【正文】 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節(jié)（P）、積分調節(jié)（I）、比例積分調節(jié)（PI）和比例積分微分調節(jié)（PID）各自 的優(yōu)缺點（1）比例（P）調節(jié)比例調節(jié)網(wǎng)絡圖如圖（a），其傳遞函數(shù)為Gc(s)=–Kp式中 Kp=R2/R1它的調節(jié)作用的大小主要取決于增益 Kp 的大小。Kp 越大，調節(jié)作用越強，但是存在調 節(jié)誤差。而且 Kp太大會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）積分（I）調節(jié)積分調節(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）調節(jié)這種調節(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：機電一體化課后答案機電一體化（第二版）課后答案第一章。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。？分別實現(xiàn)哪些功能？答：①.機電一體化系統(tǒng)由計算機、動力源、傳感件、機構、執(zhí)行元件系統(tǒng)五大要素組成。②.對應的五大功能為：控制、動力、計測、構造、操作功能。、變異性設計、適應性設計有何異同？答：開發(fā)性設計是沒有參照產(chǎn)品的設計，僅僅是根據(jù)抽象的設計原理要求，設計出在質量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品。變異性設計是在設計方案和功能結構不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應于量的方面有所變更的需求。適應性設計是在總的設計方案、原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改，或用微電子技術代替原有的機械結構或為了進行微電子控制對機械結構進行局部適應性設計，以使產(chǎn)品在性能和質量上增加某些附加價值。所有機電一體化系統(tǒng)的設計都是為了獲得用來構成事物的有用信息。、虛擬設計、快速響應設計、綠色設計、反求設計等的含義。答：計算機輔助設計是設計機電一體化產(chǎn)品的有力工具，用來設計一般機械產(chǎn)品的CAD的研究成果。并行工程是把產(chǎn)品的設計、制造及其相關過程作為一個有機整體進行綜合協(xié)調的一種工作模式。虛擬設計是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像，是基于虛擬現(xiàn)實技術的新一代計算機輔助設計?？焖夙憫O計是實現(xiàn)快速響應工程的重要環(huán)節(jié)，快速響應工程是企業(yè)面對瞬息萬變的市場環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應市場的新系統(tǒng)，快速響應設計的關鍵是有效開發(fā)和利用各種系統(tǒng)信息資源。綠色設計是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的一個新概念。綠色設計就是在新系統(tǒng)的開發(fā)階段，就考慮其整個生命周期內對環(huán)境的影響，從而減少對環(huán)境的污染、資源的浪費、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。反求設計是以現(xiàn)代設計理論、方法和技術為基礎，運用各種專業(yè)人員的工程設計經(jīng)驗、知識和創(chuàng)新思維，對已有的系統(tǒng)進行剖析、重構、再創(chuàng)造的設計。第二章，其基本導程λ0=6mm、一端的齒輪齒數(shù)為100、另一端的齒輪齒數(shù)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=*6mm=？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：①重量最輕原則②輸出軸轉角誤差最小原則③等小傳動慣量最小原則（2）輸出軸傳動誤差最小原則是：為提高機電一體化系統(tǒng)齒輪傳動的精度，各級傳動比影按先小后大的原則分配，一邊降低齒輪的加工誤差、安裝誤差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末一級齒輪的轉角誤差和傳動比的大小，在設計中最末兩級的傳動比應取大一些，并盡量提高最末一級齒輪副的加工精度。，其減速比為100，柔齒輪數(shù)為100。當剛輪固定時，試求該諧波減速器的鋼輪齒數(shù)及輸出軸的傳動方向（與輸入軸的傳向相比較）。答：根據(jù)公式：iHr=Zr/(zrzg)可知：當iHr=100時，Zg=99，當iHr=100時，Zg=101；故該諧波減速器的鋼輪齒數(shù)為101，柔輪輸出軸方向與波發(fā)生器輸入軸轉向相反。，導軌副的組成、種類及應滿足的基本要求。答：導軌的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。導軌副的組成：導軌副主要由承導件和運動件兩大部分組成。常用的導軌副種類很多，按其接觸面積的摩擦性質可分為滑動導軌、滾動導軌、流體介質摩擦導軌等；按其結構特點可分為開式導軌和閉式導軌。導軌副應滿足的基本要求：導向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好溫度變化影響小以及結構工藝性好等。第三章32 機電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？答：⒈慣量小、動力大⒉體積小、重量輕⒊便于維修、安裝⒋易于微機控制36 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(xiàn)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(xiàn)電機的轉向控制。為使其實現(xiàn)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。如圖，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速。311 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(shù)。M=運行拍數(shù)。通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即 M=K*N（N 為電動機的相數(shù)，單拍是 K=1，雙拍時 K=2）。第四章42 試說明微型計算機的基本特點及選用要點。答：較完善的中斷系統(tǒng)，足夠的儲存容量，完備的輸入/輸出通道和實時時鐘；字長，速度，指令。415 鍵盤鍵值是如何確定？答：將行、列線按二進制順序排列，當某一鍵按下時，鍵盤掃描程序執(zhí)行到給該列置0電平，讀出各行狀態(tài)為非1狀態(tài)，這時的行、列數(shù)據(jù)組合成鍵值。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，如書本P168圖 。控制輸出時，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，法官二極管導通并發(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。419 試說明檢測傳感器的選用原則及注意事項。答：首先要根據(jù)使用要求選擇適合自己所需要的，此外還可以采取某些技術措施來改善傳感器的性能如：平均技術，差分技術，穩(wěn)定性處理，屏蔽和隔離。選用傳感器時，要特別注意不同系列產(chǎn)品的應用環(huán)境、使用條件和維護要求。第五章51 回顧所學機械控制工程的相關知識，簡述機電一體化系統(tǒng)設計與機械控制工程理論的關系。答：隨著機電一體化技術的發(fā)展，機械控制工程基礎在機電一體化系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。54 簡述傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的過渡過程、伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性的含義。答：線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)定義為：在零初始值下，系統(tǒng)輸出量拉氏變換與輸入量拉氏變換之比。系統(tǒng)的過渡過程：當系統(tǒng)受到外部干擾時，其輸出量必將發(fā)生變化，但由于系統(tǒng)總含有慣性或儲能元件，其輸出量不可能立即變化到與外部干擾相應的值，而需要有一個過程，這個過程就是系統(tǒng)的過渡過程。伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性：，即系統(tǒng)響應的快速性和震蕩性。，即穩(wěn)態(tài)誤差ess的大小。55 用所學機械控制工程基礎對機電一體化系統(tǒng)元、部件的動態(tài)特性進行分析。答：機械系統(tǒng)在傳遞運動的同時還將進行力的傳遞。因此，機械系統(tǒng)的各構成零部件必須具有承受其所受力的足夠強度和剛度的尺寸。但尺寸一大，質量和轉動慣量就大，系統(tǒng)的響應就慢。，輸入為力Fx(t)時，其響應為Fy(t)或y(t)=f(x(t))，系統(tǒng)負載質量和慣量不同，其響應快慢也不同。如果是齒輪減速器，其機構的運動變換函數(shù)y=f(x)=()x就是線性變換。如果只有機構的轉動慣量Jm，則其動態(tài)特性為1t1，如果只有負載轉動慣量JL，則其負載反2(Jms)力為JLs2y。包括負載在內的機械總體的動態(tài)特性，以傳遞函數(shù)形式可表示為X(s)/Fx(s)=1/[(Jm+JL/i2)s2]第六章64 簡述數(shù)控機床坐標系的定義規(guī)則。答：數(shù)控機床坐標系統(tǒng)采用右手直角笛卡兒坐標系，確定機床坐標系時，假定刀具相對工件做相對運動。該標準規(guī)定機床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標。當機床有機個主軸時，則選一個垂直于工件裝夾面的主軸為Z軸。規(guī)定增大工件和刀具距離的方向為Z的正方向。X坐標是水平的，它平行于工件的裝夾面。對工件旋轉的機床，取刀具遠離工件的方向為X的正方向。對于刀具旋轉的機床則規(guī)定：當Z軸為水平時，從刀具主軸后端向工件方向看，X正方向為向右方向；當Z軸為垂直時，對單立柱機床，面對刀具主軸向主軸方向看，右手方向為正方向。y坐標按右手直角笛卡兒坐標系確定其正方向。65 了解數(shù)控編程的輔助功能M指令代碼和數(shù)控G指令代碼。答：M指令代碼：M00程序停機M01選擇停機，按下“選擇?！卑粹o后才起作用；M02程序結束，到下一程序的起點；M03主軸順時針方向旋轉；M04主軸逆時針方向旋轉；M05主軸停轉；M06換刀；M07開號冷卻液；M08開*號冷卻液；M09關閉冷卻液；M10夾緊；M11松開；M30程序終了，返回到程序起點。G指令代碼：（G1G1G19）；（G90、G91）；（G00）（G01）；（G01）；（GG4G42）66 簡述數(shù)控（CNC）加工程序編制的主要內容。答：數(shù)控（CNC）程序編制分手工編程和自動編程。手工編程是指從分析零件圖、制訂工藝規(guī)程、計算刀具運動軌跡、編寫零件加工程序單、制作程序介質直到程序效應，整個過程主要由人工來完成，這種人工制備零件加工程序的方法稱手工編程。編制零件加工程序的全部過程主要由計算機來完成的編程方法稱自動編程。第七章77 在閉環(huán)之外的動力傳動鏈齒輪傳動間隙對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有無影響？為什么答：有。由于動力傳動鏈存在齒輪傳動間隙，當電動機在齒隙范圍內運動時，被控對象不轉動，沒有反饋信號，系統(tǒng)暫時處于開環(huán)狀態(tài)。當電動機轉過齒隙后，主動輪于從動輪產(chǎn)生沖擊接觸，此時誤差角大于無齒輪加你時的誤差角，因此從動輪以較高的加速度轉動。又因為系統(tǒng)具有慣量，當被控對象轉角qc等于輸入轉角qr時，被控對象不會立即停下來，而靠慣性繼續(xù)轉動，使被控對象比無間隙時更多地沖過平衡點，這又使系統(tǒng)出現(xiàn)較大的方向誤差。如果間隙不大，且系統(tǒng)中控制器設計得合理，那么被控對象擺動的振幅就越來越小，來回擺動幾次就停止在qc=qr平衡位置上。如間隙較大，且控制器設計得不好，那么被控對象就會反復擺動，即產(chǎn)生自激振蕩。因此，閉環(huán)之內動力傳動鏈中的間隙會影響伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。78 何謂機電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？答：所謂的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力。79 機電一體化系統(tǒng)的“失效”與“故障”有何異同？答：如果產(chǎn)品不能完成規(guī)定功能，就稱為失效，對于可修復的系統(tǒng)也可稱故障。710 保證機電一體化系統(tǒng)可靠性的方法有哪些? 答：；；。