华东交通大学机电一体化期末考试重点.docx

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华东交通大学机电一体化期末考试重点

1.机电一体化系统的概念，尤其是其英文概念

机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

Mechatronics是mechanics（机械学）与electronics（电子学）。

2、分析了它的五大构成要素和五大功能。

要素：

机械系统（机构）

信息处理系统（计算机）

动力系统（动力源）

传感检测系统（传感器）

执行元件系统（电动机）

功能:

主功能：

  实现系统“目的功能”必需的功能。

动力功能：

向系统提供动力、让系统得以运转的功能。

计测功能：

对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处理的功能。

控制功能：

对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施 “目的功能”。

构造功能 ：

使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能 

控制器【控制（信息存储、处理、传送）】2.检测传感器【计测（信息收集与交换）】3.执行元件【驱动（操作）】4动力源【提供动力（能量）】5.机构【构造】                 

3、各要素之间通过接口进行联结，不同的分类有不同的接口。

（1）根据接口的变换、调整功能。

零接口

无源接口

有源接口

智能接口

（2）根据接口的输入/输出功能

机械接口

物理接口

信息接口

环境接口

4.机电一体化设计与现代设计方法（6种）

计算机辅助设计与并行工程

虚拟产品设计

快速响应设计

绿色设计

反求设计

网络合作设计

5.滚珠丝杠副（丝杆螺母）轴向间隙调整预紧的方法

双螺母螺纹预紧调整式

双螺母齿差预紧调整式

双螺母垫片预紧调整式

弹簧式自动预紧调整式

单螺母变位导程预紧式与单螺母滚珠过盈预紧式

6.滚珠丝杆副中滚珠的循环方式有哪些？

内循环和外循环

  内循环的优点：

滚珠循环的回路矩，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸较小，其不足是反向器加工困难，装配调整也不方便———反向器式 P27

 外循环：

1）螺旋槽式 2）插管式：

结构简单，容易制造但是径向尺寸较大，弯管端部用做挡珠器比较容易磨损。

3）端盖式

7.滚珠丝杠副的支撑方式有哪些？

1）单推—单推式：

特点：

轴向刚度高，预拉伸安装时预紧力较大，但寿命比双推—双推式低

2）双推—双推式：

适合于高刚度，高转速，高精度的精密丝杠传动系统

3）双推—简支式：

双推端可预伸拉安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速，传动精度 的长丝杠传动系统

4）双推—自由式：

轴的刚度和承载能力低，多用于轻载，低速的垂直安装的丝杠传动系统

8.滚珠丝杆副的选择要包含哪些计算？

P38

承载能力选择

压杆稳定性核算

刚度的验算

8.谐波齿轮传动—工作原理、组成、减速比的计算。

P42

工作原理：

依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动的。

组成：

波发生器（主动件）、刚轮、柔轮

9.齿轮传动间隙的调整方法

圆柱齿轮传动：

偏心套（轴）调整法

轴向垫片调整法

双片薄齿轮错齿调整法

斜齿轮传动—垫片调整和轴向压簧错齿调整

10.列取哪些是挠性传动部件？

哪些是间歇传动部件？

了解其工作原理

挠性传动部件：

同步带传动、钢带传动、绳轮传动

工作原理：

主动轮回转时，依靠挠性传动部件把运动和力传递给从动件。

间歇传动部件：

棘轮传动机构、槽轮传动机构、蜗形凸轮传动机构

工作原理：

将原动机构的连续运动转换为间歇运动。

11.导轨副的组成、种类及其应满足的要求，爬行现象。

组成：

承导件、运动件

种类

按其接触面的摩擦性质分为：

滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨

按其结构特点分为：

开式导轨、闭式导轨

应满足的基本要求：

导向精度好、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小和结构工艺好。

爬行现象：

在低速运行时往往不是作连续的匀速运动，而是时走时停。

主要原因：

摩擦系数随运动速度变化和传动系统的刚性不足。

12.常用的导轨副间隙调整方法有压板和镶条。

导轨副的截面形状及其特点:

三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨

导轨副的组合形式：

双三角

矩形和矩形组合

三角形和矩形组合

三角形和平面组合

燕尾形导轨及其组合

13.计算典型传动机构的总转动惯量？

（见PPT）

14.控制用电机的基本要求、种类、特点P96

基本要求

性能密度大

快速性好，即加速转矩大，频响特性好

位置控制精度高，调速范围宽，低速运行平稳无爬行现象，分辨力高，振动噪声小

适应启、停频繁的工作要求

可靠性高、寿命长

种类、特点

DC伺服电机

a）高响应特性

b）高功率密度

c）可实现高精度数字控制

d）接触换向部件需要维护

晶体管式无刷直流伺服电机

a）无需换向部件

b）需要磁极位置检测器

c）具有DC伺服电机的全部优点

AC伺服电机

a）对定于电流的激励分量和转矩分量分别控制

b）具有DC伺服电机的全部优点

步进电机

a）转角和控制脉冲数成比例，可构成直流数字控制

b）有定位转矩

c）可构成廉价的开环控制系统

15.步进电机的类型：

变磁阻型，永磁型，混合型

16.掌握步进电机的工作原理

-步进电机环形脉冲分配方式（例如，步进电机为三项，分别是A、B、C，写出其三相单三拍、三相双三拍、三相六拍的环形分配方式。

）

三相单三拍：

A-B-C-A-B-……..

三相双三拍：

AB-BC-CA-AB-……

三相六拍：

A-AB-B-BC-C-CA-A-….

-步距角的计算（非常重要！

）

步距角＝360°／（zm）

式中：

z-转子齿数；m-运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即m=KN（N为电动机的相数，单拍时K＝1，双拍时K＝2）。

17.步进电机的驱动电源由脉冲分配器、功率放大器组成。

18.步进电机功率放大器有哪些？

P117

步进电机所使用的功率放大电路有电压型和电流型。

电压型又有单电压型、双电压型（高低压型）。

电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。

19、直流伺服电机的驱动——脉宽调制直流调速驱动系统的原理

直流电机PWM调速也称脉宽调速，串联并与电流相连，功率晶体管在直流电源，通过控制关断和接通占空比可调节直流电机转速。

当输入一个直流控制电压U时，就可得到一定宽度与U成比例的脉冲方波给伺服电机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压，从而得到不同大小的电压值Ua,使直流电机平滑调速。

20.PLC的定义？

可编程逻辑控制器

PLC是一种专用工业控制计算机系统，在硬件上它能与执行机构”直接”连接，在软件上提供了更直接的适用于控制要求的用户编程语言。

21PLC的分类、特点、基本组成、内部器件、工作方式与运行框图、工作的全过程、工作原理，输出电路类型有哪几种？

（不全考，但是肯定会考其中2-3个点）

PLC的基本组成：

CPU模块、输入／输出模块、编程器

特点：

程序可变、抗干扰能力强、可靠性高、功能强、体积小、特别是易于编程、操作方便、便于维修、价格低廉。

内部器件:

PLC的内部器件实际上是PLC用户功能存储器中的一些内存单元。

工作方式:

采用“不断循环、顺序扫描”工作方式

CPU从第一条指令开始顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束之处。

然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。

PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环。

执行用户程序时，需要各种现场信息，这些现场信息已接至PLC的输入端。

PLC采集现场信息（采集输入信号）有两种方式：

（1）定时采集成批传送方式：

一般在扫描周期的开始或结束将所有输入信号（输入部件的通、断状态）采集并存放在功能存储器的某一区域，一般称为“输入状态表“即记忆输入模块输入状态的存储器。

执行用户程序所需输入状态都在输入状态表中取用，而不直接到输入模块去取用。

（2）直接传送方式：

执行“直接输入指令”时,随程序的执行，需要哪一个输入信息就直接从输入模块取用这个输入状态。

此时输入状态表内容不变化，要到下次定时采集时才变化。

工作的全过程:

读取现场信息

执行用户程序

输出控制信号

输出电路类型

继电器输出型

可控硅（SCR）和固态继电器（SSR）输出型

晶体管输出型

22.光电隔离电路的应用

采用光电耦合器可以将微机与前向、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。

为了减少通道及电源的干扰，V/f转换器的频率输出可采用光电耦合隔离

23.光栅位移传感器工作原理，根据光栅指标及计数脉冲数计算位移

在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角，这是在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹，称为莫尔条纹。

当主光栅水平方向正反移动时，莫尔条纹上下移动，借助莫尔条纹对栅距的放大作用，摩尔条纹距离为L，光敏元件将莫尔条纹转换为脉冲信号，每移动一个栅距，即产生一个脉冲信号。

光栅莫尔条纹的特点是起放大作用，用W表示条纹宽度（mm）,P表示栅距（mm），a表示光栅条纹间的夹角，W=P/a

24.掌握传感器的倍频计数

25.编码器的种类？

工作原理？

其数字测速的计算方法（M法和T法）

轴式和套式

编码器输出的代码信息是位置或位移，位置是指规定坐标中的坐标值，即到固定原点的距离（或角度），也可以称为绝对位置。

位移指的是被测对象从任一位置到另一不同位置所移动的距离（或角度）。

输出绝对位置的编码器为绝对值型编码器.而输出位移量的编码器叫增量型编码器。

27.系统的时间相应性能参数（指标）有哪些？

并了解各个参数的意义

28.掌握PID控制器P251

29.伺服系统要求及分类。

区分伺服系统的开环、闭环、半闭环

要求：

精度高、响应快、调速范围宽、负载特性硬

按有无位置检测和反馈分类：

开环、闭环

开环：

没有位置反馈系统，驱动元件：

步进电机

闭环:

基于反馈控制原理进行工作的。

驱动元件：

直流或交流伺服电机

位置检测元件的安装部位不同，又分为全闭环（位置检测元件安装在机床工作台或刀架上）和半闭环（安装在电动机轴上，用以精确控制电动机的角位移量）

30.什么是产品的可靠性？

保证机电一体化系统（产品）可靠性的方法有哪些？

简要说明

可靠性，是指“产品（或系统）在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力

（1）提高系统（产品）的设计和制造质量（在保证系统（产品）可靠性的方法中，提高系统（产品）的设计和制造质量是最根本的方法，它的作用是消除故障于发生之前或者降低故障率）

（2）冗余技术（隐蔽法）

（3）诊断技术（暴露法）

31.机电系统的干扰源有哪些？

传导型，通过各种线路传入控制器。

包括供电干扰、强电干扰、接地干扰

辐射型，通过空间感应进入控制器。

包括电磁干扰、静电干扰

33.抑制电磁干扰的方法？

屏蔽、隔离、滤波、接地合理布局和软件抗干扰技术

利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来而割断或消弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输

32.机电一体化系统的设计包括稳态设计和动态设计，哪些属于稳态设计计算？

哪些属于动态设计计算？

答：

稳态设计：

系统数学模型的建立及主谐振频率的计算

①使系统的输出运动参数达到所要求技术状态

②执行元件的参数选择

③功率（力/力矩）匹配以及过载能力的验算。

④各主要