机电一体化论述题.doc

三、分析论述题图2 丝杠螺母传动机构的基本传动形式1. 简述如图2所示丝杠螺母传动机构的特点。答：a.结构简单，传动精度较高，螺母支撑丝杠可消除附加轴向窜动刚性较差。b.结构紧凑、丝杆刚性较高，要限制螺母转动，需要导向装置。c.结构复杂、占用空间较大，传动时需要限制螺母移动和丝杆转动。d.结构简单、紧凑、丝杆刚性较高，但是使用不方便，故应用较少。2. 试分析单圆弧轨道和双圆弧轨道的结构特点（设计、制造、使用与维护）答：单圆弧滚道：结构简单，传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能力，加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在轻载条件下工作。双圆弧滚道：结构简单，存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双螺母结构的条件下，具有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。3. 试分析图示消除滚珠丝杠轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点。 答：原理：调整垫片的厚度可以是两个螺母产生相对位移，以达到消除间隙、产生预紧拉力的目的。特点：结构简单、刚度高、预紧可靠，但是使用中调整不方便。4. 试分析图示消除滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点。答：原理：调整时旋转螺母消除轴向间隙并产生一定的预紧力，然后用锁紧螺母锁紧。预紧后两个螺母中的滚珠想向受力从而消除轴向间隙。特点：结构简单、刚性好、预紧可靠，使用中调整方便，但是不能精确定量进行调整。5. 简述燕尾形导轨组合的特点和间隙调整 答：特点：整体式燕尾导轨导向精度高，调整方便，承载能力强，制造困难；装配式导轨，制造调整方便，承载能力与整体式燕尾导轨相比较弱；燕尾导轨与矩形导轨相比，兼有调整方便，承载能力较强等。间隙调整：须间隙调整装置，燕尾起压板作用，镶条可调整水平垂直两方向的间隙。 双三角形导轨组合结构及特点6、简述双三角形组合导轨组合的特点和间隙调整答：特点：两导轨磨损均匀，能自动补偿垂直和水平方向下磨损，接触刚度好，导向和精度保持性高，但工艺性差，热敏感性较大。主要用于高精机床。间隙调整：由于结构对称，驱动元件可对称地放在两导轨中间，并且两条导轨磨损均匀，磨损后相对位置不变，能自动补偿垂直和水平方向的磨损，故导向性和精度保持性都高，接触刚度好，但工艺性差。 7. 简述步进电机的工作原理，并推导出步进当量的计算公式。 答：工作原理：当第一个脉冲通入A相时，磁通企图沿着磁阻最小的路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的1、3齿要和A级对齐。当下一个脉冲通入B相时，磁通同样要按磁阻最小的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则转子就顺逆时针方向转动一定的角度。计算公式：。8. 试分析如图所示步进电机驱动功率放大器的基本工作原理。答：单电压功率放大电路A、B、C分别为步进电机的三相，每相由一组放大驱动。放大器输入端与环形脉冲分配器相连。在没有脉冲输入时，3DK4和3DD15功率晶体管均截止，绕组中无电流通过，电机不转。当A相得电时，电动机转动一步。当脉冲依次加到A、B、C三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，使电动机一步一步地转动。电路中与绕组并联的二极管VD起续流作用，即在功放截止时，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。 多路功率开关细分驱动电路9. 试述如图所示步进电机用功率开关细分驱动电路的基本工作原理。答：在绕组电流上升的过程中，VTd1VTd5按顺序导通。每导通一个绕组中电流便上升一个台阶，步进电机也跟着转动一小步。在VTd1VTd5导通过程中每导通一个，高压管都要跟着导通一次，使绕组电流能快速上升。在绕组电流下降的过程中，VTd1VTd5按顺序关断。为了使每关断一个晶体管电流都能快速下降一个台阶，在关断任一低压管前，可先将剩下的全部断开一段时间，使绕组通过泄放回路放电，然后再重新开通。（由基极开关电压U1U5控制多路功率开关管VTd1VTd5的通断，从而控制功放管VT的导通电流大小，即步进电机线圈绕组电流的大小，实现对步进电机步进量的细分）10. 试分析如图所示光电的基本工作原理和特点，在本电路中各元气件的作用是什么？ 答：工作原理和特点：微机输出的控制信号经74LS04非门反向后，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，经反向后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二级管不导通，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，发光二级管导通并发光，光敏晶体管接收发光二级管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同理，可将光电耦合器用于信息的输入。11. 如图所示机电传动控制系统，在无外界干扰的假设条件下，试分析各组成部分的作用是什么？并写出该系统的传递函数数学模型。 答：各组成部分作用：Ka前置放大器增益；KA功率放大器增益；Kv速度反馈增益； Tm直流伺服电机时间常数；i1、i1减速比；Kr位置传感器增益； Vi(s)输入电压的拉式变换；i(s)丝杠输出转角的拉式变换。 12. 试分析论述机电一体化系统稳态设计、动态设计的目的；重点研究哪些重要指标参数？ 答： 系统稳态设计目的：使控制被控对象能完成所需要的机械运动即进行机械系统的运动学、动力学分析以及计算，保障整个机电一体化系统的整体性能。动态设计的目的：在稳态设计的基础上，保证系统的动态稳定性、过渡过程的品质（响应特性、振荡特性等）、动态稳定精度，动态响应特性等指标参数。指标参数：上升时间Ts；延滞时间Ty；调整时间Tt；最大超调量%。10. 在机电一体化系统动态设计中，叙述所增加PID调节器内各环节的调节特点，试分析控制系统中增加PID调节器的主要作用是什么？ 答：增加PID调节器内各环节的调节特点：a ) 比例( P )调节，传递函数：Gc(s) = Kp= R2 /R1特点：调节作用主要取决于增益Kp的大小 ，Kp值越大调节作用越强，但存在调节误差，且当Kp值太大时，可能引起系统不稳定。 b ) 积分( I )调节，传递函数：Gc(s) = 1/( Ti s )= 1/( R1C s ) 特点：可以减少或消除调节误差，但响应慢，因而较少单独使用。c ) 比例积分，传递函数：Gc(s) = KP 1+1/(Ti s ) 其中：KP =R2/R1；Ti = R2C。 既克服了单纯比例( P )调节存在调节误差的缺点，又避免了积分( I )调节响应慢的弱点，系统稳定性和动态性能得到了改善。 d ) 比例积分微分( PID )调节，传递函数：Gc(s) = KP1+1/(Ti s ) +Td s 其中：KP =(R1C1+R2C2)/( R1 R2)；Ti = R1C1 +R2C2；Td = R1C1R2C2/(R1C1+R2C2)