中国农业大学《机电一体化》复习大纲.docx

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中国农业大学《机电一体化》复习大纲

《机电一体化技术》复习大纲

1、机电一体化的定义及目的

机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机技术交叉、融合而形成的综合性高技术，是机械与电子结合的产物。

目的：

是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。

3、机电一体化系统的基本结构要素及各部分的作用。

机械装置：

实现某种运动的机构执行机构：

驱动机构运动的部分

动力部分：

为执行机构提供能量传感器：

检测各种参数及状态

计算机：

运动控制的计算判断

6、机电一体化系统中的机械传动装置有哪几种？

各自的特点及应用？

1、齿轮传动

特点：

工作可靠、传动比恒定、结构紧凑、强度大、能承受重载、摩擦力小、效率低。

应用：

直尺轮用于平行轴之间的传动，斜齿轮用于高速、重载、要求噪声低的场合，涡轮副用于传递空间垂直交错轴之间的回转运动，齿轮齿条用在将旋转运动转换成直线的场合。

2、带传动

特点：

传动比准确、传动效率高，工作平稳，结构紧凑，能够高速传动，

3、谐波齿轮传动

特点：

传动比大，承载能力大，传动精度高，传动平稳基本上无冲压震动、传动效率高，结构简单，体积小，质量小。

应用：

在航空航天、工业机器人、机床、汽车等机电一体化系统中广泛应用。

4、螺纹传动

特点，方便简单。

应用：

机械手上。

5、滚珠丝杠传动

特点：

以传动摩擦螺旋代替滑动摩擦、摩擦阻力小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高。

应用：

广泛的应用于机器人、数控机床、精密机械等机电一体化产品中。

7、将旋转运动转化为直线运动的传递装置有哪些？

各自的特点？

齿轮齿条

8、简述滚珠丝杠副传动的优缺点，举一个采用滚珠丝杠副传动的机电一体化机构实例。

优点：

1、摩擦损失小、传动效率高，90%以上；

2、运动具有可逆性，不自锁；

3、传动精度高、磨损小、寿命长。

缺点：

1、结构复杂、制造困难；

2、有些机构为防止逆转需加自锁机构。

事例：

1、轮系机构

2、工件自动装卸装置

3、电梯机械结构

4、其他实例

9、简述链条传动和同步带传动各自的特点和应用场合。

链条传动

主要用于低速大转矩的传动，实现同步运转与同步带相比，由于采用金属机构，寿命较长，价格便宜，可布置在较小的空间内，长距离传动时易产生松弛，必须采用张紧机构。

应用应用：

广泛应用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中

同步带传动

完全由齿形啮合来传动，能实现同步运转，适用于轴间距较大的轻载传动，不需张紧机构、噪声小、不需润滑，造价高。

10、工控机（控制器）

在工业环境中使用的计算机控制系统，除去被控对象、检测仪表和执行机构外，其余部分称“工业控制计算机”，简称“工业控制机”或“工控机”。

11、工控机（控制器）的功能

1、处理来自检测传感装置的输入

2、把处理结果输出到执行机构

3、控制生产过程

4、对生产进行监督、管理

12、工控机的组成。

简述工控机各组成部分的功能。

（1）计算机基本系统

主机：

由CPU和存储器组成，是控制系统的核心。

主机根据输入设备送来的实时反映测控对象工作状况的各种信息以及预定的控制算法，自动地进行信息处理和运算，及时地选定相应的控制策略，通过输出设备向测控对象发送控制命令。

外围设备：

输入/出、外存储器、通信设备。

输入设备用来输入程序、数据和操作命令；输出设备以曲线、图形等反映过程工况和控制信息；外存储器用来存放程序和数据；通信设备能实现多个不同控制系统之间信息交换

（2）过程I/O子系统

实现计算机与过程对象之间的信息传递，包括过程输入设备和过程输出设备。

过程输入设备：

由信号预处理、A/D接口、开关量输入接口等组成，把反映过程状况的各种物理量转换成数字量信号和开关量信号

过程输出设备：

由信号转换、D/A接口、开关量接口等组成，把主机输出的二进制信息转换为控制执行机构的相应信号。

13、工控机可分为哪几种典型的类型？

各自的特点及应用场合？

（1）可编程控制器（PLC）

PLC是以微处理器为主的工业控制器，以顺序控制为特长。

工作可靠、功能强、编程简单、抗干扰能力强、与现场信号直接连接，一般用于大规模的工业控制现场。

（2）总线式工业控制机

总线式工程控制机依赖某种特殊的总线，采用开放式总线结构，各种I/O功能模块可直接插在总线槽上，可按控制系统的要求配置在想应的模块，便于实现最小系统。

应用于一般工业现场控制。

（3）分布式计算机控制系统

利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制，是由计算机技术、信息处理技术、检测技术、控制技术、通信技术和人机接口技术相互渗透而产生的新型工业计算机控制系统。

广泛应用于大型工业生产过程控制及监测系统中

（4）单片微型计算机

将CPU、RAM、ROM、定时/计数、多功能I/O（并行、串行、A/D）、通讯控制器，甚至图形控制器、高级语言、操作系统等都集成在一块芯片上。

应用：

广泛应用于工业测控领域。

14、通常所说总线指的是哪几种总线？

简述各自的功能。

地址总线（addressbus）：

是由CPU输出的一组信号线。

这组信号线用来指定存放在存储器内的数据或程序的存放位置（单元地址），或者从多个输入输出设备中指定某个特定设备的位置（端口地址）。

数据总线（databus）：

是当CPU与存储器或与输入输出设备进行数据交换时，用于实际传输数据的一组信号线。

信号线的根数，决定了该计算机一次能处理的数据量。

不同计算机，数据总线宽度不同，4/8/16/32/64等。

计算机数据线越宽，一次能处理的数据量就越多。

控制总线（controlbus）：

用来指示数据总线上的数据传送方向和传输时序的信号线。

15、简述51系列单片机的总线构成

专用数据总线：

P0口，D7-D0

没有专用地址总线：

P0口采用总线复用技术。

P2口，地址总线高8位，A15-A8.

P0口，地址总线低7位，A7-A0.

16、如何建立机电一体化系统的控制器开发平台？

（搭建单片机开发平台？

）

17、如何在Keil51编译环境中建立工程，编译程序？

18、AT89C51的最小应用系统包括哪些部分？

单片机、时钟电路、复位电路和电源电路

19、电路如图所示，编写程序

（1）使AT89C51的P1口上连接的8个发光二极管依次顺序点亮，循环进行。

（2）使AT89C51的P1口上连接的8个发光二极管同时亮－延时－同时灭，循环进行。

（3）使AT89C51的P1口上连接的8个发光二极管每两个依次顺序点亮，循环进行。

（4）使AT89C51的P1口上连接的8个发光二极管每隔一个依次点亮，即点亮顺序为1、3、5、7、2、4、6、8，循环进行。

（5）使AT89C51的P1口上连接的8个发光二极管从中间到两边依次点亮，即点亮顺序为4和5；3和6；2和7；1和8，循环进行。

20、机电一体化系统中常用的执行装置

电动执行装置：

直流电机、步进电机、伺服电机等。

启动执行装置：

启动马达、直动汽缸，气爪等。

液压元件：

液压缸、液压马达等。

21、直流电机的特性（直流电机是把直流电能转换为机械能的电机。

其特点：

调速方便，调速范围宽，低速性能好（启动转矩大，启动电流小），运行平稳，转矩和转速容易控制。

）

22、步进电机的特性（一种将输入脉冲信号转换成相应角位移的旋转电机，可以实现高精度的角度控制。

其特点：

控制为全数字化，容易控制。

）

23、电路如图所示，编程使三个电机按如下方式运转：

（1）正转——快速停止——反转——停止；

（2）反转——快速停止——正转——快速停止，循环进行。

24、电路如图所示，编程使两个电机按如下方式运转：

首先电机A正转，电机B反转，当检测到接触式传感器的信号（变低）后，电机A、B快速停止，然后，电机A反转，电机B正转。

25、电路如图所示，编程循环显示1~F（1234）。

25、电路如图所示，写出各器件所对应的地址空间。

26、电路如图，编程使打印机输出字符串“WELCOME”（并驱动电机）。

（注：

打印机忙时BUSY=1,STB上负跳变时数据被打入）

27、电路如图所示，编写向打印机输出字符串“WELCOME”的程序，同时通过传感器检测信号驱动电机运行。

（注：

打印机忙时BUSY=1,STB上负跳变时数据被打入。

）

28、电路如图所示，将传感器采集数据打印出来

29、电路如图所示，根据传感器采集数据控制电机

30、自行设计一个农业工程中的机电一体化系统（或举一机电一体化工程应用实例），要求具有机械部分、控制部分、检测传感装置和执行机构，并说明系统工作原理。