2023机电一体化设计复习题

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一、填空

1．机电一体化产品按用途可以划分为办公机电一体化产品，产业机电一体化产品和民用机电一体化产品。

2．机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。

3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分派应遵守前小后大原则。4．控制及信息处理单元一般由控制计算机，控制软件，和硬件接口组成。

5．典型的可编程控制器由编程器，微处理器，贮存器，电源和输入／输出接口等部分构成。

6．传感器的静态特性能参数主要有灵敏度，线性度，迟滞和重复精度。

7．在伺服系统中，在满足系统工作要求的状况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。

8．一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式，液压式，气压式和其它等四大类型。9．异步交流电动机变频调速：基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率调速方式。

10．机电一体化系统（产品）设计类型大致可分为开发性设计_，适应性设计，_变参数设计。

11．机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括性能指标，系统功能，使用条件，经济效益。

12．机电一体化系统一般由机械本体，动力与驱动，执行机构，传感器检测部分接口，控制及处理等部分组成。

13．滚珠丝杆中滚珠的循环方式有内循环，外循环两种。

14．在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。

15．微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道，模拟量输出通道，数字量输入通道，数字量输出通道四种通道。

16．应用于工业控制的计算机主要有：单片机，PLC，总线工控机等类型。

17．一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式，液压式，气压式和其它等四大类型。18．实现步进电动机通电环形分派的三种常用方法是采用计算机软件分派器，小规模集成电路搭接的硬件分派器，专用模块分派器。

二、简答

1.机电一体化技术与传统机电技术的异同。

答：传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限明显，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

2．转动惯量对传动系统有哪些影响?

答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使系统固有频率下降，简单产生谐振

3．机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别。

答：机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以计算机为手段，其设计步骤寻常如下：设计预计一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→创造设计一→选择各种具体的现代设计方法，并对机电一体化系统设计质量进行综合评价。

4．机电一体化系统中的计算机接口电路寻常使用光电耦合器，光电耦合器的作用有哪些？答：（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)进行确凿、安全的测量。5．什么是步进电动机的三相六拍通电方式？

答：假使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番通电方式。如A→AB→B→BC→C→CA→…。

6．简述PWM脉宽调速原理。

答：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

?，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。

7．检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用？

答：敏感元件，是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置。

传感元件，是将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号（如电阻、电感、电容等）形式。基本转换电路，将电信号量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。8．滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？

答：滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。9．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。

答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体及工具设计；控制系统设计；程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。10．简述A／D、D／A接口的功能。

答：A／D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数字量。D／A接口是将二进制数字量转换成电压信号。11．为什么在A/D转换中要使用采样/保持器？

答：由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。采样/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。12．试简述光电式转速传感器的测量原理。

答：光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成，如下图。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距一致，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N，则可测出转速。

三、分析题

1.机电一体化系统中，机械传动的功能和设计的主要内容是什么？

答：机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。它的主要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制，以完成其系统功能要求。机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和最优化设计。机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必需考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。2.简述伺服控制系统包含哪些部分，及各部分的作用。

答：伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等个五部分。比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号，寻常由专门的电路或计算机来实现。控制器寻常是计算机或PID控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。执行元件按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体，一般包括传动系统、执行装置和负载。检测环节指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。

3．机电一体化系统中，机械传动的功能和设计要考虑的主要问题是什么？

答：机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。它的主要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制，以完成其系统功能要求。机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和最优化设计。机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必需考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。4．机械一体化系统中伺服机构的作用是什么？

答：伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得确切的位置、速

度及动力输出的自动控制系统。机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机构变换实现对输出的速度调理。在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统