填空题、简答题1、简述机电一体化的定义和机电一体化系统的基本组成要素。机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。基本组成要素：控制器、检测传感器、执行元件、动力源、机构2、何为机电一体化系统的“可靠性”？可靠性是指系统（产品）在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的动力。3、试述机电一体化设计中控制用微机的种类及其特点。通常按组装形式、微处理机位数、微处理机的制造工艺或封装芯片数及用 途范围进行分类。1、较完善的适时中断系统：实时控制能力，紧急处理能力。2、足够的存储 容量：有效地保证微机系统软件、应用软件、数据处理工作的正常运行3、完善 的输入/输出通道：逻辑、数字、模拟通道，以及输入/输出通道接口数。4、实 时时钟控制：作为控制系统实现控制功能的基准。除此之外，还有一些特殊要求：字长、运行速度、指令、成本、编程难易、 输入/输出接口扩展能力等。4、光电隔离电路的主要作用有哪些方面？1、可将输入与输出两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电2、可 以进行电平转换3、提高驱动能力5、机电一体化系统中主要的干扰源有哪些？有哪些抗干扰的措施？干扰源：供电干扰、强电干扰、接地干扰、辐射干扰措施：1、供电系统的抗干扰措施主要是稳（稳压）、滤（滤波）、隔（隔离）2、接口电路的抗干扰措施是采取吸收的方法抑制其产生，然后采取 隔离的方法，阻断其传导3、接地系统的抗干扰措施的主要方法是 切断接地环路，例如单点接地、并连接地、光电隔离。6、试比较开环、半闭环和闭环伺服系统的优缺点。开环结构简单，造价低，维护较容易；半闭环结构简单，调试方便，加工 精度高；闭环系统加工精度高，速度快，技术要求高，制造成本也高。7、机电一体化系统的设计方法通常有哪几种？大致有哪几种设计类型？设计方法：相似设计法、模拟设计法、有限元设计法、可靠性设计法、动态分析设 计法、优化设计法等。设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计。8、机电一体化系统对检测传感器的基本要求是什么？1、体积小、重量轻、对整机的适应性好2、精度和灵敏度高、响应快、稳 定性好、信噪比高3、安全可靠、寿命长4、便于与计算机连接5、不易受被测 对象的影响，也不影响外部环境6、对环境条件适应能力强7、现场处理简单、 操作性能好8、价格低廉9、试述提高软件设计可靠性的措施有哪些？1、增加系统信息管理的软件，与硬件配合，对信息进行保护2、利用软件冗 余，防止信息的输入/输出过程及传送过程中出错，如对关键数据采用重复校验 方式,对信息采用重复传送并进行校验等3、编制诊断程序，进行发现故障，找 出故障的部位，以便缩短修理的时间4、用软件进行系统调度，这包括在发生故 障时，进行现场保护、迅速将故障装置切断成备用装置；在过负载或环境条件 变化时，采取应急措施；在排除故障后，使系统迅速恢复正常并投入运行等。10、举例说明单片机、工控机、PLC在机电一体化系统中的应用。PLC：开关量的控制，运动控制，过程控制，数据处理，通讯联网。 工控机：作为机电一体化系统中控制中心。有指挥、协调作用。 单片机：微机控制的车床、钻床中的控制器11、机电一体化系统的“失效”与“故障”有何异同？同：是一种破坏系统（产品）工作能力的事件，它们越频繁可靠性就越低。 异：产品不能完成规定功能称为失效；对于可修复的系统（产品）称为故障。12、保证机电一体化系统（产品）可靠性的方法有哪些？提高系统（产品）的设计和制造质量；冗余技术；诊断技术。13、机电一体化系统设计时的稳态设计和动态设计各包含哪些内容？A）稳态设计包括使系统的输出运动参数达到技术要求、执行元件（如电动机） 的参数选择、功率（或转矩）的匹配及过载能力的验算、各主要元部件的选 择与控制电路设计、信号的有效传递、各级增益的分配、各级之间阻抗的匹 配和抗干扰措施等，并为后面动态设计中的校正补偿装置的引入留有余地。B）动态设计主要是设计校正补偿装置，是系统满足动态技术指标要求，通常 要进行计算机仿真，或借助计算机进行进行辅助设计。14、为保证机电一体化系统（产品）的安全性，举例说明在设计中应釆取哪些 措施？以工业机器人为例，安全措施有：1、设置安全栅2、安装警示灯3、安装监视器4、安装防越程装置5、安装紧急停止装置6、低速示教15、机电一体化系统中的执行元件有哪些？对其的基本要求是什么？执行元件：电动式执行元件、液动式执行元件、气动式执行元件 基本要求：1、惯量小、动力大2、体积小、重量轻3、便于维修、安装4、易于微机控制。16、机电一体化系统（产品）设计中各级传动比的分配原则是什么？1、重量最轻原则2、输出轴转角误差最小原则3、等效转动惯量最小原则。17、简述输出轴转角误差最小原则的含义是什么？为了提高机电一体化系统齿轮传动系统的精度，各级传动比应按先小后大的 原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精 度的影响。18、轴系设计的基本要求有哪些？旋转精度、刚度、抗震性、热变形、轴上零件的布置。19、什么是机电互补法、结合法、组合法？机电互补法：又称取代法。该方法的特点是利用通用和专用电子部件取代传 统机械产品（系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。结合法：是将各组要素有机结合为一体构成构成专用或通用的功能部件（子 系统），其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。组合法：是将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统）、功能模块，像 积木那样组合成各种机电一体化系统（产品）。21、机电一体化系统的接口功能有有哪两种？1、变换、调整；2、输入/输出22、机电一体化系统（产品）的主要评价内容有哪些？高性能化、低价格化、高可靠性化、智能化、省能化、轻薄短小化、高附加 价值化。23、说明机电一体化系统（产品）的设计步骤。1、根据目的功能确定产品规格、性能指标2、系统功能部件、功能要素的 划分3、接口的设计4、综合评价5、可靠性复查6、试制与调试。20、开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？同：都是为了获得用来构成事物（产品或系统）的有用信息。异：a）开发性设计：是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和 要求，设计出在质量和性能方面满足目的的要求的产品（系统）。b）适应性设计：是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有 产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子 控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附 加价值。c）变异性设计：是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品 的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。24、机电一体化系统由哪些子系统所组成？分别实现哪些功能？机械系统：构造功能；信息处理系统：控制功能；动力系统：动力功能； 传感检测系统：计测功能；执行元件系统：操作功能。25、传感器的选用原则及注意事项。1、传感器的选用原则：主要是依据传感器的使用要求和被控制对象的控制精度要求选择适用的传 感器。2、传感器选用的注意事项：在确保主要性能参数和指标的条件下，适当可放宽次要的性能指标和指标要 求，以便获得较高的性能价格比。注意：不能盲目的追求传感器各种性能 指标均高的传感器选择方法或原则。分析题1、选择滚珠丝杠副支承方式A）、单推-单推式支承，特点：两端止推轴承可使滚珠丝杆产生预拉伸力，提高了 丝杆安装刚度，预拉力越大，轴承寿命降低，低于双推双推式支承。B）、双推-筒支式 支承，特点：滚珠丝杆一端固定并产生一定预拉伸力，另一端筒支可适当的提高丝杆安 装刚度，丝杆无热变形应力，适用于中速，传动精度较高的长丝杆传动系统。0、双推 -双推式支承，特点：两端止推轴承可使滚珠丝杆产生较大的预拉伸力，丝杆安装刚度 最高，预拉力随温度变化而变化，两端轴承预紧力不均。适用于高刚度，高转速，高精 度的精密丝杆传动系统。D）、双推-自由式支承，特点：一端固定，另一端自由，丝杆 刚度较差，承载能力低，常用于轻载，低速，垂直安装的丝杆传动。2、直流（DC）伺服电动机的驱动要实现对直流电动机的速度和方向进行调节控制，通常可用两种驱动控制方式：晶 体管直流脉宽调制驱动，晶闸管直流脉宽调速驱动。A）、脉宽调速驱动（PWM）工作原理：当输入一个直流控制电压u时就可 得到一定宽度与u成比例的脉冲方波给伺服电机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改 变电枢回路的平均电压，从而得到不同大小的电压值Ua，使直流电动机平滑调速。设 开关S周期性地闭合、断开，闭和开的周期是T。在一个周期T内，闭合的时间是t， 开断的时间是Tt，若外加电源电压U为常数，则电源加在电动机电枢上的电压波形 将是一个方波列，其高度为U,宽度为t,则一个周期内电压的平均值为Ua=1/T oTUdt二 t /TU= u U，式中u -导通率。又称占空系数，卩二t/T。B）、直流电动机的方向控制为使电动机实现双向调速，多采用桥式电路，其工作原理与线性放大桥式电路相似。 电桥由四个大功率晶体管VT1VT4组成。如果在VT1和VT3的基极上加以正脉冲的同 时，在VT2和VT4的基极上加负脉冲，这时VT1和VT3导通，VT2和VT4截止，电流沿 +90VfCfVT1fdfMfbfVT3af0V的路径流通，设此时电动机的转向为正向。反之， 如果在晶体管VT1和VT3的基极上加负脉冲，在VT2和VT4的基极上加正脉冲，则VT2 和VT4导通，VT1和VT3截止，电流沿+90Vcf VT2bMf df VT4a0V的路径流 通，电流的方向与前一情况相反，电动机反向旋转，显然，如果改变加在VT1和VT3、 VT2和VT4这两组管子基极上控制脉冲的正负和导通率u,就可以改变电动机的转向和 转速。3、交流（AC）伺服电动机及其驱动矢量控制原理：交流电动机的等效电路如图3.7a所示，图中门、X1为定子绕组 的电阻和漏抗；r2、X2为归算过的转子绕组的电阻和漏抗；rm代表与定子铁心相对应 的等效电阻；Xm为主磁通相对应的铁心电路的电抗；s为转差率，其电流矢量图如图， 为了简化控制电路，在忽略r1、X1、r2、rm时，上述等效电路图可简化成图，电流矢 量如图。从电流矢量可知：11二（I2m+I22） 1/2，而Im （励磁电流）可以认为在整个 负载范围内保持不变，而电磁转矩正比于12。当要求转矩加大为原来的两倍时，则要 求I2也为原来的两倍。为此，只需将输入电流从I1变成I1 即可。由此可知，矢量 控制就是要同时控制电动机输入电流I1的幅值和相位V,以得到交流电动机的最佳控 制。4、步进电动机与驱动工作原理：步进电机又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其轴 收入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一电脉冲，转子就转过一个相应 的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间 上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获 得所需的转角，转速和转向，很容易用微机实现数字控制。5、步进电机的运行特性与性能指标1分辨力在一个点脉冲作用下（即一拍），电动机转子转过的角位移，即步距角a越小，分 辨力越高，最常用的步距角有 0.6 /1.2 ,0.75 /1.5 ,0.9 /1.8 ,1 /2 1.5 /3 等。2.静态特性步进电机的静态特性是指它在稳定状态时的特性，包括静转矩，矩-角特性及静态 稳定区。矩-角特性：在空载状态下，给步进电机某相通以直