自学考试机电一体化试卷简答题

-----.-.可修编-第一章概论1，什么是系统？（P2）某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一整体的总称。在工程领域，系统可以是电、机械、液压、气动、热、生物以及医学的，或者是这些系统的某种组合。2，什么是机电一体化系统？（P3）系统。即，机电一体化系统应包括机电一体化产品和机电一体化制造系统。3，机电一体化的所谓“4A（P3）工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、社会服务自动化。4，典型的机电一体化系统有哪几种形式？（P4-11）典型的机电一体化系统有7中形式：机械手关节伺服系统数控机床工业机器人自动引导车顺序控制系统数控自动化制造系统微机电系统5，机器人按照控制水平可以分为哪三种类型?哪一类机器人运动控制水平最高？控制路径机器人代表最高运动控制水平。6，什么是顺序控制系统？分为哪几类？（P8）顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统。根据如何开始和终结操作，顺序可分为两类：当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱动顺序控制；7，FMS?（P9）FMS是将计算机数控机床，工业机器人以及自动导引车连接起来的系统，称为柔性制造系统。8，机电一体化系统中，机械受控模块的作用是什么？机械受控模式的输入由驱动模式和环境参数定义的条件一起提供。输出由测量模式接收，并转换为相对的电信号。9，机电一体化系统结构包含哪几个模块？简述各模块的作用（P12-13）典型的机电一体化系统结构包含：机械手控模块机械受控模块代表系统的机械结构，通常包含机械传动、支承和支座等。它的设计既设计材料性能、结构特性、形状、体积及重量等参数，也涉及系统的外貌。机械受控模块在机电一速度和力的参数天界、同步传动好传送物料等。测量模块测量模块的功能是采集有关系统状态和行为的信息，由传感器、调理电路、变换电路等组成。对测量模块的设计要求，就是不失真地反映被测物理变量的时间变化曲线。驱动模块驱动模块通常是指由电动机机器驱动电路组成的技术模块。驱动模块在系统中的作用提供驱动力改变系统包含速度和方向的运行状态，产生所希望的运动输出。通信模块通信模块的功能是传递信息，实现系统的部、外部，近程和远程通信。远距离传输多数采用光缆或无线电通信网络。在车间环境下工作，为防止电噪声干扰，红外通信用得比较普遍。在制造系统中，普遍采用局域网（LAN）实现各个独立设备之间的通信。微计算机模块微计算机模块在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供的信息。软件模块软件模块包括系统的操作指令和预先定义的各种算法，负责控制微计算机模块工作。软件模块的特性和形式与所选用的微计算机模块密切相关。软件模块的质量对机电一体化系统的柔性和智能化有着巨大的影响。接口模块接口模块在系统主要用于各级之间的信息传递。10，开发机电一体化系统的依据是什么？(P14)开发机电一体化产品的依据，一是需求牵引，二是技术推动，其中主要由市场导向，其次是技术导向。11，机电一体化的设计依据及评价指标包括哪几个方面?并简要说明。（P14）机电一体化的设计依据及评价指标包括：系统功能，即所设计的产品是干什么用的，它具有哪些基本功能和主要操作；性能指标，每一项功能都应满足一定的性能指标；使用指标，任何系统都是在一定的条件下运行的，其中包括环境和人员因素；服务。12，机电一体化设计思想是什么？(P16)(1)系统的设计思想（2）机和电融合的设计思想（3）注重创新的设计思想13，处理“机”与“电”关系采用哪些设计思想？（1）（2）简化机械系统（3）增强机械系统（4）14，(P18及柔性，有关的部件可以做的更轻、惯量更小。15，机电一体化系统设计过程包括哪些容？P20（（1）市场调研、需求分析和技术预测2）概念设计）可行性分析4）编制设计任务书（5）初步设计-方案设计（6）方案设计评估与优化（7）详细设计和参数核算完成全部设计文件。16，概念设计的主要特征有哪些？（（1）创新性（2）工艺可实现性（3）多样性（4）层次性（5）避免不良结构性（6）反复迭代性第二章机械受控模块1，机械传动装置的作用是什么？（P27）矩和转速、隔温环境和震动等。2，为什么要消除齿轮副间隙？常用什么方法消除间隙？反转，而是有一个滞后量，造成齿轮转动的回差。消除齿轮副间隙通常采用刚性调整法和柔性调整法。3，解决高精度、高刚度的齿轮副传动系统间隙问题的方法有哪些？（1提高齿轮制造精度（2提高孔距精度（34，滚珠丝杠螺母副与普通螺旋传动相比有哪些特点？它给机电一体化系统的性能改善带来了巨大的益处。但是，它不能自锁，用于升降传动时需要另加锁紧装置，结构复杂，成本偏高，另外传动的距离和速度有限。5，试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。（具有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点。由于滚珠丝杠螺母副具有运动摩擦小，便于消除传动间隙等突出优点，它给机电一体化系统的性能改善带来了巨大的益处。缺点：不能自锁，用于升降传动时需要另加锁紧装置，结构复杂，成本偏高，传动的距离（行程）和速度有限。6，滚珠丝杠螺母副的间隙消除和预紧方法有哪几种？（1）双螺母齿差式（2）双螺母螺纹式（3）双螺母垫片式（4）紧式7，谐波齿轮有什么特点?（P39-40）结构简单，体积小，重量轻，传动效率高；‘传动比围大；同时齿合德齿数多，一定精度高，承载能力大；运动平稳，无冲击，噪音小；齿侧间隙可以调整可实现向密闭空间传递运动及动力可实现高增速运动方便地实现差速传动8，（P44-45）轴系由轴、轴颈、轴承以及轴上的传动件等组成。在机械传动链，中间传动轴的要求一般不高，但对于保证机械功能、完成机械主要运动的主轴，则有较高的要求。主要要求包括：回转精度含轴向精度。静刚度。即单位变形量所需的静载荷大小。分布等因素有关。通常，通过模态分析，以轴系主振频率来表征。仅要控制弹性变形，还应注意热变形引起的误差。9，什么是轴系的动特性？（P45）轴系的动特性一般指轴系抵抗冲击，振动，噪声的特性。10，试说明液体动压支承的工作原理。（P46）是斜板承载机理：若两平面之间的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。11，滚珠式滚动导轨和滚柱式滚动导轨各有什么特点？（P51）滚珠式为点接触，摩擦阻力小，但承载能力差，刚度低。滚柱式为线接触，摩擦阻力大，对导轨面的平行度误差较敏感，易产生侧向偏移和滑动而引起应力集中和磨损，但承载能力高，刚度大，导向性较好。滚动体的材料为滚动轴承钢。12，简述并联机构的特点。（P58）并联机构具有以下优点：刚度高，承载能力与整机质量比大；移动部件质量轻，可获得很高的动态特性，容易实现高速、高加速度的运动；不存在误差积累，可获得较高的运动精度；零件标准化程度高，易于实现模板化设计；作业空间与机器尺寸比小。并联具有灵活性差，运动平台的倾斜角度较小和在作业空间部存在杆件干涉、有奇异位形的危险特点。13，机电一体化系统动态性能的参数设计的原则有哪些？（P63）足够高的谐振频率；高刚度和低转动惯量；适当的阻尼比；尽可能小的传动间隙；良好的摩擦特性。14，（P64）刚度低，引起系统稳定性下降，与摩擦一起产生反转误差，以及造成系统在平衡位置附近震荡。转动惯量低，可以增加电动机的驱动加速度，从而提高系统的快速性。第三章测量模块1，测量模块由哪几部分组成？它有什么作用？(P70)机电一体化系统中的测量模块由传感器、信号调理电路以及测量系统组成。它的作用是将机械结构模式的状态和性能参数变成为点的信号，并进行必要的信号转换和信息处理，提供给检测和控制。2，机电一体化系统中传感器技术发展有哪些特点？（P71-72）能。微型化。是指传感器的尺寸极度缩小。理、传输和显示等一系列的功能。3，什么是传感器的阀值（死区）?（P72）阀值（死区）指传感器能产生输出变化的被测变量的最小变化量。4，描述传感器静态特性的主要技术指标是什么？（P73）传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输入/输出关系成为传感器的静态特性。描述传感器静态特性的主要技术指标是：精度、线性度、误差、重复性、可复现性等。5，什么是传感器的误差？精度的表示方法有哪些？（P73）误差：定义为测量值与理想值之差。精度可以采取以下任一方式表示：（1）以被测量表示（2）满量程的百分数（3）6，传感器系统的动态特性的频域指标包含哪些容？（1）谐振角频率（2）谐振峰值（3）复现频率7，机电一体化系统对传感器的性能要求包括哪些？（P75）机电一体化系统对传感器的性能要求包括准确性、快速性、可靠性和经济型。具体的说，需要满足：量程足够，灵敏度高；精度适当，线性度好；响应时间短，通频带宽；稳定性好，具有一定的过载能力；经济实用，成本低，寿命长。8，(P75)在电阻应模式、电感式、电容式等传感器中得到了广泛应用。平均技术。常用的平均技术有误差平均效应和数据平均处理。误差平均效应的原理是利用n栅、感应同步器等栅状传感器中取得明显的效果。数据平均处理时在相同条件下测量n次，然后取平均值。平均技术可使随机误差近似减小√n。老化筛选等。削弱温度、湿度、机械振动的影响。9，什么是感应同步器？(P78)感应同步器是一种应用电磁感应原理来测量位移的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和角位移。10，(P81)光电编码器是码盘式角度数字检测元件，分为绝对编码器和增量编码器两种类型。增量来表示转过的角位移量。增量编码器具有结构简单、价格低、精度易于保证等优点。绝对编码器用于360度角位移的测量，测角精度为数秒，随着分辨率的提高，要求码道数增加，刻画难度增大。11，什么是霍尔效应？生电动势，这种现象称为霍尔效应。12，多路开关和采样保护器的原理是什么？各起什么作用？主要的型号是什么？（P106,114）多路开关是多选一，其输入是多路待转换的模拟量，每次只能选通一路，输出只有一个公共端接到采样保持器与A/DAD7503CD4501B.采样保持器保持期间，模式控制开关闭合，增益放大器输出给电容充电，使采样保持器的输出随输入变化而变化。其作用是在A/D进行转换期间保持采样输入信号大小不变。主要型号有LF398，HTS-0025，SHA1144等。第四章电动机及其驱动电路1，直流伺服电动机的调节特性的含义是什么？什么是直流伺服电动机的失灵区？(P133)电磁转炬恒定时，电动机转速随控制电压变化的关系曲线即为调节特性。调节特性与横轴的交点为电动机的始动电压，从原点到始动电压的横坐标围，被称为在某一电磁转炬值时伺服电动机的失灵区。2，停转？为什么？（P133）不会。若励磁绕组断开，励磁电流为0，（P133）是一种受输入电信号控制，并作快速响应的直流电机。高精度，快速响应。堵转转矩与控制电压成正比，转速随转矩的增加而近似线性下降，调速围宽，当控制电压为零时能立即停转。4，直流电动机的驱动电路的作用是什么？可分为哪几类？(P135)量的电子装置。它的性能将直接影响系统性能。功率放大器应能提供足够的电功率，具有相当宽的频带和尽可能高的频率。目前，广泛应用的半导体功率放大器主要有线性直流功率放PWM5，选择放大器的开关频率时，应考虑哪几个方面？(P138)在选择放大器开关频率时，应考虑以下几个方面：电流变化尽可能小。这对希望低速轻载时电流也能连续尤为重要。开关频率必须比系统同频带大10倍以上，以免影响系统性能。开关频率必须远大于各环节的共振频率。6，PWM（P139）一般晶体管导通时，其导电电压会随电流增大而升高，尤其是过流时，导电电压会急剧升高，利用这一特性，可在晶体管导通时检测器导通压降，当它高于某一设定值时，便关断晶体管，达到保护目的。目前这种保护方式是很可靠的。晶体管饱和导通压降检测保护法中与非门的作用是晶体管加导通信号时，检测才起作用，以免晶体管关断时造成误判。7，永磁同步电动机的原理是什么？永磁同步电动机的特点有：调速围宽、启动迅速、机械特性和调节特性线性度好、可用于直流电动机不能应用的易燃易爆场合；但其控制结构复杂，成本较高，低速时均匀性较差。8，简述永磁同步电动机的特点。（P140）永磁同步电动机是随着电子技术的发展而出现的一种较新型的电动机。它以电子转向取代了传统直流电动机的电刷换向，因此，又称为无刷电动机。它即保持了直流电动机的优点，又避免了直流电动机因电刷而引起的缺陷。这种电动机调速围宽，起动迅速，机械特性和调节特性线性度好，寿命长，维护方面，可靠性高，噪声小，不存在换向火花，不会产生对无线电信号的干扰，可用于直流电动机不能应用的易燃，易爆场合；但其控制结构复杂，成本较高，目前低速时转速均匀性还较差。在机电一体化系统领域，如工业机器人，数控机床，永磁同步电动机正在逐步取代直流电动机，得到了广泛应用。9，何谓变频调速？（P147）采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式。第五章步进电动机运动控制系统1，步进电动机是如何实现速度控制的?(P166)步进电动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，步进电动机与一般伺服电动机比较具有哪些明显的特点？在开环系统中可以达到高精度的定位和调速，位置误差不会积累，等等。3，什么是步进电动机？其转速、转角取决于什么？(P166)（1）步进电动机又称脉冲电动机。它采用变磁阻原理产生电磁转炬，将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动（2）步进电动机的转速取决于输入脉冲频率（3）步进电动机的转角取决于输入脉冲个数。4，怎样控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向？（P166）入一个脉冲，输出轴转动一步。因此，输出的角位移正比于输入脉冲的个数，转速正比于输入脉冲的频率，转向取决于各相绕组通电的顺序。5，根据工作原理，步进电动机分为哪几类？各有什么热点?(P167-169)根据工作原理，步进电动机分为反应式、永磁式和永磁感应式三类。反应式步进电动机这类步进电动机结构简单，起步和运行时频率较高，步距角一般为1.5°~0.75°。缺点是消耗功率大，断电时无定位转矩。永磁式步进电动机由于转子为永磁钢，永磁式步进电动机断电时有定位转矩，消耗功率小。但是，这种步进电动机距角较大，起动和运行频率较低，并需要正、负脉冲供电。永磁感应式步进电动机这种步进电动机步距角可做得较小，起动和运行频率较高，消耗功率较小，断电时有定位转矩，兼有反应式和永磁式的优点，但制作工艺较复杂。距角，可采用何种方法？（P168）步进电动机每输入一个脉冲，转子转动一步，每步转过的角度称为步距角。用公式表示为θs=360∕zmc，式中Z为转子齿数，m为绕组想数，c为通电方式系数：单拍制c=1,双排制c=2,。由公式可知，θs与Z、m、c成反比，即Z、m、c越大，θs越小，电机运行越平稳。当电机选定以后，Z、m即固定不变。要想减少θs可选用双排制（c=2）运行，或进一步采用减速传动或细分驱动。7，永磁式步进电动机的结构及特点是什么？7.5-18率较低，并需要正负脉冲供电。8，什么是动稳定区？（P171）当步进电动机输入単脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域，称为动稳定区。9，步进电动机驱动电路有哪些要求?(P172)对步进电动机驱动电路有如下一般要求：能够提供快速上升和快速下降的电流，使电流波形尽可能接近矩形；具有供截止期间释放电流的回路，以降低相绕组两端的反电动势，加快电流衰减；功耗低，效率高。除此之外，在一些有特殊要求的应用场合，为了提高步进电动机定位的分辨率，减小过冲和抑制震荡，驱动电路还应有细分功能。10，什么是步进电动机的起动频率？（P172）在负载转矩小于起动转矩的条件下，步进电动机不失步起动的最高脉冲频率称为起动频率。11，步进电动机的单、双极性驱动电路，各自的特点是什么？适用围是什么？（P172）12，如图所示为步进电动机单极性驱动电路。试简述图中VT,R,VD和Rf的作用。（P172-173）VTR：减小绕组的电气时间常数。VD：续流，泄放绕组中储存的磁能。Rf：加快磁能泄放。13，什么事数字微分分析法？（P182）采用数字量（整数）表达加速度、速度及位置坐标，将加速度到速度和速度到位置的积分表达式，采用求和的方法进行近似数值积分，从而产生增量式运动控制指令。第六章闭环伺服系统1，什么是伺服控制系统？（P195）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、速度及动力输出地自动控制系统。2，简述闭环伺服系统的组成并画出其系统框图。（P195）闭环伺服系统的组成有控制器，受控对象，反馈测量装置以及比较器等。（画图）3么？（）（1）模拟式伺服系统，输入信号（2）参考脉冲系统，输入信号为数字脉冲信号3）机生成的采样插补的参考指令。4，什么是全闭环伺服系统?(P196)在具有减速器的位置伺服系统中，根据位置反馈传感器安装位置的不同，伺服系统可分良好的控制输出的精度。5，全闭环控制系统的定义和特点是什么？（P196）伺服系统中，当位置传感器安装于输出轴（工作台）上时，传感器直接测量工作台移动，这种直接测量的系统统称为全闭环系统。特点：对输出进行直接控制，可以获得十分良好的控制精度。但受机械传动部件的非线性影响严重，只有在要求高精度的场合，才使用全闭环系统。6，半闭环控制系统的定义及特点是什么？（P196）7，计算机在采样——数据系统中的作用是什么？（P198）计算机在系统中的作用是：按程序在一定时刻采样过程输出变量值和接收（或插补）参考指令值；比较参考指令和输出变量值，计算出系统误差；计算控制率或控制算法，产生与系统误差相应的控制信号；通过接口（D/A）8，电流环的主要作用是什么？（P201）电流环的主要作用是通过调节功率放大器输出电压，使得电动机的转矩跟踪希望的设定值。此外，电枢电流负反馈可以引起故障保护作用，即使电动机处于堵转状态，电枢电流也不会上升到足以损坏电动机。9，框图，使用电流反馈还是速度反馈？（P201）图10，（P204）动态指标含系统频带、阻尼比或时域指标，如过度时间、超调量等。11，什么是伺服系统的刚度？（P205）伺服系统的刚度定义为输出轴的单位位置误差做承受的负载转矩。12，什么是复合控制器？（P209）在反馈控制器的基础上附加一个钱反馈控制器，二者的组合成为复合控制器。它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号。13，PID控制器中P、I、D的作用是什么？（P215）比例——积分——微分比例（P）控制器、比例——微分控制器、比例——积分PID控制器等几种形式。P的作用是增加开环增益，降低系统稳态误差，增加系统通频带，但是I系统相位裕量减小，稳定性变差。D的作用是给系统提供阻尼，增加稳定性，但同时增加了高频增益，使系统中的高频噪声放大，影响系统正常工作。14，在实际系统中，数字PID控制器的两种实现方式是什么？（1）在双传感器系统中，I由微处理机位置控制器实现，D的作用由测速机负反馈实现，在单个位置传感器的系统中，PID由微型机单独实现。15，简述采取周期的选择周期。(P216)准则1：若考虑对系统响应速度的影响，选择采样周期的一条良好的法则是：采样周期应小于或等于系统的最小时间常数。准则2：若考虑系统的抑制干扰能力，选择采样周期的另一条法则是：采样速率应为闭环系统通频带的10倍以上。准则3：实时算法程序所花费的时间总和最好小于采样周期的1/10。以上选择采样周期的三条准则应同时满足。第七章数控机器运动控制指令生成1，运动控制可以分为哪几种运动形式？（P232）运动形式有以下几种：按运动形式可分为直线运动和曲线运动；按