机电一体化技术 课程期末考试复习.docx

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机电一体化技术课程期末考试复习

机电一体化技术课程期末考试复习

一、说明

1、考试范围：

本学期课堂教学内容

2、试卷题型：

填空、单/多选、概念、简答、计算

二、基本内容

1.机电一体化与传统机电及自动控制技术的区别。

传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现，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，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。

传统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。

机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，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。

2.一个较完善的机电一体化系统的基本构成要素。

基本要素：

机械本体、动力部分、传感检测部分、执行机构、驱动部分、控制与信息处理单元、接口。

例：

3.机械系统数学模型

机械移动系统

动力滑台铣平面

系统力学模型

运动方程

传递函数

m-质量k-刚度c-粘性阻尼系数

4.传感器的基本特性

传感器特性：

描述传感器输出与输入关系特性。

静态特性：

当输入量为常量，或变化缓慢时的输出与输入之间的关系。

动态特性：

当输入量随时间较快变化时的输出与输入之间的关系。

衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞性和重复性。

5.电气控制系统中功率放大器按功能的分类

（1）AC/DC变流器——把交流变换成固定的或可调的直流电（整流器）；

（2）DC/AC变流器——把固定的直流电变成固定或可调的交流电（逆变器）；

（3）AC/AC变流器——把固定的交流电变成可调的交流电（包括改变频率或电压）；

（4）DC/DC变流器——把固定的直流电变成可调的直流电（斩波器）。

6.伺服控制系统

例：

开环伺服系统采用步进电机，电机有40个齿，当采用三相六拍工作方式时，丝杠导程为5毫米。

求：

（1）步进电机的步距角（度）；

（2）当脉冲频率为50Hz时，步进电机的输出转速n（转/分）；

（3）螺母带动的工作台的平稳运行速度v。

v=pXn=转速X导程（m/S）

7.机械传动系统

识别机械零件

例子：

1）如图所示，已知：

z1=48，z2=48，z2’=18，z3=24，n1=250r/min，n3=100r/min，转向如图。

试求nH的大小和方向。

提示：

2）设计一带式运输机单级圆柱齿轮减速器中的直齿圆柱齿轮传动，如图所示。

已知Z1=22，d1=44mm，n1=1440r/min，i=4.6，单向运转，载荷平稳。

求：

（1）齿数Z2

（2）模数m

（3）分度圆直径（4）中心距

解：

（1）齿数Z2

Z2=Z1Xi=22X4.6=101.2，

取Z2=101

（2）模数m

（3）分度圆直径

d1=mz1=2X22=44mm

d2=mz2=2X101=202mm

（4）中心距

3）设计驱动带式运输机的普通V带传动。

已知电动机的额定功率P=5.5kW，转速

，小带轮直径

，工作情况系数

＝1.2，要求从动轮转速

，两班制工作，传动带水平布置。

计算功率

、从动轮直径

、带速

。

解：

（1）确定计算功率

由工作情况系数

＝1.2

故

（2）确定从动轮直径

计算从动轮直径

（3）带速

4）一个多缸往复式压气机，选用滚子链传动，水平布置，不设张紧轮。

电动机转速

，压气机转速

，电动机额定功率

，小链轮齿数

，节距

，传动中心距不超过650mm，中心距可以调节（水平布置）。

计算链轮齿数

、链速

、分度圆直径。

解：

（1）链轮齿数

传动比

大链轮齿数

取

。

（2）链速

由表4-17知，链速合适；按图4-24，传动采用油浴润滑。

（3）分度圆直径

三、基础知识

1.机器是执行机械运动的一种装置，能实现物料、能量和信息的传递和转换。

2.机电一体化产品的动力与驱动部分的主要功能是提供动力、传递运动、传递

动力。

3.机电一体化系统的执行部分将输入的各种形式的能量转变为机械能。

4.机电一体化的高性能化一般包含高速化、高精度、高效率、高可靠性。

5.机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。

6.机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、位置控制、最优控制、

自适应控制、智能控制。

7.机电一体化系统设计的主要内容包括系统原理方案设计、结构方案的设计、总体布局与环境设计、技术参数与技术指标确定、总体方案评价与决策。

8.影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的影响因素有负载的变化、传动链惯性、传动链固有频率、间隙、摩擦、润滑和温升、速度大小。

9.接口的作用是将各要素或子系统连接成为一个有机整体，使各个功能环节有

目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。

10.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称伺服系统。

11.齿轮传动的总等效惯量随传动级数增加而减小。

12.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：

外循环插管式和内循环插管式。

13.采用负载角加速度最大原则是选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。

14.密珠轴承是一种新型的滚动摩擦支撑，它有内、外和密集于二者之间并具有

过盈配合的钢珠组成。

15.线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率。

16.电容传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。

17.直流测速发电机输出的是与转速成正比的直流电压。

18.两物体接触面间的摩擦力在应用上可简化为粘性摩擦力、库仑摩擦力、静摩擦力。

19.回转运动支承主要由滚动轴承、动压轴承、静压轴承、磁轴承等支承元件承

担。

20.按作用原理分，传感器包括应变式、电容式、压电式、热电式。

21.衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞性、重复性。

22.一般来说，伺服系统的基本组成包含控制器、功率放大器、执行机构、检测装置。

23.对机电一体化产品的一种认识是“在机械产品的基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品，其核心是“机电一体化产品必须是由计算机控制的伺服系统”。

24.机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。

25.现代机械的机电一体化目标是综合利用机、电、信息和控制等各种相关技术的优势，扬长避短，以达到系统优化效果，取得显著地社会效益和技术经济效益。

26.机械移动系统的基本元件是质量、阻尼器和弹簧，建立机械移动系统数学模型的基本原理是牛顿第二定律。

27.转动惯量（MomentofInertia）是刚体绕轴转动时惯性（回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性）的量度，用字母I或J表示。

其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。

28.传感器的分类通常有两种：

一种是以被测参量来分，另一种是以传感器的工作原理来分。

29.传感器的输入—输出特性即是传感器的基本特性，由于输入信息的状态不同，传感器所表现的基本特性也不同，存在所谓的静态特性和动态特性。

30.伺服控制是在控制指令的指挥下，控制驱动单元，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动，主要用于机械设备位置和速度的动态控制。

31.电感式传感器是一种把微小位移变化量转变成电感变化量的位移传感器。

32.光电编码器根据结构可分为增量式和绝对式。

33.在采用正弦输入研究传感器频域动态特性时，常用幅频特性和相频特性来描述传感器的动态特性。

34.热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的热电阻效应，热电偶温度传感器的工作原理是基于物体的热电效应。

35.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。

36.机电控制系统的机械装置主要包括传动机构、导向机构和执行器三个部分。

37.工业控制机系统组成：

计算机基本系统、过程输入/输出（I/O）系统。

38.伺服传动技术、传感器、工业控制计算机、工业机器人（国标）、隔离放大器的概念。

39.光电式绝对编码器的优缺点。

优点：

1）直接把被测转角或角位移转换成唯一对应的代码，无需记忆，无需参考点，无需计数；

2）在电源切断后位置信息也不会丢失，而且指示没有累积误差；

3）大大提高了编码器的抗干扰能力和数据的可靠性；

4）无磨损，码盘寿命长，精度保持性好。

缺点：

1）结构复杂，价格高，码盘基片为玻璃，抗冲击和振动能力差；

2）随着分辨率的提高信号引出线较多

40.简述伺服电机的概念、分类及特点。

伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。

伺服电动机可分为交流伺服电动机和直流伺服电动机。

在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信号输入，它就停止转动。

改变控制电压的大小和相位（或极性）就可改变伺服电动机的转速和转向。

伺服电机与普通电机相比具有如下特点：

（1）调速范围宽广。

伺服电动机的转速随着控制电压改变，能在宽广的范围内连续调节。

（2）转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。

（3）控制功率小，过载能力强，可靠性好。

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