【正文】 簡稱 CPU，它是一個大規(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、多個寄存器、控制邏輯和運算邏輯部件，有的器件還含有時鐘電 路，為器件工作提供定時信號。微型計算機簡稱 MC。它是以微處理機為中心，加上只讀存儲器，隨機存取存儲器，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算機。上述微處理機、微型計算機都是從硬件角度定義的，而計算機的使用離不開軟件支持。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設備、系統(tǒng)總線接口的微型計算機系統(tǒng)，簡稱 MCS。在設計微機控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？答： 在設計微機控制系統(tǒng)時，首先會遇到專用與通用的抉擇和硬件與軟件的權衡問題。417 試說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 轉換元件組成，如下 ，從上圖 a 可知，微機輸出的控 制信號經(jīng) 74LS04 非門 反相后，加到光電耦 合器 G 的發(fā)光二極管 正端。當控制信號為高電平時，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)光二極管不導通，沒有光發(fā)出。這時光敏晶體管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電 壓。當控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導通并發(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。420 試說明檢測傳感器的微機接口基本方式。答：①模擬量接口方式：傳感器輸出信號→放大→采樣/保持→模擬多路開關→A/D 轉換→ I/O 接口→微機②開關量接口方式：開關型傳感器輸出二值式信號(邏輯 1 或 0)→三態(tài)緩沖器→微機 10③數(shù)字量接口方式：數(shù)字型傳感器輸出數(shù)字量(二進制代碼、BCD 代碼、脈沖序列等)→計數(shù)器→三態(tài)緩沖器→微機 11機電一體化技術第 5章參考答案52 簡述采樣定理？如果 是有限帶寬信號，即| | 時，E（j）=0。而 是 e（t）的理想采樣信號，若采樣頻率 ,那么一定可以有采樣信號 唯一地決定出原始信號 e（t）。也就是說，若，則由 可以完全地恢復 e（t）。53 簡述數(shù)字控制系統(tǒng) A/D 轉換過程。模/數(shù)轉換裝置每隔 T 秒對輸入的連續(xù)信號 e（t）進行一次采樣，采樣信號為 e*（t），如 圖 a 所示。該采樣信號是時間上離散而幅值上連續(xù)的信號，它不能直接進入計算機進行運 算，必須經(jīng)量化后成為數(shù)字信號才能為計算機所接受。將采樣信號經(jīng)量化后成為數(shù)字信號 的過程是一個近似過程，稱量化過程?，F(xiàn)對量化過程作簡單的說明：將采樣信號 e*（t）的變化范圍分成若干層，每一層都用一個二進制數(shù)碼表示，這些數(shù)碼可表示幅值最接近它 的采樣信號。如圖 b 所示，采樣信號 A1為 ，則量化值 A1 ’為 2V，用數(shù)字 010 來代表； 采樣信號 A2為 ，則量化值 A2 ‘為 3V，用數(shù)字量 011 代表。這樣就把采樣信號變成了數(shù) 字信號。ab55 簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學方程。答 ： 設 對 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：其中忽略機構內(nèi)部機械損失時，兩式相等。由于 相互獨立，則對第 i 個輸入有用 表示輸入力（或轉矩）時，寫成式中 ——力（或轉矩）的變換系數(shù)，是 n*m 矩陣。56 簡述兩自由度機器人逆動力學方程。答：首先利用逆運動學方法將軌跡｛x(t),y(t)｝變換成為關節(jié)運動φ1(t)、φ2(t)，然后從φ1和φ2導出計算關節(jié)力矩 TT2的計算公式。由平面幾何學知識，可得逆運動學解為==式中p=，q=。逆運動學解可由 Lagrange 公式解出。設計器人得負載只有各臂端部的質量，則= ]*[ ]+式中第一項相當于慣性項，第二項相當于離心力與哥氏力。13機電一體化技術第 7章參考答案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：2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J答：典型負載是指慣性負載、外力負載、彈性負載、摩擦負載（滑動摩擦負載、粘性摩擦 負載、滾動摩擦負載等）。對具體系統(tǒng)而言，其負載可能是以上幾種典型負載的組合，不一 定均包含上述所有負載項目。第一式表示等效轉動慣量。該系統(tǒng)運動部件的動能總和為 2 2 1 1 1 1 2 2 m n i i j j i i設、等效到元件輸出軸上的總動能為 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，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第二式表示等效負載轉矩。設上述系統(tǒng)在時間 t 內(nèi)克服負載所作的功德總和為： 1 1 m n i i j j i j，同 理，執(zhí) 行 元 件 輸 出 軸 在 時 間 t 內(nèi) 的 轉 角 為k k 則，執(zhí)行元件所作的功為 k K eq k，由 1 / / m n k eq i i k j j k i j，或 1 1 / / 2 m n k eq i i k j j k i j T Fv n T n n74 設有一工作臺 x 軸驅動系統(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，工作臺與導軌間為滑動摩擦，其摩 擦系數(shù)為 ，試求轉換到電動機軸上的等效轉動慣量和等效轉矩。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）當工作臺向右時：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）。（3）當工作臺向左時：F=(FL垂直+G)*u+ FL水平=（600+400*）*+800=1704（N）TK=(F*V/nk)/(2*pi)==（N*m）Matlab程序：n1=720。n2=360。n3=360。n4=180。n11=720。n22=360。ns=180。nd=720。ph=5。pi=。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*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。fc=600。ma=400。fiz=fs+(fc+ma*)*。fiy=fs+(fc+ma*)*。tiz=fiz*v1/nd /(2*pi)。tiy=fiy*v1/nd /(2*pi)。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？答：在穩(wěn)態(tài)設計的基礎上，利用所選元部件的有關參數(shù)，可以繪制出系統(tǒng)框圖，并根據(jù)自 動控制理論基礎課所學知識建立各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，進而激勵系統(tǒng)傳遞函數(shù)。以閉環(huán)控制方式為例：圖（1）為檢測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)用滾珠絲杠傳動工作臺的伺服進給系統(tǒng)（2）系統(tǒng)框圖前置放大器增益；功率放大器增益；直流伺服電機增益；速度反饋增益；直流伺服電機時間常數(shù)；減速比；位置檢測傳感器增益；（s）輸入電壓的拉氏變換；絲杠輸出轉角的拉氏變換當系統(tǒng)受到外擾動轉矩 時，圖（2）就變?yōu)閳D（3）。為分析方便起見，見圖（3）改畫成 圖（4）所示，則傳遞函數(shù)為：G(s)= = 16（3）附加擾動力矩（以電壓 表示）的系統(tǒng)框圖直流伺服電機的轉矩常數(shù)；直流伺服電機轉子的繞組阻抗；功率放大器的輸出阻抗；對應于擾動力矩的等效擾動電壓的拉氏變換（4）附加擾動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（1）比例（P）調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)網(wǎng)絡圖如圖（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，但是存在調(diào) 節(jié)誤差。而且 Kp太大會引起系統(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)效應慢，故很少單獨使 用。（3）比例積分（PI）調(diào)節(jié)其網(wǎng)絡如圖(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，又避免了積分環(huán)節(jié)響應慢的弱17點，既能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能能，又能改善其動態(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。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，其動態(tài)性能也比用 PI調(diào)節(jié)器時好。78 何謂機電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？答：機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)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能 力。2 2 2 2 2 3 1 2 4 1 2 3 4 2 1 4 k si A cq A si D k k k k k k n n v n n n J m J J J J J J第五篇：機電一體化總結理論水平方面。實踐需要理論指導，只有理論成立才有實踐的可能，工作后，我時刻意識到自己知識的貧乏，電廠是生產(chǎn)一線，各個環(huán)節(jié)充滿著技術，但對于普通的操作等工作，即便是吃老本，也是能操作的，但要使得工作能夠游刃有余，懂得操作背后的原理，那就必須樹立強烈的緊迫感和堅持不懈的再學習毅力，我常常為這些貌似復雜原理而發(fā)呆，為了使得自己能較透徹掌握自己崗位的技術原理，提高自己的技術水平，1996年我參加了報考參加由天津水利學校發(fā)起的水利系統(tǒng)中專自學考試，不恥下問，經(jīng)過較為艱苦的努力，2010年獲得畢業(yè)證書畢業(yè)，當年獲得了技術員資格，在理論上友贏得了主動權。但是，隨著時代腳步的快速前進，知識、技術更新的速度日新月異，面對新形勢，自己又仿佛是井底之蛙，掌握的知識也是杯水車薪，為掌握新的理論，與時俱進，2010年，我踴躍參加了三峽水利大學的函授學習，將在今年畢業(yè)。自從參加工作以來，在歷年機組的大修期間我都積極參加，并對照自己原有的各項知識結合電廠的設備具體運行狀況使自己的理論知識和實踐更好的結合，一方面放棄休息時間利用各種資料進行專業(yè)學習，有針對性地強化自己的專業(yè)知識儲備。另一方面對自己不清楚的問題向老師傅求教，勤思、多做、苦學、牢記。利用較短的時間學會了各個設備的電器、機械圖紙，弄清楚各個設備的運行原理和各個機電保護設備的銘牌參數(shù)和整定值，使自己能更準確地在運行工作中判斷運行狀況，給自己增添了許多工作信心。