机电系统设计(有答案版)

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7、简述直流伺服电机两种控制方式的特点。 答：采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场 保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应 的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式 又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控 制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场 已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来 改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过 额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增 加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所 以这种方式又被称为恒功率调速方式。
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26、机电一体化系统中的接口的作用。 答：接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、 滤波、速度匹配等。
27、试分析机电一体化系统设计与传统的机电 产品设计的区别。 答：机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和
手册为设计依据的传统方法不同，它是以计算机为手 段，其设计步骤通常如下：设计预测→信号分析→科 学类比→系统分析设计→创造设计→选择各种具体的 现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元 法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊 设计法等）→机电一体化系统设计质量的综合评价。
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8、机电一体化系统设计的指标主要包括哪些 方面？ 答：主要包括系统功能、性能指标、使用条件、 经济效益。
9、为什么采用机电一体化技术可以提高系统 的精度? 答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因 而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所 引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术 实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰 因素造成的误差，从而提高精度。
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14、步进电动机是什么电机？它的驱动电路的 功能是什么? 答：步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲 数量决定转角位移的一种伺服电动机，成本较 低，易于采用计算机控制，且比直流、交流电 动机组成的开环控制系统精度高，因而被广泛 应用于开环控制的伺服系统中。步进电动机驱 动电路实际上是一个功率开关电路，为使步进 电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，提 供足够功率的控制信号。
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16、直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常 用方法？ 答：①偏心轴套调整法 ；②双片薄齿轮错齿 调整法。
17、简述机电一体化对机械系统的基本要求及 机械系统的组成。 答：对机械系统的基本要求：高精度；快速响 应；良好的稳定性。 机械系统的组成：传动机构；导向机构； 执行机构。
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1、 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲 分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组， 测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有 24个齿，求： 1）步进电机的步距角； 2）脉冲电源的频 率。 解：2）脉冲电源的频率， 100r/min,(100/60)r/s
f (100/ 60) 360 / 1.5 400Hz
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24、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些 几个基本要素？ 答：机电一体化系统，应包含以下几个基本要 素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、 传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将 这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要 素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成 要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过 接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转 换等有机融合的一个完整系统。
22、什么是机电一体化的变参数设计？ 答：在设计方案和结构原理不变的情况下，仅 改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围 发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同 规格型号的相同设计。
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23、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 答：传统机电技术的操作控制主要以电磁学原 理的各种电器来实现，如继电器、接触器等， 在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。 机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚 性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化 技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调 机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整 个装置在计算机控制下具有一定的智能性。
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20、 答：①高速端测量 设传感器的每转脉冲数为n，每个脉冲对 应工作台的位移为
满足题目要求。
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20、 答：②低速端测量 传感器直接与丝杠连接，与减速比无关
可知n＝500脉冲／转的编码器不合用。
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21、什么是机电一体化？ 答：机电一体化技术综合应用了机械技术、微 电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检 测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体 技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠 性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最 佳功能价值的系统工程技术。
Fm m a 100 10 1000N
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2、 解：1)电机上的负 Fm ) i 2 1 2 10 1 (1000 1000) 5 2 0.3 0.43N m
3
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10、机电一体化相关技术有哪些? 答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算 机与信息处理技术，系统技术，白动控制技术， 传感器测试技术和伺服驱动技术。
11、简述机电一体化产品设计中，详细设计的 主要内容。 答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务 的分组；机械本体及工具设计；控制系统设计； 程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及 制造图样；产品出厂及使用文件的设计。
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12、简述A／D、D／A接口的功能。 答： A／D接口的功能是将温度、压力等物理 量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数 字量。D／A接口是将二进制数字量转换成电压 信号。 13、机电一体化产品对机械传动系统有哪些要 求？ 答：机电一体化系统对机械传动系统的要求有： 精度；稳定性；快速响应性；还应满足小型、 轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。
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20、已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动， 已知工作台的行程L=250mm，丝杠 导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的 测量精度为0.005mm(忽略齿轮和丝杠 的传动误差)。 (1)试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的 每转脉冲数。 (2)若将传感器与丝杠的端部直接相连，n=500脉 冲／转的旋转编码器是否合用。
29、试述在机电一体化系统设计中，系统模型 建立的意义。 答：机械系统的数学模型分析的是输入（如电 机转子运动）和输出（如工作台运动）之间的 相对关系。等效折算过程是将复杂结构关系的 机械系统的惯量、弹性模量和阻尼（或阻尼比） 等机械性能参数归一处理，从而通过数学模型 来反映各环节的机械参数对系统整体的影响。
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28、机电一体化技术与自动控制技术的区别。 答：自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、 控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机 电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重 要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。 它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进 行系统分析和性能测算。
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25、试简述机电一体化系统的设计方法。 答：机电一体化系统的设计过程中，一直要坚 持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从 系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间 的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法， 并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静 态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统 的优化设计。
3、机电一体化系统的基本构成要素有哪些？ 答：一个较完整的机电一体化控制系统，包括 以下几个基本要素：机械本体、动力源、传感 装置、驱动执行机构、控制器等，各要素和环 节之间通过接口相联系。 4、测试传感部分的作用是什么？ 答：测试传感部分的作用：对系统运行中所需 要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检 测，传输到信息处理单元，经分析处理后产生 控制信息。
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5、传感器是如何分类的？ 答：传感器的分类方法有如下几种：按用途、 工作原理、变换原理、输出信号性质分类。
6、简述步进电动机驱动电路的组成。 答：步进电动机的驱动电路由脉冲信号发生器、 分频器、脉冲分配器和脉冲放大器组成。
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7、简述直流伺服电机两种控制方式的特点。 答：直流伺服电动机的控制方式主要有两种： 一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情 况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信 号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是 励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来 改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和 输出转矩。
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15、伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部 分能实现何种功能？ 答：③执行元件按控制信号的要求，将输入的 各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象 工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各 种电机或液压、气动伺服机构等。 ④被控对象是指被控制的机构或装置，是直接 完成系统目的的主体，一般包括传动系统、执 行装置和负载； ⑤检测环节指能够对输出进行测量，并转换成 比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感 器和转换电路。
18、转动惯量对传动系统有哪些影响? 答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗 大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使系 统固有频率下降，容易产生谐振。
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19、已知数控机床控制系统如图所示，试说明 图中的各个部分属于机电一体化系统中的哪一 个基本要素?
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19、已知数控机床控制系统如图所示，试说明 图中的各个部分属于机电一体化系统中的哪一 个基本要素? 答： ①控制及信息处理单元：键盘、计算机、 显示； ②测试传感部分：光电编码器、信号 处理； ③能源：电源； ④驱动部分：功放、 电机； ⑤执行机构：联轴器、齿轮减速器、 丝杠螺母机构、工作台。
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1、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲 分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组， 测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有 24个齿，求： 1）步进电机的步距角； 2）脉冲电源的频 率。 解：1）步距角