机电系统控制技术大作业
哈工大 机电控制系统 大作业二
1. 设计题目
设一由环形分配器、驱动电路和四相反应式步进电机组成的开环控制系统，试设计该系统的环形分配器，实现以下功能。
（1）步进电机组成的开环控制系统具有上电复位和手动复位功能；
（2）步进电机组成的开环控制系统具有正反转控制功能；
2. 设计说明书
（1）画出四相八拍反应式步进电机励磁状态转换表；
正转：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
（2）确定复位状态；
以初始状态为复位状态：ABCD----1000。
（3）设计上电复位和手动复位电路，设置手动复位开关；
如图所示，采用D触发器控制ABCD状态。
上电瞬间，电容可视为短路，控制A端口的D触发器R=0，S=1，使A输出为1，控制B、C、D端口的D触发器R=1，S=0，B、C、D端输出为0，从而使ABCD=1000。
同样，当按下开关J1，同样使4个D触发器状态同上电瞬间，也使ABCD=1000。
此电路实现了上电复位和手动复位。
（4）通过卡诺图或布尔代数化简，写出各项的逻辑表达式；
'TCD TAB T A CD ∙∙= 'B TAB TCD TCD =∙∙
'C ：
'C TAB TAB TCD =∙∙ 'D TCD TAB TAB =∙∙。
（5）作逻辑图；。
《机电系统控制器与应用》大作业
《机电系统控制器与应用》大作业三（2015年春季学期）题目：小彩灯循环闪烁控制姓名：韩威学号：1120810613班级：1208106专业：机械设计制造及其自动化报告提交日期：2015.5.2哈尔滨工业大学大作业要求1.请根据课堂内容，自己选择灯闪烁方式，题目自拟，但拒绝雷同和抄袭，否则均为零分；2.作业最后应包含自己的心得、体会或意见、建议等；3.统一用该模板撰写，每份报告字数不少于2000字，上限不限；4.正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距；5.用A4纸双面打印；左侧装订，1枚钉；6.需同时提交打印稿和电子文档予以存档，电子文档由班长收齐，统一发送至：chenzhg@。
7.此页不得删除。
评语：教师签名：年月日大作业题目：小彩灯循环闪烁控制一、功能利用PLC控制四个灯的循环闪烁。
四个输出端控制四个彩灯，当开关1被按下时从第一个开始灯循环闪烁，每隔一定的时间下一个灯亮保持同样的时间接着下一个灯亮，且每次只有一个灯亮。
当按下另一个开关2后所有的灯都熄灭。
当接通开关1后又重新开始循环。
二、i/o分配三、plc接线图五、梯形图六、调试结果及分析结果：利用PLC 的Q0.0 到Q0.3 四个输出端控制四个彩灯，每隔一秒亮一个并循环。
当接通I0.0后所有的灯都熄灭。
当接通I0.1后又重新从Q0.0开始循环。
分析：上电后sm0.0一直保持接通。
所以t37进行延时计时，延时到后t38启动计时，t38计时到后t38常闭触点断开所以t37断开计时，t37常开触点恢复为常开所以t38 也断开计时。
此时t38 的常闭触点恢复为常闭所以t37 又重新计时，同时计数器C0开始计数一次。
如此的反复计数。
当计数为1时，Q0.0接通。
计数器计数为2是Q0.1接通……如此下去当计数器计数到4时Q0.3接通。
当计数器计到5时时计数器C0 清零。
当按下在线控制面板上的I0.0f（即I0.0）接通，此时计数器，和Q0.0~Q0.3都清零，即没有一个灯亮。
哈工大机电控制系统大作业一
设一转速、电流双闭环直流调速系统，米用双极式H桥PWM方式驱动, 已知电动机参数为：额定功率200W ；额定转速48V ；额定电流4A ；额定转速=500r/min ；电枢回路总电阻；允许电流过载倍数=2；电势系数C e =0.04Vmin/r ；电磁时间常数T L-0.008s；机电时间常数T m= 0.5;电流反馈滤波时间常数To^ 0.2ms；转速反馈滤波时间常数T°n = 1ms；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U；m =5；=10V ；两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM功率变换器的开关频率f -10kHz；放大倍数K s=4.8。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；电流超调量；—-5%;空载起动到额定转速时的转速超调量二-25% ；过渡过程时间t s=0.5 s。
1.计算电流和转速反馈系数电流反馈系数：U10 = 1.25(V/A )'Inom2 4转速反馈系数：*U nmCi —-10 0.02(V min /r)nn om5002.电流环的设计(1)确定时间常数电流反馈滤波时间常数T °i = 0.2ms =0.0002s ,11调制周期 T s=——0.0001s ，f 10x1000按电流环小时间常数的近似处理方法，取T 沪 T s T °i =0.0001 0.0002 = 0.0003s(2) 选择电流调节器结构电流环可按I 型系统进行设计。
电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为皿+1 G ACR (s)二 K iNS(3) 选择调节器参数超前时间常数：j =T = 0.008s 。
电流环按超调量6^5%考虑，电流环开环增益：取 K,^^0.5，因此0.50.5K ,1666.6667Tj 0.0003于是，电流调节器的比例系数为0.008乂 8 K i = K } -1666.6667 17.7778K s1.25 4.8(4) 检验近似条件电流环的截止频率•〔= K| =1666.6667 1/s现在，3333.3333 • 1666.6667 =•⑺，满足近似条件。
机电运动控制系统作业（必做）
机电运动控制系统作业（必做）机电运动控制系统(习题集)必做作业1.直流电机有哪些调速⽅法? 根据其速度公式说明之, 并说明如何⾤⽤电⼒电⼦⼿段实现。
答：根据直流电机速度公式，有（1）电枢电压Ua控制-调压调速（向下调速）：采⽤电⼒电⼦⼿段时，有晶闸管可控整流器供电和⾃关断器件H型桥脉宽调制（PWM）供电等⽅式，其损耗⼩，控制性能好。
（2）磁场φ控制-弱磁（向上调速），采⽤电⼒电⼦⼿段时，有晶闸管可控整流器供电励磁控制。
（3）由于运⾏损耗⼤、效率低，⼀般不再采⽤串Ra调速。
2.画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图（⾮⽅块图），须清楚表达两个闭环的关键元件，写出各部分名称，标注有关信号量；指出两闭环连接上的特点及相互关系。
答：双闭环晶闸管-直流电动机不可逆调速系统电路原理图如下：两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输⼊，这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进⾯确定了系统的最⼤电流的特点。
3.分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统：(1) 如果要改变转速，应调节什么参数？为什么？(2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运⾏安全，应调节什么参数？为什么？答：（1）改变转速时只能改变速度调节器的输⼊ug，因为它是速度环的指令信号。
改变速度调节哭的参数对稳态速度⽆调节作⽤，仅会影响动态响应速度快慢。
(2)要控制系统的起动电流、确保系统运⾏安全，应调节速度调节器的输出限幅值。
因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进⽽确定了系统的最⼤电流。
4. 填空: 双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中，内环为＿电流＿环，外环为＿速度环，其连接关系是：＿速度调节器＿的输出作为＿＿电流调节器的输⼊，因此外环调节器的输出限幅值应按＿＿调速系统允许最⼤电流＿来整定；内环调节器的输出限幅值应按＿＿可控整流器晶闸管最⼤、最⼩移相触发⾓＿来整定。
两调节器均为＿PI＿型调节器，调速系统能够做到静态⽆差是由于调节器具有＿积分（记忆）功能；能实现快速动态调节是由于节器具有＿＿饱和限幅＿功能。
电机控制大作业
目录一、仿真实验目的和要求 (3)二、仿真实验内容 (3)三、仿真步骤与结果分析 (4)1. 各个模块功能介绍 (4)（1）速度给定模块 (4)（2）转矩给定模块 (5)（3）速度控制模块 (7)（4）电流控制模块 (8)（5）PWM波生成模块 (11)（6）滤波模块 (13)（7）测量模块 (15)（8）直流电机模块 (16)2. 仿真结果分析 (19)（1）恒转速、恒转矩输入 (19)（2）恒转速、阶跃转矩输入 (20)（3）阶跃转速、恒转矩输入 (21)（4）阶跃转速、阶跃转矩 (22)（5）增大给定转速 (22)（6）减小给定转速 (23)（7）增大给定转矩 (23)（8）减小给定转矩 (24)3. 转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (25)（1）增大比例系数Kp (25)（2）减小比例系数Kp (25)（3）增大积分系数Ki (26)（4）减小积分系数Ki (27)4. 电流调节器改用PI调节器仿真 (27)5. 加入位置闭环控制 (31)6. 速度无超调 (34)四、实验心得、体会 (35)电机控制大作业：直流电机双闭环控制调速系统一、仿真实验目的和要求1.加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解2.学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真3.掌握PI调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。
二、仿真实验内容图1 直流电机双闭环控制调速系统原理图实验电路图如上图所示，实验要求（*为必做实验）：1.描述每个模块的功能（*）2.仿真结果分析：包括速度改变、转矩改变下的电机运行性能，并解释响应现象（*）3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响（*）4.电流调节器改用PI调节器（*）5.加入位置闭环6.速度无超调三、仿真步骤与结果分析1.各个模块功能介绍（1）速度给定模块图2 速度给定模块原理图速度给定模块通过一个单刀双掷开关控制，分为两种方式：一种为恒速度给定，一种为阶跃速度给定。
机电一体化课程大作业_1
机电一体化技术在现代制造业中的应用* *(************，浙江杭州310014)摘要：制造业是国民经济的核心，本文首先介绍了机电一体化的概念，其次点出传统机械制造技术与现代机械制造业的不适应，并列举了一些先进的机械制造技术，最后综述了机电一体化的发展方向。
关键词：机电一体化；制造业；发展趋势1 概述机电一体化是一门跨学科的科学，它是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性技术。
这一多技术的综合及多个部分的组合，使得机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性、科学性。
其各个组成部分（如机械技术、自动控制技术、微电子技术、传感技术、电力电子技术、接口技术以及软件技术等)在综合成完整的系统中相互配合，这需要取长补短，严格要求，不断向理想化方向发展，使原来各种技术取长补短，更趋于合理性、科学性，在机械制造等领域得到广泛应用。
2传统机械制造技术与现代机械制造业的不适应传统的机械制造技术主要包括了机械设计技术、机械加工工艺技术、基础设施及其支撑技术等内容。
其中，机械加工工艺技术是机械制造技术的核心，是指采用某种工具（包括刀具）或能量流通过变形、去除、连接或增加材料等将工件制成满足一定设计要求的半成品或成品的过程中所需要技术的总称。
传统的机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。
21世纪的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业。
可以说，现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。
其主要特征如下：(1)充分消化吸收和应用世界先进制造技术与现代高新技术，更加强调以知识和技术为投人因素，企业的工艺、装备、材料高技术化，产品的科技含量和附加值较高；(2)建立起与现代技术相适应的生产方式和企业组织形式，推广和实施先进的制造模式，发展对国民经济带动作用大的产业链和产业集群；(3)符合现代社会可持续发展理念，具有资源节约、无污染绿色等特征，具有与全球化相适应的资源配置方式；(4)利用现代信息技术，改造和集成业务流程，形成以价值链为基础的分工协作模式，并呈现出制造业与服务业既分工又融合的特点。
机电系统分析大作业
一种主动智能矫形器的设计专业：机械工稈1309班学号：1049721302830老师：刘有源姓名：夏文文武汉理工大学2014年6月一种主动智能矫形器的设计摘要：本文旨在设计出一种智能矫形器。
首先，搭建整体的智能矫形器框架原理图，通过逐步分析各个模块来实现整体的设计。
接着，将对矫形器的设计思路与方法进行具体的说明，以此进行具体的机构设计，以及这样设计与现今流行的矫形器相比较有什么优点。
最后，论述了信息的控制机理和对控制系统的设计。
关键词：智能；设计思路；控制机理；控制系统1引言智能假肢是20世纪后10年发展起来的具有高性能的新一代假肢。
与普通假肢相比，其主要功能特点是能根据外界条件变化和工作要求，自动调整假肢系统的参数，使其工作可靠，运动自如，具有更好的仿生性。
本文主要研究下肢膝上假肢，膝关节是膝上假肢系统的核心部件，是保证截肢者能站立和行走的关键所在。
由于膝关节是人体最主要的承重关节，它负重多且运动量大，是下肢活动的枢纽。
随着对假肢性能要求的不断提高，下肢假肢不仅要满足能够站立和行走者两个基本功能，还要求步态自然，与健侧（健全下肢一侧）对称性好，能适应步行状态的变化。
例如步行速度变化，路况（坡道，楼梯）的变化等；此外还要在使用者可能被障碍物绊倒的紧急情况下的保证安全等。
这些功能是普通假肢无法实现的。
2智能矫形器整体框架的构建本文依据信息理论和智能控制理论，提出了人体和假肢结合的新型下肢假肢控制方案。
如图1所示，该方案由两个重要部分组成，一是控制机理的研究，主要实现生物信息到物理控制信息的转换，为假肢的控制提供依据。
二是假肢中的控制系统的研究，主要实现假肢的运动控制，将机器人设计（关节与灵巧机构）与控制技术（协调控制、姿态步态规划和伺服控制）移植到下肢假肢的研制上。
生物信恵反馈图1智能矫形器总体设计框架3矫形器的设计3.1矫形器的材料用于制作矫形器的材料包括金属、皮革、橡胶、纤维等五大类，每一类又可分为若干品种。
机电一体化系统形考实训作业
机电一体化系统形考实训作业机电一体化系统形考实训作业一、介绍机电一体化系统是指将机械和电气控制技术结合在一起，实现机械设备的自动化和智能化。
本次实训作业旨在通过设计和搭建一个机电一体化系统，加深学生对于机电一体化技术的理解和应用。
二、实训内容1. 系统设计：根据题目要求，设计一个机电一体化系统，并完成系统的结构和功能设计。
2. 硬件搭建：按照设计要求，选购所需硬件设备和元件，并进行组装和连接。
3. 电气控制：设计和搭建电气控制系统，包括传感器、电机驱动和控制电路等。
4. 程序编写：根据系统功能需求，编写相应的控制程序，实现对机械设备的自动控制和操作。
5. 系统调试：对整个机电一体化系统进行调试和优化，确保系统能够正常运行和达到设计目标。
三、实训要求1. 系统设计要合理、创新且符合题目要求。
2. 硬件搭建要规范、可靠，各部件之间连接正确。
3. 电气控制要准确、稳定，各传感器和电机驱动能够正常工作。
4. 程序编写要规范、清晰，具备良好的界面和用户操作体验。
5. 系统调试要彻底，排除故障，确保系统能够稳定运行并满足设计要求。
四、作业提交1. 实物提交：将完成的机电一体化系统实物提交给实训老师进行评价和检查。
2. 报告提交：通过电子邮件方式，提交一份详细的实训报告，包括系统设计、硬件搭建、电气控制、程序编写、系统调试等内容的介绍和分析。
五、评分标准1. 系统设计（20分）：设计合理，创新性，符合题目要求。
2. 硬件搭建（20分）：规范、可靠，各部件连接正确。
3. 电气控制（20分）：准确、稳定，传感器和电机驱动正常工作。
4. 程序编写（20分）：规范、清晰，具备良好的界面和用户操作体验。
5. 系统调试（20分）：彻底、稳定，系统能够正常运行并满足设计要求。
六、注意事项1. 本实训作业要求学生严格按照学校的学术诚信规范完成，不得抄袭或剽窃他人作品。
2. 完成本实训作业需要时间和耐心，学生应提前规划实训进度，合理安排时间。
机电一体化大作业
三自由度平动机械手工作台机电系统设计科目：机电一体化班级：机械工程五班成员：罗欣201325070530卢国文201325070501赵效鲁201325070509贾静然201325070502目录一、设计任务 (3)1、题目 (3)2、任务 (3)3、主参数 (3)二、产品总功能的确定 (4)1、单坐标定位。
(4)2、三平面直线插补和圆弧插补。
(4)三、总体方案的确定 (7)1、机械传动部件的选择 (7)2、动力装置的选择 (7)3、.检测与传感装置的选择 (8)4、.控制与信息处理装置的选择 (8)四、机械传动部件的计算与选型 (9)1、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9)2、步进电机的计算与选型 (11)五、检测与传感装置的计算与选型 (14)1、速度的检测与传感装置 (14)、2.位移的检测与传感装置 (16)六、控制与信息处理装置的选择 (20)1、速度控制 (20)2、CPU的选择 (26)七、工作台系统的功能框图 (27)八、工作台装配图的绘制 (27)九、部分源代码 (28)十、感悟与总结 (32)十一、参考文献 (32)一、设计任务1、题目三自由度平动机械手工作台机电系统设计2、任务设计一种适用于机械手空间平动的工作台3、主参数（1）、X、Y、Z方向脉冲当量：∆x= ∆y= ∆z=0.005mm/脉冲（2）、X、Y、Z方向的定位精度均为：±0.01mm（3）、工作台空载最快移动速度：∆xmax= ∆ymax= ∆zmax=3000mm/min （4）、工作台负载最快移动速度：∆xmax= ∆ymax= ∆zmax=400mm/min（5）、工作台空间尺寸：500mm×500mm×500mm（6）、工作台工作空间尺寸：400mm×400mm×400mm （7）、空载启动时间：Δt=25ms二、产品总功能的确定1、单坐标定位。
2、三平面直线插补和圆弧插补。
机电一体化大作业
机电一体化大作业——水下机器人机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。
它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。
在工业、医学、农业、建筑业甚至军事领域中均有重要用途。
现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。
一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。
”机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。
因此，可以说机器人是具有生物功能的实际空间运行工具。
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。
执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。
根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。
出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。
机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。
检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。
毕业设计_《机电控制系统分析与设计》课程大作业—基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
《机电控制系统分析与设计》课程大作业之一基于MATLAB 的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真1 计算电流和转速反馈系数2 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果根据设计的一般原则“先内环后外环”，从内环开始，逐步向外扩展。
在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
电流调节器设计分为以下几个步骤：a 电流环结构图的简化1）忽略反电动势的动态影响在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即∆E≈0。
这时，电流环如下图所示。
2）等效成单位负反馈系统如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /β，则电流环便等效成单位负反馈系统。
3） 小惯性环节近似处理由于T s 和 T 0i 一般都比T l 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为T ∑i = T s + T oi 简化的近似条件为电流环结构图最终简化成图。
b 电流调节器结构的选择 1) 典型系统的选择：从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。
从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统 2) 电流调节器选择电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成K i — 电流调节器的比例系数； τi — 电流调节器的超前时间常数 3) 校正后电流环的结构和特性为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择则电流环的动态结构图便成为图a 所示的典型形式，其中ois ci 131T T ≤ωs s K s W i ii ACR )1()(ττ+=ms T l 8i ==τRK K K i si I τβ=a) 动态结构图:b) 开环对数幅频特性c. 电流调节器的参数计算电流调节器的参数有：K i 和 τi ， 其中 τi 已选定，剩下的只有比例系数 K i ， 可根据所需要的动态性能指标选取。
大工13秋《机电传动与控制》大作业及要求
网络教育学院《机电传动与控制》大作业学习中心：层次：专业：年级：年春/秋季学号：学生：辅导教师：王爽完成日期：年月日请从以下五个题目中任选其一作答。
题目一试说明下图是什么控制电路，并分析其工作过程。
题目二试说明下图是什么控制电路，并分析其工作过程。
题目三有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：KW P N 10=，min /1460r n N =，V U N 380=，∆接法，868.0=N η，88.0cos =N ϕ，5.1/=N st T T ，5.6/=N st I I 。
试求：（1）定子磁极数p ；（2）额定输入电功率IN P ，额定电流N I ；（3）采用Y —∆换接启动时的启动电流和启动转矩。
题目四一台三相四极异步电动机，Y 连接，其额定技术数据如下：N P =90KW ，N U =3000V ，N I =22.9A ，电源频率f =50Hz ，额定转差率N S =2.85%，定子每相绕组匝数1N =320，转子每相绕组匝数2N =20，旋转磁场的每极磁通Ф=0.023Wb ，试求：（1）定子每相绕组感应电动势1E ；（2）额定转速时转子每相绕组感应电动势N E 2。
题目五一台三相异步电动机在额定情况下运行时，如果电源电压突然下降，而负载转矩不变，试回答：主磁通Φ和转子转速n 如何变化？为什么？作业提交：大作业上交时文件名写法为：[姓名 奥鹏卡号 学习中心]（如：戴卫东101410013979浙江台州奥鹏学习中心[1]VIP ）以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M 以内），选择已完成的作业（注意命名），点提交即可。
如下图所示。
截止时间：2014年3月5日前。
独立完成作业，不准抄袭其他人或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计！。
机电一体化大作业 王志强
《机电系统设计与控制技术》课程大作业姓名：_____ 王志强__________学号：_____1120830107___ ____ 授课教师：______ 张勇_________哈尔滨工业大学航空宇航制造系1.超越离合器的工作原理、优缺点及主要应用范围。
啮合式超越离合器利用棘轮棘爪、滑销、牙嵌等结合元件的啮合以传递扭矩。
它具有结构简单、制造容易等优点。
但是, 由于运动时有冲击、磨损严重、结合位置有空程角度限制、外形尺寸大等缺点, 使其只适用于低速且传动精度要求不高的场合。
大致又可分为: 棘轮棘爪式、滑销式。
滚柱式超越离合器它由内圈、滚柱、外圈、弹簧和顶销等组成。
一般内圈为主动件，外圈为从动件。
当内圈逆时针转动时，滚柱被楔紧而带动外圈转动，离合器接合；当内圈顺时针转动时，滚柱退入宽槽部位，外圈则不动，离合器分离。
如外圈由另一系统带动与内圈同向转动,当外圈转速低于内圈时，离合器即自动接合；若外圈转速高于内圈，离合器则自动分离。
滚柱式超越离合器的滚柱数目较少，元件接触应力大，故承载能力低。
滚柱能在滚道内自由滚转，与内、外圈接触点经常变化，磨损比较均匀，但内圈制造工艺较复杂，安装精度要求较高。
楔块式超越离合器，它一端轴孔接主动轴，另一端轴孔接从动轴，当外环不动，主动轴顺时针或逆时针转动时，从动轴也同步转动，而当从动轴受外力矩的作用时，顺时针和逆时针都不能转动。
常与滚珠丝杠副或其它部件配套，作为防止逆转机构，也可以单独使用作为精确定位，传递力矩或切断力矩的传递。
滚柱式超越离合器楔块式超越离合器2.谐波齿轮传动的工作原理、主要组成元件、工作过程及实际应用。
工作原理:它是利用柔轮、刚轮和波发生器的相对运动，特别是柔轮的可控弹性变形(形状改变)来实现运动和动力传递的。
在这3个基本构件中可任意固定一个，其余一个为主动件一个为从动件。
如果3个都不固定，则成为差动轮系。
如以刚轮固定不变，以波发生器为主动件,柔轮为从动件，波发生器内的椭圆形凸轮在柔轮内旋转便使柔轮产生变形。
《机电系统控制基础》大作业一
《机电系统控制基础》大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析哈尔滨工业大学2013年11月1作业题目1. 用MATLAB 绘制系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。
2. 用MATLAB 求系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下：X i伺服电机原理图如下：LR(1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ；(2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图；(3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。
2 题目1解：1.利用Matlab绘制Bode图时先通过tf函数建立系统模型。
2.运用step函数对线性连续系统的时间响应进行仿真分析。
3.利用plot函数输出绘制结果。
Matlab程序如下：clearclct=0:0.01:2;num=[ 25];den=[1 4 25];den1=[1 4 25 0];G=tf(num,den);G1=tf(num,den1);[y1,T]=step(G,t);[y2,T]=step(G1,t);plot(T,y1,'--r',T,y2,'--b')ylabel('x(t)');xlabel('t(sec)')legend('--单位阶跃','--单位斜坡');grid on3题目2解：1.利用Matlab 绘制Bode 图时先通过tf 函数建立系统模型。
微机电系统大作业
柔性铰链在微纳加工中的应用柔性铰链作为一种小体积、无机械摩擦、无间隙和运动灵敏度高的传动结构，广泛应用于各种要求微小线位移或角位移、且高精度定位的场合。
近几年，采用压电元件驱动，柔性铰链机构传动实现精密定位有着众多的应用，如光束跟瞄稳定控制、微动工作台、同步辐射光束控制、激光焊接等。
纳米定位技术是实现纳米加工和纳米测量的基础，柔性铰链在该领域也有着极其重要的应用。
柔度是评价柔性铰链最重要的参数之一, 有关它的计算方法已有大量有价值的参考文献。
由于柔性铰链是通过弹性变形实现铰链运动的，施加的弹性变形力会导致铰链中心点偏离其几何中心。
从而影响柔性铰链的转动精度。
对于位移放大结构，柔性铰链的精度显得更为重要。
柔性铰链的中部较为薄弱，在力矩作用下可以产生较明显的弹性角变形，能在机械结构中起到铰链的作用。
它与一般铰链的区别是没有机械结构上的间隙，并且有弹性回复力，因而消除了运动中的摩擦和回退空程。
柔性铰链主要有两种类型，直梁型柔性铰链和圆弧型柔性铰链。
直梁型柔性铰链有较大的转动范围,但其运动精度较差，转动中心在转动过程中有明显的偏转。
圆弧型柔性铰链的运动精度较高，但运动行程受到很大的限制，只能实现微小幅度的转动。
为了兼顾运动精度和运动范围，有学者提出了椭圆型柔性铰链和圆角型柔性铰链，并给出了相应的计算公式。
以上的柔性铰链都只对一个转动轴敏感,是单轴柔性铰链。
也可以设计双轴柔性铰链，它在2个转动轴上的刚度都很低,但径向刚度很差,不能承受较大的径向力。
由于圆弧型柔性铰链具有结构紧凑、运动精度高的特点，在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等领域得到广泛应用。
用线切割的方法取代钻孔来加工圆弧型柔性铰链和柔性铰链机构，使其设计和制造更加简便和准确。
柔性铰链轴承在现代机器中出现得越来越多。
它可以将轴瓦设计为一体,简化了装配过程并降低了加工的尺寸公差要求。
与固定形状的轴承相比，柔性铰链轴承可降低液体滑动摩擦轴承的半速涡动，防止颤振。
机电控制技术第一次作业
作业11简述机电一体化系统的基本要素和各部分的功能。
答：1机械本体（结构功能）由机械零件组成，能够传递运动并完成某些有效工作的装置。
2能源（运转功能）提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能。
3检测传感装置检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能。
4电子控制单元处理、运算、决策，实现控制功能。
5执行机构包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的动作，实现驱动功能和能量转换功能。
2中间继电器和接触器有何异同？在什么条件下可以用继电器来代替接触器起动电动机?答：中间继电器（KA）实质上是电压继电器的一种，但它的触点数多，触点的容量大（额定电流5—10A）。
它可以实现信号传递、放大、分路、反相等功能。
而接触器是一种用来频繁地接通或断开有负载的主电路的自动控制器。
与继电器的区别：①主、辅触点之分②按主触点通过的电流是直流还是交流，接触器分为直流/交流接触器。
③主触点容量大。
当接触器需要反向或是反接制动时，可用继电器来启动电机。
3既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？装有热继电器是否可以不装熔断器？为什么？答：热继电器利用热效应原理，对电机或电气设备过载起保护作用。
熔断器一定要装。
在长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行均会引起过电流。
及时进行熔断有助于主电路和机器的保护。
4继电器接触器控制线路中一般应设哪些保护？各有什么作用？短路保护和过载保护有什么区别？零电压保护的目的是什么？某机床主轴和润滑油泵各由一台电动机带动，要求主轴必须在油泵开动后才能起动。
主轴能正反转并能单独停车，有短路、零压及过载保护等。
试绘出电气控制原理图。
答应设置的保护如下：•过载保护：作用：热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。
排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可以重新工作。
•短路保护：作用：熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控制电路的短路保护。
机电控制系统分析与设计(大作业)答案
分析题（每小题20分，共100分）1. 简化下图所示系统的结构图，求系统的闭环传递函数。
答：2. 如下图所示，已知给定信号X（t）=1(t),试计算H（S）=1，0.1时的系统稳态误差。
答：3. 设(图题46)系统开环传递函数为G(s)，试判别闭环系统稳定与否。
（1）答：4.系统的特征方程为： ,试用劳斯判据判定系统的稳定性S5+3S4+4S3+6S2+8S+5=0答S5 1 4 8S4 3 6 0S3 2 8 0S2 -6 0S1 13.5S0 0劳斯表第一列元素有变化所以系统不稳定5.分析电容传感器的工作原理及其主要应用。
答：电容传感器的工作原理是利用力学量变化使电容器中其中的一个参数发生变化的方法来使信号变换的。
根据改变电容器的参数不同电容传感器可有3类：改变极板遮盖面积的电容传感器：改变极板遮盖面积的电容传感器：改变极板间距离的电容传感器。
在实际应用中，为了提高这类传感器灵敏度、提高测量范围和减小非线性误差，常做成差动式电容器及互感器电桥组合结构，如图3(b)所示。
两边是固定的电极板1和2，中间由弹簧片支承的活动极板3。
2个固定极板与互感器两端及交流电源U相连接，活动极板连接端子和互感器中间抽头端子为传感器的输出端，该输出端电压ΔU随着活动极板运动而变化。
若活动极板的初始位置距2个固定极板的距离均为d0，则固定极板1和活动极板3之间，固定2和活动极板3之间的初始电容相等，若令其为C0。
当活动极板3在被测物体作用下向固定极板2移动Δd时，则位于中间的活动极板到两侧的固定极板的距离分别为：由上述推导可知，活动极板和2个固定极板构成电容分别为：当他们做成差动式电容器及互感器电桥组合结构时，其等效电容为：虽然电容的变化量仍旧和位移Δd成非线性关系，但是消除了级数中的偶次项，使线性得到改善。
当时（在微小量检测中，如线膨胀测量等，一般都能满足这个条件），略去高次项，得：。
哈工大机电系统控制基础大作业一指导书
函数实现，如图 3（b）所示。
R(S)
系统1 G1(s)
+
+
系统2 G2(s)
Y(S)
T (s) Y (s) num R(s) den
（a） num1
G1(s) den1
G2 (s)
num 2 den 2
仿真时间区段 三种τ值下的
系统模型 系统响应
生成图形
图 11 MATLAB 文本
对于任意输入，例如正弦输入，应用lsim函数可以求得 =0.025时系统的时 间响应及误差曲线，如图12所示。所用MATLAB文本如图13所示。
x(t)
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
t=[0:0.01:0.8];
nG=[50]; tao=0;dG=[0.05 1+50*tao 50];G1=tf(nG,dG); tao=0.0125;dG=[0.05 1+50*tao 50];G2=tf(nG,dG); tao=0.025;dG=[0.05 1+50*tao 50];G3=tf(nG,dG);
y:输出响应
sys:由tf,zpk
x:状态响应
或ss建立的
（仅用于状态空间模型） 模型
u : 输入
t : 仿真时间 区段（可选）
[y, x] lsim[sys, u, t]
图 8 lsim 函数
2.4. 利用 MATLAB 绘制 Bode 图 在MATLAB中，可以用不带输出参数bode函数自动生成Bode图。而用带输
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哈尔滨工业大学工业工程系
机电系统控制技术大作业
班级：1008401班
学号：1100800807
姓名：匡野
日期：2013.7.14
指导教师：崔贤玉成绩：
机电系统控制技术大作业要求
根据PI 、PD 、PID 调节器的频率特性简述其校正的作用；以近似PID 调节器为例详述其校正的过程；最后以下题的指标要求为例详细设计校正网络及参数。
题：某单位反馈系统的开环传递函数为
()11(1)(1)1060K
G s s s s =++
当输入速度为1rad/s 时，稳态位置误差为
e ss ≤1
126rad ，相位裕度,0()30c γω≥，幅值穿越频率,20c ω≥rad/s 。
（1）根据稳态精度位置误差求出系统开环放大系数
原系统为I型系统，所以。
做出原系统的图，如图所示。
由图可得，错误！未找到引用源。
，错误！未找到引用源。
，原系统不稳定。
（2）选择校正方式
虽然采用一级超前校正，无法实现如此大的相位超前；若采用两级超前校正，虽可以实现需要的相位超前，但响应速度将远远超出性能指标的要求，带宽过大，抗高频干扰能力变差，同时需要放大器，系统结构复杂，故不宜采用两级超前校正。
如采用串联滞后校正，虽
可实现相位裕量的要求，但响应速度又不能满足要求，同时之后校正装置的转折频率必须远离错误！未找到引用源。
，则校正装置的时间常数错误！未找到引用源。
将大大增加，物理上难以实现，故也不宜采取滞后校正。
因此，现拟采用无源串联滞后-超前网络来校正。
（3）设计滞后-超前校正装置
首先选择校正后系统的幅值穿越频率错误！未找到引用源。
从原系统的博德图可以看出，当错误！未找到引用源。
时，原系统的相角为错误！未找到引用源。
故选择校正后的系统幅值穿越频率错误！未找到引用源。
较为方便。
这样在错误！未找到引用源。
处，所需相位超前角应大于或等于错误！未找到引用源。
当错误！未找到引用源。
选定之后，下一步确定滞后-超前校正网络的相位滞后部分打的转折频率错误！未找到引用源。
，选错误！未找到引用源。
且取错误！未找到引用源。
，则滞后部分的另一转折频率错误！未找到引用源。
，故滞后-超前校正网络的滞后部分的传递函数错误！未找到引用源。
就可确定为
滞后-超前校正网络网络超前部分可确定如下：因为校正后的幅值穿越频率错误！未找到引用源。
，从图1可以找出，未校正系统在错误！未找到引用源。
处的对数幅值错误！未找到引用源。
因此，如果滞后-超前校正网络在错误！未找到引用源。
处产生错误！未找到引用源。
幅值，则校正后的幅值穿越频率即为所求。
根据这一要求，
通过点错误！未找到引用源。
做一条斜率为错误！未找到引用源。
的斜线，该斜线与零分贝线及错误！未找到引用源。
线的交点，就确定了超前部分的转折频率。
从图1得超前部分的两个转折频率为错误！未找到引用源。
和错误！未找到引用源。
，所以超前部分的传递函数错误！未找到引用源。
为
将校正网络的滞后和超前两部分的传递函数组合到一起，就得到滞后-超前校正装置的传递函数为
上述滞后-校正装置的对数频率特性曲线如图2所示。
（4）验算性能指标
校正后的开环传递函数为
上述开环传递函数博德图如图3所示，有图可得，校正后的相位裕量错误！未找到引用源。
，幅值穿越频率错误！未找到引用源。
，性能指标均满足要求。