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机电一体化系统设计基础试题及答案
机电一体化系统设计基础试题及答案
一、填空题
1．按照运动轨迹不同，数控设备可分为　点位控制装置、直线控制装置　和轮廓控制装置 等三类。
2．步进电机的驱动电源由　变频信号源、脉冲分配器 和　功率放大器　组成。
3．传感器的主要静态特性指标有　灵敏度、线性度、重复精度 和　迟滞。
4．传感器输入特性的主要参数是　广义输入阻抗 或　静态刚度 。
5．当负载折算到电机轴上的惯量等于　转子惯量 时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。
6．当前，广泛采用的直流伺服电机的驱动电路有　线性直流伺服放大器 和　脉宽调制放大器 两种。
7．典型开关量I/O模板的I/O电气接口的主要功能有 滤波、电平变换、光电隔离 和 功率驱动 。
8．对于执行装置，选择较大的传动比可使系统的　相对阻尼系数 增大，有利于系统的稳定性。
9．对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时减小定位时间，则必须提高系统的　固有频率 。
10．第一条标准微机总线是 S－100总线，而 Multi（或STD、STE）总线可支持多CPU并行工作。
11．HRGP－1A喷漆机器人的主要特点是操作机采用　挠性手腕 结构，具有3个自由度；驱动器采用　分离活塞式油缸　，减轻了示教力；位置测量采用　旋转变压器　作传感器，具有较高的伺服精度。
12．HRGP－1A喷漆机器人微机控制系统采用双CPU工作，其中主CPU为　8088 ，并配有协处理器，从CPU为　8086 ，主要用于电液伺服回路控制。
13．机电一体化产品按用途可以划分为　民用机电一体化、办公机电一体化 和 产业机电一体化 产品。
14．机电一体化系统设计的质量管理主要体现在　质量目标管理、实行可行性设计 和 进行设计质量评审 三个方面。
15．机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制在　精度、稳定性 和 快速响应性　等方面的要求。
16．机电一体化系统常用的能源有 电源 、气压源 和 液压源 。
17．机械传动系统中，影响系统传动精度的误差可分为　传动误差 和　回程误差 两种。
18．计算机的系统总线（信号线）有 数据总线 、地址总线 和 控制总线 等三类。
19．交流异步电动机的转速与　电源频率　、磁极对数 和　转差率　有关。
20．控制及信息处理单元一般由 控制计算机、控制软件 和　硬件接口电路 组成。
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机电一体化系统设计基础试题及答案
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机电一体化系统设计基础
- 1 - (一)判断题
1.在机电一体化系统驱动装置中,反馈通道上环节的误差与输入通道上环节的误差对系统输出精度的影响是相同的。(+
2.通常,采用STD 总线的工业控制机与外部设备的电气接口均为TTL 电平接口。
(二)选择题
1.在机电一体化系统中,机械传动要满足伺服控制的三个主要要求是(
A .传动精度、稳定性、快速响应性
B .传动精度、稳定性、低噪声
C .传动精度、高可靠性、小型轻量化
D .传动精度、高可靠性、低冲击振动
2.在机电一体化系统中,通过(
)可有效提高系统的稳定性。
A .提高驱动元件的驱动力
B .增大执行装置的固有频率
C .提高系统的阻尼能力
D .减小机构的传动误差
E .消除传动系统的回程误差
(三)简答题
例:试述机电一体化产品的定义和分类方法。
解答:机电一体化产品是新型机械与微电子器件,特别是与微处理器、微型计算机相接合而开发的新一代电子化机械产品。
按用途可分为信息机电一体化产品、产业机电一体化产品和家庭用机电一体化产品。
(四)分析题
例:已知数控机床控制系统如图所示,试说明图中的各个部分属于机电一体化系统中的哪个基本要素?
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怎样减小传动链误差
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（1）提高零部件本身精度提高传动零部件本身的制造和装配精度。例如齿轮传动装置中采用6级以上精度的齿轮，以减小传动误差；同时采用较小齿侧间隙而减小回程误差。（2）合理设计传动链，可以减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响。合理选择传动型式、合理确定级数和分配各级传动比，合理布置传动链都是设计传动链时应注意的问题。通常，应尽可能减少传动级数；对减速传动，应提高末级传动比，并提高末级的精度。（3）采用消除间隙的机构消除机构可有效减小或消除传动系统中各环节的回程误差。在机电一体化机械系统中，主要是齿轮机构和螺旋机构的消隙。
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server is ok机电一体化系统中的驱动装置
驱动装置包括驱动元件和执行机构两个基本部分，它在机电一体化系统中发挥着非常重要的作用，并与控制与信息处理部分、测试传感部分有着密切的关系。
一、驱动装置的技术要求
传动装置中的传动误差和回程误差要影响系统的精度，这些误差对精度的影响与传动装置中各环节在系统中所处的位置有关。正确地、合理地匹配各环节的位置误差可以提高整体精度，降低成本。
稳定性是系统工作的必要条件，系统的阻尼情况、增益的大小、结构、固有频率、回程误差以及一些环境因素都会影响系统的稳定性。开环系统不易获得很高的精度，但没有稳定性问题；闭环系统可以提高系统的精度和综合性能，但必须考虑稳定性问题。在设计驱动装置时，应考虑传动比分配、惯量的分布、阻尼大小及系统的刚度等因素的影响。
3、响应速度
响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。提高固有频率，减少阻尼有利于提高系统的响应速度；提高驱动元件的输出力使加速度得到提高也有利于提高系统的快速性。响应速度和提高系统的动态精度是有矛盾的，若想同时实现高速度和高精度，要综合考虑各环节以及整个系统的控制形式。
可靠性是系统安全高效工作的重要指标，机电一体化系统都是可修理系统，可靠性用持续可用性来表示。
二、动力驱动元件
（一）对动力元件的要求
功率密度大；快速性好；控制精度高；振动、噪声小；可靠性高，寿命长；高效、节能。
（二）动力元件
1、步进电机
步进电机是一种将电脉冲量转换成机械位移的变换器，分为转动式和直线式。步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。
（1）主要特点
1）通过改变输入脉冲的数量、频率和顺序就可以控制电机的输出转角、转速和转动方向；
2）可以实现开环位置控制；
3）具有定位自锁能力，永磁式和混合式步进电机在断电后仍可自锁；
4）存在步距角误差，但误差不累积；
5）转角、转速不受电源电压波动和负载变化的影响；
6）需要专用的驱动电源，电源对步进电机的工作性能影响很大；
7）启动频率和最高运行效率相差很大，启动频率大小与负载惯量有关；
8）常用于自动化仪表和小功率位置伺服系统。
（2）步进电机选择步骤
1）按位置精度要求选择步距角；
2）按启动速度、最大工作速度选择启动频率和最高工作频率；
3）按启动负载和工作负载确定启动力矩和工作力矩；
4）按矩频特性曲线校验电机的力矩。
2、直流电动机
直流电动机分为永磁式和电磁式两种，永磁式的磁场由永磁体产生，电磁式的磁场由激磁绕组产生。直流电动机在直流电压的控制下可以呼出一定的转速和转矩，可以直接或通过传动机构驱动负载。
（1）主要特点
1）具有很好的调速特性，调速范围宽。电机的调速方式有电枢串电阻调速、改变电枢电压调速、PWM调速、改变励磁的恒功率调速、双闭环直流调速等各种调速方式；
2）具有较大的起动转矩、功率大，响应速度快；
3）可通过闭环实现转速、位置、力矩的伺服控制；
4）永磁式电机可以工作在堵转状态（转速为零）；
5）断电不能自锁，需要配置专用电磁制动器才能实现断电后的定位；
6）输出力矩和控制电流成正比，输出转速受到负载变化的影响；
7）常用线性驱动和脉宽调制（PWM）驱动两种驱动方式，线性驱动适应于小功率电机的驱动，大功率电机宜采用PWM驱动；
8）常用于机器人、数控机床等高性能伺服控制系统。
（2）直流电动机的选择
1）电动机在峰值力矩下不断驱动负载，按峰值转矩和峰值转速计算；
2）长期工作在变载荷之下，按均方根力矩和均方根转速计算；
3）按扭矩—转速特性选取。画出电机的转矩—转速特性，并考虑电动机的效率对转矩的影响，使电机在整个工作范围内的转矩、转速始终位于T—n曲线的下方。
3、交流电动机
常用的交流电动机主要有笼型异步电动机、绕线式交流异步电动机和交流伺服电动机三种。笼型异步电机的连续运行特性好，其转矩受负载波形影响小，起动转矩也较大，适用于不调速的连续负载；绕线式交流异步电动机常用于不调速、连续运行的大功率设备，如空压机等；交流伺服电动机主要有两类，永磁式交流同步电机和笼型异步电机。
交流伺服电机的主要特点：
1）调速范围宽；
2）比步进电机和直流电机具有更大的输出功率；
3）通过闭环实现速度控制或位置控制；
4）同步电机具有和步进电机相似的特性，可工作于步进方式，转速不受负载变化的影响，稳定性高，在整个调速范围内电机的转速和过载能力保持不变；
5）异步伺服电机的工作原理与普通的笼型异步电机基本相同，成本较低；
6）同步电机适用于高性能伺服系统，异步伺服电机适用于机床的进给驱动及其他功率较大的伺服系统。
4、液压与气压伺服元件
（1）液压伺服元件主要有比例阀和伺服阀两种控制阀，可以用小的直流信号对大功率的流量或压力实现控制。其主要特点：
1）功率密度大，输出功率大，带载能力强；
2）伺服阀与油缸、马达组成电液伺服系统，实现高性能位置、速度或力控制。
3）响应速度快，低速平稳性好；
4）具有自密封性，可适用于水下、化工等特殊环境；
5）适用于对输出力要求比较大和一些特殊工作环境。
（2）气压伺服元件主要有开关阀和比例阀。其主要特点为：
1）工作介质来源于空气，方便且无污染；
2）反应速度快；
3）负载能力较差；
4）无污染，适用于各种生产线，如食品或药品的生产线。
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