自考机电一体化简答题

什么是机电一体化？各国的主要观点有哪些？(P1~3)

答：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

试述机电一体化技术与传统机电技术的区别。(P2)

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分明，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。机电一体化技术是微电子技术和计算机技术向机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门多学科领域交叉的新型综合性学科，它是机械工业的发展方向。数控技术是机电一体化技术中的核心技术，机电一体化技术的另外一个重要表现形式是机器人技术。

系统论、信息论和控制论是数控技术的理论基础，微电子技术、计算机技术和精密机械技术就是数控技术的技术基础。

数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它集计算机技术、微电子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控系统实现数字控制的装置。它能够自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码后进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。CNC系统的核心是CNC装置。

试述机电一体化系统的设计方法。机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。

3.滚动导轨副的品质用那几方面来衡量？(1)导向精度导向精度是导轨副最基本的性能指标。移功件在沿导轨运动时，不论有无载荷，部应保证移动轨迹的直线性及其位置的精确性。各种设备对导轨副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相应的规定或标准可以参照2)耐磨性导轨副应在预定的使用期内，保持其导向精度。精密滚动导轨副的主要失效形式是磨损。因此，耐磨性是衡量滚动导轨副性能的主要指标之一，3)刚度为了保证足够的刚度，应选用最合适的导轨类型、尺寸及其组合。选用可调整间隙和能够预紧的导轨副可以提高刚度。4)工艺性导轨副要便于装配、调整、测量、防尘、润滑和维修保养。。

怎样控制步进电动机输出轴的角位移,转速及转向：(步进电动机是脉冲电动机，它将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。每输入一个脉冲，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)

采样周期的选择：（①考虑到对系统响应速度的影响选择的法则是：采样周期应小于或等于系统最小时间常数。2考虑系统的抑制干扰能力的选择：采样速率应为闭环系统通频带的10倍以上。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：P：增加开环增益，降低系统的稳态误差，增加系统通频带，但会使系统变得不稳定。I的作用是使系统增加一阶纯积分，从而提提高系统一个无静差度，但会使系统相位裕量减小，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。）

数字微分分析法（DDA）（采用数字量表达加速度、速度及位置坐标，将加速度到速度和速度到位置的几分表达式，采用求和的方法进行近似值积分。从而产生增量式运动式控制指令）

机电一体化系统动态性能的参数设计原则：（1，足够高的谐振频率2，高刚度和低转动惯量3，适当的阻尼比4，尽可能小的传动间隙5，良好的摩擦特性伺服电动机的优点：它是受输入电信号控制，并作快速响应的电动机堵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，调速范围宽，当控制电压为零时能立即停转。）

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，有直线式和圆盘式分别用于大行程的线位移和角位移的测量，它的特点是抗干扰能力强，对环境要求低，机械结构简单，接长方便“路径”和“轨迹“的区别：路径只代表与轨迹有关的位置信息，轨迹是代表在空间直角坐标系或机器人连杆坐标系的位置——时间曲线，是具有适当的速度和加速度信息的路径轨迹不但要求路径连续，而且要求速度连续。)

数据采样插补：采用时间分割法，是将定轮廓曲线分割为每一个插补周期的进给段，即轮廓步长，每个插补周期，执行一次插补运算，计算出插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量。）

描写顺序控制的方法有：语句表语句表语句表语句表：是每一步必须实行的动作列表。2、流程图流程图流程图流程图：采用方块表示每一个步骤，连线表示步骤到步骤的路径。3梯形图梯形图梯形图梯形图：表示各种触电、继电器线圈、电磁线圈、电动机等的电气连接图。4.、状态图状态图状态图状态图：表示每一步所产生的输出真值表，通常还表示由个状态到另一个状态的传递路径图机电一体化中的模块机电一体化中的模块机电一体化中的模块机电一体化中的模块：控制模块包括通信模块。微计算机模块、软件模块和接口模块，其他还有接卸受控模块，测量模块，驱动模块，控制模块的功能是处理

测量模块提供的信息，生成控制指令，输出给驱动模块的执行部件机。

机械传动主要有齿轮，蜗杆传动，丝杠螺母传和谐波传动几种。蜗轮蜗杆副在一定意义上可看做是一种特殊的齿轮，只能用于传递垂直交错轴之间的回转运动，蜗杆一般有1~8个头，优点是传动平稳，噪声小。可自锁，但传动效率低，功率损失较大。。为了减小负载转动惯量，在结构可在满足强度的前提下尽可能吧齿轮做小，选用轻质合金以及在齿轮上开孔等措施。）谐波齿轮与普通齿轮副传动相比具有：(1、结构简单，体积小，重量轻，传动效率高2、传动比范围大3、同时啮合齿数多，运动精度高承载能力大。4，传动平稳，无冲击，噪声小5、齿侧间隙可以调整6、可实现向密闭空间传递运动及动力7，可实现高增速运动8，方便地实现差速传动。导轨副：用于引导运动部件的走向，保证执行件的正确运动轨迹，并通过摩擦和阻尼影响执行件的运动特性，它包括运动导轨和支撑导轨两部分)

简述步进电动机双极性驱动电路的组成及原理

步进电动机双极驱动电路使用了四个晶体管为开关控制绕组电流。它不仅可控制相绕组电流的导通或截止，还可以控制其方向。该电路应具有限流和续流二极管。该电路主要用于混合式或永磁式不仅电动机。

根据数控机床加工作任务不同，其运动控制分为哪几种类型？并说明其功能。

分为点为控制盒连续路径控制两类。前者功能是将工具或零件在容许速度和加速度条件下，尽快地从源坐标位置运动到目的坐标位置。运动过程中不进行加工。后者又称为轮廓控制或仿形控制，包括直线和曲线两张运动控制，它不仅控制目标点，而且控制工具到达目标点的整个路径。

简述机电一体化设计中，“简化机械系统”的设计思想是什么？

机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠微处理机和执行器可以提供诸如轮廓、速度计定位控制任务的功能。

简述步进电动机细分驱动电路的原来及作用。细分电路通过控制电动机各绕组中电流的大小和比例，是步距角减小到原来的几分之一至几十分之一。提高分辨率、平滑步进运动、减少震荡。

若圆弧插补器的圆弧以参量方程表示，通常采用的什么办法来近似跟踪圆弧？影响跟踪中路径误差的因素是什么？

通常采用内接多边形的弦来近似被跟踪的圆弧。多边形的边数越多，圆心角a越小，弦高误差越小。

步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机?主要有：单极性驱动电路、双极性驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路、细分电路。其中双极性驱动电路适于永磁式步进电动机。

步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么?输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关?

(1)参考脉冲序列。转速与参考脉冲频率成正比。(2)输出轴转向由转向电平决定。位置由参考脉冲数决定。

怎样控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向? 步进电动机是脉冲电动机，它将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。每输入一个脉冲，输出轴转动一步。因此，输出的角位移正比输入脉冲的个数，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。

什么叫作步距角?它与哪些因素有关?若系统的步进电动机选定以后，还想进一步减小步距角，可采用何种方法?

步进电动机没出入一个脉冲，转子转动一步，每步转过的角度称为步距角。用公式表示为O =360/mzc式中Z为转子齿数，m 为绕组相数，c为通电方式系数：单拍制层c=1，双拍制层c=2.由公式可知，O与Z, m、c成反比。即Z 、m、c越大，O越小，电机运行越平稳。当电机选定以后，Z、m即固定不变。要想减小O ，可选用双拍制运行，或进一步采用减速传动或细分驱动。

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，p1有微处理器位置控制器实现，d的作用有测速机负反馈实现；（2）在单个位置传感器的系统中，pid由微处理机单独实现。

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?

电磁转矩恒定时，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范围，被称为在某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区。

什么是步进电动机?其转速、转角取决于?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矩，将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动；步进电动机的转速取决于输入脉冲频率；步进电动机的转角取决于输入脉冲个数。

全闭环控制系统的定义及特点是什么? 伺服系统中，当位置传感器安装于输出轴上时，传感器直接测量工作台移动，这种直接测量的系统称为全闭环系统。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，只要在要求高精度的场合，才采用全闭环系统。

半闭环系统的定义和特点：（伺服系统中，当位置传感器安装在伺服电动机轴上时，用以间接测量工作台的位移时，这种间接测量系统就是x特点是可以避免传动机构引起极限环和爬行振荡，比全闭环容易实现，节省投资。）

什么是数字微分分析法?采用数字量表达加速度、速度计位置坐标，将加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值积分，从而产生增量式运动控制指令。

支承件的静刚度支承件的静刚度是指支承件产生的静变形与承受的静载荷之比。

测量中的量程测量中的量程是指由可测变量值的下限与上限的定义，量程包含下限和上限之间的所有值。

直流伺服电动机的调节特性直流伺服电动机的调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机转速随控制电压变化的关系。