【文章內容簡介】 ...........................................................7 機電一體化技術第4 章參考答案..........................................................................................9 試說明CPU、MC 和MCS 之關系。..................................................................................9 4在設計微機控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？.............................................9 417 試說明光電耦合器的光電隔離原理。......................................................................9 420 試說明檢測傳感器的微機接口基本方式。..............................................................9 機電一體化技術第5 章參考答案........................................................................................11 52 簡述采樣定理？.........................................................................................................11 53 簡述數字控制系統(tǒng)A/D 轉換過程。..........................................................................11 55 簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學方程。..................................................................11 56 簡述兩自由度機器人逆動力學方程。......................................................................12 機電一體化技術第7 章參考答案........................................................................................13 73 機電一體化系統(tǒng)中的典型負載有哪些？說明以下公式的含義：...........................13 74 設有一工作臺x 軸驅動系統(tǒng)，已知參數為下表中所列，已知mA=400 ㎏，Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作臺與導軌間為滑動摩擦，其摩擦系數為 ，試求轉換到電動機軸上的等效轉動慣量和等效轉矩。........................................13 。比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)(I)、比例積分環(huán)節(jié)(PI)和比例積分微分調節(jié)(PID)各有何優(yōu)缺點？.............................................14 78 何謂機電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？......................................................................17機電一體化技術第 1章習題參考答案11 試說明較為人們接受的機電一體化的含義。答：機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技 術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統(tǒng)的總稱。14 何謂機電一體化技術革命？答：將微型計算機等微電子技術用于機械并給機械以“智能”的技術革新潮流可稱 “機電一體化技術革命”。？分別實現哪些功能？答：機電一體化系統(tǒng)（產品）要素功能控制器（計算機等）控制（信息存儲、處理、傳送）檢測傳感器計測（信息收集與變換）執(zhí)行元件驅動（操作）動力源提供動力（能量）機構構造？答：物質、能量、信息。？答：一種是變換、調整。另一種是輸入/輸出。、融合法、組合法？答：機電互補法又稱取代法。該方法的特點是利用通用或專用電子部件取代傳統(tǒng)機械產品（系統(tǒng)）中的復雜機械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補其不足。融合法它是將各組成要素有機結合為一體構成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)），其要 素之間機電參數的有機匹配比較充分。組合法它是將結合法制成的專用或通用功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組 合成各種機電一體化系統(tǒng)（產品），故稱組合法。2機電一體化技術第 2章習題參考答案 21 設計機械傳動部件時，為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常常提 出哪些要求？答：常提出低摩擦、無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當的阻尼比等。22 機電一體化系統(tǒng)傳動機構的作用是什么？答：傳遞轉矩和轉速。23 機電一體化系統(tǒng)（產品）對傳動機構的基本要求是什么？答：精密化，高速化，小型、輕量化。210 現有一雙螺母齒差調整預緊式滾珠絲杠，其基本導程λ0=6mm、一端的 齒輪齒數為 100、另一端的齒輪齒數為 98，當其一端的外齒輪相對另一端的外 齒輪轉過 2 個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離？答：Z1 =100，Z2 =98，ΔS=(2/Z1)* λ0=*6 mm= mm。2－16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉角誤差最小原則是什么？答：（1）各級傳動比的分配原則是：重量最輕原則輸出軸轉角誤差最小原則 等效轉動慣量最小原則（2）輸出軸轉角誤差最小原則是：為提高機電一體化系統(tǒng)齒輪傳動的精度，各級傳動比應按先小后大的原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉誤差對輸出轉角精度的影響?？傓D角誤差主要 取決于最未一級齒輪的轉角誤差和轉動比的大小，在設計中最未兩級傳動比應取大一些，并盡量提高最未一級齒輪的加工精度。2－17已知：4 級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉角誤差為?φ1=?φ2=?φ3=… = rad,各級減速比相同，即?1=?2=…=?4=。求：該傳動系統(tǒng)的最大轉 角誤差?φmax。為縮小?φmax，應采取何種措施？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）總轉角誤差主要取決于最未一級齒輪的轉角誤差和傳動比的大小，所以，為縮小? φmax，在設計中最未兩級的傳動比應取大一些，盡量提高最未一級輪副的加工精 度。2－18 諧波齒輪傳動有何特點？傳動比的計算方法是什么？答：（1）諧波齒輪傳動特點有：結構簡單、傳動比大、傳動精度高、回程誤差小、噪聲 低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高等特點。諧波齒輪傳動的波發(fā)生器相當于行星輪系的轉臂，柔輪相當于行星輪，剛輪則相當于 中心輪。故諧波齒輪傳動裝置的傳動比可以應用行星輪系求傳動比的方式來計算。設 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。當柔性輪固定時，g g g r g H H r H rg Hg g H r H g g g g r Z Z Z Z Z i i Z Z Z Z Z當剛性輪固定時，0 g g r H r H r Hr H r H r g r g Z Z Z i Z Z Z Z,其減速比為 100，柔輪齒數為 99 當剛輪固定時, 試求該諧波減速器的剛輪齒數及輸出軸的轉動方向(與輸入軸的轉向相比較)答：根據公式:iHr=Zr/(zrzg)可知:當 iHr=100 時,Zg=99,（但一般剛輪齒數比柔輪齒數多，所以舍去）當 iHr=100 時,Zg=101。故該諧波減速器的剛輪齒數為 101,（柔輪）輸出軸方向與（波發(fā)生器）輸入軸轉向相反。(提示：一般來說，剛輪僅比柔輪多幾個齒；剛輪固定時，柔輪與輸出軸固聯；柔輪固定 時，剛輪與輸出軸固聯，兩種情況下，波發(fā)生器均與輸入軸固聯)?答(1)圓柱齒輪傳動:1 偏心套(軸)調整法。2 軸向墊片調整法。3 雙片薄齒輪錯齒調整法。(2)斜齒輪傳動:錯齒調整法,用兩個薄片齒輪與一個寬齒輪嚙合,只是在兩個薄片斜齒輪 的中間隔開了一小段距離,這樣它的螺旋線便錯開了。（3）錐齒輪采用彈簧調整方式。？答：①旋轉精度②剛度③抗震性④熱變形⑤軸上零件的布置 5機電一體化技術第 3章參考答案 31 簡述機電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類及特點。答: 種 類特點優(yōu)點缺點電 動 式可使用商用電源；信號 與動力的傳動方向相同；有交流 和直流之別，應注意電壓之大小操作簡便；編程容易；能 實現定位伺服；響應快、能與 CPU相接；體積小、動力較 大；無污染瞬時輸出功率大；過載能力 差，特別是由于某種原因而 卡住是，會引起燒毀事故，易受外部噪聲影響氣 動 式空氣壓力源的壓力為（57）10 5 Pa；要求操作人員技術熟練氣源方便、成本低；無泄 漏污染速度快、操作比較簡單功率小，體積大，動作不夠平穩(wěn)，不易小型化，遠距離 傳輸困難，工作噪聲大，難 于伺服液 動 式要求操作人員技術熟 練；液壓源壓力（2080）10 5 Pa輸出功率大，速度快，動 作平穩(wěn)，可實現定位伺 服；易于 CPU 相接；響應 快設備難于小型化，液壓源或 液壓油要求（雜質、溫度、油量、質量）嚴格；易泄露 且有污染32 機電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？答: 1 慣量小、動力大體積小、重量輕便于維修、安裝易于微機控制33 簡述控制用電動機的功率密度及比功率的定義。答:電動機的功率密度 PG=P/ dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn 2 /Jm其中 Tn電動機的額定轉矩，N*M Jm——電動機轉子的轉動慣量,kg*m 23—5 直流伺服電機控制方式的基本形式是什么？答: 直流伺服電機為直流供電，為調節(jié)電動機的轉速和方向，需要對其直流電壓的大小和 方向進行控制。目前常用晶體管脈寬調理驅動和晶閘管直流調速驅動兩種方式。晶閘管直流驅動方式，主要通過調節(jié)觸發(fā)裝置控制晶閘管的觸發(fā)延遲角（控制電壓的大 小）來移動觸發(fā)脈沖的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電動機電樞電壓的變化易 于平滑調速。脈寬調制（PWM）直流調速驅動系統(tǒng)當輸入一個直流控制電壓 U 時，就可得到一定寬度與 U 成比例的脈沖方波給伺服電機電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞回路的平均電 壓，從而得到不同電壓的電壓值 Ua，使直流電動機平滑調速。636 簡述 PWM 直流驅動調速，換向的工作原理。答：通過電源的通斷來獲得電壓脈沖信號，控制通斷的時間比來獲得不同的電壓脈沖，通 的時間越長，獲得的平均電壓越大，電機轉的就快，反之，電機轉的就慢。電機的換向是 通過橋式電路來實現的，它是由四個大功率的晶體管組成，通過在不同晶體管的基極加正 負脈沖從而實現電機的轉向控制。為使其實現雙向調速，多采用橋式電路，其工作原理與 線性放大橋式電路相似。電橋由四個大功率的晶體管組 成。分別記作 1 和 3 的基極上加以正脈沖的同 時，在 2 和 4 的基級上加以負脈 沖，這時 1 和 3 導通，2 和 4 導 通。設此時的電動機轉向為正； 反之，則為負。電流的方向與前 一情況相反，電動機轉向，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 負和導通率就可以改變電動機的 轉向和轉速。步進電機具有哪些特點？答： 步進電機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動、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電機產生“丟步”的現象之 前，就不影響其正常工作； 步進電機的步距角有誤差，轉子轉過一定步數以后也會出現累計誤差，但轉子轉過 一轉以后，其累計誤差變?yōu)椤傲恪?，因此不會長期累積；控制性能好，在起動、停止、反轉時不易“丟步”因此，步進電機廣泛應用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得 較高的位置精度。簡述步進電機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 相勵磁繞組，定子 A 相磁極就產生磁通，并對轉子產生磁拉力，使轉子的 1 3 兩個齒與定子的 A 相磁極對齊，而后再將電脈沖通入B 相磁繞組，B 相磁極便產生磁通，這時轉子 2 4 兩個齒與 B 相磁極靠的最近，于是轉子便沿著逆時針方向轉過 30 度角，使轉子 2 4 兩個齒與定子 B 相磁極對齊。如果按照 A→C→B →A??的順序通電，步進電機講沿順時針方向一步步地轉動。7311 簡述步進電機步距角大小的計算方法？答： a=360/（K*M）式中：Z=轉子齒數。M=運行拍數。通常等于相數或相數整數倍，即 M=K*N（N 為電動機的相數，單拍是 K=1，雙拍時 K=2）。312 簡述三相步進電機的環(huán)形分配方式？答：，利用查表式計算方法來進行脈沖的環(huán)形分配，簡稱軟環(huán)分。 用小規(guī)模集成電路搭接而成的脈沖分配器。：單電壓功率放大電路如圖所示 ABC 分別為步進電機的三相，每一項由一組放大器驅動。沒有脈沖輸入時 3DK4 和3DD15 功率晶體管截止，繞組中無電流通過，電機不轉。當 A 相得電時，步進電機轉動一步，當脈沖依次加到 ABC 三個輸入端時，三組放大器分別驅動不同的繞組，是電機一步一步的轉動。電路終于繞組并聯的二極管 VD 其續(xù)流作用記在功率截至時，是儲存在繞組中的能量通過二級管形成續(xù)流回路泄放，從而保