中南大学机电体化复习

第一章绪论1．简述机电一体化技术的基本概念和涵义.p1答：机电一体化技术是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术.2．机电一体化技术的发展趋势可概括为哪三个方面？p2答：机电一体化技术的发展趋势可概括为以下三个方面：（1）性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；（2）功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展；（3）层次上，向系统化、复合集成化的方向发展.3．机电一体化的优势是什么？p2答：机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长，且综合利用各学科并加以整体优化.因此，在机电一体化技术的研究与生产应用过程中，特别强调技术融合、学科交叉的作用.机电一体化技术依赖于相关技术的发展，机电一体化技术的发展也促进了相关技术的发展. 4．机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为哪六个方面？p2答：机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为以下六个方面：（1）机械技术，（2）检测传感技术，（3）信息处理技术，（4）自动控制技术，（5）伺服传动技术，（6）系统总体技术. 5．机电一体化系统应具有哪六个基本功能要素？p4答：机电一体化系统应具有以下六个基本功能要素（即六个子系统）：（1）机械本体，（2）动力部分，（3）检测部分，（4）执行机构，（5）控制器，（6）接口.6．何谓机电一体化系统中的接口？接口的作用和基本功能是什么？p5答：机电一体化系统中的接口，是机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件.接口的作用使各要素或子系统联接成为一个整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程.接口的基本功能有三个：一是交换，通过接口完成使各要素或子系统之间信号模式或能量的统一；二是放大，在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配；三是传递，接口遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范将变换和放大后的信号可靠、快速、精确地交换传递.7．简述执行机构的功能和分类.P5答：执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作.执行机构是运动部件，它将输入的各种形式的能量转换为机械能.常用的执行机构可分为两类：一是电气式执行部件，按运动方式的不同又可分为旋转运动零件（如电动机）和直线运动零件（如电磁铁等）；二是液压式执行部件，主要包括液压缸和液压马达等执行元件.8．从控制的角度简述典型机电一体化控制系统以及它们各自的特点.P5~6答：从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统.开环控制系统是没有输出反馈的控制系统，开环控制系统的主要优点是简单、经济、容易维修，它的主要缺点是精度低、对环境变化和干扰十分敏感，常用于低档电器，如家用电器等.闭环控制系统输出信号的全部或部分以负反馈的形式被反馈到输入端，输入信号与反馈信号比较后的偏差信号送给控制器，控制器对信号进行处理后产生控制信号，再控制形被控对象的输出，从而形成闭环回路.闭环控制系统与开环控制系统相比较，具有精度高、动态性能好、抗干扰能力强等优点；它的缺点是结构比较复杂、价格比较昂贵、不容易维修等.9．何谓连续控制系统？p6答：信号在时间上是连续变化的系统.10．何谓计算机控制系统？p6答：采用计算机作为控制器的控制系统即为计算机控制系统，又被称为离散控制系统.计算机控制系统（离散控制系统），即系统中某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式，信号在时间上是离散的系统.11．在机械工程领域中，大量的机电一体化系统以机械装置或机器为控制对象，以电子装置或计算机为控制器，这些系统从控制的角度出发可大致分为哪四类？p6答：从控制的角度出发，这些系统可大致分为以下四类：（1）伺服传动系统，（2）数字控制系统，（3）顺序控制系统，（4）过程控制系统第二章机械传动与支承技术12．简述机电一体化系统中机械结构的作用以及设计时的注意事项.p13答：在机电一体化系统中，机械结构主要用于执行机构、传动机构和支承部件，用以完成规定的动作；传递功率、运动和信息；起支承连接作用等.通常，它们是微机控制伺服传动系统的有机组成部分.因此，在机械系统设计时，除考虑一般的机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服传动系统的性能、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能. 20．适当增大惯量在什么情况下对伺服系统有利？机械设计时应如何把握惯量的大小？p20 答：惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利.因此，机械设计时，在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量.21．机电一体化系统对机械传动的要求是什么？p21答：在机电一体化系统中，普遍采用计算机控制和具有动力传递、变速与执行等多重功能的伺服电动机.伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了机械传动中的变速机构，大大简化了传动链.因此机电一体化系统中的机械传动装置也不再仅仅是转矩和转速的变换器，已成为伺服系统的组成部分，必需根据伺服控制的要求进行选择和设计.22．在伺服系统中，如何选择系统的总传动比？传动链的级数和各级传动比的分配原则是什么？p22~26答：在伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高整个系统的响应速度.传动链的级数和各级传动比的分配原则是：（1）等效转动惯量最小原则1）小功率传动装置各级传动比分配的结果应遵循“前小后大”的原则.2）大功率传动装置各级传动比分配的结果仍应遵循“前小后大”的原则.（2）质量最小原则1）小功率传动装置按“质量最小”原则来确定传动比时，其各级传动比相等.2）大功率传动装置按“质量最小原则”确定的各级传动比是逐级递减的，即“前大后小”.（3）输出轴转角误差最小原则要使总转角误差最小，从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列.（4）三种原则的选择1）对于传动精度要求高的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小的原则设计.若为增速传动，则应在开始几级就增速.2）对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链，可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小的原则设计.对于负载变化的齿轮传动装置，各级传动比最好采用不可约的比数，避免同时啮合，使磨损均衡.3）对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按质量最小原则设计.26．机电一体化系统对支承部件的要求是什么？p40~41答：机电一体化系统中的支承部件不仅要支承、固定和联接系统中的其它零部件，还要保证这些零部件之间的相互位置要求和相对运动的精度要求，而且还是伺服系统的组成部分.因此，应按伺服系统的具体要求来设计和选择支承部件.机电一体化系统对支承部件的要求是：精度高、刚度大、热变形小、抗振性好、可靠性高，并且具有良好的摩擦特性和结构工艺性.27．空心圆锥滚子轴承中滚子的结构特点是什么？p42答：滚子是中空的，工作时润滑油的大部分将被迫通过滚子中间的小孔，以便冷却最不易散热的滚子，润滑油的另一部分则在滚子与滚道之间通过，起润滑作用.此外，中空的滚子还具有一定的弹性变形能力，可吸收一部分振动.第三章伺服传动技术30．何谓伺服？p58答：伺服就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动.31．伺服系统由哪四大部分构成其基本组成？p58答：一般来说，伺服系统的基本组成可包括控制器、功率放大器、执行机构和检测装置等四大部分.32．简述开环控制伺服系统和闭环控制伺服系统的特征.p59答：（1）开环伺服系统，结构上较为简单，技术容易掌握，调试、维护方便，工作可靠，成本低.缺点是精度低、抗干扰能力差.一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的机电一体化系统.（2）闭环伺服系统，采用反馈控制原理组成系统，具有精度高、调速范围宽、动态性能好等优点，缺点是系统结构复杂、成本高等.一般用于要求高精度高速度的机电一体化系统. 33．常用的伺服电动机有哪三大类？p59答：常用的伺服电动机有直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机三大类.34．何谓直流伺服系统？p65答：采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为直流伺服系统.35．何谓交流伺服系统？p79答：采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为交流伺服系统.36．什么是步进电动机？步进电动机是如何工作的？常用的有哪三种步进电动机？p60 答：步进电动机是一种将脉冲信号转换成角位移的执行元件.对这种电动机施加一个电脉冲后，其转轴就转过一个角度，称为一步；脉冲数增加，角位移随之增加；脉冲频率高，则电动机旋转速度就高，反之则慢；分配脉冲的相序改变后，电动机便反转.这种电动机的运动状态与通常均匀旋转的电动机有一定的差别，是步进形式运动的.目前在工业中广泛应用的有三种：反应式步进电动机、永磁式步进电动机和永磁感应式步进电动机.37．功率放大器由什么组成？p61答：功率放大器是由开关器件、电感、电容以及保护电路和驱动电路组成.38．相敏放大器的功能和输出特点是什么？p67~68答：相敏放大器也称为鉴幅器.它的功能是将交流电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的交流电压的相位相适应.由于相敏放大器输出的是脉动的直流电压，必须采用滤波器，将其变成平滑的直流电压.39．脉宽调制型（PWM）功率放大器的基本原理是什么？p68答：PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变输出电压的平均值.40．PWM的控制电路由哪些器件组成？p70答：PWM的控制电路主要包括脉冲调制器，逻辑延时环节和晶体管基极驱动器等.其中最关键的部件是脉冲调制器.41．影响伺服系统稳态精度，导致系统产生稳态误差的主要因素有哪3个方面？p74答：影响伺服系统稳态精度，导致系统产生稳态误差的主要因素有3个方面：（1）由检测元件引起的检测误差；（2）由系统的结构和输入信号引起的原理误差；（3）负载扰动引起的扰动误差.42．常用的交流伺服电动机有哪两大类？p79答：目前常用的交流伺服电动机分为同步型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机两大类.43．何谓交流调速过程中的同步调制？p82答：在改变正弦调制波的频率f的同时成正比的改变三角载波的频率f c，使载频比N保持不变，则称为同步调制.44．何谓异步调制？p82答：在改变正弦调制波的频率f的同时，三角载波的频率f c的值保持不变,使载频波比N值不断变化，则称为异步调制.45．何谓环形分配器？p85答；步进电动机的各绕组必须按一定的顺序通电才能正确工作.这种使电动机绕组的通电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的装置称为脉冲分配器，又称为环形分配器.46．简述以步进电动机为驱动装置的伺服系统的组成及其作用.p88答：以步进电动机为驱动装置的伺服系统，包括驱动控制系统和步进电动机两大部分.驱动控制系统的作用是把脉冲源发出的进给脉冲进行重新分配，并把此信号转换为控制步进电动机各定子绕组依次通、断电的驱动信号，使步进电动机运转.步进电动机的转子通过传动机构（如丝杠）与执行部件连接在一起，将转子的转动转换成执行部件的移动.47．按控制元件的种类和驱动方式分类，有哪两类电液位置控制系统？广泛应用的是哪一类控制系统？其中包括哪两种控制方式？p89~90答：电液位置控制系统中，按控制元件的种类和驱动方式分为：节流式控制（阀控式）和容积式控制（泵控式）系统两类.广泛应用的是阀控系统，它包括阀控液压缸和阀控液压马达系统两种方式.48．何谓电液速度伺服控制系统？p93答：若系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，就可以实现对系统的速度控制，这种控制系统称为速度伺服控制系统.第四章计算机控制技术49．计算机控制系统由哪两部分组成？p97答；计算机控制系统由硬件和软件两部分组成.（1）硬件组成，计算机控制系统的硬件主要是由主机、外围设备、过程输入与输出设备、人机联系设备和通信设备等组成.（2）软件组成，软件是各种程序的统称，软件分为系统软件和应用软件两大类.52．何谓接口技术？p99答：接口技术是研究主机与外围设备交换的技术.53．常用的接口方式有哪几种？p99~100答：对于多台计算机同时工作的计算机控制系统，为了便于整体控制及资源共享，各个系统间应当有系统间通道接口，接口有通用和专用之分，外部信息的不同，采用的接口方式也不同.一般可分为如下几种：（1）人机通道及接口，（2）检测通道及接口，（3）控制通道及接口，（4）系统间通道及接口.54．接口电路的最重要的功能是什么？常用什么方式传送数据？p100答：接口电路处于运行速度快的微处理器与运行速度比较慢的外设之间，它的一个重要功能就是能使它们在速率上匹配，正确地传送数据.通常使用的方法有：无条件传送、查询式传送和中断传送.55．何谓D/A转换器？p103答：D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路.56．何谓A/D转换器？p105答；A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件.57．何谓总线式工业控制机？p110答：总线式工业控制机即是依赖于某种标准总线，按工业化标准设计，包括主机在内的各种I/O接口功能模板而组成的计算机.58．单片微计算机由什么集组成？p112答：单片微计算机是将CPU、RAM、ROM、定时/计数、多功能I/O（并行、串行、A/D）、通信控制器，甚至图形控制器、高级语言、操作系统等都集成在一块大规模集成电路芯片上. 59．STD总线工业控制计算机由什么组成？p115答：STD总线工业控制计算机就是由某种型号CPU芯片构成的主机板和按要求配置的I/O 功能模板共同插在带有总线板的机箱内，再配上相应的电源而组成.第五章可靠性和抗干扰技术60．可靠性的定义是什么？p129答：可靠性的定义是：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力.61．何谓失效？何谓故障？p130答：如果产品不能完成规定的功能，就称为失效.对于可修复的产品，也称为故障.62．产品（或系统）的可靠性指标的意义是什么？衡量可靠性高低的数量指标有哪两类？产品的可靠性由什么决定？又用什么来保证？p130~131答：“可靠性指标”是可靠性量化分析的尺度.衡量可靠性高低的数量指标有两类，一类是概率指标；另一类是寿命指标.它们一般都是时间的函数.产品的可靠性是由设计决定的，由制造和管理来保证的.63．提高系统可靠性，应从哪几个方面考虑？p136~137答：提高系统可靠性主要从以下3个方面考虑：（1）提高系统各组成元、器件的设计、制造质量及系统的装配质量；（2）采用容错法设计；（3）采用故障诊断术，提高系统的可维护性.64．何谓抗干扰技术？p138答：抗干扰技术就是研究电子设备及系统抵抗外部和内部电磁干扰，保证其正常工作的具体措施.。