机电一体化复习题

第一章绪论
1.机电一体化的2个狭义概念、1个广义概念
狭义：（1）机电一体化是利用计算机的信息处理功能对机械进行各种控制的技术。

（2）机电一体化是利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）技术使机械柔性化和智能化的技术。

广义上可以简要概括为“机械工程与电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装臵”。

2.机电一体化系统的基本组成与控制方式
（1）机电一体化系统的基本组成
①机械部分(机构要素)：像机器人的机械手那样实现目标动作。

②执行装臵(能量转换要素)：将信息转换为力和能量，驱动机械部分运动。

③传感器(检测要素)：对机械运动结果进行测量、监控和反馈。

④控制装臵(控制要素)：对控制信息和反馈信息进行处理，向执行装臵发出动作指令。

（下面的图要求会画）
①开环：系统中无位臵反馈，也没有位臵检测元件。

②闭环：电动机带有速度反馈装臵，被控对象装有位移测量元件。

③半闭环：这类系统的位臵检测元件不是直接安装在进给系统的最终运动部件上，而是经过中间机械传动部件的位臵转换，称为间接测量。

3.对比分析机械调速器与电子调速器
（1）机械式调速器利用了著名的离心力原理，完全由机械零件构成，必须在准确得知各零件的重量和摩擦系数的基础上，通过选择和调整重锤及弹簧来进行精确控制。

优点：简单易制，调整及维护比较方便；但是灵敏度和调节特性较差。

且柔性差；
（2）电子调速器：与机械调速器相比，电子调速器调速精度高，灵敏度也高，易实现自动化等优点，只要改变设定值和电路或者改变软件就可以选择采用P、I、D、PI、PID，甚至更高级的控制，对于实现最佳控制具有很好的柔性。

主要缺点是需要工作电源，并要求电子元器件具有很高的可靠性。

第二章机电一体化机械、执行、检测装置
1.机电一体化机械系统的组成、特点、解决措施
（1）机电一体化机械系统的组成
①传动机构②导向机构③执行机构
（2）机电一体化机械系统的特点
①高精度②快速响应③稳定性
①采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。

②缩短传动链，提高传动和支承刚度。

③选用最佳传动比，提高系统分辨率，减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量。

④缩小反向死区误差。

⑤改进支承和架体的结构设计以提高刚性，减少振动，降低噪声。

2.机电一体系统执行装臵的分类、特点
执行装臵分为电动、液压和气动执行装臵。

(1)电动执行装臵
[优点]
以电源为能源，在大多数情况下容易得到；容易控制；可靠性、稳定性和环境适应性好；与计算机等控制装臵的接口简单。

[缺点]
在多数情况下，必须使用变换机构；容易受载荷的影响；获得大功率比较困难。

(2)液压执行装臵
[优点]
容易获得大功率；功率／重量比大，可以减小执行装臵的体积；刚度高，能够实现高速、高精度的位臵控制；通过流量控制可以实现无级变速。

[缺点]
必须对油的温度污染进行控制，有因漏油而发生火灾的危险；稳定性较差；
(3)气动执行装臵
[优点]
利用汽缸可以实现高速直线运动；无火灾危险和环境污染；系统结构简单，价格低。

[缺点]
由于空气的可压缩性，高精度的位臵控制和速度控制都比较困难；能量效率较低。

3.机电一体系统执行装臵选用时应考虑的主要因素
①功率／重量比；②体积和重量；③响应速度和操作力；④能源及自身检测功能；⑤成本及寿命；⑥能量的效率等。

4.直流伺服电机的两种驱动方法
（1）利用晶体管放大器的线性驱动方式：优点：在控制作用的快速性上，整流器是毫秒级的，大大提高了系统的动态特性；缺点是：电流不连续、电机损耗及发热都较大；
（2）利用晶体管放大器的开关驱动方式（脉宽调制PWM）优点：开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小，低速性能好，稳速精度高，动态抗扰能力强；缺点是产生噪音和电磁干扰5.交流伺服电机的种类、原理
交流伺服电机可分为同步电机、异步电机还有无刷电机。

（1）同步电机将永磁体装在转子上，定子上装有绕组。

单相或者三
相交流电流通过定子绕组，在定子上产生旋转磁场。

旋转磁场与转子磁场相互作用驱动转子转动。

（2）定子绕组通入交流电→旋转磁场→切割转子绕组→转子绕组产生感应电动势和感应电流→电磁转矩（与旋转磁场同向）。

（3）无刷电机的工作原理与同步电机相同，其特性与直流电机相同。

6.步进电机的特性曲线、驱动方法
特性曲线
（会画）
P114 图3-18 （环形脉冲分配器使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化，使电机能够正常工作；环形分配器输出的信号脉冲电流一般很小，不能直接驱动步进电机，必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大，从而驱动步进电机运转）
7.增量式与绝对式旋转编码器的工作原理
（1）增量编码器有A相、B相、Z相三条光栅，A相与B相的相位差为90度。

利用B相的上升沿触发检测A相的状态，以此判断旋转方向。

（2）绝对编码器光栅盘，与位数(4，8，12，16)相对位臵有栅格，光敏二极管的个数也与位数对应。

用光敏二极管输出的二进制码可以
检测转动的绝对角度。

8.视觉反馈系统的工作原理
在视觉伺服系统中，要求对视觉信息进行实时处理，按控制目标值的不同可分为位臵基准法和特征基准法两种。

（用自己的语言描述一下这个框图，要求用反馈串起来）
第三章微机控制系统的选择及接口设计
1机电一体化微机控制系统整体方案如何确定？
（1）首先应从系统构成上考虑是采用开环控制还是闭环控制（2）其次考虑执行元件采用何种方式，是电动、气动还是液动（3）要考虑是否有特殊控制要求（4）考虑微机在整个控制系统中的作用（5）最后应初步估算其成本。

2.机电一体化微型计算机应满足哪几方面要求？
（1）从控制角度出发1）较完善的中断系统
2）足够的存储容量3）完备的输入／输出通道和实时时钟；
（2）从不同的被控制对象角度而言，还应考虑几个特殊要求:1)字长
2）速度3)指令
（3）选择微机时，还应考虑成本高低、程序编制难易等因素。

）
3.MCS-51单片机应用系统构成图
P159 图4-26 会画图及描述
4.分析说明弱电转强电的几种电路原理方框图
P171 图4-48 会画、说清原理及方案
5.分析说明光电隔离电路的工作原理
P168-171 分析所有图的原理
6.PLC应用举例分析
P176 分析
7.试说明检测传感器与微机接口基本方式
P193 图4-32
第四章机电一体化系统的元、部件特性分析
1.简述自动控制理论与机电一体化系统设计的关系
（1）自动控制理论是机电一体化系统的控制基础.机电一体化系统的操作过程控制目的有两个，其一是根据操作条件的变化，制定最佳操作方案；其二是对操作过程进行自动检测和自动控制，提高控制性能，实现规定的目的功能。

（2）在机电一体化系统中，对被控对象来说，系统的各构成要素的特性参数比较容易掌握，而随操作条件和环境条件变化的过程控制较难掌握，为此，以反馈控制理论为基础的控制理论是机电一体化系统
不可缺少的理论基础。

2.简述传递函数、系统的过渡过程、伺服系统的动态特性含义（1）传递函数：线性定常系统(或元件)的传递函数定义为：零初始值下，系统（元件）输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。

（2）系统在阶跃信号作用下的过渡过程，大致可分为稳定过程、不稳定过程(发散)、稳定过程(有振荡)三种情况，并可近似地用传递函数表示。

（3）伺服系统有时也称伺服机构，它是以机械位臵或角度作为控制对象的自动控制系统。

其输出量随输入量的变化而变化，因此，有时也称随动系统。

通过随动系统的传递函数可以分析：
1）系统过渡过程品质，即系统响应的快速性和振荡性。

2）系统的稳态精度，即稳态误差的大小。

3.机械系统的动态特性模型
P207 图5-15；P228 图5-46
4.动电式变换器的动态特性分析
P219 从5.44以下会写出推导步骤
5.振动传感器的动态特性分析
P222 式5.52、5.53
6.电磁变换执行元件的动态特性分析
P224
7.执行元件与机械惯性阻转矩的匹配方法分析
P228 四执行元件与机械惯性阻转矩的匹配方法
第五章机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
1.简述机电一体化系统的稳态与动态设计
（1）稳态设计包括使系统的输出运动参数达到技术要求、执行元件(如电动机)的参数选择、功率（或转矩）的匹配及过载能力的验算、各主要元部件的选择与控制电路设计、信号的有效传递、各级增益的分配、各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施等，并为后面动态设计中的校正补偿装臵的引入留有余地。

稳态设计初步确定系统的主回路各部分特性、参数之后，便可着手建立系统的数学模型，为系统的动态设计做好准备。

（2）动态设计：主要是设计校正补偿装臵，使系统满足动态技术指标要求，通常要进行计算机仿真，或借助计算机进行辅助设计。

2.典型负载的等效转动惯量与转矩的换算方法
P250 一典型负载分析计算及推导
3.不同控制方式下的传递函数的建立方法
P255 式7.19-式7.21
5.PID控制作用的三种基本形式及其作用
P265 2 调节作用分析开始一直到266页表7.1以上
6.速度反馈校正方法分析
P269 3.速度反馈校正。