本文格式為Word版，下載可任意編輯——2023機(jī)電一體化設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題機(jī)電一體化設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題

一、填空

1．機(jī)電一體化產(chǎn)品按用途可以劃分為辦公機(jī)電一體化產(chǎn)品，產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品和民用機(jī)電一體化產(chǎn)品。

2．機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，除要求較高的制造精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即快速響應(yīng)和良好的穩(wěn)定性。

3．在小功率傳動(dòng)鏈中，為使總的折算慣量最小，各級(jí)傳動(dòng)比分派應(yīng)遵守前小后大原則。4．控制及信息處理單元一般由控制計(jì)算機(jī)，控制軟件，和硬件接口組成。

5．典型的可編程控制器由編程器，微處理器，貯存器，電源和輸入／輸出接口等部分構(gòu)成。

6．傳感器的靜態(tài)特性能參數(shù)主要有靈敏度，線性度，遲滯和重復(fù)精度。

7．在伺服系統(tǒng)中，在滿足系統(tǒng)工作要求的狀況下，首先應(yīng)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度并盡量高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

8．一般來說，伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要分為電磁式，液壓式，氣壓式和其它等四大類型。9．異步交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速：基頻（額定頻率）以下的恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。基頻（額定頻率）以上的弱磁通變頻調(diào)速，屬于恒功率調(diào)速方式。

10．機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)類型大致可分為開發(fā)性設(shè)計(jì)_，適應(yīng)性設(shè)計(jì)，_變參數(shù)設(shè)計(jì)。

11．機(jī)電一體化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括性能指標(biāo)，系統(tǒng)功能，使用條件，經(jīng)濟(jì)效益。

12．機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由機(jī)械本體，動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳感器檢測(cè)部分接口，控制及處理等部分組成。

13．滾珠絲桿中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)，外循環(huán)兩種。

14．在計(jì)算機(jī)和外部交換信息中，按數(shù)據(jù)傳輸方式可分為：串行通信和并行通信。

15．微機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入與輸出通道一般包括模擬量輸入通道，模擬量輸出通道，數(shù)字量輸入通道，數(shù)字量輸出通道四種通道。

16．應(yīng)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)主要有：?jiǎn)纹瑱C(jī)，PLC，總線工控機(jī)等類型。

17．一般來說，伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要分為電磁式，液壓式，氣壓式和其它等四大類型。18．實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電環(huán)形分派的三種常用方法是采用計(jì)算機(jī)軟件分派器，小規(guī)模集成電路搭接的硬件分派器，專用模塊分派器。

二、簡(jiǎn)答

1.機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的異同。

答：傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理的各種電器來實(shí)現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計(jì)中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)械本體和電氣驅(qū)動(dòng)界限明顯，整個(gè)裝置是剛性的，不涉及軟件和計(jì)算機(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為控制中心，在設(shè)計(jì)過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個(gè)裝置在計(jì)算機(jī)控制下具有一定的智能性。

2．轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響?

答：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大使機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度；使系統(tǒng)固有頻率下降，簡(jiǎn)單產(chǎn)生諧振

3．機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的區(qū)別。

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)方法不同，它是以計(jì)算機(jī)為手段，其設(shè)計(jì)步驟尋常如下：設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)一→信號(hào)分析一→科學(xué)類比一→系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)一→創(chuàng)造設(shè)計(jì)一→選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，并對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4．機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)接口電路尋常使用光電耦合器，光電耦合器的作用有哪些？答：（1）能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞。

（2）泄漏電流低，對(duì)于測(cè)量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路。

（3）共模抑制比高，能對(duì)直流和低頻信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行確鑿、安全的測(cè)量。5．什么是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三相六拍通電方式？

答：假使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)，這種通電方式稱為單雙相輪番通電方式。如A→AB→B→BC→C→CA→…。

6．簡(jiǎn)述PWM脈寬調(diào)速原理。

答：在一個(gè)周期T內(nèi)閉合的時(shí)間為τ，則一個(gè)外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關(guān)S加到電動(dòng)機(jī)的電樞上，電樞上的電壓波形將是一列方波信號(hào)，其高度為U、寬度為

?，當(dāng)T不變時(shí)，只要改變導(dǎo)通時(shí)間?，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當(dāng)?從0~T改

變時(shí)，Ud由零連續(xù)增大到U。

7．檢測(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成？說明各部分的作用？

答：敏感元件，是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的預(yù)變換裝置。

傳感元件，是將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（如電阻、電感、電容等）形式。基本轉(zhuǎn)換電路，將電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量，如電壓、電流、頻率等。8．滾珠絲杠副的軸向間隙對(duì)系統(tǒng)有何影響？

答：滾珠螺旋副中有軸向間隙或在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性變形，則當(dāng)螺桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生空回誤差。為了消除空回誤差，在螺桿上裝配兩個(gè)螺母1和2，調(diào)整兩個(gè)螺母的軸向位置，使兩個(gè)螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向螺桿螺紋滾道相反的側(cè)面，使其產(chǎn)生一定的變形，從而消除了軸向間隙，也提高了軸向剛度。9．簡(jiǎn)述機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

答：詳細(xì)設(shè)計(jì)主要包括：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；業(yè)務(wù)的分組；機(jī)械本體及工具設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；程序設(shè)計(jì)；后備系統(tǒng)設(shè)計(jì)；完成詳細(xì)設(shè)計(jì)書及制造圖樣；產(chǎn)品出廠及使用文件的設(shè)計(jì)。10．簡(jiǎn)述A／D、D／A接口的功能。

答：A／D接口的功能是將溫度、壓力等物理量經(jīng)傳感器變成的電壓、電流等信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。D／A接口是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。11．為什么在A/D轉(zhuǎn)換中要使用采樣/保持器？

答：由于任何一種A/D轉(zhuǎn)換器都需要有一定時(shí)間來完成量化及編碼操作，因此，在轉(zhuǎn)換過程中，模擬量不能發(fā)生變化，否則，將直接影響轉(zhuǎn)換精度。采樣/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，保證輸入A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量不發(fā)生變化。模擬輸入通道中不一定非得采用采樣保持器。當(dāng)輸入的模擬量信號(hào)變化緩慢時(shí)，也可省去采樣/保持器。12．試簡(jiǎn)述光電式轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量原理。

答：光電式轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測(cè)軸(或與被測(cè)軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成，如下圖。光源發(fā)生的光通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距一致，因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)N，則可測(cè)出轉(zhuǎn)速。

三、分析題

1.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)的功能和設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是什么？

答：機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械及機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)械、電力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。它的主要功能是完成一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可單獨(dú)由控制電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成其系統(tǒng)功能要求。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必需考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。2.簡(jiǎn)述伺服控制系統(tǒng)包含哪些部分，及各部分的作用。

答：伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測(cè)環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等個(gè)五部分。比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)，尋常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。控制器尋常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路，其主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。執(zhí)行元件按控制信號(hào)的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓、氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。被控對(duì)象是指被控制的機(jī)構(gòu)或裝置，是直接完成系統(tǒng)目的的主體，一般包括傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和負(fù)載。檢測(cè)環(huán)節(jié)指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。

3．機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)的功能和設(shè)計(jì)要考慮的主要問題是什么？

答：機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械及機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)械、電力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。它的主要功能是完成一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可單獨(dú)由控制電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成其系統(tǒng)功能要求。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必需考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。4．機(jī)械一體化系統(tǒng)中伺服機(jī)構(gòu)的作用是什么？

答：伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得確切的位置、速

度及動(dòng)力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)是一種把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置，是一種扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器，其目的是在動(dòng)力機(jī)與負(fù)載之間使扭矩得到合理的匹配，并可通過機(jī)構(gòu)變換實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的速度調(diào)理。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)的伺服變速功能在很大程度上代替了傳統(tǒng)