东北大学机电一体化技术

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。

a、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。

b、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。

c、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。

3-12 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

IPC工控机的特点可靠性高，实时性好，环境适应性强，丰富的输入输出模板，系统扩充性和开放性好，系统通信功能强，控制软件包功能强，冗余性

PLC的主要特点 A. 可靠性高，抗干扰能力强

B 通用性强，扩展方便，系统组成灵活

C 程序设计简单、易学、易懂

D 系统设计、开发周期短且方便，维护工作量小

E 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产

PLC的应用范围

（1）开关逻辑控制（条件控制）；（2）模拟量控制；（3）定时控制；

（4）计数控制；（5）顺序（步进控制）；（6）数据处理（7）通信和联网；（8）监控

可编程序控制器的基本类型

（1）按控制规模分类（2）按结构分类（3）按生产厂家分类

可编程控制器的基本组成

1.中央处理单元（CPU）

2.存储器

3.输入/输出模块

4.编程器

循环扫描工作方式即PLC对用户程序进行反复地扫描，逐条地解释用户程序，并加以执行。

可编程序控制器的工作过程

A 公共操作

B 数据输入/输出操作

C 运行监视

D 执行外部设备指令

（1）以扫描的方式执行操作，其输入/输出信号间的逻辑关系，存在着原理上的滞后。

（2）扫描周期除了执行用户程序所占的时间外，还包括系统管理操作占用的时间。

（3）第n次扫描执行程序时，所依据的输入数据是该次扫描之前的值Xn-1，所依据的输出数据有本次扫描前的值Yn-1.

STD总线的性能特点

1）支持的微型处理器 STD总线支持8位微处理器。

2）总线的基本组成 STD总线是一种小型的、面向工业控制及测量的总线，全部总线只有56，这56根总线被划分为四组，即：逻辑电源总线6根和辅助电源总线4根，双向数据总线8根，地址总16根，控制总线22根。

3）支持多处理器系统可实现分布式、主机式及多主STD总线多处理器系统。

总线按功能或信号类型划分，主要有三类总线：数据总线、地址总线、控制总线

PLC的主要特点

A. 可靠性高，抗干扰能力强

(1)数字输入输出部分采用光电耦合隔离，模拟输入通道加入R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。

传感器的概念

传感器是能感受被测量，并按照一定的规律将被测量转成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。它既能把非电量变换成电量，也能实现电量之间或非电量之间的相互转换。

传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成

内部传感器包括：检测位置、速度、力、力矩、温度以及异常变换的传感器。

外部信息传感器包括：视觉传感器、触觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、角度觉传感器等。

传感器的静态特性量程，灵敏度，线性度，迟滞，重复度，分辨力稳定性，零漂，精确度

机电一体化中常用传感器位置传感器。位移、角度、距离测量传感器，速度和加速度测量传感器，力和力矩测量传感器视觉传感器

位置传感器微动开关接近开关

位移、角度、距离测量传感器电位器，互感变压器，编码器，超声波距离传感器，

速度和加速度测量传感器测速发电机，应变片加速度传感器，伺服加速度传感器，压电加速度传感器

力和力矩测量传感器力和力矩的一般检测方法，六轴力觉传感器

机械传动系统的主要结构：

减速装置、丝杠螺母副、齿轮系及蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承部件、旋转支承部件、轴系及架体等机构组成。

齿轮传动：利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。

齿轮传动形式

常用的齿轮减速器装置有一级、二级、三级等传动形式

各级传动比的最佳分配原则

（1）等效转动惯量小的原则（2）输出轴转角误差小的原则（3）体积重量最小的原则。

齿轮传动间隙的调整方法

刚性消隙法 1）偏心套（轴）调整法。 2）轴向垫片调整法。3）斜齿轮垫片调整法。

柔性消隙法 A 双片薄齿轮错齿调整法 B 斜齿轮轴向压簧调整法

谐波齿轮传动的原理及结构

谐波齿轮传动是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动。

主要结构：波形发生器3（H）、刚轮、柔轮。

滚珠丝杠螺母副的传动原理

滚珠螺旋传动是具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件-滚珠，使丝杠与螺母之间的摩擦由普通螺旋的滑动摩擦变换为滚动摩擦。

主要结构：丝杠、螺母、滚珠、滚珠循环返回装置。

挠性传动主要包括带传动和链传动。他们都是通过挠性曳引元件，在两个或多个传动轮之间传递运动和动力。

带传动中所使用的挠性曳引元件为各种形式的传动带，按其工作原理分为摩擦型带传动和啮合型带传动。

链传动中所用的挠性曳引元件为各种形式的传动链。链传动通过链条的各个链节与链轮轮齿相互啮合实现传动。3-1 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。

3-2 PLC的工作原理及工作过程

循环扫描工作方式即PLC对用户程序进行反复地扫描，逐条地解释用户程序，并加以执行。