《机电一体化系统设计基础》问答题归纳.doc

机电一体化系统设计基础问答题归纳1、对机电一体化系统进行分析时要注意哪些问题? 答：对机电一体化系统进行分析时，要注意以下三点： （1）用机电一体化系统的基本结构要素划分所要研究的系统。 （2）运用系统技术，从系统的角度出发对机电一体化系统进行分析。 （3）研究系统内各个结构要素之间的关系，综合考虑相关要素的影响。 2、如何提高伺服系统的响应速度？ 答：伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。 （1）提高系统的固有频率，减小阻尼。增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。 （2）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。 3、交流伺服电机有哪些类型？交流伺服驱动的主要特点是什麽？ 答：交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。 交流伺服驱动的主要特点有：（1）调速范围大；（2）适合大、中功率伺服系统；（3）运行平稳，转速不受负载变化的影响；（4）输出转矩较大，而转矩脉动小。（5）通过闭环实现速度控制或位置控制，其中永磁式同步电机也可作步进方式运行。 4、工业控制PC计算机与可编程序控制器的主要区别是什么？ 答：工业控制PC计算机的基本系统与普通PC机大体相同，但备有各种控制模板，一般不需要再作硬件开发，在结构上进行了模块化；系统具备完整的控制功能，软件丰富，执行速度快，适用于需要作大量数据处理的测控系统。在程序语言方面，工业控制计算机以使用高级语言为主，也可使用汇编语言。 可编程序控制器（PLC）结构小巧，适应性强，可按照使用要求选购相应产品组成控制系统，可编程序控制器的控制功能以逻辑控制为主，小型PLC适用于实现各种逻辑控制和开关量控制，大中型的PLC为模块化结构，按用户所需的功能选配模块，可组成规模较大、精度较高的闭环控制系统。PLC的控制功能由软件实现，但信号的输入输出采用周期性的扫描方式，这一点与工业控制PC机存在重要的区别。此外，在程序语言方面PLC的编程语言多采用梯形图，大型PLC控制系统可使用高级语言。 5、直流测速发电机和光电编码器做转速测量时各有何特点？ 答：直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成，用电枢获取速度信号。它具有灵敏度高、结构简单等特点，常用于高精度低速伺服系统，也可与永磁式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电压信号，信号幅度大，信号调理电路简单。由于输出电压信号有波纹，一般需要配置滤波电路。 光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和光电器件组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特点，常与直流电机配合使用构成脉宽调速系统。增量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲信号，可以通过脉冲计数获得角位置信号，也可以定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。因此，可以同时测量转角和转速。 6、液压马达和直流电机实现转动输出驱动各有何特点？ 答：（1）使用液压马达一般不需要中间传动机构，马达轴与负载轴直接连接，传动机构简单，结构紧凑；而直流电机驱动为得到合适的运动速度和负载能力，一般要使用较大传动比的减速器，传动机构的尺寸较大。 （2）在相同的负载条件下，液压马达比直流电机驱动的负载刚度大、快速性好； （3）液压马达对环境条件要求不高，可在需要防水、防爆的条件下工作，需要使用电液伺服阀和专门的液压动力源，对环境有污染；而直流电机驱动要求有较好的工作环境，也不会污染环境。 7、电位计式传感器有什么特点答：电位器式傳感器的主要特点有 （1） 体积小，价格便宜； （2） 可测量直线位移或转角，角度测量范围小于360度； （3） 输出模拟电压信号，信号幅值大，信号调理电路简单； （4） 精度较高，分辨率高，线性度可达到0.1% 。 8、液压伺服元件的主要特点是什么答：液压伺服元件主要有电液比例阀和电液伺服阀两种，可以用较小的直流信号对大功率的流量或压力实现控制。具体的特点请参见教材132页，第四章的小结。9、转动惯量在传动系统中的作用是什麽? 答：机械传动部件在机械系统工作时是运动的，由于传动件质量（包括质量分布）的存在，其转动惯量也是客观存在的。转动惯量对机械系统有多种不利影响，如使机械负荷增加，功率损耗增大；使系统响应速度变慢等。（可查阅教材44页） 10、什么是机电一体化系统的稳定性？有哪些传动参数影响系统的稳定性？ 答：机电一体化系统的稳定性是指系统工作性能不受外界环境的影响和抗干扰的能力。稳定的伺服系统，当扰动信号消失后，系统能够很快恢复到原有的稳定状态下运行；而不稳定的伺服系统则易受干扰，甚至产生振荡。机械传动部件的惯量、刚度、阻尼、固有频率等因素对系统稳定性都会产生影响。惯量过大会使系统固有频率下降，容易产生谐振，惯量分布不合理也影响系统的稳定性；传动部件刚度大则弹性变形小，系统的失动量也小，同时使可提高系统固有频率，对稳定性有利；系统中的阻尼可以使外界扰动的影响得到抑制，如机械部件产生振动时，适当的阻尼可减小振幅、使振动衰减，提高系统的稳定性。 11、光电隔离型DI/DO模板的特点答：光电隔离型DI/DO模板可以实现完全的电隔离，常用于解决工业控制机与其他独立设备的接口，其主要特点有： （1）输出信号与输入信号在电气上完全隔离，抗干扰能力强； （2）无触点，耐冲击，寿命长，可靠性高； （3）响应速度快，易与逻辑电路配合。 12、本次考试的重点章节有哪些？答：本课程的重点章不大好区分，但有重点节，可以参考复习提要的有关说明。 13、有关工业机器人的内容应如何着手复习？答：复习重点可关注7.1.1工业机器人下1、2、4、7等四个标题下的内容。 14、传感器作为一门课程已单独学过，本次考试占多大比例？答：所占比例不大，但关于傳感器的基本知识、常用的位置、速度傳感器的工作原理、选择计算要掌握。 15、请问第五章计算机技术有关总线部分的内容应如何复习答：重点学习STD总线。 （1）主要特点；（2）主要工作模式；（3）总线的输入输出子系统。 对总线信号描述、总线规范只要一般了解。 16、应如何掌握机械传动设置？答：机械传动设置的学习，要掌握以下问题： （1）齿轮传动装置 总傳动比选择、系统傳动比分配； （2）滚珠丝杠传动 了解结构、特点、参数尺寸；设计计算不必使用更多时间。 其他机械装置要了解其工作原理、特点。 17、本课程的重点在哪几章？答：本课程的重点章不大好区分，但有重点节，可以参考复习提要的有关说明。 18、在本次考试中，计算题的类型有哪些，谢谢。 答：计算题要求掌握的类型并不多。 例如，转动惯量的有关计算、步进电机步距角的计算、电机负载转矩的计算、光电编码器傳感器的选择计算等。 19、步进电机在机电一体化系统中占有重要的位置，对其的使用应从那几方面着重考虑？答：（1）步进电机如何实现速度控制 步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。 （2）步进电机的类型和通电方式 步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。三相步进电机的通电方式主要有三相三拍、三相双三拍和三相六拍。 （3）步进电机的主要特性 步进电机的主要特性指标：步距角、最高启动频率、最高连续工作频率等。 静态特性：矩角特性曲线、最大静态转矩。 动态特性：矩频特性 （4）步进电机的电源 步进电机的电源由变频信号源、脉冲分配器和功率放大器组成。 （5）步进电机的应用 常用于自动化仪表和小功率伺服系统，实现开环的位置或速度控制。 （6）步进电机的选择 按位置精度要求确定步距角、计算负载转矩、计算换算转动惯量、选择启动和工作频率、按矩频特性曲线校验电机力矩。 20、液压伺服驱动装置是如何组成的？各有何功能？ 答：液压伺服驱动装置是由液压控制阀与液压泵、液压马达以及液压缸等执行元件所组成。 液压控制阀是液压伺服驱动装置的控制单元，有开关控制阀、电液伺服阀和电液比例阀三种类型。开关控制阀具有开关或切换油路的功能；电液伺服阀能将输入的微弱电信号转换成大功率的液压量输出；电液比例阀能把输入的电信号转换为机械输出信号，对流量、压力和流动方向进行连续的成比例控制。 液压泵提供能源，液压马达或液压缸则输出转矩（或力）和转速（或速度），直接驱动机械作功。 21、工控机与光电编码器的异同及其在机电一体化中所起作用的差异答：请分清两者的不同概念，工业控制机是微机测控系统，而光电编码器仅仅是傳感器。 22、在本次考试中，应着重掌握的机电一体化实例有哪几个答：工业机器人和数控设备（数控车床）。 23、本课程的作业内容在考题中占多大比例答：作业内容在考题中所占比例我没有统计过，但可以说，凡能独立完成作业者，通过考试应该是正常的事情。 24、喷漆机器人应如何掌握？ 答：复习重点可关注7.1.1工业机器人下1、2、4、7等四个标题下的内容。 、老师，第四章动力驱动及定位应如何复习答：请参考教材83页第四章的导言。 25、老师，您好，请问机械传动系统的主要特性应如何掌握答：把重点放在转动惯量、系统传动精度上。其他特性要定性理解。26、老师，定位机构应如何复习答：定位机构作为一般了解内容，不必深究。 27、需要掌握传递函数的推导过程么?答：传递函数的推导过程不必深究。 28、应重点掌握哪几种步进电机？答：重点掌握转动式步进电机，直线步进电机一般了解即可。 29、电路框图在本次考试中会出现么？答：电路框图考试中出现的概率不高，考试试题由考务部门处理，本次情况不详。 30、特性曲线在本次考试中会出现吗？答：特性曲线考试中出现的概率不高，考试试题由考务部门处理，本次情况不详。 31、计算机控制系统应如何着重复习？答：计算机控制系统是覆盖第五章的内容。 请参考教材第134页第五章的导言。 32、老师，工控机与可编程序控制器有何异同？答：工业控制PC计算机的基本系统与普通PC机大体相同，但备有各种控制模板，一般不需要再作硬件开发，在结构上进行了模块化；系统具备完整的控制功能，软件丰富，执行速度快，适用于需要作大量数据处理的测控系统。在程序语言方面，工业控制计算机以使用高级语言为主，也可使用汇编语言。 可编程序控制器（PLC）结构小巧，适应性强，可按照使用要求选购相应产品组成控制系统，可编程序控制器的控制功能以逻辑控制为主，小型PLC适用于实现各种逻辑控制和开关量控制，大中型的PLC为模块化结构，按用户所需的功能选配模块，可组成规模较大、精度较高的闭环控制系统。PLC的控制功能由软件实现，但信号的输入输出采用周期性的扫描方式，这一点与工业控制PC机存在重要的区别。此外，在程序语言方面PLC的编程语言多采用梯形图，大型PLC控制系统可使用高级语言。 33、齿轮、链条、丝杠传动方式应如何掌握？答：重点放在齿轮传动系统的傳动比及傳动比分配原则上，其他传动装置主要掌握结构、特点及选用。 34、如何复习第二章中系统设计的评价分析方法？答：本章重点为机电一体化产品开发的基本方法和工程路线，系统设计的评价分析方法一般了解即可，不必去背。 35、一般工业控制机系统是如何组成的？ 答：工业控制机系统通常由计算机和过程输入输出两部分组成，计算机可采用多种CPU，过程输入输出部分包括有模拟量子系统和数字量子系统。 以STD总线工业控制机系统为例，系统内有：（1）构成计算机基本系统的CPU、存储器、外部设备接口；（2）模拟量和开关量控制接口，如电机、电磁阀等输入输出接口模板。这些模板直接挂在系统总线上，CPU可通过总线直接控制这些功能模板。 36、关于步进电机要掌握哪些内容？答：需要掌握以下几项内容：（1）步进电机如何实现速度控制 步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。 （2）步进电机的类型和通电方式 步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。三相步进电机的通电方式主要有三相三拍、三相双三拍和三相六拍。 （3）步进电机的主要特性 步进电机的主要特性指标：步距角、最高启动频率、最高连续工作频率等。 静态特性：矩角特性曲线、最大静态转矩。 动态特性：矩频特性 （4）步进电机的电源 步进电机的电源由变频信号源、脉冲分配器和功率放大器组成。 （5）步进电机的应用 常用于自动化仪表和小功率伺服系统，实现开环的位置或速度控制。 （6）步进电机的选择 按位置精度要求确定步距角、计算负载转矩、计算换算转动惯量、选择启动和工作频率、按矩频特性曲线校验电机力矩。 37、如何分析驱动装置中各环节误差对系统输出精度及稳定性的影响？答：传动系统中的传动误差和回程误差要对控制系统的精度、稳定性产生影响。它对系统性能的影响程度与其在系统中所处的位置有关，而同一环节误差的高频分量和低频分量对输出精度的影响也不同。 （1）位于输入通道的环节 其误差的低频分量相当于系统输入信号的一部分。它影响输出精度，误差的高频分量由于系统的低通特性而得到抑制，基本上不影响系统的输出精度。 （2）位于前向通道闭环之内的环节 其误差的低频分量会得到的反馈控制系统的补偿，对输出精度无影响，但其误差值不能过大而影响系统的稳定性；误差的高频分量会影响系统的输出精度。 （3）位于反馈通道上的环节 其误差相当于系统的一部分输入信号，对输出精度的影响与位于输入通道的环节是相同的。同时，反馈通道上的环节会影响系统的稳定性。 （4）位于前向通道闭环之后的环节 其误差被直接馈送到系统的输出端，无论是误差的高频分量还是低频分量都会影响系统的输出精度，但不存在稳定性问题。 开环系统传动误差和回程误差对系统输出精度的影响与此系相同。 38、设计齿轮传动机构时，确定传动级数与分配各级传动比的原则答：在机电一体化系统中使用齿轮机构时，若传动比无过高要求，常用多级圆柱齿轮构成的齿轮系。确定齿轮系传动的级数时，应根据所要求的总传动比，并限制单级传动比的数值。使齿轮机构尽可能作到结构紧凑。在分配传动比时通常有三种原则： （1）最小等效转动惯量原则 按此方法设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的转动惯量为最小，根据转动惯量的换算方法，可知按此原则，各级传动比