线网卡就可实现无线操作；再加上自动翻页装置就可实现自助补登功能。

安装了扫描头的打印机可以同时进行扫描工作，使打印机具有了输入设备的功能，而配备IC卡读写器的打印机还可以同时进行IC卡的读写工作，这就大大节省了柜台的宝贵空间。

19、如何保证机电一体化系统的高性能？

高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。

20、列举各行业机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。

见题15、18题

第二部分

1、如何保证机电一体化系统具有良好的伺服特性？

在系统设计时，应综合考其性能指标，阻尼比一般取0.5<<0.8的欠阻尼系统，既能保证振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。

设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性和快速响应性。

机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料——金属滑动导轨、滚动导轨、滚珠丝杠、静、动压导轨；静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润滑。

转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态响应都有影响。

惯量大，系统的机械常数大，响应慢。

惯量大，值将减小，从而使系统的振荡增强，稳定性下降；惯量大，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度。

惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利。

因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。

应尽量减小或消除间隙，目前在机电一体化系统中，广泛采取各种机械消隙机构来消除齿轮副、螺旋副等传动副的间隙。

2、机电一体化对机械系统的基本要求是什么？

机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。

3、机电一体化机械系统的三大主要机构是什么？

（1）传动机构、

（2）导向机构、（3）执行机构

4机械一体化系统中伺服机构的作用是什么？

伺服控制系统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、速度及动力输出的自动控制系统。

机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机构变换实现对输出的速度调节。

在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。

由于机电一体化系统对快速响应指标要求很高，因此机电一体化系统中的机械传动装置不仅仅是解决伺服电机与负载间的力矩匹配问题。

而更重要的是为了提高系统的伺服性能。

为了提高机械系统的伺服性能，要求机械传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性好、间隙小，并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求。

5、如何进行转动惯量的折算。

传动装置总传动比i的最佳值就是JL换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量Jm，在传动装置设计完以后，在动态设计时，通常将传动装置的转动惯量归算为负载折算到电机轴上，并与实际负载一同考虑进行电机响应速度验算。

6、如何理解质量最小原则。

质量方面的限制常常是伺服系统设计应考虑的重要问题，特别是用于航空、航天的传动装置，按“质量最小”的原则来确定各级传动比就显得十分必要。

7、传动间隙对系统性能的影响有哪些？

（1）、闭环之外的齿轮G1、G4的齿隙，对系统稳定性无影响，但影响伺服精度。

由于齿隙的存在，在传动装置逆运行时造成回程误差，使输出轴与输入轴之间呈非线性关系，输出滞后于输入，影响系统的精度。

（2）、闭环之内传递动力的齿轮G2的齿隙，对系统静态精度无影响，这是因为控制系统有自动校正作用。

又由于齿轮副的啮合间隙会造成传动死区，若闭环系统的稳定裕度较小，则会使系统产生自激振荡，因此闭环之内动力传递齿轮的齿隙对系统的稳定性有影响。

（3）、反馈回路上数据传递齿轮G3的齿隙既影响稳定性，又影响精度

8、试述机械性能参数对系统性能的影响。

（1）阻尼的影响、

（2）摩擦的影响、（3）弹性变形的影响（4）惯量的影响

9、试述齿轮传动的总等效惯量与传动级数之间的关系。

无论传递的功率大小如何，按“转动惯量最小”原则来分配，从高速级到低速级的各级传动比总是逐级增加的，而且级数越多，总等效惯量越小。

但级数增加到一定数量后，总等效惯量的减少并不明显，而从结构紧凑、传动精度和经济性等方面考虑，级数不能太多

10、传递函数在系统分析设计中的作用。

用一个函数（输出波形的拉普拉斯变换与输入波形的拉普拉斯变换之比）来表示的,称为传递函数。

在控制工程中，直接求解系统微分方程是研究分析系统的基本方法。

系统方程的解就是系统的输出响应，通过方程的表达式，可以分析系统的动态特性，可以绘出输出响应曲线，直观地反映系统的动态过程对于线性定常系统，传递函数是常用的一种数学模型，它是在拉氏变换的基础

上建立的。

用传递函数描述系统可以免去求解微分方的麻烦，间接地分析系统结构及参数与系统性能的关系，并且可以根据传递函数在复平面上的形状直接判断系统的动态性能，找出改善系统品质的方法。

因此，传递函数是经典控制理