机电一体化技术课后习题及答案(孙卫青版第二版)

机电一体化技术课后习题及答案

（孙卫青版第二版）

1-1、试说机电一体化的含义

答：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、机电一体化的主要组成、作用及其特点是什么

答：主要由机械本体、动力系统、传感与检测系统、信息处理及控制系统和执行装置等组成。机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。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。传感与检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，同时利用检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。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、工业三大要素是什么？答：物质、能量和信息。

1-4、传统机电产品与机电一体化产品主要区别是什么？

答：传统的机电产品机械与电子系统相对独立，可以分别工作。机电一体化产品是机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予其新的功能和性能的一种新产品，产品功能是由所有功能单元共同作用的结果。

1-6、应用机电一体化技术的突出特点是什么？

答：①精度提高；②生产能力和工作质量提高；③使用安全性和可靠性提高；④调解和维护方便，使用性能改善；⑤具有复合功能，适用面广；⑥改善劳动条件，有利于自动化生产；⑦节约能源，减少耗材；⑧增强柔性。

1-7、机电一体化的主要支撑技术有哪些，它们的作用如何？

答：1、传感测试技术，在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及工作过程有关的相关信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。2、信息处理技术，在机电一体化产品工作过程中，参与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析。3、自动控制技术，主要实现机电一体化系统的目标最佳化。4、伺服驱动技术，它的作用是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动按照指令要求进行运动。

5、接口技术，将各组成要素的输入/输出装置联系成一体的系统。

6、精密机械技术，机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来实现。

7、系统总体技术，它的作用是将各有关技术协调配合、综合运用，从而达到整体系统的最佳化。

1-8试论述机电一体化的发展趋势。

答：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化和自适应化。

2-1机电一体化系统对传动机构的基本要求是什么？

答：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机等其他环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。

2-2丝杠螺母机构的传动形式及其特点是什么？

答：①螺母固定、丝杠转动并移动。结构简单，精度较高，但刚性差。只适合行程较小的场合。

②丝杠转动、螺母移动。结构紧凑，丝杠刚性较好，适合工作行程较大的场合。

③螺母移动、丝杠移动。机构较复杂且占用轴向空间较大，故应用很少。

④丝杠固定、螺母转动并移动。结构简单，紧凑，但使用不方便，应用较少。

2-3滚珠丝杠副的组成及特点有哪些？

答：由丝杠、螺母、滚珠、反向器组成。特点：结构复杂、成本高、无自锁能力、轴向刚度高、运动平稳。传动精度高、不易磨损、使用寿命长。

2-4如何选择滚珠丝杠副？

答：（1）根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，选择适当的结构形式。（2）选择滚动丝杠副结构尺寸。主要选择丝杠的公称直径和基本导程。

2-5齿轮传动的各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则的含义是什么？

答：等效转动惯量最小原则、重量最轻原则、输出轴转角误差最小原则。各级转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差最小。

2-6 已知某4级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为△Φ1=△Φ2=…=△Φ8=0.005rad，各级减速比相同，即i1=i2=…=i4=1.5，求：（1）该传动系统的最大转角误差△Φmax；（2）为缩小△Φmax，应采取何种措施？

答：（1）0.022 （2）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齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些？

答：偏心套（轴）调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法

2-9对机械执行机构的基本要求有哪些？

答：惯性小、动力大；体积小、重量轻；便于维修、安装；易于计算机控制

2-10简述各类传感器的特征及选用原则？

答：静态特性，静态特性的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂。动态特性，其主要技术指标有：上升时间、最大超调量、调整时间、频率响应范围和临界频率。传感器应根据测试要求和条件，传感器特性和使用条件三个方面进行选择。

2-12简述机电一体化系统中的执行元件的分类和特点？

答：电气式：操纵简单，适宜编程，响应快，伺服性能好，易于微机相接

液压式：输出功率大，转矩大，工作平稳，承载能力强，但是占地面积大

气压式：可得到较大的驱动力，行程和速度，但由于具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。

2-13简述直流伺服电动机的PWM调速换向的工作原理？

答：脉冲宽度调制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，从而达到控制电机转速的目的。

3-1简述计算机控制系统的组成和特点

答：计算机由硬件和软件组成。具有完善的输入/输出通道；具有实时控制功能；可靠性高；具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律的软件系统。

3-2简述计算机控制系统的常用类型及其特点

答：过程控制系统：根据生产流程对设备巡回检测，然后按照控制规律对生产过程控制

伺服系统：控制信号能够稳定、快速、准确的复现输入信号的变化规律

顺序控制系统：按照逻辑顺序控制

数字控制系统：根据零件编程或路径指令控制

3-3简述计算机控制系统的基本要求和一般设计方法

答：实时性；高可靠性；硬件配置的可装配可扩充性；可维护性。

3-4简述常用的工业控制计算机类型及其特点

答：普通PC机：一般不用作工业控制，硬件无需设计，软件开发复杂，抗干扰等差，成本较高

单片机：控制系统自行设计，软硬件设计复杂，抗干扰等差，成本较低

可编程控制器:软硬件设计简单，抗干扰能力强，运行速度慢，适用逻辑控制为主工业控制

工业PC机：硬件设计简单，软件设计复杂，运行速度，抗干扰能力强，成本高，适合较大规模的工业现场控制

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：由CPU，存储器，输入/输出单元，电源，编程器，其他接口电路。CPU是PLC的运算和控制核心，存储器用来存储数据和程序，I/O单元是CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件，电源提供电力，编程器用于对程序编辑，其他接口用于扩展PLC的功能。

3-6 PLC控制系统设计步骤一般分为哪几步？

答：选择用户输入/输出设备；选择PLC；分配I/O点，绘制输入/输出端子的连接图；设计控制程序；如果必要设计操作台等；编制控制系统的技术文件。

3-9数字PID控制器的参数整定方法有哪些？

答：凑试法确定PID调节参数；实验经验法确定PID调节参数。

3-10简述嵌入式系统的组成？

答：嵌入式系统组成包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器，存储器，电源模块，外围电路及外设器件，I/O端口，图形控制器；软件包括操作系统和应用程序。

3-11简述嵌入式系统的软硬件协同设计方法？

答：需求分析和描述；设计建模；软硬件划分；软硬件协同设计；软硬件实现和综合；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：确定系统总体控制方案；建立数学模型并确定控制算法；选择微型计算机；控制系统总体设计；软件设计；系统调试。

5-1．接口的定义及作用

答：定义：机电一体化系统由许多要素或是子系统构成，各要素或子系统之间必须能够顺利进行物质、能量和信息的传递与交换。各种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：1.通过输入\输出接口将其人、自然及其他系统相连；2.通过许多接口将系统构成要素联系为一体。

5-2.按接口所联系的子系统不同，以信息处理系统（微电子系统）为出发点将接口分为哪几类？各自特点是什么？