机电一体化复习(郑堤 唐克洪主编).doc

1. 工业三大要素：物质、信息、能量2. 机电一体化产品一般具备的内部功能：主功能、动力功能、计测功能、控制功能、构造功能3. 机电一体化基本结构要素：机械本体、动力源、检测和传感装置、控制和信息处理装置、a) 执行机构4. 按照机电结合程度和形式不同，机电一体化产品可划分为：功能附加型、功能替代型、机电融合型。主要特征见（书P5）5. 机电一体化的基础是机械技术6. 机电一体化共性关键技术：机械技术、计算机与信息处理技术、检测和传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术7. 机电一体化产品设计一般分为三种类型：开发性技术、适应性技术、变异性技术 8. 机电一体化对机械系统的要求：高精度、快速响应、良好的稳定性9. 机械系统的组成：传动机构、导向机构、执行机构10. 传动机构性能要求：转动惯量小、刚度大、阻尼合适11. 滚珠丝杆副组成：螺母、滚珠、丝杆、回程引导装置12. 机电一体化机械系统应具备的伺服性能：高精度、快速响应、良好的稳定性13. 直齿圆柱齿轮传动机构消除齿侧间隙方法：偏心轴套调整法、双片薄齿轮错齿调整法14. 斜齿轮传动机构：垫片调整法、轴向弹簧调整法15. 滚珠丝杆副轴向间隙调整和施加预紧力的方法：双螺母预紧16. 常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式：垫片调隙法、螺纹调隙法、齿差调隙法17. 按螺纹滚道截面形状分类：单圆弧型、双圆弧型两类18. 按滚珠的循环方式分类：内循环方式、外循环方式19.20. 同步齿形带传动机构兼带传动、齿轮传动、链传动的优点21. 机电一体化产品的导向机构是导轨，其作用是支承和导向22. 根据导轨副之间的摩擦分为：滑动导轨和滚动导轨23. 导轨的基本要求：导向精度、耐磨性、疲劳和压溃、刚度、低速运动平稳性、结构工艺性24. 微动机构按执行件的运动原理不同分为：机械式、电气-机械式、弹性变形式、热变形式、磁致伸缩式、压电式25. 机电一体化产品接口分类：按接口的变换和调整功能分为：零接口、被动接口、主动接口、智能接口。按输入功能分为机械接口、物理接口、信息接口、环境接口26. 人机接口又包括输入接口与输出接口两类。27. 信息处理系统通过信息采集接口接受传感器输出的信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后，发出有关控制信号 经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件，以调节机械系统的运行状态，使其按要求动作28. 人机接口的特点：专用性、低速性、高性能价格比29. 在进行接口设计时需要采取软件或硬件措施进行消抖处理。30. 软件消抖是在检测到开关状态后，延时一段时间再进行检测，若两次检测到的开关状态相同则认为有效。延时时间应大于抖动时间。31.32.33. 按照信息的传递方向，机电接口分为信息采集接口和控制量输出接口。34. A/D转换芯片种类繁多，主要有逐次比较式、双积分式、量化反馈式和并行式35. 计算机输出的控制信号主要有三种形态：数字量、开关量和频率量36. 检测系统的基本要求：灵敏度及分辨率、精准度、系统的频率响应特性要求快速响应、稳定性、线性特性、静、动态特性好37. 检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。38. 传感器主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。39. 光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接收元件组成。40. 最常见的数字式传感器有光栅、磁栅、容栅、感应同步器、光电编码器及激光干涉仪等41. 运算放大器N1和N2接成跟随器，作缓冲器用。当控制信号Uc为高电平时场效应管VF导通，对输入信号采样。输入信号ui通过N1和VF向电容C充电，并通过N2输出uo。由于N1的输出阻抗很小，N2的输出阻抗很大，因而在VF导通期间uo = ui。当Uc为低电平时，VF截止，电容C将采样器间的信号电平保持下来，并经N2缓冲后输出。42. 按被控量的不同可以将伺服系统分为位置伺服系统、速度伺服系统，其中最常见的是位置伺服系统 ； 43. 按照控制方式，可将伺服系统分为开环、闭环、半闭环系统 。44. 根据执行器使用的动力源，可以将伺服系统分为电气伺服系统、液压伺服系统和气压伺服系统等几种类型。 45. 伺服系统的基本要求：稳定性、精度、快速响应性46. 单相、双相通电K=1，单双相轮流通电K=247. 步距误差：空载时实测的步距角与理论的步距角之差，反映步进电机的角位移精度。（1030,精度高的25）48. 直流伺服电机特点：响应迅速，精度和效率高，调速范围宽、负载能力大，控制优良，一般用于闭环或半闭环控制的伺服系统中。49. 基本结构：磁极、电枢、电刷及换向片等三部分。50. 基本原理是主磁极的励磁线圈在直流电源下产生恒定磁场，当电枢绕组通入直流电，在电枢线圈中有直流电流，因而电枢线圈在磁场的作用下受到电磁力矩而带动转子旋转。 51. 直流伺服电机，按定子磁场产生方式分，可分为永磁式和他励式。52. 按电枢的结构与形状分平滑电枢型、空心电枢型（前两者惯性小）和有槽电枢型（转动惯量大）。53. 按转子转动惯量的大小可分为大惯量、中惯量和小惯量型。54. 直流伺服电动机的控制方式：电枢电压控制、励磁磁场控制55.56. 步进电动机的控制：脉冲分配控制、速度控制、自动升降速控制57. 要使步进电动机正确运转，必须将指令脉冲按一定规律分配给步进电动机各相绕组，以产生旋转磁场。把实现这一功能的器件称为脉冲分配器或环形分配器，可由硬件电路或软件程序来实现58. PWM晶体管功率放大器由电压-脉宽变换器、开关功率放大器组成59. 功放电路(功率放大器)，目前主要有两种： 1.晶闸管功率放大器； 2.晶体管脉冲宽度调制(PWM)功率放大器。60. 影响系统动态特性的主要因素是系统的惯性、刚度和阻尼。61. 统计法所采用的随机信号主要有白噪声信号和伪随机信号62. PID控制器中有三种基本控制规律：比例、积分、微分控制规律简答题1. 试举出一个典型的机电一体化产品的例子，并指出该系统由哪几部分构成，它们各起什么 作用。 （关键点：分清机电产品的各组成部分，即机械本体、执行器、控制与信息、处理系统、检测反 馈装置，并写出它们的名称和功能） 答：可举出有关的机电一体化产品的例子（自动吸尘器、洗衣机等） 机械本体（吸尘器机体）：指机架、机械传动、执行机构；支撑系统和执行动作； 执行器（电机）：将电能转化为机械能； 控制与信息处理系统（吸尘器的控制器）：完成信息转换、传输、处理、运算等功能； 检测反馈装置（接触传感器等）：负责检测系统工作情况，供系统处理。2. 简述机电一体化的涵义。 答：在微电子技术向工业渗透的基础上，综合应用机械、电子、信息、自动控制等群体技术，从 系统的观点出发，根据系统的功能目标和优化组织结构目标，以智能、动力等要素为基础，对各 组成要素及其间信息、能量交互机理进行研究，并在有序信息流的控制下，形成物质、能量的有 规则运动，实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。3. 简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。 答：直流伺服电动机脉宽调制（PWM）的工作原理：假设输入直流电压U ，可以调节导通时间得 到一定宽度的与U 成比例的脉冲方波，给伺服电动机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变 电枢回路的平均电压，从而输出不同大小的电压Ua ，使直流电动机平滑调速。4. 什么是伺服系统？伺服系统的一般组成有哪几个部分？答：伺服系统又称随动系统，它是以机械位置、速度和加速度为控制对象，在控制命令指挥下， 控制元件的工作，使机械运动部件按照命令要求运动。 一般来说，伺服系统组成框图如图所示。 伺服系统组成框图 控制器：伺服系统中控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略，控制器 通常由电子线路或计算机组成。 功率放大器：伺服系统中功率放大器的作用是将信号进行放大，并用来驱动执行机构完成 某种操作，功率放大装置主要由各种电力电子器件组成。 执行机构：执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。 检测装置：检测装置的任务是测量被控制量，实现反馈控制。无论采用何种控制方案，系 统的控制精度总是低于检测装置的精度，因此要求检测装置精度高、线性度好、可靠性高、响应 快。5. PID 控制器中的 P、I、D 各指什么？它们对控制系统分别有什么作用？P-比例环节、I-积分环节 D-微分环节比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；积分调节能消除静差，改善系统静态特性；微分 调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。6. 何谓采样？怎样才能保证在采样过程中不丢失原信号中所包含的信息？答：所谓采样：将模拟信号变成离散信号的过程。采样过程中，只有满足采样定理（或者采样频率必须为信号最高频率的两倍）的采样过程才能保证在采样过程中不丢失原信号中所包含的信息。7. 试根据机械特性曲线，分析当负载转矩不变时，直流伺服电机的调压调速过程。当负载转矩保持不变时，保持x轴取值不变，对比ua1，ua2，ua3对应的电机角速度，发现，随着电枢电压升高转速也升高。8. 试分析电压-脉宽变换器输出的矩形脉冲 Us 的频率、正负脉宽比及脉冲幅度各是由谁决定的。输出的举行脉冲Us的频率取决于三角波的频率，正负脉宽比取决于Ui，脉冲幅度取决于比较器的特性。当U1=0时，Us的正负脉宽相等，直流分量为0，当U10时，Us的正脉宽大于负脉宽，直流分量大于0，当U1UTpp/2或U1-UTpp/2时，Us为正或负的直流信号，VT1和VT4或VT2和VT3始终导通，电动机在最高转速下正转或反转。9. 机电一体化机械系统由哪几部分机构组成，对各部分的要求是什么由传动机构、导向机构、执行机构组成传动部件设计：要求传动机构满足以下几个方面：转动惯量小、刚度大、阻尼合适 ，此外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态特性与伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。（1）精密