机电一体化重点及答案

第一篇：机电一体化重点及答案

机电一体化答案

I

目

录

机电一体化技术第1 章习题-参考答案

................................................................................. 1 1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。 ............................................................ 1 1-4 何谓机电一体化技术革命?

........................................................................................ 1 1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成?分别实现哪些功能?

................................. 1 1-8.工业三大要素指的是什么? ........................................................................................ 1 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种? .................................................................. 1 1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法? .................................................................. 1 机电一体化技术第2 章习题-参考答案

................................................................................. 2 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些 要求? ................................................................................................................................. 2 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么? ................................................................ 2 2-3 机电一体化系统(产品)对传动机构的基本要求是什么?

..................................... 2 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿 数为 100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离?

................................................... 2 2-16 各级传动比的分配原则是什么?输出轴转角误差最小原则是什么? ............... 2 2-17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=…=0.005 rad,各 级减速比相同，即ί1=ί2=…=ί4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差∆φmax; 为缩小 ∆φmax，应采取何种措施?

............................................................................................... 2 2-18 谐波齿轮传动有何特点?传动比的计算方法是什么?

....................................... 3 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为100.当刚轮固定时,试求该 谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) ......................... 3 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? ................................................................ 3 2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些? .......................................................................... 4 机电一体化技术第3 章参考答案

.......................................................................................... 5 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。 ........................................................ 5 II

3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么? .................................................... 5 3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。 .................................................... 5 3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么? .......................................................... 5 3-6 简述 PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。 ......................................................... 6 步进电机具有哪些特点?

.................................................................................................. 6 简述步进电机三相单三拍的工作原理? .......................................................................... 6 3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法? ................................................................. 7 3-12 简述三相步进电机的环形分配方式? ............................................................... 7 简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理. ................................................................. 7 机电一体化技术第4 章参考答案

.......................................................................................... 9 试说明CPU、MC 和MCS 之关系。 .................................................................................. 9 4-

3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么? ............................................. 9 4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。 ...................................................................... 9 4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。

.............................................................. 9 机电一体化技术第5 章参考答案

........................................................................................ 11 5-2 简述采样定理? ......................................................................................................... 11 5-3 简述数字控制系统A/D 转换过程。

.......................................................................... 11 5-5 简述多输入多输出系统的静力学方程。 .................................................................. 11 5-6 简述两自由度机器人逆动力学方程。

...................................................................... 12 机电一体化技术第7 章参考答案

........................................................................................ 13 7-3 机电一体化系统中的典型负载有哪些?说明以下公式的含义：

........................... 13 7-4 设有一工作台x 轴驱动系统，已知参数为下表中所列，已知mA=400 ㎏，

Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作台与导轨间为滑动摩擦，其摩擦系数为 0.2，试求转换到电动机轴上的等效转动惯量和等效转矩。

........................................ 13 7-5.简述机电一体化系统的数学模型建立过程。比例环节(P)、积分环节(I)、比例- 积分环节(PI)和比例-积分-微分调节(PID)各有何优缺点? ............................................. 14 7-8 何谓机电一体化系统的“可靠性”?

...................................................................... 17

机电一体化技术第 1章习题-参考答案

1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。

答：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。

1-4 何谓机电一体化技术革命?

答：将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以“智能”的技术革新潮流可称 “机电一体化技术革命” 。

1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成?分别实现哪些功能?

答：

机电一体化系统(产品)要素

功能

控制器(计算机等)

控制(信息存储、处理、传送)

检测传感器

计测(信息收集与变换)

执行元件

驱动(操作)

动力源

提供动力(能量)

机构

构造

1-8.工业三大要素指的是什么?

答：物质、能量、信息。

1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种?

答：一种是变换、调整;

另一种是输入/输出。

1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法?

答：机电互补法又称取代法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品 (系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。

融合法它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)，其要 素之间机电参数的有机匹配比较充分。

组合法它是将结合法制成的专用或通用功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组 合成各种机电一体化系统(产品)，故称组合法。 2

机电一体化技术第 2章习题-参考答案 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提 出哪些要求?

答：常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。

2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么?

答：传递转矩和转速。

2-3 机电一体化系统(产品)对传动机构的基本要求是什么?

答：精密化，高速化，小型、轻量化。

2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的 齿轮齿数为 100、另一端的齿轮齿数为 98，当其一端的外齿轮相对另一端的外 齿轮转过 2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离?

答：Z1 =100，Z2 =98，ΔS=(2/Z1)* λ0=0.02*6 mm=0.12 mm。

2-16 各级传动比的分配原则是什么?输出轴转角误差最小原则是什么?

答：(1)各级传动比的分配原则是：

重量最轻原则

输出轴转角误差最小原则 等效转动惯量最小原则

(2)输出轴转角误差最小原则是：

为提高机电一体化系统齿轮传动的精度，各级传动比应按先小后大的原则分配，以

便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。总转角误差主要 取决于最未一级齿轮的转角误差和转动比的大小，在设计中最未两级传动比应取大一些， 并尽量提高最未一级齿轮的加工精度。

2-17

已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=… =0.005 rad,各级减速比相同，即ί1=ί2=…=ί4=1.5。求：该传动系统的最大转 角误差∆φmax; 为缩小∆φmax，应采取何种措施?

解：(1)

∆φmax= i + 4 3 2 3 2 i i i

+ 4 3 5 4 i i

+ 4 7 6 i +∆φ8

=0.005/1.5 4 +0.01/1.5 3 +0.01/1.5 2 +0.01/1.5+0.005

=0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005

=0.02006 rad 3

=1.1499

o

(1)

总转角误差主要取决于最未一级齿轮的转角误差和传动比的大小，所以，为缩小∆ φmax，在设计中最未两级的传动比应取大一些，尽量提高最未一级轮副的加工精 度。

2-18 谐波齿轮传动有何特点?传动比的计算方法是什么?

答：(1)谐波齿轮传动特点有：结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声 低、传动平稳、承载能力强、效率高等特点。

谐波齿轮传动的波发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于 中心轮。故谐波齿轮传动装置的传动比可以应用行星轮系求传动比的方式来计算。设 H g r 、 、 分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度，则

g H r H rg g H r Z i Z

。

当柔性轮固定时，

g g g r g H H r H rg Hg g H r H g g g g r Z Z Z Z Z i i Z Z Z Z Z

当刚性轮固定时，

0 g g r H r H r Hr H r H r g r g Z Z Z i Z Z Z Z

2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100，柔轮齿数为 99 当刚轮固定时, 试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) 答：根据公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:

当 iHr=100 时,Zg=99,(但一般刚轮齿数比柔轮齿数多，所以舍去)

当 iHr=-100 时,Zg=101;

故该谐波减速器的刚轮齿数为 101,(柔轮)输出轴方向与(波发生器)输入轴转向相反。

(提示：一般来说，刚轮仅比柔轮多几个齿;刚轮固定时，柔轮与输出轴固联;柔轮固定 时，刚轮与输出轴固联，两种情况下，波发生器均与输入轴固联)

2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些?

答(1)圆柱齿轮传动:1 偏心套(轴)调整法;2 轴向垫片调整法;3 双片薄齿轮错齿调整法。

(2)斜齿轮传动:错齿调整法,用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合,只是在两个薄片斜齿轮 的中间隔开了一小段距离,这样它的螺旋线便错开了。

(3)锥齿轮采用弹簧调整方式。

2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些?

答：①旋转精度

②刚度

③抗震性

④热变形

⑤轴上零件的布置 5

机电一体化技术第 3章参考答案 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。

答: 种 类

特点

优点

缺点

电 动 式

可使用商用电源;信号 与动力的

传动方向相同;有交流 和直流之

别，应注意电压之大小

操作简便;编程容易;能 实现

定位伺服;响应快、能与 CPU

相接;体积小、动力较 大;无污

染

瞬时输出功率大;过载能力 差，特别是由于某种原因而 卡住是，会引起烧毁事故，

易受外部噪声影响

气 动 式

空气压力源的压力为 (5-7)×10 5 Pa;要求

操作人员技术熟练

气源方便、成本低;无泄 漏污染

速度快、操作比较简单

功率小，体积大，动作不够 平稳，不易小型化，远距离 传输困难，工作噪声大，难 于伺服

液 动 式

要求操作人员技术熟 练;液压源压力(20- 80)×10 5 Pa

输出功率大，速度快，动 作平稳，可实现定位伺 服;易于 CPU 相接;响应 快

设备难于小型化，液压源或 液压油要求(杂质、温度、 油量、质量)严格;易泄露 且有污染

3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么?

答: 1 惯量小、动力大

2 体积小、重量轻

3 便于维修、安装

4 易于微机控制

3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。

答:电动机的功率密度 PG=P/G.电动机的比功率 dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn 2 /Jm

其中 Tn----电动机的额定转矩，N*M Jm——电动机转子的转动惯量,kg*m 2

3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么?

答: 直流伺服电机为直流供电，为调节电动机的转速和方向，需要对其直流电压的大小和 方向进行控制。目前常用晶体管脉宽调理驱动和晶闸管直流调速驱动两种方式。

晶闸管直流驱动方式，主要通过调节触发装置控制晶闸管的触发延迟角(控制电压的大 小)来移动触发脉冲的相位，从而改变整流电压的大小，使直流电动机电枢电压的变化易 于平滑调速。

脉宽调制(PWM)直流调速驱动系统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，从而得到不同电压的电压值 Ua ，使直流电动机平滑调速。 6

3-6 简述 PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。

答：通过电源的通断来获得电压脉冲信号，控制通断的时间比来获得不同的电压脉冲，通 的时间越长，获得的平均电压越大，电机转的就快，反之，电机转的就慢。电机的换向是 通过桥式电路来实现的，它是由四个大功率的晶体管组成，通过在不同晶体管的基极加正 负脉冲从而实现电机的转向控制。为使其实现双向调速，多采用桥式电路，其工作原理与 线性放大桥式电路相似。

电桥由四个大功率的晶体管组 成。分别记作 1.2.3.4.如果在 1 和 3 的基极上加以正脉冲的同 时，在 2 和 4 的基级上加以负脉 冲，这时 1 和 3 导通，2 和 4 导 通。设此时的电动机转向为正; 反之，则为负。电流的方向与前 一情况相反，电动机转向，显

然，如果改变加到 1 和 3，2 和 4 这两组管子基极上控制脉冲的正 负和导通率就可以改变电动机的 转向和转速。

步进电机具有哪些特点?

答：

1 步进电机的工作状态不易受各种干扰因素(如电源电压的波动、电流的大小与波形 的变化、温度等)的影响，只要在他们的大小引起步进电机产生“丢步”的现象之 前，就不影响其正常工作;

2 步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过 一转以后，其累计误差变为“零” ，因此不会长期累积;

3 控制性能好，在起动、停止、反转时不易“丢步”

因此，步进电机广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得 较高的位置精度。

简述步进电机三相单三拍的工作原理?

答：如教材图例所示：如果先将电脉冲加到 A 相励磁绕组，定子 A 相磁极就产生磁通，并

对转子产生磁拉力，使转子的 1 3 两个齿与定子的 A 相磁极对齐，

而后再将电脉冲通入

B 相磁绕组，B 相磁极便产生磁通，这时转子 2 4 两个齿与 B 相磁极靠的最近，于是转子便

沿着逆时针方向转过 30 度角，使转子 2 4 两个齿与定子 B 相磁极对齐。如果按照 A→C→B →A„„的顺序通电，步进电机讲沿顺时针方向一步步地转动。 7

3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法?

答： a=360/(K*M)

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=K*N (N 为电动机的相

数，单拍是 K=1，双拍时 K=2)。

3-12 简述三相步进电机的环形分配方式?

答：1.采用计算机软件，利用查表式计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分。2.采 用小规模集成电路搭接而成的脉冲分配器。3.采用专用环形分配器件。

简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理.

答：

单电压功率放大电路

如图所示 ABC 分别为步进电机的三相，每一项由一组放大器驱动。没有脉冲输入时 3DK4 和

3DD15 功率晶体管截止，绕组中无电流通过，电机不转。当 A 相得电时，步进电机转动一

步，当脉冲依次加到 ABC 三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，是电机一步一

步的转动。电路终于绕组并联的二极管 VD 其续流作用记在功率截至时，是储存在绕组中的

能量通过二级管形成续流回路泄放，从而保护功放管。

高低压功串放大电路

(一)

无脉冲输入时，VT

1、VT

2、VT

3、VT4 均截止，电动机绕组 W 无电流通过，电动机不转。有

脉冲通过时，VT

1、VT

2、VT

3、VT4 饱和导通，在 vt2 有截止到饱和期间，其集电极电流，

迅速上升。当 vt2 进入稳态后 t1 一次测电流暂时恒定，无磁通变化二次侧的感应电压为 零，vt3 截止。12v 低电压经 vd1 加到电动机绕组我 w 上并维持绕组中的电流。输入结束后

vt

1、vt

2、vt

3、vt4 又都截止，储存在 w 中的能量通过 18 欧姆的电阻和 vd2 放电，电阻 的作用时间小放电回路的时间常数，改善电流波形的后沿。 8

机电一体化技术第 4章参考答案

试说明 CPU、MC 和 MCS 之关系。

答：微处理机简称 CPU，它是一个大规模集成电路器件或超大规模集成电路器件，器 件中有数据有数据通道、多个寄存器、控制逻辑和运算逻辑部件，有的器件还含有时钟电 路，为器件工作提供定时信号。

微型计算机简称 MC。它是以微处理机为中心，加上只读存储器，随机存取存储器，输 入|输出接口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。

上述微处理机、微型计算机都是从硬件角度定义的，而计算机的使用离不开软件支

持。一般将配有系统软件、外围设备、系统总线接口的微型计算机系统，简称 MCS。

4-

3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么?

答： 在设计微机控制系统时，首先会遇到专用与通用的抉择和硬件与软件的权衡问题。

4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。

答:光电隔离电路主要 由光电耦合器的光电 转换元件组成，如下 图所示.

控制输出时，从上图 a 可知，微机输出的控 制信号经 74LS04 非门 反相后，加到光电耦 合器 G 的发光二极管 正端。当控制信号为

高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通， 没有光发出。这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电 压。当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的 光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可将光电耦合器用于信息的输 入，如上图 b所示。

4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。

答：①模拟量接口方式：传感器输出信号→放大→采样/保持→模拟多路开关→A/D 转换→ I/O 接口→微机

②开关量接口方式：开关型传感器输出二值式信号(逻辑 1 或 0) →三态缓冲器→微机 10

③数字量接口方式：数字型传感器输出数字量(二进制代码、BCD 代码、脉冲序列等) →计数器→三态缓冲器→微机 11

机电一体化技术第 5章参考答案

5-2 简述采样定理?

如果 是有限带宽信号，即| |> 时，E(j )=0。而 是 e(t)的理想

采样信号，若采样频率 ,那么一定可以有采样信号 唯一地决定出原始信号 e(t)。也就是说，若 ，则由 可以完全地恢复 e(t)。

5-3 简述数字控制系统 A/D 转换过程。

模/数转换装置每隔 T 秒对输入的连续信号 e(t)进行一次采样，采样信号为 e*(t)，如 图 a 所示。该采样信号是时间上离散而幅值上连续的信号，它不能直接进入计算机进行运 算，必须经量化后成为数字信号才能为计算机所接受。将采样信号经量化后成为数字信号 的过程是一个近似过程，称量化过程。现对量化过程作简单的说明：将采样信号 e*(t) 的变化范围分成若干层，每一层都用一个二进制数码表示，这些数码可表示幅值最接近它 的采样信号。如图 b 所示，采样信号 A1为 1.8V，则量化值 A1 ’为 2V，用数字 010 来代表; 采样信号 A2为 3.2V，则量化值 A2 ‘为 3V，用数字量 011 代表。这样就把采样信号变成了数 字信号。

a

b

5-5 简述多输入多输出系统的静力学方程。

答 ： 设 对 微 小 输 入 位 移 有 微 小 的 输 出 位 移 ，则输入功的总和和输出功的总和分别为：

其中

忽略机构内部机械损失时，两式相等。由于 相互独立，则对第 i 个输入有

用 表示输入力(或转矩)时，写成

式中 ——力(或转矩)的变换系数，是 n*m 矩阵。

5-6 简述两自由度机器人逆动力学方程。

答：首先利用逆运动学方法将轨迹{x(t),y(t)｝变换成为关节运动φ1(t)、φ2(t)，然后

从φ1和φ2导出计算关节力矩 T

1、T2的计算公式。由平面几何学知识，可得逆运动学解为

=

=

式中

p= ，q=

。

逆运动学解可由 Lagrange 公式解出。设计器人得负载只有各臂端部的质量 ， 则

= ]*[ ]+

式中第一项相当于惯性项，第二项相当于离心力与哥氏力。 13

机电一体化技术第 7章参考答案

7-3 机电一体化系统中的典型负载有哪些?说明以下公式的含义：

2 2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J

答：典型负载是指惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载(滑动摩擦负载、粘性摩擦 负载、滚动摩擦负载等)。对具体系统而言，其负载可能是以上几种典型负载的组合，不一 定均包含上述所有负载项目。

第一式表示等效转动惯量。该系统运动部件的动能总和为 2 2 1 1 1 1 2 2 m n i i j j i i

设、等效到元件输出轴上的总动能为 2 1 2 k k cq k ，由能量守恒：E =E k

故

2 2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J

用工程上常用单位时，可将上式改写为 2 2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k n v J m J

第二式表示等效负载转矩。设上述系统在时间 t 内克服负载所作的功德总和为： 1 1 m n i i j j i j

， 同 理 ， 执 行 元 件 输 出 轴 在 时 间 t 内 的 转 角 为

k k 则，执行元件所作的功为 k K eq k ，由

1 1 / / m n k eq i i k j j k i j

，或

1 1 1 / / 2 m n k eq i i k j j k i j T Fv n T n n

7-4 设有一工作台 x 轴驱动系统，已知参数为下表中所列，已知 mA=400 ㎏， Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作台与导轨间为滑动摩擦，其摩 擦系数为 0.2，试求转换到电动机轴上的等效转动惯量和等效转矩。

答：

(1)由公式：

2 2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k

得： n v J m J

可得：v1=n 丝*Ph/1000(和转速 n的单位要统一所以不必算出最终值)

J k eq =1/4л2 ma(v1/nk) 2 +JG1(nG1/ nk) 2 +JG2(nG2/ nk) 2 +JG3(nG3/ nk) 2 +JG4(nG4/ nk) 2 +JⅠ(nⅠ/ nk) 2 +JⅡ(nⅡ/ 14

nk) 2 +J 丝(n 丝/ nk)2 +Jm=0.0508( )

(2)当工作台向右时：

F=F*u- FL 水平=( FL 垂直+G)*u- FL 水平=(600+400*9.8)*0.2-800=104(N)

由 1 1 / / m n k eq i i k j j k i j

得：TK= F*V/nk/(2*pi)=F* (n 丝*Ph/1000)/nk/ (2*pi)=104*(180*5/1000)/*720/(2*3.14)= 0.0207( N*m)。

(3)当工作台向左时：

F=( FL垂直+G)*u+ FL水平=(600+400*9.8)*0.2+800=1704(N) TK= ( F*V/nk) /(2*pi)==0.339 (N*m)

Matlab程序：

n1=720;n2=360;n3=360;n4=180;n11=720;n22=360;ns=180;nd=720;ph=5;pi=3.1415927; j1=.01;j2=.016;j3=.02;j4=.032;j11=.024;j22=.004;js=.012;jd=.004; v1=ns*ph*.001;

a=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2) b=j1

c=j2*(n2/nd)^2 d=j3*(n3/nd)^2 e=j4*(n4/nd)^2 f=js*(ns/nd)^2 g=j11*(n11/nd)^2 h=j22*(n22/nd)^2

J=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)+j1+j2*(n2/nd)^2+j3*(n3/nd)^2+j4*(n4/nd)^2+js*(ns/nd)^2+j11*(n11/ nd)^2+j22*(n22/nd)^2+jd fs=800;fc=600;ma=400; fiz=fs+(fc+ma*9.8)*0.2; fiy=-fs+(fc+ma*9.8)*0.2; tiz=fiz*v1/nd /(2*pi); tiy=fiy*v1/nd /(2*pi);

7-5.简述机电一体化系统的数学模型建立过程。比例环节(P)、积分环节(I)、 比例-积分环节(PI)和比例-积分-微分调节(PID)各有何优缺点?

答：在稳态设计的基础上，利用所选元部件的有关参数，可以绘制出系统框图，并根据自 动控制理论基础课所学知识建立各环节的传递函数，进而激励系统传递函数。

以闭环控制方式为例：

图(1)为检测传感器装在丝杆端部的半闭环伺服控制系统。它的系统框图如图(2)所 示。该图的传递函数为 15

G(s)= =

=

=

式中：K=

(1) 用滚珠丝杠传动工作台的伺服进给系统

(2)系统框图

-前置放大器增益; -功率放大器增益; -直流伺服电机增益;

-速度反馈增益; -直流伺服电机时间常数; -减速比;

-位置检测传感器增益; (s)-输入电压的拉氏变换;

-丝杠输出转角的拉氏变换

当系统受到外扰动转矩 时，图(2)就变为图(3)。为分析方便起见，见图(3)改画成 图(4)所示，则传递函数为：

G(s)= = 16

(3)附加扰动力矩(以电压 表示)的系统框图

-直流伺服电机的转矩常数; -直流伺服电机转子的绕组阻抗;

-功率放大器的输出阻抗; -对应于扰动力矩的等效扰动电压的拉氏变换

(4)附加扰动力矩的等效电压后的框图

比例调节(P)、积分调节(I)、比例-积分调节(PI)和比例-积分-微分调节(PID)各自 的优缺点

(1)比例(P)调节

比例调节网络图如图(a)，其传递函数为

Gc(s)=–Kp

式中 Kp=R2/R1

它的调节作用的大小主要取决于增益 Kp 的大小。Kp 越大，调节作用越强，但是存在调 节误差。而且 Kp太大会引起系统不稳定。

(2)积分(I)调节

积分调节网络图如图(b)，其传递函数为

Gc(s)=1/(Tis)

式中 Ti=RC。

系统中采用积分环节可以减少或消除误差，但由于积分环节效应慢，故很少单独使 用。

(3)比例-积分(PI)调节

其网络如图(c)。他的传递函数为

Gc(s)=–[ KP(1+1/(Tis))] 式中 Kp=R2/R1;Ti=R2C。

这种循环既克服了单纯比例环节有调节误差的缺点，又避免了积分环节响应慢的弱17

点，既能改善系统的稳定性能能，又能改善其动态性能。

(4)比例-积分-微分(PID)调节

这种调节网络的组成如图(d)，其传递函数为

Gc(s)=–Kp[1+1⁄ (Tis)+Tds ]

式中 Kp=(R1C1+R2C2)/ (R1R2);Ti=R1C1+R2C2;T=R1C1R2C2 ⁄ (R1C1+R2C2)。

这种校正环节不但能改善系统的稳定性能，也能改善其动态性能。但是，由于它含有

微分作用，在噪声比较大或要求响应快的系统中不宜采用;PID 调节器能使闭环系统更加 稳定，其动态性能也比用 PI调节器时好。

7-8 何谓机电一体化系统的“可靠性”?

答：机电一体化可靠性是指，系统(产品)在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能 力。

2 2 2 2 2 2 3 1 2 4 1 2 3 4 2 1 4 k si A cq A si D k k k k k k n n v n n n J m J J J J J J

第二篇：机电一体化答案

基本概念1.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。2.机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个子系统组成。它的目的是提高系统的附加价值。3机电一体化共性关键技术有：检测传感技术、信息技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、系统总体技术。4机电一体化系统类型:开发性设计、适应性设计、变异性设5滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠、反向器4部分组成。具有：轴向刚度高;运动平稳;传动精度高;不易磨损;使用寿命高等优点。滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。 6滚珠丝杠副的精度分为

1、

2、

3、

4、

5、

7、10共七个等级。最高级为1级，最低级为10级。7齿轮传动有两轴平行、两轴相交、两轴交叉3种形式。传动比的最佳分配原则：重量最轻原则、输出轴转角误差最小原则、等效转动惯量最小原则。8同步带由包布层、带齿、带背和加强筋组成。9常用的间歇机构有棘轮传动、槽轮传动、蜗形凸轮传动等。这些传动机构可将原动机构的连续运动转换为间歇运动。10常见的导轨截面形状有：三角形、矩形、燕尾形、圆形。11交流伺服电动机的调速方法有：变极调速、变转差率调速、变频调速。12锥环无链联轴器利用锥环对之间的摩擦实现轴与毂之间的无间隙联接传递转矩，且可任意调节两联接件之间的角度位置。通过选择所用锥环的对数，可传递不同大小的转矩。13在额定输出功率相同的条件下，交流伺服电动机的比功率最高，直流伺服电动机次之，步进电动机最低。

简答1.光电隔离电路的作用是什么?答：可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电、可以进行电平转换、提高驱动能力2.在机电一体化系统中应用的传感器的类型通常都有哪些?答： 按作用分为：(1)检测机电一体化系统内部状态的内部信息转换器 (2)检测作业对象和外部环境状态的外部信息传感器;按输出信号的性质分为：(1)开关型(2)模拟型(3)数字型3.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些?答：圆柱齿轮传动：(1)偏心套调整法 (2)轴向垫片调整法 (3)双片薄齿轮错齿调整法 ;斜齿轮传动：(1)垫片错齿调整(2)轴向压簧错齿调整4.滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些?答：(1)双螺母螺纹预紧调整式 (2)双螺母齿差预紧调整式 (3)双螺母垫片调整预紧式 (4)弹簧式自动调整预紧式 (5)单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式5.对传感器的应用中，通常采取哪些技术措施来改善传感器的性能? 答：(1)平均技术 (2)差分技术 (3)稳定性处理 (4)屏蔽和隔离6.你对机电一体化微机控制系统设计思路的理解是什么?答：(1)微机控制系统整体控制方案的确定 (2)控制算法的确定 (3)微机计算机的选择 (4)控制系统总体设计 (5)软件设计7. 谐波齿轮传动的特(优)点是什么?答：具有结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等优点。8. 同步带传动的特(优)点是什么?答：传动比准确、传动效率高、能吸震、噪声低、传动平稳、能高速传动、维护保养方便等优点。9.同步带传动的主要失效形式有哪三种?答：(1)同步带的承载绳疲劳拉断 (2)同步带的打滑和跳齿 (3)同步带齿的磨损。 10.机电一体化系统(产品)对执行元件的基本要求有哪些?答：(1)惯量小，动力大 (2)体积小，重量轻 (3)便于维修，安装 (4)易于微机控制。11.机电一体化系统对控制用电动机的基本要求有哪些?答：(1)性能密度大(2)快速性好(3)位置控制精度高，调速范围高，低速运行平稳无爬行现象，分辨率高，震动噪声小 (4)适应起、停频繁的工作要求 (5)可靠性高，寿命长。12.与一般带传动相比较，同步带传动具有特点是什么? 1)传动比准确，传动效率高;2)工作平稳，能吸收振动;3)不需润滑，耐油、水、耐高温，耐腐蚀，维护保养方便;4)中心距要求严格，安装精度要求高;5)制造工艺复杂，成本高。13.机电一体化系统中常用的间歇传动部件通常有哪几种，其基本要求是什么?答：(1)棘轮传动(2)槽轮传动 (3)蜗形凸轮传动;基本要求：位移迅速，位移过程中运动无冲击，停位准确可靠14导轨副应满足的基本要求?答：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等。

15.导轨副的组合形式包括哪几种?答：(1)双三角形 (2)矩形和矩形组合 (3)三角形和矩形组合 (4)三角形和平面组合 (5)燕尾形导轨及其组合16. 提高导轨副耐磨性的措施通常有哪几种?答：(1)采用镶装导轨(2)提高导轨精度与改善表面粗糙度 (3)减小导轨单位面积上的压力17.齿轮传动中，各级传动比的最佳分配原则都有哪些?答：

(1)重量最轻原则 (2)输出轴转角误差最小原则 (3)等效转动惯量最小原则18. 执行元件的种类及特点?答：根据能量不同分为：(1)电动式 ：可使商用电源信号与动力的传送方向相同，有交流和直流之别，应注意电压之大小; (2)液动式 ：要求操作人员技术熟练，液压源压力为(20~80)*10^5(3)气动式 ：空气压力源的压力为(5~7)*10^5Pa，要求操作人员技术熟练19.保证机电一体化系统可靠性的方法有哪些?答：(1) 提高系统的设计和制造质量 (2) 冗余技术 (3)诊断技术

第三篇：机电一体化课后答案

机电一体化(第二版)

课后答案

第一章

1-1.试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。

答：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。

1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成?分别实现哪些功能?

答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。

②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。

1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同?

答：

1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。

2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。

3、适应性设计是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。

所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。

1-20.简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。

答：

1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD的研究成果。

2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。

3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。

4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。

5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。

反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的系统进行剖析、重构、再创造的设计。

第二章

2-10.现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离?

答：Z1=100，Z2=98，ΔS=(2/Z1)*λ0=0.02*6mm=0.12mm

2-16.各级传动比的分配原则是什么?输出轴转角误差最小原则是什么?

答：(1)各级传动比的分配原则是：①重量最轻原则②输出轴转角误差最小原则③等小传动惯量最小原则

(2)输出轴传动误差最小原则是：为提高机电一体化系统齿轮传动的精度，各级传动比影按先小后大的原则分配，一边降低齿轮的加工误差、安装误差及回转误差对输出转角精度的影响。总转角误差主要取决于最末一级齿轮的转角误差和传动比的大小，在设计中最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度。

2-19.设有一谐波齿轮减速器，其减速比为100，柔齿轮数为100。当刚轮固定时，试求该谐波减速器的钢轮齿数及输出轴的传动方向(与输入轴的传向相比较)。

答：根据公式：iHr=Zr/(zr-zg)可知：当iHr=100时，Zg=99，当iHr=-100时，Zg=101;故该谐波减速器的钢轮齿数为101，柔轮输出轴方向与波发生器输入轴转向相反。

2-21.简述导轨的主要作用，导轨副的组成、种类及应满足的基本要求。

答：导轨的作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。

导轨副的组成：导轨副主要由承导件和运动件两大部分组成。

常用的导轨副种类很多，按其接触面积的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等;按其结构特点可分为开式导轨和闭式导轨。

导轨副应满足的基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好温度变化影响小以及结构工艺性好等。

第三章

3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么?

答：⒈惯量小、动力大

⒉体积小、重量轻

⒊便于维修、安装

⒋易于微机控制

3-6 简述 PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。

答：通过电源的通断来获得电压脉冲信号，控制通断的时间比来获得不同的电压脉冲，通的时间越长，获得的平均电压越大，电机转的就快，反之，电机转的就慢。电机的换向是通过桥式电路来实现的，它是由四个大功率的晶体管组成，通过在不同晶体管的基极加正负脉冲从而实现电机的转向控制。为使其实现双向调速，多采用桥式电路，其工作原理与线性放大桥式电路相似。

电桥由四个大功率的晶体管组成。如图，分别记作 1.2.3.4.如果在 1 和 3 的基极上加以正脉冲的同时，在 2 和 4 的基级上加以负脉冲，这时 1 和 3 导通，2 和 4 导通。设此时的电动机转向为正;反之，则为负。电流的方向与前一情况相反，电动机转向，显然，如果改变加到 1 和 3，2 和 4这两组管子基极上控制脉冲的正负和导通率就可以改变电动机的转向和速。

3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法?

答：a=360/(K*M)

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=K*N (N 为电动机的相数，单拍是 K=1，双拍时 K=2)。

第四章

4-2 试说明微型计算机的基本特点及选用要点。

答：较完善的中断系统，足够的储存容量，完备的输入/输出通道和实时时钟;字长，速度，指令。

4-15 键盘键值是如何确定?

答：将行、列线按二进制顺序排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置0电平，读出各行状态为非1状态，这时的行、列数据组合成键值。

4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。

答：光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换元件组成，如书本P168图 4.39。控制输出时，如图4.39a所示可知，微机输出的控制信号经74LS04非门反相后，加到光电耦合器G的发光二极管正端。当控制信号为高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电压，当控制信号为低电平时，法官二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可将光电耦合器用于信息的输入，如图4.39b所示。

4-19 试说明检测传感器的选用原则及注意事项。

答：首先要根据使用要求选择适合自己所需要的，此外还可以采取某些技术措施来改善传感器的性能如：平均技术，差分技术，稳定性处理，屏蔽和隔离。选用传感器时，要特别注意不同系列产品的应用环境、使用条件和维护要求。

第五章

5-1 回顾所学机械控制工程的相关知识，简述机电一体化系统设计与机械控制工程理论的关系。

答：随着机电一体化技术的发展，机械控制工程基础在机电一体化系统中的应用越来越广泛。

5-4 简述传递函数、系统的过渡过程、伺服系统的动态特性的含义。

答：线性定常系统传递函数定义为：在零初始值下，系统输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。系统的过渡过程：当系统受到外部干扰时，其输出量必将发生变化，但由于系统总含有惯性或储能元件，其输出量不可能立即变化到与外部干扰相应的值，而需要有一个过程，这个过程就是系统的过渡过程。伺服系统的动态特性：1.系统过渡过程品质，即系统响应的快速性和震荡性。2.系统的稳定精度，即稳态误差ess的大小。

5-5 用所学机械控制工程基础对机电一体化系统元、部件的动态特性进行分析。

答：机械系统在传递运动的同时还将进行力的传递。因此，机械系统的各构成零部件必须具有承受其所受力的足够强度和刚度的尺寸。但尺寸一大，质量和转动惯量就大，系统的响应就慢。如书本P207图5.15a所示，输入为力Fx(t)时，其响应为Fy(t)或y(t)f(x(t))，系统负载质量和惯量不同，其响应快慢也不同。含有机械负载的机械系统动态特性如图5.15b所示。如果是齿轮减速器，其机构的运动变换函数yf(x)()x就是线性变换。如果只有机构的转动惯量Jm，则其动态特性为

1t1，如果只有负载转动惯量JL，则其负载反2(Jms)力为JLs2y。包括负载在内的机械总体的动态特性，以传递函数形式可表示为X(s)/Fx(s)1/[(JmJL/i2)s2]

第六章

6-4 简述数控机床坐标系的定义规则。

答：数控机床坐标系统采用右手直角笛卡儿坐标系，确定机床坐标系时，假定刀具相对工件做相对运动。该标准规定机床传递切削力的主轴轴线为Z坐标。当机床有机个主轴时，则选一个垂直于工件装夹面的主轴为Z轴。规定增大工件和刀具距离的方向为Z的正方向。

X坐标是水平的，它平行于工件的装夹面。对工件旋转的机床，取刀具远离工件的方向为X的正方向。对于刀具旋转的机床则规定：当Z轴为水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，X正方向为向右方向;当Z轴为垂直时，对单立柱机床，面对刀具主轴向主轴方向看，右手方向为正方向。y坐标按右手直角笛卡儿坐标系确定其正方向。

6-5 了解数控编程的辅助功能M指令代码和数控G指令代码。

答：M指令代码：M00程序停机M01选择停机，按下“选择停”按钮后才起作用;M02程序结束，到下一程序的起点;M03主轴顺时针方向旋转;M04主轴逆时针方向旋转;M05主轴停转;M06换刀;M07开#号冷却液;M08开*号冷却液;M09关闭冷却液;M10夹紧;M11松开;M30程序终了，返回到程序起点。

G指令代码：1.坐标平面选择指令(G

17、G

18、G19);2.绝对值和增量值编程指令(G90、G91);3.快速点定位指令(G00)4.直线插补指令(G01);5.圆弧插补指令(G01);6.刀具半径补偿指令(G40、G

41、G42)

6-6 简述数控(CNC)加工程序编制的主要内容。

答：数控(CNC)程序编制分手工编程和自动编程。手工编程是指从分析零件图、制订工艺规程、计算刀具运动轨迹、编写零件加工程序单、制作程序介质直到程序效应，整个过程主要由人工来完成，这种人工制备零件加工程序的方法称手工编程。编制零件加工程序的全部过程主要由计算机来完成的编程方法称自动编程。

第七章

7-7 在闭环之外的动力传动链齿轮传动间隙对系统的稳定性有无影响?为什么

答：有。由于动力传动链存在齿轮传动间隙，当电动机在齿隙范围内运动时，被控对象不转动，没有反馈信号，系统暂时处于开环状态。当电动机转过齿隙后，主动轮于从动轮产生冲击接触，此时误差角大于无齿轮加你时的误差角，因此从动轮以较高的加速度转动。又因为系统具有惯量，当被控对象转角c等于输入转角r时，被控对象不会立即停下来，而靠惯性继续转动，使被控对象比无间隙时更多地冲过平衡点，这又使系统出现较大的方向误差。如果间隙不大，且系统中控制器设计得合理，那么被控对象摆动的振幅就越来越小，来回摆动几次就停止在cr平衡位置上。如间隙较大，且控制器设计得不好，那么被控对象就会反复摆动，即产生自激振荡。因此，闭环之内动力传动链中的间隙会影响伺服系统的稳定性。

7-8 何谓机电一体化系统的“可靠性”?

答：所谓的可靠性是指系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

7-9 机电一体化系统的“失效”与“故障”有何异同?

答：如果产品不能完成规定功能，就称为失效，对于可修复的系统也可称故障。

7-10 保证机电一体化系统可靠性的方法有哪些? 答：1.提高系统的设计和制造质量;2.冗余技术;3.诊断技术。

第四篇：机电一体化名词解释、判断答案

1 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，以系统为出发点的最佳功能价值的系统工程技术。

2 伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。

3 闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。

4 逆变器是将直流电变成交流电的电路。

5 SPWM是指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。 6 它是把组成微机的CPU、存储器I/O接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成芯片上构成一个完整的计算机。

7 I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件(电路)。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。 8 I/O通道也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。 9 串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。

10 硬件在外设与内存间直接进行数据交换(DMA)而不通过CPU

1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。 ( × )

2 滚珠丝杆不能自锁。( √ )

3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。( × ) 4 异步通信是以字符为传输信息单位。( √ )

5 同步通信常用于并行通信。( × )

6 无条件I/O方式常用于中断控制中。( × )

7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误

(1)影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差(√)

(2)螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素( √ )

(3)螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素(√)

(4)温度误差是影响传动精度的因素(√)

第五篇：机电一体化系统设计(试题和答案)

一、填空题1.滚珠丝杆中滚珠的循环方式有 、 两种。 2.机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括 、 、 、

3.在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的

，并尽量高伺服系统的响应速度。

4..实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是 、 、 。 5.抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、

、

、

、合理布局和软件抗干扰技术。 6.机电一体化系统一般由______________、_____________、接口、__________________、 _____________、______________等部分组成。

7.机电一体化系统(产品)设计类型大致可分为________________、适应性设计、________________。

二、简答题

1、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电耦合器，光电耦合器的作用有哪些?

2、什么是三相六拍通电方式?

3、简述PWM脉宽调速原理。

4、简述香农采样定理。

5、什么叫传感器?它是由哪几部分组成的?

6、步进电动机常用驱动电路中功率放大电路有哪几种类型?

三、计算题(共20分)(将本题答案写在答题纸上)

(一)、(10分)三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，输入脉冲频率为多少?步距角为多少?

(二)、(10分) 光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位 移是多少毫米?若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少?测量分辨率是多少?

四、综合分析题(共30分)

(一)、分析、说明如图所示计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理。

(二)、伺服控制系统一般包括哪几个部分?每部分能实现何种功能?

共

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第

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一、填空题(每空1分，共20分)

1、内循环、外循环

2、性能指标

系统功能

使用条件

经济效益

3、稳定性

4、 1)采用计算机软件分配器

2)小规模集成电路搭接的硬件分配器

3)专用模块分配器

5、隔离

滤波 接地

6、机械本体 动力与驱动

执行机构

传感器检测部分

控制及处理部分

7、开发性设计

变参数设计

二、简答(每题5分，共30分)

1. (1)能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。 (2)泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。

(3)共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。 2. 如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A→ AB→ B→ BC→C → CA→…

3. 在一个周期T内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U被按一定的频率开闭的开关S加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U、宽度为，如右图所示。电枢两端的平均电压为：

UdT1T0UdtTUU

式中

=/T=Ud/U，(0<<1)

为导通率(或称占空比)。

当T不变时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压Ud。当从0~T改变时，Ud由零连续增大到U。

4.采样频率大于2倍的信号频率，才能正确复现原信号。

5.传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。敏感元件、转换元件、基本电路。

6.单电压、双电压、斩波恒流、恒流源

三、计算题(共20分)

(一)(10分)K=1; M=3, Z=100; α=360/1*3*100=1.2ºf=600Hz

(二)(10分)100：1=400：x=4 mm四细分：400：1=400：x=1mm分辨率：1÷400=2.5(μm)

四、综合分析题(30分)

(一)(15分)采样过程是用采样开关(或采样单元)将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机，故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。

量化过程(简称量化)就是用一组数码(如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的处理方法。信号进入计算机后经其处理经D/A转换后输出。

D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置。模拟量输出主要由D/A转换器和输出保持器组成。它们的任务是把微机输出的数字量转换成模拟量。多路模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的结构形式。保持器一般有数字保持方案和模拟保持方案两种。这就决定了模拟量输出通道的两种基本结构形式。

(二)(15分)略

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