【正文】 A/D 轉(zhuǎn)換過程。..................................................................11 56 簡述兩自由度機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)方程。........................................13 。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。？分別實(shí)現(xiàn)哪些功能？答：機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）要素功能控制器（計(jì)算機(jī)等）控制（信息存儲(chǔ)、處理、傳送）檢測(cè)傳感器計(jì)測(cè)（信息收集與變換）執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)（操作）動(dòng)力源提供動(dòng)力（能量）機(jī)構(gòu)構(gòu)造？答：物質(zhì)、能量、信息。另一種是輸入/輸出。該方法的特點(diǎn)是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品（系統(tǒng)）中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。組合法它是將結(jié)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(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱組合法。22 機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是什么？答：傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。210 現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，其基本導(dǎo)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(dāng)其一端的外齒輪相對(duì)另一端的外 齒輪轉(zhuǎn)過 2 個(gè)齒時(shí)，試問：兩個(gè)螺母之間相對(duì)移動(dòng)了多大距離？答：Z1 =100，Z2 =98，ΔS=(2/Z1)* λ0=*6 mm= mm?？傓D(zhuǎn)角誤差主要 取決于最未一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)動(dòng)比的大小，在設(shè)計(jì)中最未兩級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)取大一些，并盡量提高最未一級(jí)齒輪的加工精度。求：該傳動(dòng)系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn) 角誤差?φmax。2－18 諧波齒輪傳動(dòng)有何特點(diǎn)？傳動(dòng)比的計(jì)算方法是什么？答：（1）諧波齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡單、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)、效率高等特點(diǎn)。故諧波齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比可以應(yīng)用行星輪系求傳動(dòng)比的方式來計(jì)算。當(dāng)柔性輪固定時(shí)，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(dāng)剛性輪固定時(shí)，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(shù)為 99 當(dāng)剛輪固定時(shí), 試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向(與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較)答：根據(jù)公式:iHr=Zr/(zrzg)可知:當(dāng) iHr=100 時(shí),Zg=99,（但一般剛輪齒數(shù)比柔輪齒數(shù)多，所以舍去）當(dāng) iHr=100 時(shí),Zg=101。(提示：一般來說，剛輪僅比柔輪多幾個(gè)齒；剛輪固定時(shí)，柔輪與輸出軸固聯(lián)；柔輪固定 時(shí)，剛輪與輸出軸固聯(lián)，兩種情況下，波發(fā)生器均與輸入軸固聯(lián))?答(1)圓柱齒輪傳動(dòng):1 偏心套(軸)調(diào)整法。3 雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。（3）錐齒輪采用彈簧調(diào)整方式。答: 種 類特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電 動(dòng) 式可使用商用電源；信號(hào) 與動(dòng)力的傳動(dòng)方向相同；有交流 和直流之別，應(yīng)注意電壓之大小操作簡便；編程容易；能 實(shí)現(xiàn)定位伺服；響應(yīng)快、能與 CPU相接；體積小、動(dòng)力較 大；無污染瞬時(shí)輸出功率大；過載能力 差，特別是由于某種原因而 卡住是，會(huì)引起燒毀事故，易受外部噪聲影響氣 動(dòng) 式空氣壓力源的壓力為（57）10 5 Pa；要求操作人員技術(shù)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(dòng)作不夠平穩(wěn)，不易小型化，遠(yuǎn)距離 傳輸困難，工作噪聲大，難 于伺服液 動(dòng) 式要求操作人員技術(shù)熟 練；液壓源壓力（2080）10 5 Pa輸出功率大，速度快，動(dòng) 作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺 服；易于 CPU 相接；響應(yīng) 快設(shè)備難于小型化，液壓源或 液壓油要求（雜質(zhì)、溫度、油量、質(zhì)量）嚴(yán)格；易泄露 且有污染32 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求是什么？答: 1 慣量小、動(dòng)力大體積小、重量輕便于維修、安裝易于微機(jī)控制33 簡述控制用電動(dòng)機(jī)的功率密度及比功率的定義。目前常用晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動(dòng)和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)兩種方式。脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)輸入一個(gè)直流控制電壓 U 時(shí)，就可得到一定寬度與 U 成比例的脈沖方波給伺服電機(jī)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(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。答：通過電源的通斷來獲得電壓脈沖信號(hào)，控制通斷的時(shí)間比來獲得不同的電壓脈沖，通 的時(shí)間越長，獲得的平均電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)的就快，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)的就慢。為使其實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速，多采用橋式電路，其工作原理與 線性放大橋式電路相似。分別記作 1 和 3 的基極上加以正脈沖的同 時(shí)，在 2 和 4 的基級(jí)上加以負(fù)脈 沖，這時(shí) 1 和 3 導(dǎo)通，2 和 4 導(dǎo) 通。電流的方向與前 一情況相反，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(fù)和導(dǎo)通率就可以改變電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。簡述步進(jìn)電機(jī)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(lì)磁繞組，定子 A 相磁極就產(chǎn)生磁通，并對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子的 1 3 兩個(gè)齒與定子的 A 相磁極對(duì)齊，而后再將電脈沖通入B 相磁繞組，B 相磁極便產(chǎn)生磁通，這時(shí)轉(zhuǎn)子 2 4 兩個(gè)齒與 B 相磁極靠的最近，于是轉(zhuǎn)子便沿著逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過 30 度角，使轉(zhuǎn)子 2 4 兩個(gè)齒與定子 B 相磁極對(duì)齊。7311 簡述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計(jì)算方法？答： a=360/（K*M）式中：Z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)。通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即 M=K*N（N 為電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，單拍是 K=1，雙拍時(shí) K=2）。 用小規(guī)模集成電路搭接而成的脈沖分配器。沒有脈沖輸入時(shí) 3DK4 和3DD15 功率晶體管截止，繞組中無電流通過，電機(jī)不轉(zhuǎn)。電路終于繞組并聯(lián)的二極管 VD 其續(xù)流作用記在功率截至?xí)r，是儲(chǔ)存在繞組中的能量通過二級(jí)管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。有脈沖通過時(shí)，VTVTVTVT4 飽和導(dǎo)通，在 vt2 有截止到飽和期間，其集電極電流，迅速上升。12v 低電壓經(jīng) vd1 加到電動(dòng)機(jī)繞組我 w 上并維持繞組中的電流。8機(jī)電一體化技術(shù)第 4章參考答案試說明 CPU、MC 和 MCS 之關(guān)系。微型計(jì)算機(jī)簡稱 MC。上述微處理機(jī)、微型計(jì)算機(jī)都是從硬件角度定義的，而計(jì)算機(jī)的使用離不開軟件支持。在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會(huì)遇到的問題是什么？答： 在設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，首先會(huì)遇到專用與通用的抉擇和硬件與軟件的權(quán)衡問題。答:光電隔離電路主要 由光電耦合器的光電 轉(zhuǎn)換元件組成，如下 ，從上圖 a 可知，微機(jī)輸出的控 制信號(hào)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。這時(shí)光敏晶體管截止，輸出信號(hào)幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電 壓。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。答：①模擬量接口方式：傳感器輸出信號(hào)→放大→采樣/保持→模擬多路開關(guān)→A/D 轉(zhuǎn)換→ I/O 接口→微機(jī)②開關(guān)量接口方式：開關(guān)型傳感器輸出二值式信號(hào)(邏輯 1 或 0)→三態(tài)緩沖器→微機(jī) 10③數(shù)字量接口方式：數(shù)字型傳感器輸出數(shù)字量(二進(jìn)制代碼、BCD 代碼、脈沖序列等)→計(jì)數(shù)器→三態(tài)緩沖器→微機(jī) 11機(jī)電一體化技術(shù)第 5章參考答案52 簡述采樣定理？如果 是有限帶寬信號(hào)，即| | 時(shí)，E（j）=0。也就是說，若，則由 可以完全地恢復(fù) e（t）。模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置每隔 T 秒對(duì)輸入的連續(xù)信號(hào) e（t）進(jìn)行一次采樣，采樣信號(hào)為 e*（t），如 圖 a 所示。將采樣信號(hào)經(jīng)量化后成為數(shù)字信號(hào) 的過程是一個(gè)近似過程，稱量化過程。如圖 b 所示，采樣信號(hào) A1為 ，則量化值 A1 ’為 2V，用數(shù)字 010 來代表； 采樣信號(hào) A2為 ，則量化值 A2 ‘為 3V，用數(shù)字量 011 代表。ab55 簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學(xué)方程。由于 相互獨(dú)立，則對(duì)第 i 個(gè)輸入有用 表示輸入力（或轉(zhuǎn)矩）時(shí)，寫成式中 ——力（或轉(zhuǎn)矩）的變換系數(shù)，是 n*m 矩陣。答：首先利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法將軌跡｛x(t),y(t)｝變換成為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)φ1(t)、φ2(t)，然后從φ1和φ2導(dǎo)出計(jì)算關(guān)節(jié)力矩 TT2的計(jì)算公式。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解可由 Lagrange 公式解出。13機(jī)電一體化技術(shù)第 7章參考答案73 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的典型負(fù)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(fù)載是指慣性負(fù)載、外力負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載（滑動(dòng)摩擦負(fù)載、粘性摩擦 負(fù)載、滾動(dòng)摩擦負(fù)載等）。第一式表示等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)上述系統(tǒng)在時(shí)間 t 內(nèi)克服負(fù)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(shí) 間 t 內(nèi) 的 轉(zhuǎn) 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(shè)有一工作臺(tái) x 軸驅(qū)動(dòng)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(tái)與導(dǎo)軌間為滑動(dòng)摩擦，其摩 擦系數(shù)為 ，試求轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效轉(zhuǎn)矩。（3）當(dāng)工作臺(tái)向左時(shí)：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。n3=360。n11=720。ns=180。ph=5。j1=.01。j3=.02。j11=.024。js=.012。v1=ns*ph*.001。fc=600。fiz=fs+(fc+ma*)*。tiz=fiz*v1/nd /(2*pi)。以閉環(huán)控制方式為例：圖（1）為檢測(cè)傳感器裝在絲桿端部的半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。該圖的傳遞函數(shù)為 15G（s）= ===式中：K=(1)用滾珠絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)的伺服進(jìn)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(jī)增益；速度反饋增益；直流伺服電機(jī)時(shí)間常數(shù)；減速比；位置檢測(cè)傳感器增益；（s）輸入電壓的拉氏變換；絲杠輸出轉(zhuǎn)角的拉氏變換當(dāng)系統(tǒng)受到外擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩 時(shí)，圖（2）就變?yōu)閳D（3）。Kp 越大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，但是存在調(diào) 節(jié)誤差。（2）積分（I）調(diào)節(jié)積分調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)圖如圖(b)，其傳遞函數(shù)為Gc(s)=1/（Tis）式中 Ti=RC。（3）比例積分（PI）調(diào)節(jié)其網(wǎng)絡(luò)如圖(c)。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(diǎn)，又避免了積分環(huán)節(jié)響應(yīng)慢的弱17點(diǎn)，既能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能能，又能改善其動(dòng)態(tài)性能。T=R1C1R2C2 ?(R1C1+R2C2)。但是，由于它含有微分作用，在噪聲比較大或要求響應(yīng)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(dòng)態(tài)性能也比用 PI調(diào)節(jié)器時(shí)好。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(jī)電一體化課后答案機(jī)電一體化（第二版）課后答案第一章。？分別實(shí)現(xiàn)哪些功能？答：①.機(jī)電一體化系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、動(dòng)力源、傳感件、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行元件系統(tǒng)五大要素組成。、變異性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)有何異同？答：開發(fā)性設(shè)計(jì)是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理要求，設(shè)計(jì)出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品。適應(yīng)性設(shè)計(jì)是在總的設(shè)計(jì)方案、原理基本保持不變的情況下，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以使產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上增加某些附加價(jià)值。、虛擬設(shè)計(jì)、快速響應(yīng)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)等的含義。并行工程是把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及其相關(guān)過程作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)的一種工作模式?？焖夙憫?yīng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要環(huán)節(jié)，快速響應(yīng)工程是企業(yè)面對(duì)瞬息萬變的市場(chǎng)環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應(yīng)市場(chǎng)的新系統(tǒng)，快速響應(yīng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是有效開發(fā)和利用各種系統(tǒng)信息資源。綠色設(shè)計(jì)就是在新系統(tǒng)的開發(fā)階段，就考慮其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，從而減少對(duì)環(huán)境的污染、資源的浪費(fèi)、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。第二章，其基本導(dǎo)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(dāng)其一端的外齒輪相對(duì)另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過2個(gè)齒時(shí)，試問：兩個(gè)螺母之間相對(duì)移動(dòng)了多大距離？答：Z1=100，Z2=98，ΔS=（2/Z1）*λ0=*6mm=？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？答：（1）各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是：①重量最輕原則②輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則③等小傳動(dòng)慣量最小原則（2）輸出軸傳動(dòng)誤差最小原則是：為提高機(jī)電一體化系統(tǒng)齒輪傳動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)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(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。，其減速比為100，柔齒輪數(shù)為100。答：根據(jù)公式：iHr=Zr/(zrzg)可知：當(dāng)iHr=100時(shí)，Zg=99，當(dāng)iHr=100時(shí)，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(zhuǎn)向相反。答：導(dǎo)軌的作用是支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。常用的導(dǎo)軌副種類很多，按其接觸面積的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等；按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。第三章32 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求是什么？答：⒈