第一篇：機電一體化答案

1、控制用電機有哪些種類、特點及應(yīng)用？

控制用電動機：力矩電動機、脈沖電動機、開關(guān)磁阻電動機、變頻調(diào)速電動機和各種AC/DC電動機...在額定輸出功率相同的條件下，比功率（dp/dt）：交流伺服電機>直流伺服電機>步進電機。

控制用旋轉(zhuǎn)電機按工作原理分：（1）旋轉(zhuǎn)磁場型：同步電動機（永磁）、步進電機（永磁）；（2）旋轉(zhuǎn)電樞型：直流電動機（永磁）、感應(yīng)電動機（按矢量控制等效模型）；

DC伺服電機（永磁）：槽鐵心電樞型、無槽（平滑型）鐵心電樞型、電樞型—無槽（平滑）鐵心型與無鐵心型。AC伺服電機：同步型SM、感應(yīng)型IM 步進電機：變磁阻型（VR）、永磁型（PM）、混合型（HB）

DC伺服電機：

1、高響應(yīng)特性；

2、高功率密度（體積小、重量輕）；

3、可實現(xiàn)高精度數(shù)字控制；

4、接觸換向部件（電刷與換向器）需要維護。應(yīng)用：NC機械、機器人、計算機外圍設(shè)備、辦公機械、音響和音像設(shè)備、計測機械。

晶體管式無刷直流伺服電機：

1、無接觸換向部件；

2、需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；

3、具有DC伺服電機的全部優(yōu)點。應(yīng)用：音響和音像設(shè)備、計算機外圍設(shè)備。

AC伺服電機（永磁同步型）:

1、無接觸換向部件；

2、需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；

3、具有DC伺服電機的全部優(yōu)點;

4、對定于電流的激勵分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制。應(yīng)用：音響和音像設(shè)備、計算機外圍設(shè)備、NC機械、機器人。

AC伺服電機（感應(yīng)型（矢量控制））：

1、對定于電流的激勵分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制；

2、具有DC伺服電機的全部優(yōu)點。應(yīng)用：NC機械、機器人。

步進電機：

1、轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制；

2、有定位轉(zhuǎn)矩；

3、可構(gòu)成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。應(yīng)用：計算機外圍設(shè)備、辦公機械、數(shù)控裝置

2、直流伺服電機的驅(qū)動方式有哪幾種？ 晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動、晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動

3、旋轉(zhuǎn)式步進電機按其結(jié)構(gòu)可分為哪幾種？各有何特點？

1、可變磁阻（VR）型：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子直徑小，有利于快速響應(yīng)。由于VR型步進電機的鐵心無極性，故不需要改變電流極性，因此多為單極性勵磁。該類電動機的定子與轉(zhuǎn)子均不含永久磁鐵，故無勵磁時沒有保持力。具有制造成本高、效率低、轉(zhuǎn)子的阻尼差、噪聲差的缺點。但由于其制造材料費用低、結(jié)構(gòu)簡單、步距角小，隨著加工技術(shù)的進步，可望成為多用途的機種。

2、永磁（PM）型：采用永久磁鐵，即使定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用做定位驅(qū)動。PM型電動機的特點是勵磁功率小、效率高、造價低，因此需求量也大。由于轉(zhuǎn)子磁鐵的磁化間距受到限制，難以制造，故步距角較大。與VR型相比轉(zhuǎn)矩大，但轉(zhuǎn)子慣量也較大。

3、混合（HB）型：具有VR型步進電機步距角小、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點，還具有PM型步進電機勵磁功率小、效率高的優(yōu)點。這類電動機都由轉(zhuǎn)子鐵心的凸極數(shù)決定步距角的大小，可制造出步距角較小的電動機。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動機。由于采用了永久磁鐵，所以無勵磁時具有保持力。勵磁時的靜止轉(zhuǎn)矩都比VR型步進電機的大。HB和PM型步進電機能夠用做超低速同步電動機。步進電機與DC和AC伺服電機相比起轉(zhuǎn)矩、效率、精度、高速性比較差，但步進電機具有低速時轉(zhuǎn)矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優(yōu)點，應(yīng)用在辦公室自動化方面的打印機、繪圖機、復印機等機電一體化產(chǎn)品，在工廠自動化方面也可以代替低檔的DC伺服電機。

4、步進電機有哪幾種通電方式？步距角與通電方式有否有關(guān)？ 答：三相步進電機：

1、單相輪流通電方式，三相單三拍通電。

2、雙相輪流通電方式，三相雙三拍通電.3、單雙相輪流通電方式，三相六拍通電。其他相步進電機。。

步距角與通電方式的關(guān)系：α運行拍數(shù)。

5、步進電機的主要性能指標有哪些？

答：

1、分辨力；

2、靜態(tài)特性；

3、動態(tài)特性—（1）動態(tài)穩(wěn)定區(qū)（2）啟動轉(zhuǎn)矩Tq（3）最高連續(xù)運行頻率及矩-頻特性（4）空載啟動頻率與慣-頻特性；

4、步進電機技術(shù)指標實例—型號表示方式、技術(shù)性能參數(shù)：相數(shù)、步距角、電壓、相電流、最大轉(zhuǎn)矩、空載啟動頻率、空載運行頻率、電感、電阻、分配方式、外形尺寸（軸徑）、質(zhì)量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量

6、步進電機驅(qū)動電源的組成及作用有哪些？

答：驅(qū)動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。

驅(qū)動電源是將變頻信號源（微機或數(shù)控裝置等）送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動地循環(huán)供給電動機各相繞組，以驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。

7、實現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的方法有哪些，各有何特點？

答：1軟環(huán)分（采用計算機軟件，利用查表或計算方法來進行脈沖的環(huán)形分配）；充分利用計算機軟件資源以減低硬件成本，對多相的脈沖分配具有更大的優(yōu)點；但軟環(huán)分占用計算機的運行時間，會使插補一次的時間增加，易影響步進電機的運行速度。

2、采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)形脈沖分配器；

靈活性很大，可搭接任意相、任意通電順序的環(huán)形分配器，同時在工作時不占用

=360°/（zm）；α

：步距角；z:轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m為計算機的工作時間。

3、采用專用環(huán)形分配器器件，如CH250。

可以實現(xiàn)三相步進電機的各種環(huán)形分配，使用方便、接口簡單、種類眾多、功能齊全，有的還具有其他許多功能。

8、單電壓、雙電壓、斬波恒流功放電路的特點？

答：

1、單電壓功放電路：結(jié)構(gòu)簡單，但繞組串聯(lián)的電阻在大電流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。同時由于繞組電感較大，電路對脈沖電流的反映較慢，因此輸出脈沖的波形差、輸出功率低。主要用于對速度要求不高的小型步進電機中。

2、雙電壓功放電路：該功放電路僅在脈沖開始的一瞬間接通高壓電源，其余的時間均由低壓供電，故效率很高。由于電流上升率高，故高速運行性能好，但由于電流波形陡，有時還會產(chǎn)生過沖，故諧波成分豐富，致使電動機運行時（尤其在低速時）振動較大。

3、斬波恒流功放電路：該電路去掉了限流電阻，效率顯著提高，并利用高壓給電動機繞組儲能，波的前沿得到了改善，從而使步進電機的輸出加大，運行效率得到提高。

9、步進電機的微機控制方式有哪些？各有何特點？

答：

1、串行控制：在具有串行控制功能的單片機系統(tǒng)中驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。因為這種系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動電源之間具有較少的連線將信號送入步進電機驅(qū)動電源的環(huán)形分配器。

2、并行控制：并行控制是用微型計算機系統(tǒng)的整個端口直接去控制步進電機各相驅(qū)動電路的方法。在電動機驅(qū)動電源內(nèi)，還包括環(huán)形分配器，而且并行控制功能必須由微型計算機系統(tǒng)完成。

10、步進電機升降速規(guī)律有哪些？各有何特點？

答：

1、按照直線規(guī)律升速；加速度為恒指，要求步進電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。

2、按指數(shù)規(guī)律升速；加速度是逐漸下降的，接近電動機輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

1、滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有幾種？各有何特點？

答：內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。優(yōu)點滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。缺點：反向器加工困難、裝配調(diào)整不方便。

外循環(huán)：滾珠在循環(huán)反向時離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外坐循環(huán)運動。（1）螺旋槽式；工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造。但擋珠器剛性差、易磨損。（2）插管式；結(jié)構(gòu)簡單、易于制造；但徑向尺寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。（3）端蓋式；結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準確制作而影響其性能，故應(yīng)用較少。常以單螺母形式用做升降傳動機構(gòu)。

2、滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式有幾種？各有何特點？

答：（1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式L；結(jié)構(gòu)簡單剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進行調(diào)整；（2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式Ch或C；可實現(xiàn)定量調(diào)整，即可進行精密微調(diào)，使用中調(diào)整較方便。（3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式D；結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。（4）彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式；能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。（5）單螺母變位導程預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式B。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但使用過程中不能調(diào)整，且制造困難。

3、滾珠絲杠副的支承方式有幾種？各有何特點？

答：（1）單推-單推式；軸向剛度較高，預(yù)拉伸安裝時，預(yù)緊力較大，但軸承壽命比雙推-雙推式低；（2）雙推-雙推式；軸向剛度較高，適合于高剛度、高轉(zhuǎn)速、高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)。但隨著溫度的升高會使絲杠的預(yù)緊力增大，易造成兩端支承的預(yù)緊力不對稱；（3）雙推-簡支式；軸向剛度較低，應(yīng)注意減少絲杠熱變形的影響。雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。（4）雙推-自由式；軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系統(tǒng)。

4、滾珠絲杠的公稱直徑應(yīng)根據(jù)什么選擇？基本導程應(yīng)根據(jù)什么選取？

答：公稱直徑d0應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長度L1在允許的情況下要盡量短，一般取L1/d0小于30為宜。基本導程Ph（或螺距t）應(yīng)按承載能力、傳動精度及傳動速度選取，Ph大，承載能力也就大；Ph小，傳動精度較高。要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲杠副。

5、在伺服電機驅(qū)動負載的傳動系統(tǒng)中，常采用什么方式選擇最佳傳動比？ 答：采用使負載加速度最大的方法。

6、齒輪傳動系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配原則有哪些？各適用于何種場合？

答：（1）重量最輕原則；適用于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)；（2）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則；適用于要求傳動精度高，回程誤差小的傳動齒輪系；（3）等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則；適用于要求運動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系。

7、直齒圓柱齒輪傳動和斜齒圓柱齒輪傳動齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪幾種？各有何特點？

答：

1、直齒圓柱齒輪傳動

（1）偏心套（軸）調(diào)整法；結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙不能自動補償；（2）軸向墊片調(diào)整法；轉(zhuǎn)配時軸向墊片使齒輪之間齒側(cè)間隙小，運轉(zhuǎn)又靈活。特點同（1）；（3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法；可自動補償側(cè)隙。1）周向彈簧式；受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于功率驅(qū)動裝置。2）可調(diào)彈簧式；

2、斜齒圓柱齒輪傳動

消除斜齒輪傳動齒側(cè)隙的方法與上述錯齒調(diào)整法基本相同。1）墊片錯齒調(diào)整法；結(jié)構(gòu)比較簡單，但調(diào)整較費時，且齒側(cè)間隙不能自動補償。2）軸向壓簧錯齒調(diào)整法；齒側(cè)隙可以自動補償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)欠緊湊。

8、滑動導軌的截面形狀有哪些?各有何特點？導軌間隙的調(diào)整方法有哪些？各適合何種場合？

答：(1)三角形（分對稱、不對稱兩類）；導向精度較高。導軌水平與垂直方向誤差相互影響，給制造、檢驗和修理帶來困難。(2)矩形導軌；結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和修理方便，導軌面較寬，承載能力大，剛度高，應(yīng)用廣泛；(3)燕尾型導軌；磨損后不能自動補償間隙，需設(shè)調(diào)整間隙裝置。兩燕尾面起壓板作用，用一根鑲條就可調(diào)節(jié)水平和垂直方向的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊，可以承受顛覆力矩；但剛度較差，摩擦力較大，制造、檢驗和維修都不方便。適用于運動速度不高、受力不大、高度尺寸受到限制的場合。（4）圓形導軌；制造方便但磨損后難以調(diào)整和補償間隙，適用于同時作直線運動和轉(zhuǎn)動的地方或者承受軸向載荷的場合。

導軌間隙的調(diào)整方法：壓板和鑲條法兩種。燕尾型導軌：鑲條法；矩形導軌：修刮壓板、修刮調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒ǎ黄借倵l調(diào)整用于受力較小、或短的導軌。斜鑲條應(yīng)用較廣。三角形導軌的上滑面能自動補償，下滑面的間隙調(diào)整和矩形導軌的下壓調(diào)整底面間隙相同。圓形導軌的間隙不能調(diào)整。

9、簡述靜壓導軌副的工作原理。簡述卸荷導軌的工作原理。

答：靜壓導軌是將具有一定壓力的油或其氣體介質(zhì)通入導軌的運動件與導向支承之間，運動件浮在壓力油或氣體薄膜之上，與導向支承件脫離接觸，致使摩擦阻力（力矩）大大降低。運動件受外載荷作用后，介質(zhì)壓力會反饋升高，以支承外載荷。

靜壓卸載導軌是將導軌承受的載荷的一部或大部用輔助導軌支承，從而改善主導軌的負載條件，以提高耐磨性和低速運動的穩(wěn)定性。

10、滾動導軌副有哪些特點及應(yīng)用場合？滾動導軌副的預(yù)緊方式？

答：優(yōu)點：

1、摩擦系數(shù)小（0.003—0.005），運動靈活；

2、動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；3可以預(yù)緊，剛度高；

4、壽命長；

5、精度高；

6、潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；

7、由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。廣泛地被應(yīng)用于精密機床、數(shù)控機床、測量機和測量儀器等。

缺點：抗振性差，接觸應(yīng)力大；對導軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高；結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，成本較高；對贓物比較敏感，必須有良好的防護裝置。

（1）滾動體不循環(huán)的滾動導軌副；結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，成本較低，有時難以施加預(yù)緊力，剛度較低，抗振性能差，不能承受沖擊載荷。適用于行程短的場合；（2）滾動體循環(huán)的滾動導軌副；適合行程較長的場合；（3）滾動軸承導軌副；摩擦力矩小，運動平穩(wěn)、靈活，承載能力大，調(diào)節(jié)方便，導軌面積小，加工工藝性好，能長久地保持較高的精度。在精密機械設(shè)備和儀器中均有采用，如：精縮機、萬能工具顯微鏡、測長儀等。

滾動導軌副的預(yù)緊方式：

1、調(diào)整螺釘

2、塞塊調(diào)整

3、偏心銷軸調(diào)整.11、旋轉(zhuǎn)支承的種類及基本要求。

答：按其相互摩擦的性質(zhì)分：滑動、滾動、氣體（或液體）摩擦支承。滑動摩擦支承按其結(jié)構(gòu)特點分：圓柱、圓錐、球面和滾針支承；滾動摩擦支承按其結(jié)構(gòu)特點分：填入式滾珠支承和刀口支承。

基本要求：

1、方向精度和置中精度；

2、摩擦阻力矩的大小；

3、許用載荷；

4、對溫度變化的敏感性；

5、耐磨性以及磨損的可補償性；

6、抗振性；

7、成本的高低。

12、軸系設(shè)計的基本要求。

答：對于中間傳動軸系一般要求不高。而對于完成主要作用的主軸軸系的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、熱變形及抗振性等得要求較高。

（1）旋轉(zhuǎn)精度；其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調(diào)整精度。在工作轉(zhuǎn)速之下取決其轉(zhuǎn)速、軸承性能以及軸系的動平衡狀態(tài)（2）剛度；除強度驗算之外，還必須進行剛度驗算。（3）抗振性；對于高速運動的軸系必須用提高其靜態(tài)剛度、動剛度、增加軸系阻尼比等措施來提高軸系的動態(tài)性能，特別是抗振性；（4）熱變形；應(yīng)采取措施將軸系部件的溫升限制在一定的范圍之內(nèi)；（5）軸上零件的布置；在通過帶輪將運動傳入軸系尾部時，應(yīng)該采用卸荷式結(jié)構(gòu)，使帶的壓力不直接作用在軸端；傳動齒輪應(yīng)盡量安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。

13、鑄造機座的設(shè)計要點是什么？

答：必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性以及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期的問題。

（1）保證自身剛度的措施；

1、合理選擇截面形狀和尺寸；

2、合理布置筋板和加強筋；

3、合理地開孔和加蓋；

（2）提高機座連接處的接觸剛度；

1、固定接觸面的表面粗糙度應(yīng)小于Ra2.5um,以便增加實際接觸面積；

2、固定螺釘應(yīng)在接觸面上造成一個預(yù)緊力，壓強一般為2Mpa;

3、增加局部剛度。（3）機座的模型剛度試驗；

1、采用模型試驗方法可測得與實際相接近的變形量；

2、采用有限元法計算機座剛度。（4）機座的結(jié)構(gòu)工藝性；

1、保證剛度的情況下應(yīng)力求形狀簡單；

2、機座壁厚應(yīng)盡量均勻；

3、鑄件要便于清砂；

4、在同一側(cè)面的加工表面，應(yīng)處于同一平面上；

5、必須有可靠的加工工藝基面。

（5）機座的材料選擇；應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)周期等要求選擇，常用的材料：鑄鐵和鋼、石材、陶瓷等。

14、常用的機械傳動部件有哪些？滾珠絲杠副的組成？

答：螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動、各種非線性傳動;如：絲杠螺母、齒輪、齒輪齒條、鏈輪鏈條、帶/帶輪、纜繩/繩輪、杠桿機構(gòu)、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、摩擦輪、萬向聯(lián)軸器、軟軸、渦輪蝸桿、間歇機構(gòu)。

滾珠絲杠副組成；

1、絲杠；

2、螺母；

3、滾珠；

4、反向器（滾珠循環(huán)反向裝置）。

1、機電一體化的涵義、內(nèi)容、目的。

答：機電一體化是機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的一種新形式，是電子技術(shù)、信息技術(shù)向機械技術(shù)領(lǐng)域滲透過程中形成的一個新概念。機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技 術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。目的是提高系統(tǒng)（產(chǎn)品）的附加價值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向短、小、輕、薄化方向發(fā)展，從而不斷滿足人們生活的多樣化和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。

2、機電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成。

答：機械系統(tǒng)（機構(gòu)）、信息處理系統(tǒng)（計算機）、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機）

3、接口的功能及其分類。

答：接口是構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)的要素或子系統(tǒng)連接處必須具備的聯(lián)系條件。廣義的接口功能有兩種：一種是變換、調(diào)整；另一種是輸入/輸出。

（1）根據(jù)接口的變換、調(diào)整功能分：

1、零接口；

2、無源接口；

3、有源接口；

4、智能接口。

（2）根據(jù)接口的輸入/輸出功能分：

1、機械接口；

2、物理接口；

3、信息接口；

4、環(huán)境接口。

4、機電一體化系統(tǒng)的綜合評價指標，各內(nèi)部功能的評價內(nèi)容是什么？ 答：機電一體化系統(tǒng)的綜合評價指標：附加價值。

主功能：系統(tǒng)誤差、抗干擾能力、廢棄物輸出變換效率； 動力功能：輸入能量、能源；

控制功能：控制輸入/輸出接口個數(shù)、手動操作； 構(gòu)造功能：尺寸、重量、強度； 計測功能：精度。

5、機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計步驟。

答：

1、根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標；

2、系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分；

3、接口的設(shè)計；

4、綜合評價（或整體評價）；

5、可靠性復查。

6、試制與調(diào)試。

第二篇：機電一體化答案

基本概念1.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(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。2.機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)五個子系統(tǒng)組成。它的目的是提高系統(tǒng)的附加價值。3機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)有：檢測傳感技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機械技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)。4機電一體化系統(tǒng)類型:開發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變異性設(shè)5滾珠絲杠副由絲杠、螺母、滾珠、反向器4部分組成。具有：軸向剛度高；運動平穩(wěn)；傳動精度高；不易磨損；使用壽命高等優(yōu)點。滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。6滾珠絲杠副的精度分為1、2、3、4、5、7、10共七個等級。最高級為1級，最低級為10級。7齒輪傳動有兩軸平行、兩軸相交、兩軸交叉3種形式。傳動比的最佳分配原則：重量最輕原則、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則、等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則。8同步帶由包布層、帶齒、帶背和加強筋組成。9常用的間歇機構(gòu)有棘輪傳動、槽輪傳動、蝸形凸輪傳動等。這些傳動機構(gòu)可將原動機構(gòu)的連續(xù)運動轉(zhuǎn)換為間歇運動。10常見的導軌截面形狀有：三角形、矩形、燕尾形、圓形。11交流伺服電動機的調(diào)速方法有：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速。12錐環(huán)無鏈聯(lián)軸器利用錐環(huán)對之間的摩擦實現(xiàn)軸與轂之間的無間隙聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩，且可任意調(diào)節(jié)兩聯(lián)接件之間的角度位置。通過選擇所用錐環(huán)的對數(shù)，可傳遞不同大小的轉(zhuǎn)矩。13在額定輸出功率相同的條件下，交流伺服電動機的比功率最高，直流伺服電動機次之，步進電動機最低。

簡答1.光電隔離電路的作用是什么？答：可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電、可以進行電平轉(zhuǎn)換、提高驅(qū)動能力2．在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感器的類型通常都有哪些？答： 按作用分為：（1）檢測機電一體化系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的內(nèi)部信息轉(zhuǎn)換器（2）檢測作業(yè)對象和外部環(huán)境狀態(tài)的外部信息傳感器;按輸出信號的性質(zhì)分為：（1）開關(guān)型（2）模擬型（3）數(shù)字型3.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？答：圓柱齒輪傳動：（1）偏心套調(diào)整法（2）軸向墊片調(diào)整法（3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 ；斜齒輪傳動：（1）墊片錯齒調(diào)整（2）軸向壓簧錯齒調(diào)整4．滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些?答：（1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式（2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式（3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式（4）彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式（5）單螺母變位導程預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式5．對傳感器的應(yīng)用中，通常采取哪些技術(shù)措施來改善傳感器的性能？ 答：（1）平均技術(shù)（2）差分技術(shù)（3）穩(wěn)定性處理（4）屏蔽和隔離6.你對機電一體化微機控制系統(tǒng)設(shè)計思路的理解是什么？答：（1）微機控制系統(tǒng)整體控制方案的確定（2）控制算法的確定（3）微機計算機的選擇（4）控制系統(tǒng)總體設(shè)計（5）軟件設(shè)計7.諧波齒輪傳動的特（優(yōu)）點是什么？答：具有結(jié)構(gòu)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、效率高等優(yōu)點。8.同步帶傳動的特（優(yōu)）點是什么？答：傳動比準確、傳動效率高、能吸震、噪聲低、傳動平穩(wěn)、能高速傳動、維護保養(yǎng)方便等優(yōu)點。9.同步帶傳動的主要失效形式有哪三種？答：（1）同步帶的承載繩疲勞拉斷（2）同步帶的打滑和跳齒（3）同步帶齒的磨損。10.機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對執(zhí)行元件的基本要求有哪些？答：（1）慣量小，動力大（2）體積小，重量輕（3）便于維修，安裝（4）易于微機控制。11.機電一體化系統(tǒng)對控制用電動機的基本要求有哪些？答：（1）性能密度大（2）快速性好（3）位置控制精度高，調(diào)速范圍高，低速運行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象，分辨率高，震動噪聲小（4）適應(yīng)起、停頻繁的工作要求（5）可靠性高，壽命長。12.與一般帶傳動相比較，同步帶傳動具有特點是什么？ 1)傳動比準確，傳動效率高;2)工作平穩(wěn)，能吸收振動；3)不需潤滑，耐油、水、耐高溫，耐腐蝕，維護保養(yǎng)方便；4)中心距要求嚴格，安裝精度要求高;5)制造工藝復雜，成本高。13.機電一體化系統(tǒng)中常用的間歇傳動部件通常有哪幾種，其基本要求是什么？答：（1）棘輪傳動（2）槽輪傳動（3）蝸形凸輪傳動；基本要求：位移迅速，位移過程中運動無沖擊，停位準確可靠14導軌副應(yīng)滿足的基本要求？答：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(jié)構(gòu)工藝性好等。

15．導軌副的組合形式包括哪幾種？答：（1）雙三角形（2）矩形和矩形組合（3）三角形和矩形組合（4）三角形和平面組合（5）燕尾形導軌及其組合16.提高導軌副耐磨性的措施通常有哪幾種？答：（1）采用鑲裝導軌（2）提高導軌精度與改善表面粗糙度（3）減小導軌單位面積上的壓力17.齒輪傳動中，各級傳動比的最佳分配原則都有哪些？答：

（1）重量最輕原則（2）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則（3）等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則18.執(zhí)行元件的種類及特點?答：根據(jù)能量不同分為：（1）電動式 ：可使商用電源信號與動力的傳送方向相同，有交流和直流之別，應(yīng)注意電壓之大小；（2）液動式 ：要求操作人員技術(shù)熟練，液壓源壓力為（20~80）*10^5（3）氣動式 ：空氣壓力源的壓力為（5~7）*10^5Pa，要求操作人員技術(shù)熟練19.保證機電一體化系統(tǒng)可靠性的方法有哪些？答：（1）提高系統(tǒng)的設(shè)計和制造質(zhì)量（2）冗余技術(shù)（3）診斷技術(shù)

第三篇：機電一體化答案

I

目錄

機電一體化技術(shù)第1 章習題-參考答案

.................................................................................1 1-1 試說明較為人們接受的機電一體化的含義。............................................................1 1-4 何謂機電一體化技術(shù)革命？

........................................................................................1 1-7.機電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成？分別實現(xiàn)哪些功能？

.................................1 1-8.工業(yè)三大要素指的是什么？........................................................................................1 1-12.機電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種？..................................................................1 1-16.什么是機電互補法、融合法、組合法？..................................................................1 機電一體化技術(shù)第2 章習題-參考答案

.................................................................................2 2-1 設(shè)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？.................................................................................................................................2 2-2 機電一體化系統(tǒng)傳動機構(gòu)的作用是什么？................................................................2 2-3 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？

.....................................2 2-10 現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，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(zhuǎn)過2 個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離？

...................................................2 2－16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？...............2 2－17 已知：4 級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為?φ1=?φ2=?φ3=…=0.005 rad,各 級減速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差?φmax;為縮小 ?φmax，應(yīng)采取何種措施？

...............................................................................................2 2－18 諧波齒輪傳動有何特點？傳動比的計算方法是什么？

.......................................3 2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器,其減速比為100，柔輪齒數(shù)為100.當剛輪固定時,試求該 諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向(與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較).........................3 2-20.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些?................................................................3 2-25.軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？..........................................................................4 機電一體化技術(shù)第3 章參考答案

..........................................................................................5 3-1 簡述機電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類及特點。........................................................5 II

3-2 機電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？....................................................5 3-3 簡述控制用電動機的功率密度及比功率的定義。....................................................5 3—5 直流伺服電機控制方式的基本形式是什么？..........................................................5 3-6 簡述 PWM 直流驅(qū)動調(diào)速，換向的工作原理。.........................................................6 步進電機具有哪些特點？

..................................................................................................6 簡述步進電機三相單三拍的工作原理？..........................................................................6 3-11 簡述步進電機步距角大小的計算方法？.................................................................7 3-12 簡述三相步進電機的環(huán)形分配方式？...............................................................7 簡述步進電機驅(qū)動電源的功率放大電路原理..................................................................7 機電一體化技術(shù)第4 章參考答案

..........................................................................................9 試說明CPU、MC 和MCS 之關(guān)系。..................................................................................9 4-

3、在設(shè)計微機控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？.............................................9 4-17 試說明光電耦合器的光電隔離原理。......................................................................9 4-20 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(shù)第5 章參考答案

........................................................................................11 5-2 簡述采樣定理？.........................................................................................................11 5-3 簡述數(shù)字控制系統(tǒng)A/D 轉(zhuǎn)換過程。

..........................................................................11 5-5 簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學方程。..................................................................11 5-6 簡述兩自由度機器人逆動力學方程。

......................................................................12 機電一體化技術(shù)第7 章參考答案

........................................................................................13 7-3 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 7-4 設(shè)有一工作臺x 軸驅(qū)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 0.2，試求轉(zhuǎn)換到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效轉(zhuǎn)矩。

........................................13 7-5.簡述機電一體化系統(tǒng)的數(shù)學模型建立過程。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？.............................................14 7-8 何謂機電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？

......................................................................17

機電一體化技術(shù)第 1章習題-參考答案

1-1 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(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

1-4 何謂機電一體化技術(shù)革命？

答：將微型計算機等微電子技術(shù)用于機械并給機械以“智能”的技術(shù)革新潮流可稱 “機電一體化技術(shù)革命”。

1-7.機電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成？分別實現(xiàn)哪些功能？

答：

機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)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(qū)動（操作）

動力源

提供動力（能量）

機構(gòu)

構(gòu)造

1-8.工業(yè)三大要素指的是什么？

答：物質(zhì)、能量、信息。

1-12.機電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種？

答：一種是變換、調(diào)整;

另一種是輸入/輸出。

1-16.什么是機電互補法、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?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)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(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)），其要 素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。

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 合成各種機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱組合法。2

機電一體化技術(shù)第 2章習題-參考答案 2-1 設(shè)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?shù)淖枘岜鹊取?/p>

2-2 機電一體化系統(tǒng)傳動機構(gòu)的作用是什么？

答：傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

2-3 機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？

答：精密化，高速化，小型、輕量化。

2-10 現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，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(zhuǎn)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=0.02*6 mm=0.12 mm。

2－16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角誤差最小原則 等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則

（2）輸出軸轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。總轉(zhuǎn)角誤差主要 取決于最未一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)動比的大小，在設(shè)計中最未兩級傳動比應(yīng)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(zhuǎn)角誤差為?φ1=?φ2=?φ3=… =0.005 rad,各級減速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn) 角誤差?φmax;為縮小?φmax，應(yīng)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

=0.005/1.5 4 +0.01/1.5 3 +0.01/1.5 2 +0.01/1.5+0.005

=0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005

=0.02006 rad 3

=1.1499

o

（1）

總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最未一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動比的大小，所以，為縮小? φmax，在設(shè)計中最未兩級的傳動比應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(yīng)用行星輪系求傳動比的方式來計算。設(shè) 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

2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器,其減速比為 100，柔輪齒數(shù)為 99 當剛輪固定時, 試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向(與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較)答：根據(jù)公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:

當 iHr=100 時,Zg=99,（但一般剛輪齒數(shù)比柔輪齒數(shù)多，所以舍去）

當 iHr=-100 時,Zg=101;

故該諧波減速器的剛輪齒數(shù)為 101,（柔輪）輸出軸方向與（波發(fā)生器）輸入軸轉(zhuǎn)向相反。

(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(lián)；柔輪固定 時，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))

2-20.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些?

答(1)圓柱齒輪傳動:1 偏心套(軸)調(diào)整法;2 軸向墊片調(diào)整法;3 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。

(2)斜齒輪傳動:錯齒調(diào)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(diào)整方式。

2-25.軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？

答：①旋轉(zhuǎn)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(shù)第 3章參考答案 3-1 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(yīng)注意電壓之大小

操作簡便；編程容易；能 實現(xiàn)

定位伺服；響應(yīng)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（5-7）×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(shù)熟 練；液壓源壓力（20-80）×10 5 Pa

輸出功率大，速度快，動 作平穩(wěn)，可實現(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）嚴格；易泄露 且有污染

3-2 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

3-3 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/G.電動機的比功率 dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn 2 /Jm

其中 Tn----電動機的額定轉(zhuǎn)矩，N*M Jm——電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,kg*m 2

3—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(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)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(diào)理驅(qū)動和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動兩種方式。

晶閘管直流驅(qū)動方式，主要通過調(diào)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(diào)速。

脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速驅(qū)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(diào)速。6

3-6 簡述 PWM 直流驅(qū)動調(diào)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(zhuǎn)的就快，反之，電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向控制。為使其實現(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。

電橋由四個大功率的晶體管組 成。分別記作 1.2.3.4.如果在 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(shè)此時的電動機轉(zhuǎn)向為正； 反之，則為負。電流的方向與前 一情況相反，電動機轉(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 負和導通率就可以改變電動機的 轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)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(chǎn)生“丟步”的現(xiàn)象之 前，就不影響其正常工作； 步進電機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 一轉(zhuǎn)以后，其累計誤差變?yōu)椤傲恪保虼瞬粫L期累積；控制性能好，在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步”

因此，步進電機廣泛應(yīng)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(chǎn)生磁通，并

對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)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(chǎn)生磁通，這時轉(zhuǎn)子 2 4 兩個齒與 B 相磁極靠的最近，于是轉(zhuǎn)子便

沿著逆時針方向轉(zhuǎn)過 30 度角，使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。7

3-11 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(zhuǎn)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）。

3-12 簡述三相步進電機的環(huán)形分配方式？

答：1.采用計算機軟件，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。2.采 用小規(guī)模集成電路搭接而成的脈沖分配器。3.采用專用環(huán)形分配器件。

簡述步進電機驅(qū)動電源的功率放大電路原理.答：

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(qū)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(zhuǎn)。當 A 相得電時，步進電機轉(zhuǎn)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(qū)動不同的繞組，是電機一步一

步的轉(zhuǎn)動。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，從而保護功放管。

高低壓功串放大電路

（一）無脈沖輸入時，VT1、VT2、VT3、VT4 均截止，電動機繞組 W 無電流通過，電動機不轉(zhuǎn)。有

脈沖通過時，VT1、VT2、VT3、VT4 飽和導通，在 vt2 有截止到飽和期間，其集電極電流，迅速上升。當 vt2 進入穩(wěn)態(tài)后 t1 一次測電流暫時恒定，無磁通變化二次側(cè)的感應(yīng)電壓為 零，vt3 截止。12v 低電壓經(jīng) vd1 加到電動機繞組我 w 上并維持繞組中的電流。輸入結(jié)束后

vt1、vt2、vt3、vt4 又都截止，儲存在 w 中的能量通過 18 歐姆的電阻和 vd2 放電，電阻 的作用時間小放電回路的時間常數(shù)，改善電流波形的后沿。8

機電一體化技術(shù)第 4章參考答案

試說明 CPU、MC 和 MCS 之關(guān)系。

答：微處理機簡稱 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(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計算機系統(tǒng)，簡稱 MCS。

3、在設(shè)計微機控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？

答： 在設(shè)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(quán)衡問題。

4-17 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(zhuǎn)換元件組成，如下 圖所示.控制輸出時，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。

4-20 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(guān)→A/D 轉(zhuǎn)換→ I/O 接口→微機

②開關(guān)量接口方式：開關(guān)型傳感器輸出二值式信號(邏輯 1 或 0)→三態(tài)緩沖器→微機 10

③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(shù)第 5章參考答案

5-2 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）。

5-3 簡述數(shù)字控制系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換過程。

模/數(shù)轉(zhuǎn)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。現(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 1.8V，則量化值 A1 ’為 2V，用數(shù)字 010 來代表； 采樣信號 A2為 3.2V，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。

a

b

5-5 簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學方程。

答 ： 設(shè) 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(gòu)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(zhuǎn)矩）時，寫成式中 ——力（或轉(zhuǎn)矩）的變換系數(shù)，是 n*m 矩陣。

5-6 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(guān)節(jié)運動φ1(t)、φ2(t)，然后

從φ1和φ2導出計算關(guān)節(jié)力矩 T1、T2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(shè)計器人得負載只有各臂端部的質(zhì)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(shù)第 7章參考答案

7-3 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(zhuǎn)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(shè)、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(zhuǎn)矩。設(shè)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(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 n

7-4 設(shè)有一工作臺 x 軸驅(qū)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 0.2，試求轉(zhuǎn)換到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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/ 14

nk)2 +J 絲（n 絲/ nk）2 +Jm=0.0508()

（2）當工作臺向右時：

F=F*u-FL 水平=(FL 垂直+G)*u-FL 水平=（600+400*9.8）*0.2-800=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*3.14)= 0.0207（N*m）。

（3）當工作臺向左時：

F=(FL垂直+G)*u+ FL水平=（600+400*9.8）*0.2+800=1704（N）TK=(F*V/nk)/(2*pi)==0.339（N*m）

Matlab程序：

n1=720;n2=360;n3=360;n4=180;n11=720;n22=360;ns=180;nd=720;ph=5;pi=3.1415927;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=j1

c=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)^2

J=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*9.8)*0.2;fiy=-fs+(fc+ma*9.8)*0.2;tiz=fiz*v1/nd /(2*pi);tiy=fiy*v1/nd /(2*pi);

7-5.簡述機電一體化系統(tǒng)的數(shù)學模型建立過程。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(shè)計的基礎(chǔ)上，利用所選元部件的有關(guān)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(chǔ)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 15

G（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(zhuǎn)角的拉氏變換

當系統(tǒng)受到外擾動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩常數(shù)；-直流伺服電機轉(zhuǎn)子的繞組阻抗；

-功率放大器的輸出阻抗；-對應(yīng)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(luò)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(luò)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(yīng)慢，故很少單獨使 用。

（3）比例-積分（PI）調(diào)節(jié)

其網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(luò)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(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，其動態(tài)性能也比用 PI調(diào)節(jié)器時好。

7-8 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

第四篇：機電一體化課后答案

機電一體化（第二版）

課后答案

第一章

1-1.試說明較為人們所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(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

1-7.機電一體化系統(tǒng)由哪些基本要素組成？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(gòu)、執(zhí)行元件系統(tǒng)五大要素組成。

②.對應(yīng)的五大功能為：控制、動力、計測、構(gòu)造、操作功能。

1-17.開發(fā)性設(shè)計、變異性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計有何異同？

答：

1、開發(fā)性設(shè)計是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理要求，設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品。

2、變異性設(shè)計是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)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(yīng)于量的方面有所變更的需求。

3、適應(yīng)性設(shè)計是在總的設(shè)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(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應(yīng)性設(shè)計，以使產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上增加某些附加價值。

所有機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計都是為了獲得用來構(gòu)成事物的有用信息。

1-20.簡述計算機輔助設(shè)計與并行工程、虛擬設(shè)計、快速響應(yīng)設(shè)計、綠色設(shè)計、反求設(shè)計等的含義。

答：

1、計算機輔助設(shè)計是設(shè)計機電一體化產(chǎn)品的有力工具，用來設(shè)計一般機械產(chǎn)品的CAD的研究成果。

2、并行工程是把產(chǎn)品的設(shè)計、制造及其相關(guān)過程作為一個有機整體進行綜合協(xié)調(diào)的一種工作模式。

3、虛擬設(shè)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(shù)的新一代計算機輔助設(shè)計。

4、快速響應(yīng)設(shè)計是實現(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)面對瞬息萬變的市場環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應(yīng)市場的新系統(tǒng)，快速響應(yīng)設(shè)計的關(guān)鍵是有效開發(fā)和利用各種系統(tǒng)信息資源。

5、綠色設(shè)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(shè)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(nèi)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(shè)計是以現(xiàn)代設(shè)計理論、方法和技術(shù)為基礎(chǔ)，運用各種專業(yè)人員的工程設(shè)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(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。

第二章

2-10.現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，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(zhuǎn)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=0.02*6mm=0.12mm

2-16.各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動比的大小，在設(shè)計中最末兩級的傳動比應(yīng)取大一些，并盡量提高最末一級齒輪副的加工精度。

2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器，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/(zr-zg)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(zhuǎn)向相反。

2-21.簡述導軌的主要作用，導軌副的組成、種類及應(yīng)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(zhì)可分為滑動導軌、滾動導軌、流體介質(zhì)摩擦導軌等；按其結(jié)構(gòu)特點可分為開式導軌和閉式導軌。

導軌副應(yīng)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(jié)構(gòu)工藝性好等。

第三章

3-2 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

3-6 簡述 PWM 直流驅(qū)動調(diào)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(zhuǎn)的就快，反之，電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向控制。為使其實現(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。

電橋由四個大功率的晶體管組成。如圖，分別記作 1.2.3.4.如果在 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(shè)此時的電動機轉(zhuǎn)向為正；反之，則為負。電流的方向與前一情況相反，電動機轉(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和導通率就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向和速。

3-11 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(zhuǎn)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

4-2 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。

4-15 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。

4-17 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(zhuǎn)換元件組成，如書本P168圖 4.39。控制輸出時，如圖4.39a所示可知，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，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，如圖4.39b所示。

4-19 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(shù)措施來改善傳感器的性能如：平均技術(shù)，差分技術(shù)，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(yīng)用環(huán)境、使用條件和維護要求。

第五章

5-1 回顧所學機械控制工程的相關(guān)知識，簡述機電一體化系統(tǒng)設(shè)計與機械控制工程理論的關(guān)系。

答：隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，機械控制工程基礎(chǔ)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。

5-4 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(yīng)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：1.系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)，即系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和震蕩性。2.系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，即穩(wěn)態(tài)誤差ess的大小。

5-5 用所學機械控制工程基礎(chǔ)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(gòu)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(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量就大，系統(tǒng)的響應(yīng)就慢。如書本P207圖5.15a所示，輸入為力Fx(t)時，其響應(yīng)為Fy(t)或y(t)?f(x(t))，系統(tǒng)負載質(zhì)量和慣量不同，其響應(yīng)快慢也不同。含有機械負載的機械系統(tǒng)動態(tài)特性如圖5.15b所示。如果是齒輪減速器，其機構(gòu)的運動變換函數(shù)y?f(x)?()x就是線性變換。如果只有機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量Jm，則其動態(tài)特性為

1t1，如果只有負載轉(zhuǎn)動慣量JL，則其負載反2(Jms)力為JLs2y。包括負載在內(nèi)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

6-4 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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。

6-5 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“選擇停”按鈕后才起作用；M02程序結(jié)束，到下一程序的起點；M03主軸順時針方向旋轉(zhuǎn)；M04主軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)；M05主軸停轉(zhuǎn)；M06換刀；M07開#號冷卻液；M08開*號冷卻液；M09關(guān)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：1.坐標平面選擇指令（G17、G18、G19）；2.絕對值和增量值編程指令（G90、G91）；3.快速點定位指令（G00）4.直線插補指令（G01）；5.圓弧插補指令（G01）；6.刀具半徑補償指令（G40、G41、G42）

6-6 簡述數(shù)控（CNC）加工程序編制的主要內(nèi)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(zhì)直到程序效應(yīng)，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

7-7 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(nèi)運動時，被控對象不轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動。又因為系統(tǒng)具有慣量，當被控對象轉(zhuǎn)角?c等于輸入轉(zhuǎn)角?r時，被控對象不會立即停下來，而靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)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(shè)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?c??r平衡位置上。如間隙較大，且控制器設(shè)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(nèi)動力傳動鏈中的間隙會影響伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

7-8 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(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。

7-9 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。

7-10 保證機電一體化系統(tǒng)可靠性的方法有哪些? 答：1.提高系統(tǒng)的設(shè)計和制造質(zhì)量；2.冗余技術(shù)；3.診斷技術(shù)。

第五篇：機電一體化習題答案

第一章

1.什么是機電一體化？各國的主要觀點有哪些？(P1~3)答：機電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

2.試述機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機電技術(shù)的區(qū)別。(P2)答：傳統(tǒng)機電技術(shù)的操作控制主要以電磁學原理的各種電器來實現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計算機控制。機電一體化技術(shù)以計算機為控制中 心，在設(shè)計過程中強調(diào)機械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計算機控制下具有一定的智能性。

3.試分析機電一體化系統(tǒng)的組成及相關(guān)技術(shù)。(P1~3)

答：機電一體化系統(tǒng)是多學科技術(shù)的綜合應(yīng)用，是技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程。其技術(shù)組成包括：機械技術(shù)、檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等。現(xiàn)代的機電一體化產(chǎn)品甚至還包含了光、聲、化學、生物等技術(shù)等應(yīng)用。

4.一個典型的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含哪些幾個基本要素？

答：機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過接口耦合來實現(xiàn)運動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機融合的一個完整系統(tǒng)。

5.試述機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法。

答：機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一直要堅持貫徹機電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個組成要素間的有機聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計方法，并用自動控制理論的相關(guān)手段，進行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分析，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。

6.試述現(xiàn)代設(shè)計的概念。（P4）

設(shè)計這個詞有兩種概念。廣義的概念是指發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細節(jié)和達到的目標。狹義的概念指的是將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動，各種產(chǎn)品包括機械產(chǎn)品的設(shè)計即屬此類。

現(xiàn)代設(shè)計是過去長期的傳統(tǒng)設(shè)計活動的延伸和發(fā)展，是隨著設(shè)計實踐經(jīng)驗的積累，由個別到一般、具體到抽象、感性到理性，逐步歸納、演繹、綜合而發(fā)展起來的。由于科技進步的速度日益增快，特別是計算機技術(shù)的高速發(fā)展，人們在掌握事物的客觀規(guī)律和人的思維規(guī)律的同時，運用相關(guān)的科學技術(shù)原理，進行過去難以想象的綜合集成設(shè)計計算，使設(shè)計工作包括機械產(chǎn)品的設(shè)計過程產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

8.現(xiàn)代設(shè)計方法有哪些？（P3～13）

現(xiàn)代設(shè)計方法門類眾多且不斷出新。可按所研究解決的問題性質(zhì)分為總體問題和個別性能問題兩大類：

1.研究總體設(shè)計的現(xiàn)代設(shè)計方法

(1)設(shè)計方法學

(2)價值工程設(shè)計(3)優(yōu)勢設(shè)計（4)綠色設(shè)計(5)計算機輔助設(shè)計(6)并行工程設(shè)計

(7)虛擬設(shè)計

(8)反求工程設(shè)計

(9)優(yōu)化設(shè)計及其發(fā)展

(10)創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)

2．研究產(chǎn)品性能的現(xiàn)代設(shè)計方法

(1)工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型設(shè)計(2)模塊化設(shè)計

(3)相似性設(shè)計

(4)摩擦學設(shè)計

(5)三次設(shè)計

(6)人機工程設(shè)計

(7)智能設(shè)計

(8)動態(tài)設(shè)計

(9)可靠性設(shè)計

(10)有限元法

(11)機械疲勞設(shè)計

9.何為機電一體化系統(tǒng)的四視圖設(shè)計？（P13）功能視圖、結(jié)構(gòu)視圖、控制視圖和信息視圖

第二章

1.什么技術(shù)系統(tǒng)？什么是技術(shù)過程？什么是作業(yè)對象？(P27)例如，為了得到某種復雜形狀的金屬零件，可通過編程在加工中心上對坯料進行加工。壞料是作業(yè)對象，加工中心是技術(shù)系統(tǒng)，所完成的加工過程是技術(shù)過程。

作業(yè)對象一般可分為三大類：物料、能量和信息

2.確定技術(shù)過程的一般步驟是什么？(P27)1)根據(jù)信息集約和調(diào)研預(yù)測的資料，分析確定作業(yè)對象以及主要轉(zhuǎn)換要求。2)分析比較傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的理論和實踐，確定實現(xiàn)主要轉(zhuǎn)換的工作原理。

3)明確實現(xiàn)技術(shù)過程的環(huán)境和約束條件。環(huán)境是與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的總和，包括經(jīng)濟條件、生產(chǎn)條件、技術(shù)條件、社會條件等。4)確定主要技術(shù)過程和其他輔助過程。5)根據(jù)高效、經(jīng)濟、可靠、美觀、使用方便等原則，初步規(guī)定技術(shù)系統(tǒng)的邊界及工作范圍。

3.試述功能設(shè)計方法和主要步驟。(P28~30)功能是對技術(shù)系統(tǒng)中輸入和輸出的轉(zhuǎn)換所作的抽象化描述。只有用抽象的概念來表述系統(tǒng)的功能，才能深入識別需求的本質(zhì)，辨明主題，發(fā)散思維，啟發(fā)創(chuàng)新，總功能逐步分解為比較簡單的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能樹(一)功能分析(二)功能元求解 1．選擇工作原理 2．構(gòu)思功能載體(三)方案綜合

4.功能設(shè)計的工具有哪些？（P30）1．設(shè)計目錄

(1)對象目錄

(2)作業(yè)日錄

(3)解法目錄

2．知識庫

(1)數(shù)據(jù)庫

(2)設(shè)計詞典

(3)手冊

5.試分析設(shè)計與技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)系。

設(shè)計若是為了對作業(yè)對象完成某種技術(shù)過程，設(shè)計對象就是人造技術(shù)系統(tǒng)。

第三章

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計有哪些內(nèi)容？（P78）

宏觀地看，結(jié)構(gòu)設(shè)計大致有以下三方面內(nèi)容:

(1)功能設(shè)計 以各種具體的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的功能要求。

(2)質(zhì)量設(shè)計 兼顧各種要求和限制，提高機電一體化系統(tǒng)質(zhì)量和性能，(3)優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計

充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法系統(tǒng)地構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化模型，用創(chuàng)造性設(shè)計思維方法進行機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化和創(chuàng)新。

2.機電一體化系統(tǒng)中運動聯(lián)系結(jié)構(gòu)的基本單元有哪些？(P87)

需要聯(lián)軸器、減速、變速裝置及運動換向與轉(zhuǎn)換裝置等基本傳動結(jié)構(gòu)

3.滾動導軌副的品質(zhì)用那幾方面來衡量？(P108)

(1)導向精度

導向精度是導軌副最基本的性能指標。移功件在沿導軌運動時，不論有無載荷，部應(yīng)保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。各種設(shè)備對導軌副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相應(yīng)的規(guī)定或標準可以參照。

(2)耐磨性

導軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導向精度。精密滾動導軌副的主要失效形式是磨損。因此，耐磨性是衡量滾動導軌副性能的主要指標之一。

(3)剛度 為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導軌類型、尺寸及其組合。選用可調(diào)整間隙和能夠預(yù)緊的導軌副可以提高剛度。

(4)工藝性

導軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計品質(zhì)是指在那些方面應(yīng)注意的問題？（P116）

結(jié)構(gòu)設(shè)計品質(zhì)是指結(jié)構(gòu)強度和靜剛度、結(jié)構(gòu)動剛度、結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性等四大方面應(yīng)注意的問題

第四章

1.機電一體化系統(tǒng)中控制器的作用是什么？它的基本功能應(yīng)包括那些？(P149~150)機電一體化機械的控制器是一個以計算機為核心的測量和控制系統(tǒng)它將來自各傳感器的檢測信號與外部輸人命令進行集中，存儲、分析、轉(zhuǎn)換，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。

它的基本功能應(yīng)包括以下幾點: 1)實時的信息轉(zhuǎn)換和控制功能。2)人機交互功能。3)和機電部件接口的功能。4)對控制軟件運行的支持功能。

2.單板機模式的控制系統(tǒng)有哪些特點？(P150)

1)結(jié)構(gòu)形態(tài)的隨意性。

2)空間位置的隨意性。

3)形態(tài)規(guī)模的隨意性。

4)最佳的經(jīng)濟性。

3.組合模式的控制系統(tǒng)有哪幾種模式？(P150~151)

采用商品化硬件模塊通過總線母板組合成控制系統(tǒng)．具有多種靈活的組成模式，它可以自成系統(tǒng)，即采用獨立模式；也可以方便地作為其他小型、微型計算機的前端控制機，或者組成分布式系統(tǒng)的典型的分散系統(tǒng)。

4.在工控機中對存儲器有哪些要求？(P153)

像個人計算機存儲代碼和數(shù)據(jù)供CPU或其他設(shè)備讀寫

(1)可靠性高

即抗干擾能力強，能在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下準確進行讀寫操作。

(2)實時性好

能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對存儲器訪問的要求。

(3)功耗低

降低自然發(fā)熱造成的溫升，并可用電池供電。

(4)數(shù)據(jù)存儲器非易失性

這并不是對全局存儲器的要求，但系統(tǒng)中至少有局部非易失數(shù)據(jù)段或程序代碼段，以便能長期保存數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)突然停電后再重新啟動時能迅速恢復現(xiàn)場運行

5.I/O子系統(tǒng)的作用是什么？按其物理量的形式分成哪兩大類？(P153~154)

控制器除了基本系統(tǒng)以外，還應(yīng)包括各種檢測、控制量的輸入輸出接口，這部分功能稱為I/O子系統(tǒng)。按其物理量的形式來分，一般可分成開關(guān)量(數(shù)字量)I/O即DI／DO、模擬量I/O即AI/AO兩大類。

6.什么是總線？控制系統(tǒng)中包括哪些總線？各總線作用是什么？(P154~155)所謂總線是指一組信號線的集合，是一種按規(guī)定協(xié)議傳送信息的公共通道，由數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線組成。

7.簡述控制系統(tǒng)的基本組成。（P152～155）

(一)中央處理單元(CPU)(二)存儲器

(三)機電一體化控制系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)(四)人--機接口(五)系統(tǒng)支持功能(六)總線

8.什么是計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)？(P155)計算機數(shù)控系統(tǒng)簡稱CNC系統(tǒng)，它是用計算機通過執(zhí)行其存儲器內(nèi)的程序來完成數(shù)控要求的部分或全部功能，并配有接口電路、伺服驅(qū)動的一種專用計算機系統(tǒng)。

9.計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)由哪幾部分組成？(P155)CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置(CNC裝置)、可編程序控制器(PLC)、主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動裝置等組成，第五章

1.根據(jù)自動化機械的基本模型，簡述信息流主要集中在那些子系統(tǒng)中？(P195)信息流主要集中在人機界面、檢測機構(gòu)和控制器。

2.現(xiàn)代機械和傳統(tǒng)機械最本質(zhì)的區(qū)別是什么？(P195)現(xiàn)代機械和傳統(tǒng)機械最本質(zhì)的區(qū)別是現(xiàn)代機械中具有信息流。信息系統(tǒng)保證了機電一體化系統(tǒng)基本單元(MEE)的正確運行，也使許多基本MEE耦合組成復雜的機電一體化系統(tǒng)。

3.在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中信息流的作用是什么？(P196)信息系統(tǒng)保證了機電一體化系統(tǒng)基本單元(MEE)的正確運行，也使許多基本MEE耦合組成復雜的機電一體化系統(tǒng)。

信息流是軟件總體設(shè)計的基礎(chǔ)。

4.信息流是如何分類的？(P196)從信息流的形態(tài)來分，信息流可以是借助于機、光、聲、電等介質(zhì)傳輸?shù)男盘枺部梢允钦Z言、文字、圖表、圖像等抽象的信號，在計算機內(nèi)部則是數(shù)據(jù)表示的數(shù)據(jù)流。從信息流的功能來分，有控制信息流、檢測信息流、數(shù)據(jù)信息流、顯示信息流等。以信息流的流向來分，可分為輸入信息流、變換信息流、輸出信息流等。

5.分析信息流和數(shù)據(jù)流有什么意義？(P196)1)對機電一體化系統(tǒng)的工作原理和工作過程有深刻理解。

2)可對系統(tǒng)進行深入的總體分析與規(guī)劃，以達到解耦與集成的目的。

3)信息流是軟件總體設(shè)計的基礎(chǔ)。按軟件工程方法，從數(shù)據(jù)流可確定軟件的結(jié)構(gòu)，并定義此結(jié)構(gòu)中包含的程序模塊。同時也可以定義數(shù)據(jù)庫項、格式、規(guī)模和存取方法。特別是“全量程”的定義，即用于兩個以上的程序模塊內(nèi)的那些量的定義.6.分析信息流的基本工具有哪些？(P196～198)(一)信息流的基本環(huán)節(jié)(二)數(shù)據(jù)流程圖(三)信息流和軟件結(jié)構(gòu)

7.人機輸入界面的基本硬件有哪些？(P204)其基本硬件是鍵盤、開關(guān)(包括操作按鈕和觸摸屏等)，并通過CRT實現(xiàn)人機交互。

8.輸出界面的信息流中對執(zhí)行機構(gòu)的控制信息輸出有哪幾種形式？(P215)1)直接開關(guān)量的輸出。

2)脈沖序列和運動方向控制標記。

3)直接數(shù)字輸出。4)模擬量輸出。

5)其他控制器控制執(zhí)行機構(gòu)

第六章

1.簡述機電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計提出的背景。(P229～230)1)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。

2)社會對產(chǎn)品的需求趨于多樣化、個性化和動態(tài)化，順應(yīng)客戶愛好(也稱客戶化或定制)、多品種中小批量生產(chǎn)已成為生產(chǎn)方式的主流。

3)市場對企業(yè)的要求從原來的對質(zhì)量、成本的要求演變?yōu)楝F(xiàn)在的對時間(Time)、質(zhì)量(Quality)、成本(Cost)、創(chuàng)新(Innovation)、服務(wù)(Service)和環(huán)境(Environment)等諸多方面的要求，時間已成為競爭力的第一要素，能否在最短的時間內(nèi)開發(fā)出最新的產(chǎn)品并推向市場，是贏得市場競爭的關(guān)鍵。

4)可持續(xù)發(fā)展的理念及對生態(tài)環(huán)境方面的關(guān)注，使人們在生產(chǎn)過程和消費過程中更注意生態(tài)和環(huán)境方面的相容性和友善性，綜合考慮產(chǎn)品的環(huán)境影響與資源效率已成潮流。

2.什么是可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）?(P230)可重構(gòu)制造系統(tǒng)(Reconfigurable Manufacturing System，RMS)是指能夠通過對制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其組成單元的快速重組或更新，及時調(diào)整制造系統(tǒng)的功能和生產(chǎn)能力，以迅速響應(yīng)市場變化及其他需求的一種制造系統(tǒng)。

3.可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）的重構(gòu)分為哪幾個層次？(P230)1)制造系統(tǒng)級的重構(gòu)。2)制造設(shè)備級的重構(gòu)。3)子系統(tǒng)或部件層的重構(gòu)。

4.對于可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）而言，可重構(gòu)控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是什么？(P230)開放式結(jié)構(gòu)控制器是可重構(gòu)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)技術(shù)。

5.機電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計的目標是什么？(P231)1)低的生產(chǎn)成本和重構(gòu)成本的綜合值(cost)。2)短的設(shè)計建造時間和斜升時間（Time)。3)最大限度地利用已有的資源（Resource)。4)在公共地基上達到物流最優(yōu)(Stream)。

6.機電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)的特征是什么？(P231～232)1)模塊性(Modularity)2)可集成性(Integrability)3)可轉(zhuǎn)換性(Convertibility)4)可診斷性(Diagnosability)5)客戶化性(Customization)

7.可重構(gòu)機床設(shè)計的主要目的是什么？可重構(gòu)機床包括那些內(nèi)涵？(P232)主要目的是使機床能快速低成本地適應(yīng)被加工零件的各種變化。

1)可重構(gòu)機床綜合了流水線機床和數(shù)控機床的優(yōu)點，它每次提供給客戶確定的、滿足其當前需要的功能和生產(chǎn)能力，同時當客戶的需求發(fā)生變化時，可快速改變機床的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，以較低的成本在一個零件族內(nèi)快速調(diào)節(jié)／升級生產(chǎn)能力和功能性。2)可重構(gòu)機床由可重構(gòu)的硬/軟件組成。

3)可重構(gòu)機床必須設(shè)計開始就考慮可重構(gòu)性，而且必須由基本的硬／軟件模塊創(chuàng)建，能夠通過所設(shè)計的接口快速集成。

4)可重構(gòu)機床是開放的、模塊化結(jié)構(gòu)。

8.機械加工中常用的三類機電一體化系統(tǒng)是什么？(P232)DML、FMS和RMT三類機電一體化系統(tǒng)