机电一体化复习思考题 11.docx
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机电一体化复习思考题 11.docx
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机电一体化复习思考题11
《机电一体化》复习思考题
1、选择题
题干
选项
答案
(开发性设计)是一个从无到有的创造过程,是在没有任何样板可供参照的情况下,根据功能和性能要求,按照机电一体化设计原理,为满足市场需求所进行的设计。
A.适应性设计
B.开发性设计
C.变异性设计
D.比较性设计
B
PWM指的是(脉宽调制)。
A.机器人
B.计算机集成系统
C.脉宽调制
D.可编程控制器
C
不是谐波齿轮减速器优点的是(传动力矩大)。
A.传动的侧隙小
B.空程小
C.传动力矩大
D.传动精度高
C
步进电动机,又称电脉冲马达,是通过(脉冲的数量)决定转角位移的一种伺服电动机。
A.脉冲的宽度
B.脉冲的数量
C.脉冲的相位
D.脉冲的占空比
B
齿轮传动比的分配中,传动比分配的结果为各分传动比相等,其遵循的原则是(质量最小原则(小功率传动装置))。
A.最小等效转动惯量原则(小功率传动装置)
B.最小等效转动惯量原则(大功率传动装置)
C.质量最小原则(小功率传动装置)
D.质量最小原则(大功率传动装置)
C
齿轮传动的总等效惯量随传动级数(增加而减小)。
A.增加而减小
B.增加而增加
C.减小而减小
D.变化而不变
A
电压跟随器的输出电压(等于)输入电压。
A.大于
B.大于等于
C.等于
D.小于
C
光栅尺主要用来测量(直线位移)。
A.直线位移
B.力矩
C.温度
D.压力
A
滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法中,广泛采用双螺母预紧方式,下列预紧法中最精密的是(双螺母齿差调隙式)。
A.双螺母垫片调隙式
B.双螺母螺纹调隙式
C.双螺母齿差调隙式
D.以上精度等级相同
C
滚珠丝杠螺母副结构类型有两类,外循环插管式和(内循环反向器式)。
A.内循环插管式
B.外循环反向器式
C.内、外双循环
D.内循环反向器式
D
机电一体化技术的发展前景应从如下方面考虑,说法错误的是(从高技术的水平上)。
A.从性能上
B.从功能上
C.从层次上
D.从高技术的水平上
D
机电一体化技术是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术。
是一门集机械技术、电子技术、信息技术、计算机及软件技术、自动控制技术及其他技术互相融合而成的多学科交叉的综合技术。
机电一体化的概念是哪国学者提出的?
(日本)
A.中国
B.美国
C.德国
D.日本
D
机电一体化系统的惯量大,会使系统的固有频率下降,产生谐振;但系统的惯量增大也有利于(改善低速爬行)。
A.提高伺服精度
B.提高响应速度
C.扩大伺服带宽
D.改善低速爬行
D
机电一体化系统由许多要素或子系统组成,各子系统之间要能顺利地进行物质、能量和信息的传递和交换,必须在各要素或子系统的相接处具备一定的连接部件,这个连接部件就称为(接口)。
A.传感检测单元
B.执行单元
C.驱动单元
D.接口
D
机电一体化系统中,作为各子系统之间连接部件的接口,下列哪个不是它的基本功能:
(检测)。
A.变换
B.放大
C.检测
D.传递
C
受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称(伺服系统)。
A.顺序控制系统
B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
B
为了保证在采样过程中不丢失原来信号中所包含的信息,采样频率必须按香依(Shannon)采样定理来确定,即要求采样频率比信号的最高频率至少大
(2)倍。
A.1
B.2
C.3
D.4
B
为使直流伺服电动机获得平稳的、无振荡的角速度过渡过程,应使电动机的机电时间常数比电磁时间常数至少大(4)倍。
A.1
B.2
C.4
D.5
C
下列哪种传动方式同时具有齿轮传动和带传动的特点(同步齿形带传动)。
A.齿轮传动
B.丝杠传动
C.钢丝软轴传动
D.同步齿形带传动
D
下图称()。
A.直流伺服电动机调节特性
B.直流伺服电动机机械特性
C.直流伺服电动机动态特性
D.直流伺服电动机制动特性
B
消除间隙的齿轮传动机构中,下列调整法中能实现自动补偿的是(直齿圆柱双片薄片齿轮错齿)。
A.直齿圆柱偏心轴套
B.直齿圆柱锥度齿轮
C.直齿圆柱双片薄片齿轮错齿
D.斜齿圆柱轴向垫片
C
以下哪个不是减速器的主要作用(连接电机和传动轴)。
A.配凑脉冲当量
B.转矩放大
C.惯量匹配
D.连接电机和传动轴
D
以下哪个不是设计人机接口时的主要要求(简单易用)。
A.专用性
B.高速性
C.高性能价格比
D.简单易用
D
以下是常用的输入设备的是(BCD二—十进制码拨盘)。
A.状态指示灯
B.发光二极管显示器
C.BCD二—十进制码拨盘
D.液晶显示器
C
在下述滚珠丝杠副的精度等级中,最高的是(A.C)。
A.C
B.D
C.F
D.H
A
二、填空题
题干
答案
__________是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。
伺服系统工作过程中通常存在着三种误差,即__________、__________和__________两种。
伺服系统的精度;动态误差;稳态误差;静态误差
__________指其在环境、输入信号或电路中某些参数发生变化时能够稳定工作的能力。
放大器的稳定性
按照机电结合程度和形式的不同,机电一体化产品可划分为__________、__________、__________。
功能附加型、功能替代型、机电融合型
按照接口所联系的子系统不同,以控制微机(微电子系统)为出发点,将接口分为__________与__________两大类。
人机接口、机电接口
按照所处理信号形式的不同,可将滤波器分为__________和__________,其中模拟滤波器又有__________和__________两类;按照所采用元器件的不同,又可分为__________和__________。
模拟式滤波器、数字式滤波器、机械式、电气式、无源滤波器、有源滤波器
按照所选通的信号频率范围的不同,滤波器可分为__________、__________、__________、__________四种
低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器
按照信息的传递方向可以将机电接口分为__________与__________。
信息采集接口(传感器接口)、控制量输出接口
齿轮传动机构必须采取措施消除齿侧间隙,来保证机构的__________。
双向传动精度
多路开关分为__________和__________两类。
电力机械开关、电子开关
根据导轨之间的摩擦情况,导轨分为__________和__________。
滑动导轨、滚动导轨
滚动直线导轨的特点是__________、__________、__________、__________、__________五点。
承载能力大、刚性强、寿命长、传动平稳可靠、具有结构自调整能力
滚珠丝杠副的轴向间隙:
承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的__________和__________的总和。
螺母位移量、螺母原有间隙
机电一体化机械系统一般由__________、__________、__________三大部分组成。
传动机构、导向机构、执行机构
晶闸管的主要类型有__________、__________和__________等三种最基本类型
单向晶闸管SCR,双向晶闸管、可关断晶闸管GTO
开关功率放大器常采用大功率晶体管构成。
根据各晶体管基极所加的控制电压波形,可分为__________、__________和__________三种方式。
单极性输出、双极性输出、有限单极性输出
密封防护材料必须具有__________和__________性能。
防腐蚀、耐油
让一个具有特定角频率ωc的高频信号的幅值随被测量x而变化,高频信号称为__________,被测量x称__________,载波信号经被测量x调制后所得到的幅值随x变化的信号称__________或__________。
载波信号、调制信号、已调制信号、调幅信号
如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为__________,每拍中只有一相绕组通电,其余断电,这种通电方式称为__________。
三相步进电动机的A、B、C三相轮流通电一次共需__________,称为__________,相应的通电方式又称为__________。
一拍、单相通电方式、三拍、一个通电循环、三相单三拍通电方式
润滑剂分为__________和__________两大类。
润滑油、润滑脂
实现功率放大功能的接口电路被称为__________。
功率接口电路
减速器的作用主要有三个,即__________、__________和__________。
配凑脉冲当量、转矩放大、惯量匹配
伺服系统按被控量的不同可将伺服系统分成__________、__________、__________等伺服系统;按所采用的执行元件的不同可将伺服系统分成__________、__________、__________等伺服系统;按控制方式的不同可将伺服系统分成__________、__________、__________等伺服系统。
位置、速度、力、电气、液压、
气动、开环、闭环、半闭环
伺服系统工作过程中通常存在着三种误差,即__________、__________、__________。
动态误差、稳态误差、静态误差
同步齿形带传动机构具有带__________、__________及__________的优点,能方便地实现较远中心距的传动,传动过程无相对滑动,平均传动比较准确,传动精度高。
带传动、齿轮传动、链传动
信号调制的方法有__________、__________、__________和__________等。
幅值调制、相位调制、频率调制、脉宽调制
最常见的数字式传感器有__________、__________、__________、__________、__________及__________等,主要用于__________和__________等的测量。
光栅、磁栅、容栅、感应同步器、光电编码器、激光干涉仪、几何位置、速度
三、名词解释
题干
答案
机电一体化
机电一体化是在机械的主功能、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。
功能替代型
采用微电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能,使产品结构简化,性能提高,柔性增加。
柔性制造系统
即FlexibleManufacturingSystem,它是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。
开发性设计
是一个从无到有的创造过程,是在没有任何样板可供参照的情况下,根据功能和性能要求,按照机电一体化设计原理,为满足市场需求所进行的设计。
滚珠丝杠副的轴向间隙
滚珠丝杠副的轴向间隙:
承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。
压溃
导轨面由于过载或接触应力不均匀而使导轨表面产生弹性变形,反复运行多次后就会形成疲劳点,呈塑性变形,表面形成龟裂、剥落而出现凹坑,这种现象就是压溃。
微动机构
是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定的进给运动的机构。
功率接口
实现功率放大功能的接口被称为功率接口。
机电接口
机电接口是指机电一体化产品中的机械装置与控制微机间的接口。
线性化放大器
指通过放大器的作用,使包括传感器及信号检测电路在内的整个检测系统的输出与输入之间具有良好的线性。
采样
把时间连续的信号变成一连串不连续的脉冲时间序列的过程。
数字调零
采用软件对零位误差进行补偿的方法又称数字调零。
伺服系统
伺服系统,亦称随动系统,是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作,从而获得精确的位置、速度或力输出的自动控制系统。
系统的稳定性
系统的稳定性:
是指当作用在系统上的扰动信号消失后,系统能够恢复到原来的稳定状态下运行,或者在输入的指令信号作用下,系统能够达到新的稳定运行状态的能力。
系统动态误差
稳定的伺服系统对变化的输入信号的动态响应过程往往是一个振荡衰减的过程,在动态响应过程中输出量与输入量之间的偏差称为系统的动态误差。
步进电动机启动矩频特性
是指步进电动机在有外加负载转矩时,不失步地正常启动所能接受的最大阶跃输入脉冲频率(又称启动频率)与负载转矩的对应关系。
步距角
是指步进电动机每一拍转过的角度。
执行元件
是位于电气控制装置和机械执行装置接点部位的种能量转换装置,它能在控制装置的控制下,将输入的各种形式的能量转换成机械能。
四、简答题
题干
答案
步进电机常见的三种驱动电路是什么?
说明每种的特点。
(1)单电源驱动电路:
采用单一电源供电,结构简单,成本低,但电流波形差,效率低,出力小,主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动。
(2)双电源驱动电路:
高压和低压两个电源供电。
在步进电动机绕组刚接通时,通过高压电源供电,以加快电流上升速度,延迟一段时间后,切换到低压电源供电。
这种电路使电流波形、输出转矩及运行频率等都有较大改善,但效率仍较低。
(3)斩波限流驱动电路:
采用单一高压电源供电,以加快电流上升速度,并通过对绕组电流的检测,控制功放管的开和关,使电流在控制脉冲持续期间始终保持在规定值上下,电路出力大,功耗小,效率高,目前应用最广。
磁致伸缩式微动机构的特点是什么?
①重复精度高,无间隙;
②度好,转动惯量小,工作稳定性好;
③结构简单、紧凑。
功率晶体管(也称为电力晶体管)的特点是什么?
①大功率晶体管不仅可以工作在开关状态,而且也可以工作在模拟状态,因而有着更广的工作范围,如声频功率放大,超声波功率放大,有源滤波器等。
②功率晶体管的开关速度远大于晶闸管。
③功率晶体管的控制比晶闸管容易。
④功率晶体管价格高于晶闸管。
机电一体化对机械系统的基本要求是什么?
1)高精度首要的要求。
因为精度直接影响产品的质量。
2)快速响应要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短。
这样控制系统才能及时根据机械系统的运行情况得到信息,下达指令,使其准确地完成任务。
3)良好的稳定性即要求机械系统的工作性能受外界环境的影响很小或不受影响,要求系统抗干扰能力很强。
其它:
具有较大的刚度、良好的可靠性和重量轻、体积小、寿命长。
机电一体化对检测系统的基本要求是什么?
(1)精度、灵敏度和分辨率高;
(2)线性、稳定性和重复性好;
(3)抗干扰能力强;
(4)静、动态特性好。
其它要求:
体积小、质量轻、价格便宜、便于安装与维修、耐环境性能好等。
检测系统的功用及组成是什么?
功用:
用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量(如力、温度、距离、变形、
位置、功率等)及其变化,并将这些信号转换成电信号,然后再通过相应的变换放
大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来,反馈给控制装置或送
去显示。
组成:
实现上述功能的传感器及相应的信号检测与处理电路,就构成了机电一体化产品中的检测系统。
检测系统设计的主要任务是什么?
根据使用要求合理选用传感器,并设计或选用相应的信号检测与处理电路以构成检测系统,对检测系统进行分析与调试,使在机电一体化产品中实现预期的计测功能。
简要介绍机电一体化的发展概况。
(1)机电一体化概念出现之前,世界各国研究和开发了不少机电一体化产品,如:
电子工业领域内通信电台的自动调谐系统、雷达伺服系统,机械工业领域内的数控机床、工业机器人等。
(2)70年代初,日本人对机电一体化的长期实践和最新应用成果加以系统地概括和总结,才形成一个比较完整的机电一体化概念。
(3)80年代以来,由国家科委和机械电子工业部分别组织专家根据我国国情,制订了一系列有利于机电一体化发展的政策法规,确定了数控机床、工业自动化控制仪表、工业机器人、汽车电子化等15个优先发展领域及6项共性关键技术的研究方向和课题,并明确提出要在2000年使我国的机电一体化产品产值比率(即机电一体化产品总产值占当年机械工业总产值的比值)达到15%~20%的发展目标
模拟式传感器信号检测系统的组成及各部分的功能?
振荡器用于对传感器信号进行调制,并为解调提供参考信号;量程变换电路的作用是避免放大器饱和并满足不同测量范围的需要;解调器用于将已调制信号恢复成原有形式;滤波器可将无用的干扰信号滤除,并取出代表被测物理量的有效信号;运算电路可对信号进行各种处理,以正确获得所需的物理量,其功能也可在对信号进行模/数转换后,由数字计算机来实现;
机电一体化产品设计一般可分为哪三种类型?
(1)开发性设计:
是一个从无到有的创造过程,是在没有任何样板可供参照的情况下,根据功能和性能要求,按照机电一体化设计原理,为满足市场需求所进行的设计。
(2)适应性设计:
是在原有产品总的方案原理基本不变的情况下,对产品的某些局部加以变动或改进,以增加功能、提高性能和质量或降低成本为目的所进行的设计。
(3)变异性设计:
是在设计方案和功能结构不变的情况下,通过改变尺寸、速度、力或功率等参数,以满足市场对产品规格方面的需求所进行的系列化设计。
变异性设计比较容易,但设计中必须注意采取措施防止因参数变化可能对产品性能产生的影响。
人机接口的作用是什么?
(1)通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息;
(2)通过输入接口向机电系统输入各种控制命令,干预系统的运行状态,以实现所要求完成的任务。
软轴传动机构用途与优点是什么?
用途:
与主要用于两个传动机件的轴线不在同一直线上,或工作时彼此要求有相对运动的传动。
优点:
1)可以弯曲地绕过各种障碍件,远距离传递回转运动。
2)适合于受连续冲击的场合,也适用于高速、小转矩的场合,其转速可达20000r/min,传递功率不超过5.5kW。
3)不适于低速大转矩的传动,因为这将使从动轴的转速不均匀,扭转刚度无法保证。
机电一体化系统对微动机构的基本要求是什么?
(1)灵敏度高,最小移动量达到使用要求。
(2)传动灵活、平稳,无空程与爬行,制动后能保持稳定的位置。
(3)抗干扰能力强,快速响应性好。
(4)良好的结构工艺性。
设计功放电路时应注意哪些问题?
(1)切换频率的选择
1)切换频率应使电动机轴产生微振,以克服静摩擦,改善运行特性,但微振的最大角位移不应大于允许的角位置误差。
2)切换频率应选得足够高,以使电动机电枢感抗足够大,减小电动机内产生的高频功耗和交流分量的影响。
3)切换频率应高于系统中任一部件的谐振频率,以防止共振产生。
(2)大功率晶体管的选择
大功率晶体管工作在开关状态,其允许的开关频率一定要大于切换频率,而且开关特性要好,导通后的压降要小,反向耐压要高,以保证驱动电路和电动机性能的发挥。
什么是系统的动态误差、系统的稳态误差、系统的静态误差?
(1)稳定的伺服系统对变化的输入信号的动态响应过程往往是一个振荡衰减的过程,在动态响应过程中输出量与输入量之间的偏差称为系统的动态误差。
(2)在动态响应过程结束后,即在振荡完全衰减掉之后,输出量对输入量的偏差可能会继续存在,这个偏差称为系统的稳态误差。
(3)由系统组成元件本身的误差及干扰信号所引起的系统输出量对输入量的偏差,这个偏差称为系统的静态误差。
什么是载波信号、调制信号、已调制信号?
让一个具有特定角频率ωc的高频信号的幅值随被测量x而变化,高频信号称为载波信号,被测量x称调制信号,载波信号经被测量x调制后所得到的幅值随x变化的信号称已调制信号或调幅信号。
模拟多路开关和采样保持电路的作用是什么?
模拟多路开关(多路转换开关,简称多路开关)的作用为分别或依次把各路检测信号与A/D转换器接通,以节省A/D转换器件。
采样/保持电路的作用为A/D转换过程需要一定时间,为防止产生误差,要求在此期间内保持采样信号不变。
使用锥环无键联轴器的优点是什么?
优点:
定心性好,承载能力高,传递功率大、转速高、使用寿命长,具有过载保护能力,能在受振动和冲击载荷等恶劣条件下连续工作,安装、使用和维护方便,作用于系统中的载荷小、噪声低。
数字式传感器的优点有哪些?
举出四种常见的数字式传感器?
优点:
数字式传感器可直接将被测量转换成数字信号输出,既可提高检测精度、分辨率及抗干扰能力,又易于信号的运算处理、存储和远距离传输。
最常见的数字式传感器有光栅、磁栅、容栅、感应同步器、光电编码器及激光干涉仪等
简述滚珠丝杠副的特点是什么?
主要应用在哪些方面?
1)传动效率高
效率高达90%~95%,能耗为滑动丝杠的1/3。
2)运动具有可逆性
既可将回转运动变为直线运动,又可将直线运动变为回转运动,逆传动效率几乎与正传动效率相同。
3)系统刚度好
通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度,可满足各种机械传动要求,无爬行现象,始终保持运动的平稳性和灵敏性。
4)传动精度高
经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有很高的制造精度,又由于摩擦小,丝杠副工作时温升和热变形小,容易获得较高的传动精度。
5)使用寿命长
滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动,磨损极小,长期使用后仍能保持其精度,因而寿命长,且具有很高的可靠性。
6)不能自锁
当运动停止后,螺母将在重力作用下下滑,故常需设置制动装置。
7)制造工艺复杂
滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高,制造成本高。
主要应用:
数控机床、精密机械及各种机电一体化产品中。
说明斩波限流驱动电路的特点。
采用单一高压电源供电,以加快电流上升速度,并通过对绕组电流的检测,控制功放管的开和关,使电流在控制脉冲持续期间始终保持在规定值上下,电路出力大,功耗小,效率高,目前应用最广。
伺服系统对执行元件的要求是什么?
1)惯性小、动力大
2)体积小、质量轻
3)便于计算机控制
4)成本低、可靠性好、便于安装和维修。
提高导轨性能的措施是什么?
提高导轨性能的措施:
①选用合适的导轨材料;
②采用适当的热处理和加工方法;
③采用导轨表面滚轧强化,表面淬硬、涂铬、涂钼等方法提高导轨的耐磨性;
④采用新型工程塑料可满足导轨低摩擦、耐磨、无爬行的要求。
谐波齿轮减速器用途与优点是什么?
优点:
传动的侧隙小,空程小,传动精度高,体积小,噪声低。
用途:
广泛用于各种机电一体化产品中,例如机器人、机床、仪器仪表、雷达、通讯设备等。
滤波器的功能有哪些?
①滤除在信号放大和传输过程中引入的噪声和干扰。
②滤除在信号调制过程中的载波等无用信号。
③将不同频率的有用信号分开。
④对系统频率特性进行补偿。
已知某m相步进电机,其转子上有z个齿,采用单双向轮流的通电方式,问其步距角为多大?
与模拟滤波器相比,数字滤波器的优点是什么?
数字滤波实质上是一种程序滤波,与模拟滤波相比具有如下优点:
①不需要额外的硬件设备,不存在阻抗匹配问题,可靠性高,稳定性好。
②可以对频率很低或很高的信号实现滤波。
③可根据信号的不同,采用不同的滤波方法或滤波参数。
在设计导向机构的时候,对导轨的基本要求是什么?
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