【正文】 混合型（HB）DC伺服電機(jī)：高響應(yīng)特性；高功率密度（體積小、重量輕）；可實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)字控制；接觸換向部件（電刷與換向器）需要維護(hù)。（產(chǎn)品）對(duì)執(zhí)行元件的基本要求有哪些？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。11交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速。6滾珠絲杠副的精度分為10共七個(gè)等級(jí)。4)可重構(gòu)機(jī)床是開(kāi)放的、模塊化結(jié)構(gòu)。？(P231)1)低的生產(chǎn)成本和重構(gòu)成本的綜合值(cost)。2)社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的需求趨于多樣化、個(gè)性化和動(dòng)態(tài)化，順應(yīng)客戶愛(ài)好(也稱客戶化或定制)、多品種中小批量生產(chǎn)已成為生產(chǎn)方式的主流。同時(shí)也可以定義數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)、格式、規(guī)模和存取方法。信息流是軟件總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。按其物理量的形式來(lái)分，一般可分成開(kāi)關(guān)量(數(shù)字量)I/O即DI／DO、模擬量I/O即AI/AO兩大類。2)空間位置的隨意性。選用可調(diào)整間隙和能夠預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。(2)質(zhì)量設(shè)計(jì) 兼顧各種要求和限制，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)質(zhì)量和性能，(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)地構(gòu)造設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，用創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維方法進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和創(chuàng)新。環(huán)境是與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的總和，包括經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)條件、技術(shù)條件、社會(huì)條件等?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是過(guò)去長(zhǎng)期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的延伸和發(fā)展，是隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，由個(gè)別到一般、具體到抽象、感性到理性，逐步歸納、演繹、綜合而發(fā)展起來(lái)的。，應(yīng)包含哪些幾個(gè)基本要素？答：機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。(P1~3)答：機(jī)電一體化系統(tǒng)是多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用，是技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程。（P4）設(shè)計(jì)這個(gè)詞有兩種概念。作業(yè)對(duì)象一般可分為三大類：物料、能量和信息？(P27)1)根據(jù)信息集約和調(diào)研預(yù)測(cè)的資料，分析確定作業(yè)對(duì)象以及主要轉(zhuǎn)換要求。只有用抽象的概念來(lái)表述系統(tǒng)的功能，才能深入識(shí)別需求的本質(zhì)，辨明主題，發(fā)散思維，啟發(fā)創(chuàng)新，總功能逐步分解為比較簡(jiǎn)單的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能樹(shù)(一)功能分析(二)功能元求解 1．選擇工作原理 2．構(gòu)思功能載體(三)方案綜合？（P30）1．設(shè)計(jì)目錄(1)對(duì)象目錄(2)作業(yè)日錄(3)解法目錄2．知識(shí)庫(kù)(1)數(shù)據(jù)庫(kù)(2)設(shè)計(jì)詞典(3)手冊(cè)。精密滾動(dòng)導(dǎo)軌副的主要失效形式是磨損。3)和機(jī)電部件接口的功能。(2)實(shí)時(shí)性好能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)的要求。？(P195)現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)機(jī)械最本質(zhì)的區(qū)別是現(xiàn)代機(jī)械中具有信息流。2)可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行深入的總體分析與規(guī)劃，以達(dá)到解耦與集成的目的。4)模擬量輸出。2)制造設(shè)備級(jí)的重構(gòu)。1)可重構(gòu)機(jī)床綜合了流水線機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，它每次提供給客戶確定的、滿足其當(dāng)前需要的功能和生產(chǎn)能力，同時(shí)當(dāng)客戶的需求發(fā)生變化時(shí)，可快速改變機(jī)床的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，以較低的成本在一個(gè)零件族內(nèi)快速調(diào)節(jié)／升級(jí)生產(chǎn)能力和功能性。4機(jī)電一體化系統(tǒng)類型:開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變異性設(shè)5滾珠絲杠副由絲杠、螺母、滾珠、反向器4部分組成。9常用的間歇機(jī)構(gòu)有棘輪傳動(dòng)、槽輪傳動(dòng)、蝸形凸輪傳動(dòng)等。按輸出信號(hào)的性質(zhì)分為：（1）開(kāi)關(guān)型（2）模擬型（3）？答：圓柱齒輪傳動(dòng)：（1）偏心套調(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 ；斜齒輪傳動(dòng)：（1）墊片錯(cuò)齒調(diào)整（2）軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整4．滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些?答：（1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式（2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式（3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式（4）彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式（5）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和單螺母滾珠過(guò)盈預(yù)緊式5．對(duì)傳感器的應(yīng)用中，通常采取哪些技術(shù)措施來(lái)改善傳感器的性能？ 答：（1）平均技術(shù)（2）差分技術(shù)（3）穩(wěn)定性處理（4）？答：（1）微機(jī)控制系統(tǒng)整體控制方案的確定（2）控制算法的確定（3）微機(jī)計(jì)算機(jī)的選擇（4）控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（5）（優(yōu)）點(diǎn)是什么？答：具有結(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)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。其基本要求是什么？答：（1）棘輪傳動(dòng)（2）槽輪傳動(dòng)（3）蝸形凸輪傳動(dòng)；基本要求：位移迅速，位移過(guò)程中運(yùn)動(dòng)無(wú)沖擊，停位準(zhǔn)確可靠14導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求？答：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。對(duì)定于電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制。具有制造成本高、效率低、轉(zhuǎn)子的阻尼差、噪聲差的缺點(diǎn)。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動(dòng)機(jī)。步距角與通電方式的關(guān)系：α運(yùn)行拍數(shù)。單電壓、雙電壓、斬波恒流功放電路的特點(diǎn)？答：?jiǎn)坞妷汗Ψ烹娐罚航Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但繞組串聯(lián)的電阻在大電流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。并行控制：并行控制是用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整個(gè)端口直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路的方法。（1）螺旋槽式；工藝簡(jiǎn)單、徑向尺寸小、易于制造。（5）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和單螺母滾珠過(guò)盈預(yù)緊式B。基本導(dǎo)程Ph（或螺距t）應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)速度選取，Ph大，承載能力也就大；Ph小，傳動(dòng)精度較高。1）墊片錯(cuò)齒調(diào)整法；結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但調(diào)整較費(fèi)時(shí)，且齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。導(dǎo)軌間隙的調(diào)整方法：壓板和鑲條法兩種。運(yùn)動(dòng)件受外載荷作用后，介質(zhì)壓力會(huì)反饋升高，以支承外載荷。滾動(dòng)導(dǎo)軌副的預(yù)緊方式：調(diào)整螺釘塞塊調(diào)整旋轉(zhuǎn)支承的種類及基本要求。在工作轉(zhuǎn)速之下取決其轉(zhuǎn)速、軸承性能以及軸系的動(dòng)平衡狀態(tài)（2）剛度；除強(qiáng)度驗(yàn)算之外，還必須進(jìn)行剛度驗(yàn)算。1常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有哪些？滾珠絲杠副的組成？答：螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、高速帶傳動(dòng)、各種非線性傳動(dòng)。答：機(jī)械系統(tǒng)（機(jī)構(gòu)）、信息處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）、動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力源）、傳感檢測(cè)系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動(dòng)機(jī)）接口的功能及其分類。答：根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)；系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分；接口的設(shè)計(jì)；綜合評(píng)價(jià)（或整體評(píng)價(jià)）；可靠性復(fù)查。.........................................................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。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。融合法它是將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成專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。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=。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。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。電橋由四個(gè)大功率的晶體管組 成。M=運(yùn)行拍數(shù)。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)。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)。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。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。56 簡(jiǎn)述兩自由度機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)方程。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。n22=360。j4=.032。ma=400。它的系統(tǒng)框圖如圖（2）所 示。他的傳遞函數(shù)為Gc(s)=–[ KP（1+1/（Tis））] 式中 Kp=R2/R1；Ti=R2C。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。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?？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)軌副應(yīng)滿足的基本要求：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。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）。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)。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。（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。為分析方便起見(jiàn)，見(jiàn)圖（3）改畫成 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。fiy=fs+(fc+ma*)*。j22=.004。nd=720。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）。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=?，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)。420 試說(shuō)明檢測(cè)傳感器的微機(jī)接口基本方式。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 MCS。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。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)稱軟環(huán)分。設(shè)此時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎?反之，則為負(fù)。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