机电一体化系统分析

第一篇：机电一体化系统分析

机电一体化系统设计

1、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电动机)等五个子系统组成。

2、系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能;②传递(移动、输送)功能;③储存(保持、积蓄、记录)功能。

3的变换、调整功能，可将接口分成四种：1)零接口;2)无源接口;3)有源接口;4)智能接口。

4、机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、结合(融合)法和结合法。

5擦、低惯量、高强度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。

6、为达到上述要求，主要从以下几个方面采取措施：

1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向支承、动(静)压导向支承等。

2如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度;采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构;丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。

3的等效动惯量，尽可能提高加速能力。

4

5如选用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性化。

第二篇：机电一体化系统构成要素

机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。

(一)、动力源

动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。

(二)、机械技术

机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化， 进而在控制方面改善快速响应特性， 减少能量消耗，提高效率。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造。

(三)、执行器

执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。

(四)、计算机与信息技术

其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

(五)、传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。对外部息传感器来说目前主要发展非接触型检测技术。

第三篇：机电一体化系统设计基础

(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

)。

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(

B、C、E

)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?

- 1解：(1)依题意有两种测量方案 a.高速端测量方案：

传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。

b.低速端测量方案： 传感器安装在工作台上，直接测量工作台的位移。可选用光栅式位移传感器、感应同步器或者电位计式位移传感器。

(2) 控制计算机和控制方案的选择

可以使用工业PC机及或者单片机完成系统的控制。具体可有以下三种方案： a.工业PC机集中控制方案：用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制系统原理图如下：

b.工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下：

- 3

第四篇：机电一体化系统设计试题

课程代码：02245

一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。

1.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( ) A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数( ) A.增加而减小 B.增加而增加 C.减小而减小 D.变化而不变 3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( ) A.内循环插管式 B.外循环反向器式 C.内、外双循环 D.内循环反向器式

4.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( ) A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5.直流测速发电机输出的是与转速( ) A.成正比的交流电压 B.成反比的交流电压 C.成正比的直流电压 D.成反比的直流电压 6.电压跟随器的输出电压( )输入电压。

A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于

7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为( ) A.1450[r/min] B.1470[r/min] C.735[r/min] D.2940[r/min] 8.右图称( ) A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性

9.计算步进电动机转速的公式为( )

A.B.Tsmcos C.

D. 180°-

10.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts( )

A.增大 B.减小 C.不变 D.不定

11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为( ) A. +b B.

C. D.

12.连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的( )使得它们同步协调到达目标点。

A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向

13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( ) A.(A+ B.A² )²( + +B) ²B + ) C.(A+B)²(

D.A²B+ ²

14.累计式定时器工作时有( ) A.1个条件 B.2个条件 C.3个条件 D.4个条件

二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)

15.机电一体化 16.轴系的动特性

17.灵敏度(测量) 18.永磁同步电动机 19.复合控制器

三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分) 20.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 21.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机? 22.步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么?输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关? 23.什么是PLC的扫描工作制?

四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分) 24.已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数 Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。如图

试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速n1; (2)柔轮固定时刚轮的转速n2。

25.已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。若电位器的总电阻R=2kΩ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压Vi=12V,负载电阻为RL。

(1)已测得输出电压Vo=5.8V,求RL。 (2)试计算此时的测量误差。 26.某二阶系统如图所示

(1)求系统对r(t)阶跃响应的最大超调量σ%和调节时间ts。 (2)求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差ess。 27.三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。

(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?

(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?

五、简单应用题(本大题共4小题，每小题6分，共24分) 28.已知一阶低通有源滤波器电路如图所示。要求： (1)一阶低通滤波器现存在什么弱点?

(2)将其改进为二阶低通滤波器，画出电路图; (3)画出二阶低通的幅频特性示意图。

29.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。

(1)该电动机为几极，空载转差率是多少? (2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少? (3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少? 30.二阶系统结构图如图所示。 设K1=0.1, K2=10,T1=0.5s (1)求系统对r(t)的阶跃响应的最大超调量σ%及调节时间ts(取△=±5%); (2)求系统增益Ks及伺服刚度KR; (3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系统的稳态误差ess。

31.考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标(5，-2)，终点坐标为(1，-1)。设两轴最大加速度限制：αxmax=αymax=±2。试设计三次多项式样条函数点位控制指令。

六、综合应用题(本大题2小题，每小题8分，共16分) 32.某控制系统结构图如图所示，

图中GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)= =

(1) 确定Kp和Td的值，以使系统性能同时满足：

在单位抛物线(恒加速度)函数作用下的稳态误差essa≤0.2，幅值穿越(截止)频率ωc=5

(2) 计算系统在上述取值条件下的相位裕量 m。 33.采用PLC设计二台电动机A、B工作的系统。

(1) 按钮X1为A电动机起动，按钮X2为A电动机停止(输出Y1); (2) 按钮X3为B电动机起动，按钮X4为B电动机停止(输出Y2); (3) 只有A电动机在工作中，B电动机才能工作。

要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。

机电一体化系统设计试题参考答案

课程代码：02245

一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分) 1.B 2.A 3.D 4.C 5.C 6.C 7.B 8.B 9.C 10.B 11.B 12.C 13.A 14.B

二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分) 15.机械与电子的集成技术。

16.指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性。

17.输出变化量与对应的输入(被测量)变化量的比值。有时称为增量增益或标度因子。 18.以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，又称无刷电动机。

19.在反馈控制器的基础上附加一个前馈控制器，二者的组合称为复合控制器。它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号。

三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分) 20.应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

21.主要有：单极性驱动电路、双极性驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路、细分电路。其中双极性驱动电路适于永磁式步进电动机。

22.(1)参考脉冲序列。

转速与参考脉冲频率成正比。

(2)输出轴

转向由转向电平决定。

位置由参考脉冲数决定。

23.PLC的扫描工作制，即检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令。重复进行。

四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)

24.(1)刚轮固定时：

(2)柔轮固定时

n1=-

25.V0=

(1) 当V01=5.8时，5.8=

5.8=

(2)空载时RL=

设测量出5.8V输出电压时的测量误差

则

26.(1)求闭环传函及误差表达式

E(s)=R(s)-C(s)=[1-

(2)求

ts=

(3)求ess

二阶系统ai>0闭环稳定

R(s)=

Ess= 27.(1)

即

(2) 单拍制

]R(s)-

C(s)=CR(s)+CN(s)=

即： f=

五、简单应用题(本大题共4小题，每小题6分，共24分) 28.(1)一阶低通滤波器存在过渡区域衰减缓慢的弱点。

2)二阶低通有源滤波器电路图 (3)低通滤波幅频率特性示意图。 29.(1)

即该电动机为四级

空载时转差率为：S=

(2)堵转时：S=1

定子绕组电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率f2=Sf1=50Hz (3) 空载时：

定子绕阻电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率：

f2= 30.(1)G(s)= 1型 Kv=

Kp=

(2)性能指标

ts=

(3)系统增益与伺服刚度

Ks=Kv=K1K2=1， KR=K1=0.1 (4) essr= essn=-

31.

所以协调运动先设计x轴，再利用下列直线方程变换成y轴控制指令

y(t)=-

x(t)=5+3(1-5)( )2-2(1-5)( )3=5-t2+

y(t)=-2+

六、综合应用题(本大题共2小题，每小题8分，共16分) 32.(1)开环传函

G(s)=Gc(s)Gp(s)=

(2)确定Kp和Td

由essa=

取Kp=2.5

在

1+25T

(3)相应的

33.(1)梯形图：

(2)助记符指令程序：

STR X1 OR Y1 AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2

第五篇：机电一体化系统基础知识

1、如果三相步进电动机绕组为U、V、W，其通电顺序为UV—VW—WU—UV，则这种分配方式为( )a.三相三拍b.三相四拍c.三相六拍d. 双三拍

2、将脉冲信号转换成角位移的执行元件是()

a.旋转变压器b.交流异步电动机c.步进电动机d.光电编码盘

3、开环控制系统是没有( )反馈的控制系统

a.输入b.输出c.电流d.电压

4、使生产机械或生产过程按规定的时序而顺序动作，或在现场输入信号作用下按预定规律而顺序动作的控制系统称为()

a.伺服传动系统b.数字控制系统c.顺序控制系统d.过程控制系统

5、由电信号处理部分和液压功率输出部分组成的控制系统是()

a.交流伺服系统b.直流伺服系统c.电液伺服系统d.步进电动机控制系统

6、机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是() a.机械本体b.动力部分c.控制器d.执行机构

7.决定步进电机转角与步进电机转动速度的是()。

a、驱动脉冲频率与驱动脉冲数b、 驱动脉冲数与驱动脉冲频率 c、 驱动脉冲数与驱动脉冲电压值d、 驱动脉冲频率与驱动电压值

8. 伺服电动机的转向和转速与( )有关。

a、控制信号电压的极性(相位)b、控制信号电压的大小c、控制信号电压的极性(相位)和大小d、负载转矩的大小

9. 步进电动机采用三相单三拍通电方式时步距角为1.50，改为三相六拍时步距角为( )。

a、0.5°b、3.0°c、 0.75°d、 1.5°

10、联轴器和离合器均具有的主要作用是()

a.补偿两轴的综合位移b.连接两轴，使其旋转并传送转矩c.防止机器过载d.缓和冲击和振动

11“机电一体化”的英文单词是( )。

a、Mechanicsb、Mechatronicsc、Electronicsd、Electric

12.从反馈的角度区分，机电一体化系统可以分为

a、机械系统与电气系统b、开环系统与闭环系统

c、柔性系统与刚性系统d、模拟系统与数字系统

13. 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( )。

a、顺序控制系统b、 机器人系统c、数控系统d、伺服系统

14. 下列选项中，与开环系统相比，闭环控制系统的优点是

a、不需要检测传感器b、系统结构简单c、抗干扰能力强d、易于维修

15. 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和( )等五部分。

a、换向结构b、转换电路c、存储电路d、检测环节

16、机电一体化系统中的机械系统包括传动机构、机构、机构、轴系、机座和机架。

17、目前机械工程中所用的齿轮，最常用的齿廓曲线为。

18、 三相异步电动机常用的调速方法有、和，其中的调速性能最好。