最新机电一体化技术第二版 课后习题答案

第1章

1-1、机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？

a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。

b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。

c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。

d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。

e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。

1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。

1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。

1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。

1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。

第2章

2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。

2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。

2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。

2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择

2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）；

2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。

2-9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。

2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？

一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。

2-11、伺服电机的种类、特点及应用：

2-12、机电一体化系统中执行元件的分类及特点：

（1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率大、转矩大，工作平稳，可以直接驱动运动机构，承载能力强，适合于重载的高加减速驱动；（3）气压式，可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能用在定位精度高的场合；（4）其他执行元件。2-13、简述直流伺服电动机的PWM调速换向的工作原理？

PWM调速是通过改变输出脉冲信号的占空比来改变电枢电压的平均值，从而达到控制电动机转速的目的；同时通过改变加到H型桥式电路中VT1和VT3、VT2和VT4这两组晶体管基极上的控制脉冲的正负和导通率µ来改变电动机的转向和转速。

第3章

3-1 简述计算机控制系统的组成和特点。

答：计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成，其中硬件由计算机主机、接口电路、输入/输出通道及外部设备等组成；软件分为实时软件和开发软件。特点：1、具有完善的输入/输出通道。2、具有实时控制功能。3、可靠性高。4、具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统。

3-2 简述计算机控制系统的常用类型及其特点。

答：常用类型：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统和分级计算机控制系统；特点：1、具有完善的输入/输出通道；2、具有实时控制功能；3、可靠性高；4、具有丰富的、完善、能正确反映被控制对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统。

3-3 试述计算机控制系统的基本要求和一般设计方法。

答：基本要求：实时性、高可靠性、硬件配置的可装配课扩充性、可维护性；

设计方法：作为计算机的控制系统的设计者，应根据机电一体化系统（或产品）中的信息处理量、应用环境、市场状况及操作者的特点，优选出经济的合理的工业控制的计算机。

3-4 简述常用的工业控制计算机类型及其特点。

答：1、普通PC机其特点：运行速度快、带负载能力差、抗干扰能力差。

f、单片机其特点：高集成度、高运行速度、低功耗、小体积、使用方便灵活等。

g、可编程序控制器（PLC）其特点：可靠性高、环境适应性强、灵活通用，使用方便和维护简单。

h、工业PC机。其特点：运行速度很快、带负载能力强，抗干扰能力强。

3-5 PLC的硬件系统主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：一、CPU，运算和控制核心。二、存储器，存储数据和程序。三、输入/输出（I/O）单元，CPU与现场I／O设备或其他外部设备的连接部件。四、电源，对系统供电。五、编程器，人－机对话的工具。

3-6 PLC控制系统设计步骤一般分为哪几步？

答：1、PLC控制系统的设计2、PLC控制系统设计内容3、PLC控制系统设计的基本思路

3-9 数字PID控制器的参数整定方法有哪些？

答：凑试法和实验经验法。

3-10 简述嵌入式系统的组成。

答：由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件组成。

3-11 简述嵌入式系统的硬件协同设计方法。

答：1、需求分析和描述。2、设计建模。3、软硬件划分。4、软硬件协同设计。5、软硬件实现和综合。6、软硬件协同测试和验证。

3-12 简述计算机控制系统的设计思路。

答：设计思路：1、确定系统的总体控制方案。2、建立数学模型并确定控制算法。3、选择微型计算机。4、控制系统总体设计。5、软件设计。6、系统调试。

第5章

5-1 接口的定义及作用是什么？

答：机电一体化系统中各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。作用：解决功能