機(jī)電一體化技術(shù) 習(xí)題-參考答案
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.目 錄機(jī)電一體化技術(shù)第1 章習(xí)題-參考答案 . 11-1 試說(shuō)明較為人們接受的機(jī)電一體化的含義。 . 11-4 何謂機(jī)電一體化技術(shù)革命? . 11-7.機(jī)電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成?分別實(shí)現(xiàn)哪些功能? . 11-8.工業(yè)三大要素指的是什么? . 11-12.機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種? . 11-16.什么是機(jī)電互補(bǔ)法、融合法、組合法? . 1機(jī)電一體化技術(shù)第2 章習(xí)題-參考答案 . 22-1 設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)部件時(shí),為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性,常常提出哪些要求? . 22-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是什么? . 22-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求是什么? . 22-10 現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠,其基本導(dǎo)程0=6mm、一端的齒輪齒數(shù)為100、另一端的齒輪齒數(shù)為98,當(dāng)其一端的外齒輪相對(duì)另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過(guò)2個(gè)齒時(shí),試問(wèn):兩個(gè)螺母之間相對(duì)移動(dòng)了多大距離? . 2216 各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是什么?輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么? . 2217 已知:4 級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng),各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為1=2=3=0.005 rad,各級(jí)減速比相同,即1=2=4=1.5。求:該傳動(dòng)系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差max; 為縮小max,應(yīng)采取何種措施? . 2218 諧波齒輪傳動(dòng)有何特點(diǎn)?傳動(dòng)比的計(jì)算方法是什么? . 32-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器,其減速比為100,柔輪齒數(shù)為100.當(dāng)剛輪固定時(shí),試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向(與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較) . 32-20.齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些? . 32-25.軸系部件設(shè)計(jì)的基本要求有哪些? . 4機(jī)電一體化技術(shù)第3 章參考答案 . 53-1 簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類(lèi)及特點(diǎn)。 . 5II3-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求是什么? . 53-3 簡(jiǎn)述控制用電動(dòng)機(jī)的功率密度及比功率的定義。 . 535 直流伺服電機(jī)控制方式的基本形式是什么? . 53-6 簡(jiǎn)述PWM 直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速,換向的工作原理。 . 6步進(jìn)電機(jī)具有哪些特點(diǎn)? . 6簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)三相單三拍的工作原理? . 63-11 簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計(jì)算方法? . 73-12 簡(jiǎn)述三相步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配方式? . 7簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的功率放大電路原理. . 7機(jī)電一體化技術(shù)第4 章參考答案 . 9試說(shuō)明CPU、MC 和MCS 之關(guān)系。 . 94-3、在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會(huì)遇到的問(wèn)題是什么? . 94-17 試說(shuō)明光電耦合器的光電隔離原理。 . 94-20 試說(shuō)明檢測(cè)傳感器的微機(jī)接口基本方式。 . 9機(jī)電一體化技術(shù)第5 章參考答案 . 115-2 簡(jiǎn)述采樣定理? . 115-3 簡(jiǎn)述數(shù)字控制系統(tǒng)A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。 . 115-5 簡(jiǎn)述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學(xué)方程。 . 115-6 簡(jiǎn)述兩自由度機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)方程。 . 12機(jī)電一體化技術(shù)第7 章參考答案 . 137-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的典型負(fù)載有哪些?說(shuō)明以下公式的含義: . 137-4 設(shè)有一工作臺(tái)x 軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),已知參數(shù)為下表中所列,已知mA=400 ,Ph=5mm,Fl 水平=800N,F(xiàn)l 垂直=600N,工作臺(tái)與導(dǎo)軌間為滑動(dòng)摩擦,其摩擦系數(shù)為0.2,試求轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效轉(zhuǎn)矩。 . 137-5.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立過(guò)程。比例環(huán)節(jié)(P)、積分環(huán)節(jié)(I)、比例-積分環(huán)節(jié)(PI)和比例-積分-微分調(diào)節(jié)(PID)各有何優(yōu)缺點(diǎn)? . 147-8 何謂機(jī)電一體化系統(tǒng)的“可靠性”? . 171機(jī)電一體化技術(shù)第1 章習(xí)題-參考答案1-1 試說(shuō)明較為人們接受的機(jī)電一體化的含義。答:機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù),并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱(chēng)。1-4 何謂機(jī)電一體化技術(shù)革命?答:將微型計(jì)算機(jī)等微電子技術(shù)用于機(jī)械并給機(jī)械以“智能”的技術(shù)革新潮流可稱(chēng)“機(jī)電一體化技術(shù)革命”。1-7.機(jī)電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成?分別實(shí)現(xiàn)哪些功能?答:機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)要素 功能控制器(計(jì)算機(jī)等) 控制(信息存儲(chǔ)、處理、傳送)檢測(cè)傳感器 計(jì)測(cè)(信息收集與變換)執(zhí)行元件 驅(qū)動(dòng)(操作)動(dòng)力源 提供動(dòng)力(能量)機(jī)構(gòu) 構(gòu)造1-8.工業(yè)三大要素指的是什么?答:物質(zhì)、能量、信息。1-12.機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種?答:一種是變換、調(diào)整;另一種是輸入/輸出。1-16.什么是機(jī)電互補(bǔ)法、融合法、組合法?答:機(jī)電互補(bǔ)法又稱(chēng)取代法。該方法的特點(diǎn)是利用通用或?qū)S秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品(系統(tǒng))中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng),以彌補(bǔ)其不足。融合法它是將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成專(zhuān)用或通用的功能部件(子系統(tǒng)),其要素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)匹配比較充分。組合法它是將結(jié)合法制成的專(zhuān)用或通用功能部件(子系統(tǒng))、功能模塊,像積木那樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品),故稱(chēng)組合法。2機(jī)電一體化技術(shù)第2 章習(xí)題-參考答案2-1 設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)部件時(shí),為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性,常常提出哪些要求?答:常提出低摩擦、無(wú)間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊取?-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是什么?答:傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。2-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求是什么?答:精密化,高速化,小型、輕量化。2-10 現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠,其基本導(dǎo)程0=6mm、一端的齒輪齒數(shù)為100、另一端的齒輪齒數(shù)為98,當(dāng)其一端的外齒輪相對(duì)另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過(guò)2 個(gè)齒時(shí),試問(wèn):兩個(gè)螺母之間相對(duì)移動(dòng)了多大距離?答:Z1 =100,Z2 =98,S=(2/Z1)* 0=0.02*6 mm=0.12 mm。216 各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是什么?輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么?答:(1)各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是:l 重量最輕原則l 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則l 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則(2)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是:為提高機(jī)電一體化系統(tǒng)齒輪傳動(dòng)的精度,各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按先小后大的原則分配,以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響??傓D(zhuǎn)角誤差主要取決于最未一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)動(dòng)比的大小,在設(shè)計(jì)中最未兩級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)取大一些,并盡量提高最未一級(jí)齒輪的加工精度。217 已知:4 級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng),各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為1=2=3=0.005 rad,各級(jí)減速比相同,即1=2=4=1.5。求:該傳動(dòng)系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差max; 為縮小max,應(yīng)采取何種措施?解:(1)max=iDf1+2 3 42 3i i iDf + Df+3 44 5i iDf + Df+46 7iDf + Df+8=0.005/1.54+0.01/1.53+0.01/1.52+0.01/1.5+0.005=0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005=0.02006 rad3=1.1499 o(1) 總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最未一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動(dòng)比的大小,所以,為縮小max,在設(shè)計(jì)中最未兩級(jí)的傳動(dòng)比應(yīng)取大一些,盡量提高最未一級(jí)輪副的加工精度。218 諧波齒輪傳動(dòng)有何特點(diǎn)?傳動(dòng)比的計(jì)算方法是什么?答:(1)諧波齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。諧波齒輪傳動(dòng)的波發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂,柔輪相當(dāng)于行星輪,剛輪則相當(dāng)于中心輪。故諧波齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比可以應(yīng)用行星輪系求傳動(dòng)比的方式來(lái)計(jì)算。設(shè)g r H w 、w 、w分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度,則H r H grgg H rZiZw ww w-= =-。當(dāng)柔性輪固定時(shí), H H g g 1 r g r H grg Hgg H r H g g g g rZ Z Z Z Z i iZ Z Z Z Zw w ww w w w- -= = = - = = =- -當(dāng)剛性輪固定時(shí), 10r H g r g H rHrH r H r g r gZ Z Z iZ Z Z Zw w w ww w w-= - = = =- -2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器,其減速比為100,柔輪齒數(shù)為99 當(dāng)剛輪固定時(shí),試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向(與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較)答:根據(jù)公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:當(dāng)iHr=100 時(shí),Zg=99,(但一般剛輪齒數(shù)比柔輪齒數(shù)多,所以舍去)當(dāng)iHr=-100 時(shí),Zg=101;故該諧波減速器的剛輪齒數(shù)為101,(柔輪)輸出軸方向與(波發(fā)生器)輸入軸轉(zhuǎn)向相反。(提示:一般來(lái)說(shuō),剛輪僅比柔輪多幾個(gè)齒;剛輪固定時(shí),柔輪與輸出軸固聯(lián);柔輪固定時(shí),剛輪與輸出軸固聯(lián),兩種情況下,波發(fā)生器均與輸入軸固聯(lián))2-20.齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些?答(1)圓柱齒輪傳動(dòng):1 偏心套(軸)調(diào)整法;2 軸向墊片調(diào)整法;3 雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。(2)斜齒輪傳動(dòng):錯(cuò)齒調(diào)整法,用兩個(gè)薄片齒輪與一個(gè)寬齒輪嚙合,只是在兩個(gè)薄片斜齒輪的中間隔開(kāi)了一小段距離,這樣它的螺旋線便錯(cuò)開(kāi)了。(3)錐齒輪采用彈簧調(diào)整方式。42-25.軸系部件設(shè)計(jì)的基本要求有哪些?答:旋轉(zhuǎn)精度剛度抗震性熱變形軸上零件的布置5機(jī)電一體化技術(shù)第3 章參考答案3-1 簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類(lèi)及特點(diǎn)。答:種類(lèi) 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)電動(dòng)式 可使用商用電源;信號(hào)與動(dòng)力的傳動(dòng)方向相同;有交流和直流之別,應(yīng)注意電壓大小操作簡(jiǎn)便;編程容易;能實(shí)現(xiàn)定位伺服;響應(yīng)快、能與CPU相接; 體積小、動(dòng)力較大;無(wú)污染瞬時(shí)輸出功率大;過(guò)載能力差,特別是由于某種原因而卡住是,會(huì)引起燒毀事故,易受外部噪聲影響氣動(dòng)式空氣壓力源的壓力為( 5-7 ) 105Pa ; 要求操作人員技術(shù)熟練氣源方便、成本低;無(wú)泄漏污染速度快、操作比較簡(jiǎn)單功率小,體積大,動(dòng)作不夠平穩(wěn),不易小型化,遠(yuǎn)距離傳輸困難,工作噪聲大,難于伺服液動(dòng)式要求操作人員技術(shù)熟練; 液壓源壓力( 20-80)105Pa輸出功率大,速度快,動(dòng)作平穩(wěn), 可實(shí)現(xiàn)定位伺服;易于CPU 相接;響應(yīng)快設(shè)備難于小型化,液壓源或液壓油要求(雜質(zhì)、溫度、油量、質(zhì)量)嚴(yán)格;易泄露且有污染3-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求是什么?答: 1 慣量小、動(dòng)力大 2 體積小、重量輕3 便于維修、安裝 4 易于微機(jī)控制3-3 簡(jiǎn)述控制用電動(dòng)機(jī)的功率密度及比功率的定義。答:電動(dòng)機(jī)的功率密度PG=P/G.電動(dòng)機(jī)的比功率dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn2/Jm其中Tn-電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,N*MJm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg*m235 直流伺服電機(jī)控制方式的基本形式是什么?答: 直流伺服電機(jī)為直流供電,為調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向,需要對(duì)其直流電壓的大小和方向進(jìn)行控制。目前常用晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動(dòng)和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)兩種方式。晶閘管直流驅(qū)動(dòng)方式,主要通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置控制晶閘管的觸發(fā)延遲角(控制電壓的大?。﹣?lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位,從而改變整流電壓的大小,使直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的變化易于平滑調(diào)速。脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)輸入一個(gè)直流控制電壓U 時(shí),就可得到一定寬度與U成比例的脈沖方波給伺服電機(jī)電樞回路供電,通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變電樞回路的平均電壓,從而得到不同電壓的電壓值Ua ,使直流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。63-6 簡(jiǎn)述PWM 直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速,換向的工作原理。答:通過(guò)電源的通斷來(lái)獲得電壓脈沖信號(hào),控制通斷的時(shí)間比來(lái)獲得不同的電壓脈沖,通的時(shí)間越長(zhǎng),獲得的平均電壓越大,電機(jī)轉(zhuǎn)的就快,反之,電機(jī)轉(zhuǎn)的就慢。電機(jī)的換向是通過(guò)橋式電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的,它是由四個(gè)大功率的晶體管組成,通過(guò)在不同晶體管的基極加正負(fù)脈沖從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。為使其實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速,多采用橋式電路,其工作原理與線性放大橋式電路相似。電橋由四個(gè)大功率的晶體管組成。分別記作1.2.3.4.如果在1和3 的基極上加以正脈沖的同時(shí),在2 和4 的基級(jí)上加以負(fù)脈沖,這時(shí)1 和3 導(dǎo)通,2 和4 導(dǎo)通。設(shè)此時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎?;反之,則為負(fù)。電流的方向與前一情況相反, 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向, 顯然,如果改變加到1 和3,2 和4這兩組管子基極上控制脈沖的正負(fù)和導(dǎo)通率就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)具有哪些特點(diǎn)?答:1 步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素(如電源電壓的波動(dòng)、電流的大小與波形的變化、溫度等)的影響,只要在他們的大小引起步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生“丟步”的現(xiàn)象之前,就不影響其正常工作;2 步進(jìn)電機(jī)的步距角有誤差,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累計(jì)誤差,但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)以后,其累計(jì)誤差變?yōu)椤傲恪?,因此不?huì)長(zhǎng)期累積;3 控制性能好,在起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟步”因此,步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于開(kāi)環(huán)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng),使系統(tǒng)簡(jiǎn)化,并可靠地獲得較高的位置精度。簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)三相單三拍的工作原理?答:如教材圖例所示:如果先將電脈沖加到A 相勵(lì)磁繞組,定子A 相磁極就產(chǎn)生磁通,并對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力,使轉(zhuǎn)子的1 3 兩個(gè)齒與定子的A 相磁極對(duì)齊, 而后再將電脈沖通入B 相磁繞組,B 相磁極便產(chǎn)生磁通,這時(shí)轉(zhuǎn)子2 4 兩個(gè)齒與B 相磁極靠的最近,于是轉(zhuǎn)子便沿著逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30 度角,使轉(zhuǎn)子2 4 兩個(gè)齒與定子B 相磁極對(duì)齊。如果按照ACBA的順序通電,步進(jìn)電機(jī)講沿順時(shí)針?lè)较蛞徊讲降剞D(zhuǎn)動(dòng)。73-11 簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計(jì)算方法?答: a=360/(K*M)式中:Z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)。M=運(yùn)行拍數(shù)。通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍,即M=K*N (N 為電動(dòng)機(jī)的相數(shù),單拍是K=1,雙拍時(shí)K=2)。3-12 簡(jiǎn)述三相步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配方式?答:1.采用計(jì)算機(jī)軟件,利用查表式計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行脈沖的環(huán)形分配,簡(jiǎn)稱(chēng)軟環(huán)分。2.采用小規(guī)模集成電路搭接而成的脈沖分配器。3.采用專(zhuān)用環(huán)形分配器件。簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的功率放大電路原理.答:?jiǎn)坞妷汗β史糯箅娐啡鐖D所示ABC 分別為步進(jìn)電機(jī)的三相,每一項(xiàng)由一組放大器驅(qū)動(dòng)。沒(méi)有脈沖輸入時(shí)3DK4 和3DD15 功率晶體管截止,繞組中無(wú)電流通過(guò),電機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)A 相得電時(shí),步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步,當(dāng)脈沖依次加到ABC 三個(gè)輸入端時(shí),三組放大器分別驅(qū)動(dòng)不同的繞組,是電機(jī)一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)。電路終于繞組并聯(lián)的二極管VD 其續(xù)流作用記在功率截至?xí)r,是儲(chǔ)存在繞組中的能量通過(guò)二級(jí)管形成續(xù)流回路泄放,從而保護(hù)功放管。高低壓功串放大電路(一)無(wú)脈沖輸入時(shí),VT1、VT2、VT3、VT4 均截止,電動(dòng)機(jī)繞組W 無(wú)電流通過(guò),電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。有脈沖通過(guò)時(shí),VT1、VT2、VT3、VT4 飽和導(dǎo)通,在vt2 有截止到飽和期間,其集電極電流,迅速上升。當(dāng)vt2 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后t1 一次測(cè)電流暫時(shí)恒定,無(wú)磁通變化二次側(cè)的感應(yīng)電壓為零,vt3 截止。12v 低電壓經(jīng)vd1 加到電動(dòng)機(jī)繞組我w 上并維持繞組中的電流。輸入結(jié)束后vt1、vt2、vt3、vt4 又都截止,儲(chǔ)存在w 中的能量通過(guò)18 歐姆的電阻和vd2 放電,電阻的作用時(shí)間小放電回路的時(shí)間常數(shù),改善電流波形的后沿。89機(jī)電一體化技術(shù)第4 章參考答案試說(shuō)明CPU、MC 和MCS 之關(guān)系。答:微處理機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)CPU,它是一個(gè)大規(guī)模集成電路器件或超大規(guī)模集成電路器件,器件中有數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)通道、多個(gè)寄存器、控制邏輯和運(yùn)算邏輯部件,有的器件還含有時(shí)鐘電路,為器件工作提供定時(shí)信號(hào)。微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)MC。它是以微處理機(jī)為中心,加上只讀存儲(chǔ)器,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,輸入|輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計(jì)算機(jī)。上述微處理機(jī)、微型計(jì)算機(jī)都是從硬件角度定義的,而計(jì)算機(jī)的使用離不開(kāi)軟件支持。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱(chēng)MCS。4-3、在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會(huì)遇到的問(wèn)題是什么?答: 在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí),首先會(huì)遇到專(zhuān)用與通用的抉擇和硬件與軟件的權(quán)衡問(wèn)題。4-17 試說(shuō)明光電耦合器的光電隔離原理。答:光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成,如下圖所示.控制輸出時(shí),從上圖a可知,微機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)74LS04 非門(mén)反相后,加到光電耦合器G 的發(fā)光二極管正端。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí),經(jīng)反相后,加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平,因此,發(fā)光二極管不導(dǎo)通,沒(méi)有光發(fā)出。這時(shí)光敏晶體管截止,輸出信號(hào)幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電壓。當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí),發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光,光敏晶體管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)通,于是輸出端的電平幾乎等于零。同樣的道理,可將光電耦合器用于信息的輸入,如上圖b 所示。4-20 試說(shuō)明檢測(cè)傳感器的微機(jī)接口基本方式。答:模擬量接口方式:傳感器輸出信號(hào)放大采樣/保持模擬多路開(kāi)關(guān)A/D 轉(zhuǎn)換I/O 接口微機(jī)開(kāi)關(guān)量接口方式:開(kāi)關(guān)型傳感器輸出二值式信號(hào)(邏輯1 或0) 三態(tài)緩沖器微機(jī)10數(shù)字量接口方式:數(shù)字型傳感器輸出數(shù)字量(二進(jìn)制代碼、BCD 代碼、脈沖序列等)計(jì)數(shù)器三態(tài)緩沖器微機(jī)11機(jī)電一體化技術(shù)第5 章參考答案5-2 簡(jiǎn)述采樣定理?如果是有限帶寬信號(hào),即| | 時(shí),E(j )=0。而是e(t)的理想采樣信號(hào),若采樣頻率,那么一定可以有采樣信號(hào)唯一地決定出原始信號(hào)e(t)。也就是說(shuō),若,則由可以完全地恢復(fù)e(t)。5-3 簡(jiǎn)述數(shù)字控制系統(tǒng)A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置每隔T 秒對(duì)輸入的連續(xù)信號(hào)e(t)進(jìn)行一次采樣,采樣信號(hào)為e*(t),如圖a 所示。該采樣信號(hào)是時(shí)間上離散而幅值上連續(xù)的信號(hào),它不能直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算,必須經(jīng)量化后成為數(shù)字信號(hào)才能為計(jì)算機(jī)所接受。將采樣信號(hào)經(jīng)量化后成為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程是一個(gè)近似過(guò)程,稱(chēng)量化過(guò)程?,F(xiàn)對(duì)量化過(guò)程作簡(jiǎn)單的說(shuō)明:將采樣信號(hào)e*(t)的變化范圍分成若干層,每一層都用一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼表示,這些數(shù)碼可表示幅值最接近它的采樣信號(hào)。如圖b 所示,采樣信號(hào)A1 為1.8V,則量化值A(chǔ)1為2V,用數(shù)字010 來(lái)代表;采樣信號(hào)A2 為3.2V,則量化值A(chǔ)2為3V,用數(shù)字量011 代表。這樣就把采樣信號(hào)變成了數(shù)字信號(hào)。a b5-5 簡(jiǎn)述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學(xué)方程。答: 設(shè)對(duì)微小輸入位移有微小的輸出位移,則輸入功的總和和輸出功的總和分別為:12其中忽略機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械損失時(shí),兩式相等。由于相互獨(dú)立,則對(duì)第i個(gè)輸入有用表示輸入力(或轉(zhuǎn)矩)時(shí),寫(xiě)成式中力(或轉(zhuǎn)矩)的變換系數(shù),是n*m 矩陣。5-6 簡(jiǎn)述兩自由度機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)方程。答:首先利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法將軌跡x(t),y(t)變換成為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)1(t)、2(t),然后從1 和2 導(dǎo)出計(jì)算關(guān)節(jié)力矩T1、T2 的計(jì)算公式。由平面幾何學(xué)知識(shí),可得逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解為=式中 p= ,q= 。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解可由Lagrange 公式解出。設(shè)計(jì)器人得負(fù)載只有各臂端部的質(zhì)量,則= * +式中第一項(xiàng)相當(dāng)于慣性項(xiàng),第二項(xiàng)相當(dāng)于離心力與哥氏力。13機(jī)電一體化技術(shù)第7 章參考答案7-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的典型負(fù)載有哪些?說(shuō)明以下公式的含義:2 21 1m nk i jcq i ji k i kJ m v Jw= w = w = + 答:典型負(fù)載是指慣性負(fù)載、外力負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載(滑動(dòng)摩擦負(fù)載、粘性摩擦負(fù)載、滾動(dòng)摩擦負(fù)載等)。對(duì)具體系統(tǒng)而言,其負(fù)載可能是以上幾種典型負(fù)載的組合,不一定均包含上述所有負(fù)載項(xiàng)目。第一式表示等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能總和為2 21 11 12 2m ni i j ji iE m v J w= = + 設(shè)、等效到元件輸出軸上的總動(dòng)能為 2 12k kcq k E = J w ,由能量守恒:E =Ek故2 21 1m nk i jcq i ji k i kJ m v Jw= w = w = + 用工程上常用單位時(shí),可將上式改寫(xiě)為2 221 114m nk i jcq i ji k i kv n J m Jp = n = n = + 第二式表示等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。設(shè)上述系統(tǒng)在時(shí)間t 內(nèi)克服負(fù)載所作的功德總和為:1 1m ni i j ji jW Fv t Tw t= = + , 同 理 , 執(zhí) 行 元 件 輸 出 軸 在 時(shí) 間 t 內(nèi) 的 轉(zhuǎn) 角 為k k j =w t 則,執(zhí)行元件所作的功為 kK eq k W = T w t,由 K W =W 得:1 1/ /m nkeq i i k j j ki jT Fv w Tw w= = + ,或1 11 / /2m nkeq i i k j j ki jT F v n T n np = = +7-4 設(shè)有一工作臺(tái)x 軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),已知參數(shù)為下表中所列,已知mA=400 ,Ph=5mm,Fl 水平=800N,F(xiàn)l 垂直=600N,工作臺(tái)與導(dǎo)軌間為滑動(dòng)摩擦,其摩擦系數(shù)為0.2,試求轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效轉(zhuǎn)矩。答:(1)由公式:2 221 114m nk i jcq i ji k i kv n J m Jp = n = n = + 可得:v1=n 絲*Ph/1000(和轉(zhuǎn)速n 的單位要統(tǒng)一所以不必算出最終值)Jkeq =1/42ma(v1/nk)2+JG1(nG1/ nk)2+JG2(nG2/ nk)2+JG3(nG3/ nk)2+JG4(nG4/ nk)2+J(n/ nk)2+J(n/14nk)2+J 絲(n 絲/ nk)2+Jm=0.0508( )(2)當(dāng)工作臺(tái)向右時(shí):F=F*u- FL 水平=( FL 垂直+G)*u- FL 水平=(600+400*9.8)*0.2-800=104(N)由1 1/ /m nkeq i i k j j ki jT Fv w Tw w= = + 得:TK= F*V/nk/(2*pi)=F* (n 絲*Ph/1000)/nk/(2*pi)=104*(180*5/1000)/*720/(2*3.14)= 0.0207( N*m)。(3)當(dāng)工作臺(tái)向左時(shí):F=( FL 垂直+G)*u+ FL 水平=(600+400*9.8)*0.2+800=1704(N)TK= ( F*V/nk) /(2*pi)=0.339 (N*m)Matlab 程序:n1=720;n2=360;n3=360;n4=180;n11=720;n22=360;ns=180;nd=720;ph=5;pi=3.1415927;j1=.01;j2=.016;j3=.02;j4=.032;j11=.024;j22=.004;js=.012;jd=.004;v1=ns*ph*.001;a=400*(v1/nd)2/(4*pi2)b=j1c=j2*(n2/nd)2d=j3*(n3/nd)2e=j4*(n4/nd)2f=js*(ns/nd)2g=j11*(n11/nd)2h=j22*(n22/nd)2J=400*(v1/nd)2/(4*pi2)+j1+j2*(n2/nd)2+j3*(n3/nd)2+j4*(n4/nd)2+js*(ns/nd)2+j11*(n11/nd)2+j22*(n22/nd)2+jdfs=800;fc=600;ma=400;fiz=fs+(fc+ma*9.8)*0.2;fiy=-fs+(fc+ma*9.8)*0.2;tiz=fiz*v1/nd /(2*pi);tiy=fiy*v1/nd /(2*pi);7-5.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立過(guò)程。比例環(huán)節(jié)(P)、積分環(huán)節(jié)(I)、比例-積分環(huán)節(jié)(PI)和比例-積分-微分調(diào)節(jié)(PID)各有何優(yōu)缺點(diǎn)?答:在穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,利用所選元部件的有關(guān)參數(shù),可以繪制出系統(tǒng)框圖,并根據(jù)自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)課所學(xué)知識(shí)建立各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),進(jìn)而激勵(lì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)。以閉環(huán)控制方式為例:圖(1)為檢測(cè)傳感器裝在絲桿端部的半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。它的系統(tǒng)框圖如圖(2)所示。該圖的傳遞函數(shù)為15G(s)= =式中:K=(1) 用滾珠絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)(2)系統(tǒng)框圖-前置放大器增益; -功率放大器增益; -直流伺服電機(jī)增益;-速度反饋增益; -直流伺服電機(jī)時(shí)間常數(shù); -減速比;-位置檢測(cè)傳感器增益; (s)-輸入電壓的拉氏變換;-絲杠輸出轉(zhuǎn)角的拉氏變換當(dāng)系統(tǒng)受到外擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí),圖(2)就變?yōu)閳D(3)。為分析方便起見(jiàn),見(jiàn)圖(3)改畫(huà)成圖(4)所示,則傳遞函數(shù)為:G(s)= =16(3)附加擾動(dòng)力矩(以電壓表示)的系統(tǒng)框圖-直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù); -直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的繞組阻抗;-功率放大器的輸出阻抗; -對(duì)應(yīng)于擾動(dòng)力矩的等效擾動(dòng)電壓的拉氏變換(4)附加擾動(dòng)力矩的等效電壓后的框圖比例調(diào)節(jié)(P)、積分調(diào)節(jié)(I)、比例-積分調(diào)節(jié)(PI)和比例-積分-微分調(diào)節(jié)(PID)各自的優(yōu)缺點(diǎn)(1)比例(P)調(diào)節(jié) 比例調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)圖如圖(a),其傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kp式中Kp=R2/R1它的調(diào)節(jié)作用的大小主要取決于增益Kp 的大小。Kp 越大,調(diào)節(jié)作用越強(qiáng),但是存在調(diào)節(jié)誤差。而且Kp 太大會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)積分(I)調(diào)節(jié) 積分調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)圖如圖(b),其傳遞函數(shù)為Gc(s)=1/(Tis)式中Ti=RC。系統(tǒng)中采用積分環(huán)節(jié)可以減少或消除誤差,但由于積分環(huán)節(jié)效應(yīng)慢,故很少單獨(dú)使用。(3)比例-積分(PI)調(diào)節(jié) 其網(wǎng)絡(luò)如圖(c)。他的傳遞函數(shù)為Gc(s)= KP(1+1/(Tis)式中Kp=R2/R1;Ti=R2C。這種循環(huán)既克服了單純比例環(huán)節(jié)有調(diào)節(jié)誤差的缺點(diǎn),又避免了積分環(huán)節(jié)響應(yīng)慢的弱17點(diǎn),既能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能能,又能改善其動(dòng)態(tài)性能。(4)比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié) 這種調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的組成如圖(d),其傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kp1+1 (Tis)+Tds 式中Kp=(R1C1+R2C2)/ (R1R2);Ti=R1C1+R2C2;T=R1C1R2C2 (R1C1+R2C2)。這種校正環(huán)節(jié)不但能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能,也能改善其動(dòng)態(tài)性能。但是,由于它含有微分作用,在噪聲比較大或要求響應(yīng)快的系統(tǒng)中不宜采用;PID 調(diào)節(jié)器能使閉環(huán)系統(tǒng)更加穩(wěn)定,其動(dòng)態(tài)性能也比用PI 調(diào)節(jié)器時(shí)好。7-8 何謂機(jī)電一體化系統(tǒng)的“可靠性”?答:機(jī)電一體化可靠性是指,系統(tǒng)(產(chǎn)品)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。2 2 2 2 2 21 2 3 42 1 2 3 414k A sicq A si Dk k k k k k.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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