1、形成性考核作業(yè)參考復(fù)習(xí)資料,機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形成性考核作業(yè)參考答案形成性考核作業(yè)1參考答案一、判斷題（正確的打J,錯(cuò)誤的打X）1. X 2. J 3. J 4. X 5. X 6. X7. X 8. X 9. X 10. V 11. X 12. X二、單選題1. C 2. A 3. B 4. A, A 5. D 6. B 7. A 8. D三、簡(jiǎn)答題1 .完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？答：機(jī)械本體、動(dòng)力系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件和信息處理與控制系統(tǒng)五部分相 互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。通過接口與相應(yīng)軟件有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)成內(nèi)部匹配 合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。2 .簡(jiǎn)述

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。機(jī)電一體系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要 素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其他系統(tǒng) 之間的接口：從系統(tǒng)內(nèi)部看，機(jī)電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián) 系成一體的系統(tǒng)。3 .機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦和阻尼會(huì)降低效率，但是設(shè)計(jì)中要適當(dāng)選擇其參數(shù)，而不是越小 越好。為什么？阻尼比公式： = /=，由公式可知阻比除了與機(jī)械系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù)B有關(guān)外，還 與系統(tǒng)剛度K。和質(zhì)量3額。因此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過對(duì)剛度、質(zhì)量和摩擦系 數(shù)等參數(shù)的合理匹配，得到機(jī)械系統(tǒng)阻尼比，的適當(dāng)取值，以保證系

3、統(tǒng)的良好動(dòng)態(tài)特性。4 .簡(jiǎn)述機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)的主要影響表現(xiàn)為以下幾方面：（1）失動(dòng)量 系統(tǒng)剛度越大，因靜摩擦力的作用所產(chǎn)生的傳動(dòng)部件的彈性變形越 小，系統(tǒng)的失動(dòng)量也越小：（2）固有頻率 機(jī)械系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，可遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的頻帶寬度，從而避免產(chǎn)生共振；（3）穩(wěn)定性剛度對(duì)開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響，而對(duì)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定 性有很大影響，提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四、計(jì)算題1 .解：=3.166xlO->kgm22 .解：該系繼J最牛他自譽(yù)人+4)= 1236x10%.m?A 0皿小俯嚏&啕2+ (a+Ad)” (

4、上人力)+ (bi+A <1>5/"(232| + (入山/(1)；/(2) + <1)3=0. 01/(3X3X3X3) + (0.01+0. 01)7(3X3X3)+ (0. 01+0. 01)/(3X3)+ (0. 01+0. 01)/(3)+ 0. 01=0. 02五、綜合題1 .答：圖中所示的雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙，雙螺母中的一個(gè)外端有凸緣，一 個(gè)外端無凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個(gè)螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對(duì) 轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。2.答：當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。消除齒側(cè)間隙的原理

5、：小齒輪1, 6分別與 齒條7嚙合，與小齒輪1, 6同軸的大齒輪2, 5分別與齒輪3嚙合，通過預(yù)載裝置4向齒輪 3上預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2, 5同時(shí)向兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1, 6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒 面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙。形成性考核作業(yè)2參考答案一、判斷題(正確的打J,錯(cuò)誤的打X)6. X12. X7. D8. B1.x2 J3. X4. X5. V7.V8. J9. X10. V11. X二、單選題1 . B 2. C 3. B 4. B 5. D 6, B三、簡(jiǎn)答題2 .什么是傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎胄盘?hào)不隨時(shí)間變化或

6、變化非常緩慢時(shí)，所表現(xiàn)出來 的輸出響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有：線性范圍、線性度、靈敏度、精確度、分辨力、 遲滯、穩(wěn)定性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有: 幅頻特性和相頻特性。3 .什么是伺服系統(tǒng)？伺服系統(tǒng)的一般組成有哪幾個(gè)部分？伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置、速度和加速度為控制對(duì)象，在控制命令的指揮下，控制執(zhí)行 元件工作，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件按控制命令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。(1)控制器：伺服系統(tǒng)中控制器的主要任務(wù)是根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控制策略, 控制器通常由電子線路或計(jì)算機(jī)組成。(2)功率放大器：伺服系統(tǒng)中功率放大器的作用是將信號(hào)進(jìn)行

7、放大，并用來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成某種操作，功率放大裝置主要由各種電力電子器件組成。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由伺服電動(dòng)機(jī)或液壓伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。（4）檢測(cè)裝置：檢測(cè)裝置的任務(wù)是測(cè)量被控制量，實(shí)現(xiàn)反饋控制。無論采用何種控制 方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測(cè)裝置的精度，因此要求檢測(cè)裝置精度高、線性度好、可 靠性高、響應(yīng)快。4 .簡(jiǎn)述直流伺服電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制的工作原理。直流伺服電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制（PWM）的工作原理：假設(shè)輸入直流電壓U,可以調(diào)行導(dǎo)通時(shí) 間得到一定寬度的與u成比例的脈沖方波，給伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路供電，通過改變脈沖寬 度來改變電樞回路的平均電壓，從而輸出不同大小的電壓U0,使直流電動(dòng)

8、機(jī)平滑調(diào)速。5 .比較直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境差別。直流伺服電動(dòng)機(jī)有較高的響應(yīng)速度和精度以與優(yōu)良的控制特性，但由于使用電刷和換向 器，故壽命較低，需定期維護(hù)。適用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品中。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)子慣性小、控制功率小、過載能力強(qiáng)、可靠性好 的特點(diǎn)。適用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)控制、工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)，與運(yùn)動(dòng)和位置控制場(chǎng)合。 四、計(jì)算題1 .解：3072004-1024=30 （轉(zhuǎn)）：每轉(zhuǎn)絲杠走2mm，刀架位移量為30X 2=60nmiN=30轉(zhuǎn)/10秒=3轉(zhuǎn)/秒360°360°2 .解：（1）步進(jìn)電機(jī)的坐E雎&= =

9、 L5°%6公展 N 40x2x3（2）減速齒輪的傳動(dòng)比i =寶* =寶*-=5五、綜合題a /1.5°1 .答：該傳感器為一種角位移式的光電傳感器，用于測(cè)量角位移，將傳感器的輸入軸接測(cè)量元 件。當(dāng)測(cè)量元件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)輸入軸上的開空?qǐng)A盤。每個(gè)開空?qǐng)A盤對(duì)應(yīng)一個(gè)角度。可將圓盤 均分最小單位為測(cè)量的最小角度。圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，開空與縫隙板對(duì)準(zhǔn)時(shí)，光源將光直射到光敏元件上，將得到一個(gè)光電信號(hào)（脈 沖），將脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器可記錄圓盤轉(zhuǎn)過的角度，也就是測(cè)量元件轉(zhuǎn)過角度。2 .答：方案a：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)。繩的位移可以很大，但繩在滾筒方向會(huì)產(chǎn)生橫向位移。需 要采用制動(dòng)器或者止逆型減速器才能防

10、止繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。方案b：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本與方案a相當(dāng)。繩的位移要受到絲杠長(zhǎng)度的限制。普通絲杠 具有止逆功能，無需增加制動(dòng)器即可防止繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。無橫向位移。驅(qū)動(dòng)繩2.方案的測(cè)量方法（1）電機(jī)軸安裝編碼器直接測(cè)量繩的位移（2）滾筒軸安裝編碼器間接測(cè)量繩的位移。形成性考核作業(yè)3參考答案一、判斷題（正確的打J,錯(cuò)誤的打X）1. V2.V3. V4 J5. X6. X7. X8,V9. X10. J11. X12. V二、單選題1. D 2. B 3. C 4. D 5. D 6. D三、簡(jiǎn)答題1 .機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所起的作用是什么？在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前，也希望對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)

11、果加以預(yù)測(cè)，以便選擇正確、高效的運(yùn)行策 略或提前消除設(shè)計(jì)中的缺陷，最大限度地提高實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行水平，采用仿真技術(shù)可以省時(shí) 省力省錢地達(dá)到上述目的。計(jì)算機(jī)仿真包括三個(gè)基本要素，即實(shí)際系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)，聯(lián)系這三個(gè)要素則有 三個(gè)基本活動(dòng)：模型建立、仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析。形成性考核作業(yè)參考復(fù)習(xí)資料,2 .機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的哪個(gè)階段？機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有：物理模型、數(shù)學(xué)模型和描述模型。當(dāng)仿真模型是 物理模型時(shí)，為（全）物理仿真.；是數(shù)學(xué)模型時(shí)，稱之為數(shù)學(xué)（計(jì)算機(jī)）仿真。用已研制出 來的系統(tǒng)中的實(shí)際部件或子系統(tǒng)代替部分?jǐn)?shù)學(xué)模型所構(gòu)成的仿真稱為半物理模型

12、。計(jì)算機(jī)仿 真、半物理仿真、全物理仿真分別應(yīng)用于分析設(shè)計(jì)階段（軟件級(jí)）、部件與子系統(tǒng)研制階段 （軟件一硬件級(jí)）實(shí)時(shí)仿真.、系統(tǒng)研制階段（硬件級(jí)）實(shí)時(shí)仿真階段。3 . PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？答：P （比例）I （積分）D （微分）調(diào)節(jié)器是將偏差的比例、積分、微分通過線性組合 構(gòu)成控制量。其中比例調(diào)行起糾正偏差的作用，其反應(yīng)迅速：積分調(diào)方能消除靜差，改善系 統(tǒng)靜態(tài)特性：微分調(diào)行有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過渡過程。此三部分作用配合得當(dāng)，可 使調(diào)節(jié)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到較好的效果。4 .系統(tǒng)采樣周期的選擇時(shí)，主要考慮的影響因素主要有哪些？應(yīng)主要考慮以下幾方面：從對(duì)調(diào)門品質(zhì)

13、的要求來看，應(yīng)將采樣周期取得小些，這樣， 在按連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)選擇整定參數(shù)時(shí)，可得到較好的控制效果；從執(zhí)行元件的要求來看, 有時(shí)需要輸出信號(hào)保持一定的寬度。如：當(dāng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換帶動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，輸出信號(hào)通過 保持器達(dá)到所要求的控制幅度需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，要求計(jì)算機(jī)的輸出值不應(yīng)變 化，因此，采樣周期必須大于這一時(shí)間；從控制系統(tǒng)隨動(dòng)和抗干擾的性能要求來看，要求采 樣周期短些：從計(jì)算機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算成本來看，一般要求采樣周期大些: 從沖算機(jī)的精度來看，過短的采樣周期不合適。因此，各方面因素對(duì)采樣周期的要求各不相 同，有時(shí)互相矛盾，所以，確定采樣周期時(shí)須根據(jù)具體情況和主要要求作

14、出折中選擇。5 .簡(jiǎn)述下圖所示梯形圖的工作過程與邏輯關(guān)系，圖中接線為：開關(guān)1（10.0）,開關(guān)2 （10. 1）,開關(guān) 3 （10.2）,紅燈（Q0.0）,綠燈（QO.1）。10.0 10.110.2 Q0,0I I I-UK ） Q0.0« T0T ITO10.2Q0.1答：卜小）10. 0. 10. 1：兩個(gè)常開觸點(diǎn)開關(guān)：圖梯形圖10.2：常閉觸點(diǎn)開關(guān)；Q0.0、Q0.0、Q0. 1：常開觸點(diǎn)繼電器；T0：通電延時(shí)閉合繼電器；工作過程：當(dāng)10.0、10.1、10. 2均閉合時(shí)，繼電器Q0.0帶電使紅燈亮，當(dāng)Q0.0閉合后啟動(dòng)定時(shí)器T0繼電器延時(shí)3s后，閉合。當(dāng)10. 2仍然閉合，

15、T0繼電器線圈帶電，當(dāng)它閉合綠燈亮。當(dāng)10. 2斷開時(shí)，小燈全滅。四、計(jì)算題1 .解：方案L高速端轉(zhuǎn)角測(cè)量D售畔科聯(lián)軸器齒輪旋轉(zhuǎn)編碼器傳感器與電機(jī)連接，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)角的測(cè)量對(duì)工作價(jià)位移進(jìn)行間接測(cè)量，測(cè)量原理如下 圖所示。工作fH夕川/巨紅絲杠滾珠螺母設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為，則傳感器的每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為= 1605 x 0.005方案2:低速端轉(zhuǎn)角測(cè)量測(cè)量原理如圖所示，傳感與絲杠的端部相連，傳感器直接測(cè)量絲杠的轉(zhuǎn)角，與減速比無關(guān)°絲杠滾珠螺母n =800$ A. 0.005應(yīng)選用"1000的增量式編碼器。逑用足二500脈沖/轉(zhuǎn) 編碼器不合用。2 .解：由題可得:形成性

16、考核作業(yè)參考復(fù)習(xí)資料,（1）當(dāng)激磁磁場(chǎng)不變時(shí)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T正比于電樞電流：FK*（2）當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞中會(huì)感應(yīng)反電勢(shì)就，其值正比于轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度：eb=Kc«> dj（3）電樞回路的微分方程為：L- + Ri + eh =uat（4）電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：史入&,（5）求拉氏變換與聯(lián)立求解得：（Ls+R） /（s）+&Q（s）=U（s）輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)：c（s）5U （5） KrKE +（Ls + R） J ms 五、綜合題.1 .答：信息變換電路位于輸入通道，誤差的低頻分量會(huì)影響輸出精度，因此對(duì)靜態(tài)有較高要求；而誤差的高頻分量對(duì)輸出精度幾

17、乎沒有影響，允許存在一定程度的高頻噪聲。傳感器位于反饋通道上的環(huán)吊j,其對(duì)輸出精度的影響與位于輸入通道的信號(hào)變換電路相 同。絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差的低頻分量和高頻分量都會(huì)影響輸出精度，因此要 盡量消除傳動(dòng)間隙和傳動(dòng)誤差。2 .解：設(shè)啟動(dòng)按鈕為X“停止按鈕為先，正轉(zhuǎn)輸出為Y“反轉(zhuǎn)輸出為。（I）I/O分配表輸入/輸出X：X：Y,Y：I/O 口10.010. 1Q0.0Q0. 1（2）選擇西門子S7-200型PLC （也可選擇其它品牌和型號(hào)的PLC）,梯形圖如下:正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)形成性考核作業(yè)4參考答案一、判斷題（正確的打J,錯(cuò)誤的打X）1. V2.X3.V4. X5. V6. V7. X8,X9

18、.X10. J11. J12. X二、單選題1. C 2. B 3. A 4. D 5. D 6. D 7. B. 8. C三、簡(jiǎn)答題1 .何謂概念設(shè)計(jì)？簡(jiǎn)述概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程。概念設(shè)計(jì)：在確定任務(wù)之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砼c其組 合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案°概念設(shè)計(jì)的過程如下圖所示。分析綜合評(píng)價(jià)決策（1）首先是將設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能：（2）根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進(jìn)行總功能分解，劃分出各功能模 塊，將總功能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹：確定它們之間 的邏輯關(guān)系：（3）對(duì)各功能模塊輸入/輸出關(guān)

19、系進(jìn)行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系 統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)；（4）尋找子功能（功能元）的解，并將原理解進(jìn)行組合，形成多種原理解設(shè)計(jì)方案，（5）以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計(jì)組討論、審定。由于體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種 多樣的工作原理，（6）方案進(jìn)行整體評(píng)價(jià)：對(duì)不同的方案進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。 最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品2 .如何進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)?可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。通常用“概率” 表示“能力”來實(shí)現(xiàn)可靠性指標(biāo)的量化。可靠性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系主要包括五個(gè)方面：可靠性、 維修性、有效性、耐久性和安全性。(1)機(jī)電

20、一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì):現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)包括縮短傳動(dòng)鏈，減少元 件數(shù)：必要時(shí)增設(shè)備用元件或系統(tǒng)：簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；增加過載保護(hù)裝置、自動(dòng)停機(jī)裝置：設(shè)置監(jiān) 控系統(tǒng)；合理規(guī)定維修期。(2)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)包括： 采用自動(dòng)控制使產(chǎn)品具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷甚至自修復(fù)的功能： 通過元器件的合理選擇提高可靠性： 對(duì)功率接口采用降額設(shè)計(jì)提高可靠性； 采用監(jiān)視定時(shí)器提高可靠性； 采取抗干擾措施提高可靠性。3 .簡(jiǎn)述HRGP-1A噴漆機(jī)器人的示教再現(xiàn)過程。示教：操作人員用手操縱操作機(jī)構(gòu)的關(guān)在和手腕，根據(jù)噴漆工件的型面進(jìn)行示教。此 時(shí)，中央處理器通過旋轉(zhuǎn)變壓器將示教過程中檢測(cè)到的參數(shù)存入存儲(chǔ)器，即把示教噴漆的空 間軌跡記錄下來；再現(xiàn)：由計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，中央處理器將示教時(shí)記錄的空間軌跡信 息取出，經(jīng)過插補(bǔ)運(yùn)算與采樣得到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后將其差值調(diào)節(jié)后輸出，控制操 作機(jī)按示教的軌跡運(yùn)動(dòng)。4 .簡(jiǎn)述數(shù)控設(shè)備中計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的組成和功能。在數(shù)控設(shè)備中，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是設(shè)備的核心部分，一般由專用