【正文】 的設(shè)計(jì)；綜合評(píng)價(jià)（或整體評(píng)價(jià)）；可靠性復(fù)查。求：該傳動(dòng)系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差?φmax。.........................................................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？..........................................................................6 311 簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計(jì)算方法？.................................................................7 312 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。..........................................................................11 55 簡(jiǎn)述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學(xué)方程。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)？.............................................14 78 何謂機(jī)電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？......................................................................17機(jī)電一體化技術(shù)第 1章習(xí)題參考答案11 試說(shuō)明較為人們接受的機(jī)電一體化的含義。？答：一種是變換、調(diào)整。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。23 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。2－17已知：4 級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為?φ1=?φ2=?φ3=… = rad,各級(jí)減速比相同，即?1=?2=…=?4=。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。(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(xiàn)便錯(cuò)開(kāi)了。答:電動(dòng)機(jī)的功率密度 PG=P/ dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn 2 /Jm其中 Tn電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，N*M Jm——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg*m 23—5 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。636 簡(jiǎn)述 PWM 直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速，換向的工作原理。電橋由四個(gè)大功率的晶體管組 成。步進(jìn)電機(jī)具有哪些特點(diǎn)？答： 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； 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；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。M=運(yùn)行拍數(shù)。：?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)。高低壓功串放大電路（一）無(wú)脈沖輸入時(shí)，VTVTVTVT4 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)。輸入結(jié)束后vtvtvtvt4 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。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(xiàn)及其他支持邏輯電路組成的計(jì)算機(jī)。417 試說(shuō)明光電耦合器的光電隔離原理。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。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）。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。這樣就把采樣信號(hào)變成了數(shù) 字信號(hào)。56 簡(jiǎn)述兩自由度機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)方程。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。該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能總和為 2 2 1 1 1 1 2 2 m n i i j j i i設(shè)、等效到元件輸出軸上的總動(dòng)能為 2 1 2 k k cq k，由能量守恒：E =E k故2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J用工程上常用單位時(shí)，可將上式改寫(xiě)為 2 2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k n v J m J第二式表示等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。n2=360。n22=360。pi=。j4=.032。jd=.004。ma=400。tiy=fiy*v1/nd /(2*pi)。它的系統(tǒng)框圖如圖（2）所 示。而且 Kp太大會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。他的傳遞函數(shù)為Gc(s)=–[ KP（1+1/（Tis））] 式中 Kp=R2/R1；Ti=R2C。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。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)。變異性設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的需求。答：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的有力工具，用來(lái)設(shè)計(jì)一般機(jī)械產(chǎn)品的CAD的研究成果。綠色設(shè)計(jì)是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)新概念?？傓D(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動(dòng)比的大小，在設(shè)計(jì)中最末兩級(jí)的傳動(dòng)比應(yīng)取大一些，并盡量提高最末一級(jí)齒輪副的加工精度。，導(dǎo)軌副的組成、種類(lèi)及應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求。導(dǎo)軌副應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求：導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。導(dǎo)軌副的組成：導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。當(dāng)剛輪固定時(shí)，試求該諧波減速器的鋼輪齒數(shù)及輸出軸的傳動(dòng)方向（與輸入軸的傳向相比較）。反求設(shè)計(jì)是以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專(zhuān)業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有的系統(tǒng)進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。虛擬設(shè)計(jì)是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像，是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新一代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。所有機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是為了獲得用來(lái)構(gòu)成事物的有用信息。②.對(duì)應(yīng)的五大功能為：控制、動(dòng)力、計(jì)測(cè)、構(gòu)造、操作功能。78 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。（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)=–Kp[1+1?（Tis）+Tds ]式中 Kp=（R1C1+R2C2）/(R1R2)；Ti=R1C1+R2C2。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。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。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)。fiy=fs+(fc+ma*)*。a=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)b=j1c=j2*(n2/nd)^2 d=j3*(n3/nd)^2 e=j4*(n4/nd)^2 f=js*(ns/nd)^2 g=j11*(n11/nd)^2 h=j22*(n22/nd)^2J=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)+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+jd fs=800。j22=.004。j2=.016。nd=720。n4=180。答：（1）由公式：2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k得： n v J m J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）J k eq =1/4л2 ma(v1/nk)2 +JG1(nG1/ nk)2 +JG2(nG2/ nk)2 +JG3(nG3/ nk)2 +JG4(nG4/ nk)2 +JⅠ(nⅠ/ nk)2 +JⅡ(nⅡ/ 14nk)2 +J 絲（n 絲/ nk）2 +Jm=()（2）當(dāng)工作臺(tái)向右時(shí)：F=F*uFL 水平=(FL 垂直+G)*uFL 水平=（600+400*）*=104（N）由 1 1 / / m n k eq i i k j j k i j得：TK= F*V/nk/（2*pi）=F*（n 絲*Ph/1000）/nk/（2*pi）=104*(180*5/1000)/*720/(2*)= （N*m）。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。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=。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：其中忽略機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械損失時(shí)，兩式相等?，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)。53 簡(jiǎn)述數(shù)字控制系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。420 試說(shuō)明檢測(cè)傳感器的微機(jī)接口基本方式。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。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線(xiàn)接口的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng) MCS。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)。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。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)。312 簡(jiǎn)述三相步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配方式？答：，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。如果按照 A→C→B →A??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)。設(shè)此時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎?反之，則為負(fù)。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。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。？答：①旋轉(zhuǎn)精度②剛度③抗震性④熱變形⑤軸上零件的布置 5機(jī)電一體化技術(shù)第 3章參考答案 31 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)。2 軸向墊片調(diào)整法。設(shè) H g r、分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度，則g H r H rg g H r Z i Z。為縮小?φmax，應(yīng)采取何種措施？解：（1）?φmax= i + 4 3 2 3 2 i i i+ 4 3 5 4 i i+ 4 7 6 i +?φ8=++++=++++= rad 3=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? φmax，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。2－16 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