第一篇：機電一體化答案總結[最終版]

1-1 試說明較為人們所接受的“機電一體化”的涵義。答：機電一體化乃是機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與微電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統總稱。

1-2 機電一體化系統由哪些要素組成？分別實現哪些功能？答：由五大要素（子系統）組成：1．機械系統：具有構造功能，相當于人的骨骼；2．信息處理系統：具有控制功能，相當于人體的大腦；3．動力系統：具有動力功能，相當于人體的內臟；4．傳感檢測系統：具有計測功能相當于人體感觀；5．執行元件系統：具驅動功能（主功能），相當于人體四肢的肌肉。

1-3 說明機電一體化產品的設計步驟。答：分為四步：1．總體設計：分析設計要求，劃分功能模塊，決定性能參數，調研類似產品，確定總體方案，方案對比定型，編寫總體論證書。

2．詳細設計：各子系統的設計（各元部件的選擇與設計），子系統間的接口設計；3．綜合評價：通過不同的評價指標對產品的性能、價格進行綜合評價；4．試制與調試：生產樣機，進行試驗，調試，看最終是否能達到最初的規格和性能指標要求。

1-4 機電一體化產品特點：節能，自動化

1-5 機電一體化系統的接口功能有哪兩種？答：接口功能：①輸入，輸出。②變換，調整。

2-2機電一體化系統的機械系統與一般的機械系統相比有什么特點？答：機電一體化系統中的機械系統與傳統的機械系統相比，其特點在于 ： 前者不僅要求較高的定位精度，還要求較高的動態響應特性，即響應快、穩定性好。

2-3 絲桿螺母機構的分類及特點？答：絲桿螺母機構分兩類：1．滑動絲桿螺母副。優點：結構簡單，加工成本低，具有自鎖功能。缺點：摩擦阻力大，傳遞效率低（30%～40%）。2．滾動絲桿螺母副。優點：摩擦阻力小，傳遞效率高（92%～98%）。缺點：結構復雜，制造成本高。

2-4滾珠絲桿副的傳動特點？答：滾珠絲桿副的滾珠絲桿副的有如下特點：1．優點：傳動效率高（達90%以上，比滑動絲桿的高2-4倍）；靈敏度高，傳動平穩；磨損小，壽命長；可消除軸向間隙，提高軸向剛度。2．缺點：不能自鎖，運動可逆，在用作升、降傳動機構時需采用制動裝置。

2-7 滾珠絲桿副的主要尺寸參數有哪些？答：滾珠絲桿副的主要尺寸(基本尺寸)參數有三個：公稱直徑d0—特征尺寸、基本導程Ph（螺距t）、行程l。

2-10 各級傳動比的分配原則有哪些？答：各級傳動比的最佳分配原則有三個：1．重量最輕原則：使系統重量最輕來分配各級傳動比的原則。2．輸出軸轉角誤差最小原則：為了保證齒輪傳動系統的精度，降低齒輪的加工、安裝誤差，使輸出軸轉角誤差最小的原則。3．等效轉動慣量最小原則：為了使電機啟停快、反轉快，要求齒輪傳動系統等效轉動慣量越小越好。

2-11 諧波齒輪減速器由哪幾部分組成？答：諧波齒輪減速器主要由三部分構成：剛輪、柔輪、波發生器。

2-12 諧波齒輪傳動有何特點？答：諧波齒輪傳動的特點是：體積小，重量輕，傳動比大，傳動平穩，承載能力強，傳動效率高。

2-15 等效轉動慣量和等效負載轉矩的計算方法。答：等效轉動慣量是指將機械傳動系統中若干個部件的轉動慣量等效轉化到其中某一個轉動部件上所得的系統總轉動慣量，一般根據等效前后，系統的總動能守衡原理來求。等效負載轉矩是將傳動系統中的的摩擦負載、外力負載等效到系統某個轉動部件上所得的系統總負載轉矩，一般按照等效前后，系統的負載功率相等來求。

3-3步進電機的工作原理是什么？答：步進電機的工作原理是：輸入一個電脈沖，轉子就轉動一步，即轉過一個步距角，改變脈沖頻率就改變轉子轉速，改變通電順序就改變轉子的轉向。

3-4步進電機步距角的計算方法。答：??360?

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3-5步進電機驅動電源由哪三部分組成？答：由環形分配器、光電隔離電路、功率放大器三部分組成。

3-6步進電機功率放大電路有哪六種？各有何特點？答：步進電機功率放大電路有以下六種：1．單電壓型：優點：線路簡單。缺點：電流上升不夠快，輸出脈沖波形差，輸出功率低，高頻時帶負載能力低。適用范圍：低速、輕載的小型步進電機。2.雙電壓型（高低壓型）：優點：高壓驅動，電流上升快，脈沖波形好，頻率范圍寬，效率高。缺點：電壓波頂有凹陷，電流不穩定，電路較復雜。

3-7控制用電機包括哪三種？各用于什么伺服系統中？答：控制用電機按照工作原理不同分為三種：步進電機、交流伺服電機、直流伺服電機。分別用于開環控制、半閉環控制、閉環控制伺服系統中。

3-8什么叫機械特性曲線？直流伺服電機與交流伺服電機的機械特性曲線有何區別？ 答：機械特性是指控制電壓V2為常數時電動機的轉矩M與轉速n間的關系曲線，即n=f(M)曲線。直流伺服電機的機械特性曲線為線性，而且在不同的控制電壓下，其曲線相互平行，斜率不變，屬硬特性；交流伺服電機的機械特性曲線為非線性，而且在不同的控制電壓下，其特性曲線互不平行，屬軟特性，低速時更軟，故直流伺服電機比交流伺服電機的動態精度高，性能品質好；

直流伺服電機的調速驅動方式有兩種 ：晶體管脈寬調速：PWM調速(Pulse width modulation)，晶閘管調速：SCR調速(Silicon controlled rectifier)

4-1 微機由哪部分組成？微機分哪幾類？答：微機硬件由四部分組成：1．中央處理單元，即CPU，是控制系統的核心；2．總線（數據總線DB、地址總線AB、控制總線CB），是傳遞信息的紐帶；3．存儲器（RAM、ROM等），是存儲信息的倉庫；4．輸入、輸出接口電路（I/O口），是與外設連接的橋梁。微機分三類：單片機、單扳機、微機系統

4-28086/8088CPU最小、最大工作模式的特征。答：最小工作模式------指單微處理器系統，即系統中只有8086或8088一個微處理器。最大工作模式------指系統中可以包括兩個或多個微處理器，即允許多個微處理器一起工作，系統的控制信號由總線控制器提供，主處理器為8086/8088，其他為協處理器（如8087用于數值計算、8089用于I/O操作。

4-48031最小應用系統的擴展（即存儲器、I/O接口芯片的連線方法）。答：8031不具備內部ROM或EPROM（內部有一個128字節的RAM，還有CPU、總線），不能形成一個完整的微機，所以必須擴展，外接EPROM作為程序存儲器后，才構成一個最小應用系統。8031與存儲器、I/O接口芯片的連線方法見書上P153圖4-31。

4-7 行列式健盤的鍵值如何確定？答：將行線、列線按二進制順序排列，當某一鍵被按下后，鍵盤掃描程序執行到給該列置“0” 電平，讀出各行狀態為非全“1”狀態，這時的行、列數據組合成鍵的鍵值。

4-8 光電隔離電路的作用？ 答：光電隔離電路的作用有三個：1．電隔離：防止高壓竄入微機，防止干擾信號進入電路；2．電平轉換： 使不同電平的電路間方便地實現耦合；

3．提高驅動能力：如采用達林頓和可控硅管制成的光電耦合器可以驅動較大電流的負載。

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，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的總稱。2.機電一體化系統由機械系統、信息處理系統、動力系統、傳感檢測系統、執行元件系統五個子系統組成。它的目的是提高系統的附加價值。3機電一體化共性關鍵技術有：檢測傳感技術、信息技術、自動控制技術、伺服驅動技術、精密機械技術、系統總體技術。4機電一體化系統類型:開發性設計、適應性設計、變異性設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；傳動精度高；不易磨損；使用壽命高等優點。滾珠絲杠副中滾珠的循環方式有內循環和外循環兩種。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、輸出軸轉角誤差最小原則、等效轉動慣量最小原則。8同步帶由包布層、帶齒、帶背和加強筋組成。9常用的間歇機構有棘輪傳動、槽輪傳動、蝸形凸輪傳動等。這些傳動機構可將原動機構的連續運動轉換為間歇運動。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速方法有：變極調速、變轉差率調速、變頻調速。12錐環無鏈聯軸器利用錐環對之間的摩擦實現軸與轂之間的無間隙聯接傳遞轉矩，且可任意調節兩聯接件之間的角度位置。通過選擇所用錐環的對數，可傳遞不同大小的轉矩。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、可以進行電平轉換、提高驅動能力2．在機電一體化系統中應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內部狀態的內部信息轉換器（2）檢測作業對象和外部環境狀態的外部信息傳感器;按輸出信號的性質分為：（1）開關型（2）模擬型（3）數字型3.齒輪傳動的齒側間隙的調整方法有哪些？答：圓柱齒輪傳動：（1）偏心套調整法（2）軸向墊片調整法（3）雙片薄齒輪錯齒調整法 ；斜齒輪傳動：（1）墊片錯齒調整（2）軸向壓簧錯齒調整4．滾珠絲杠副消除軸向間隙的調整預緊方法有哪些?答：（1）雙螺母螺紋預緊調整式（2）雙螺母齒差預緊調整式（3）雙螺母墊片調整預緊式（4）彈簧式自動調整預緊式（5）單螺母變位導程預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式5．對傳感器的應用中，通常采取哪些技術措施來改善傳感器的性能？ 答：（1）平均技術（2）差分技術（3）穩定性處理（4）屏蔽和隔離6.你對機電一體化微機控制系統設計思路的理解是什么？答：（1）微機控制系統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）控制系統總體設計（5）軟件設計7.諧波齒輪傳動的特（優）點是什么？答：具有結構簡單、傳動比大、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩、承載能力強、效率高等優點。8.同步帶傳動的特（優）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、能高速傳動、維護保養方便等優點。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（產品）對執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，調速范圍高，低速運行平穩無爬行現象，分辨率高，震動噪聲小（4）適應起、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，能吸收振動；3)不需潤滑，耐油、水、耐高溫，耐腐蝕，維護保養方便；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導軌副應滿足的基本要求？答：導向精度高、剛性好、運動輕便平穩、耐磨性好、溫度變化影響小以及結構工藝性好等。

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）輸出軸轉角誤差最小原則（3）等效轉動慣量最小原則18.執行元件的種類及特點?答：根據能量不同分為：（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，應注意電壓之大小；（2）液動式 ：要求操作人員技術熟練，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，要求操作人員技術熟練19.保證機電一體化系統可靠性的方法有哪些？答：（1）提高系統的設計和制造質量（2）冗余技術（3）診斷技術

第三篇：機電一體化答案

1、控制用電機有哪些種類、特點及應用？

控制用電動機：力矩電動機、脈沖電動機、開關磁阻電動機、變頻調速電動機和各種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。

控制用旋轉電機按工作原理分：（1）旋轉磁場型：同步電動機（永磁）、步進電機（永磁）；（2）旋轉電樞型：直流電動機（永磁）、感應電動機（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、高響應特性；

2、高功率密度（體積小、重量輕）；

3、可實現高精度數字控制；

4、接觸換向部件（電刷與換向器）需要維護。應用：NC機械、機器人、計算機外圍設備、辦公機械、音響和音像設備、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伺服電機的全部優點。應用：音響和音像設備、計算機外圍設備。

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伺服電機的全部優點;

4、對定于電流的激勵分量和轉矩分量分別控制。應用：音響和音像設備、計算機外圍設備、NC機械、機器人。

AC伺服電機（感應型（矢量控制））：

1、對定于電流的激勵分量和轉矩分量分別控制；

2、具有DC伺服電機的全部優點。應用：NC機械、機器人。

步進電機：

1、轉角與控制脈沖數成比例，可構成直接數字控制；

2、有定位轉矩；

3、可構成廉價的開環控制系統。應用：計算機外圍設備、辦公機械、數控裝置

2、直流伺服電機的驅動方式有哪幾種？ 晶體管脈寬調理驅動、晶閘管直流調速驅動

3、旋轉式步進電機按其結構可分為哪幾種？各有何特點？

1、可變磁阻（VR）型：轉子結構簡單，轉子直徑小，有利于快速響應。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、轉子的阻尼差、噪聲差的缺點。但由于其制造材料費用低、結構簡單、步距角小，隨著加工技術的進步，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矩，故具有記憶能力，可用做定位驅動。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型相比轉矩大，但轉子慣量也較大。

3、混合（HB）型：具有VR型步進電機步距角小、響應頻率高的優點，還具有PM型步進電機勵磁功率小、效率高的優點。這類電動機都由轉子鐵心的凸極數決定步距角的大小，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伺服電機相比起轉矩、效率、精度、高速性比較差，但步進電機具有低速時轉矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優點，應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？ 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系：α運行拍數。

5、步進電機的主要性能指標有哪些？

答：

1、分辨力；

2、靜態特性；

3、動態特性—（1）動態穩定區（2）啟動轉矩Tq（3）最高連續運行頻率及矩-頻特性（4）空載啟動頻率與慣-頻特性；

4、步進電機技術指標實例—型號表示方式、技術性能參數：相數、步距角、電壓、相電流、最大轉矩、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）、質量、轉子轉動慣量

6、步進電機驅動電源的組成及作用有哪些？

答：驅動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。

驅動電源是將變頻信號源（微機或數控裝置等）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供給電動機各相繞組，以驅動電動機轉子正反向旋轉。

7、實現脈沖環形分配的方法有哪些，各有何特點？

答：1軟環分（采用計算機軟件，利用查表或計算方法來進行脈沖的環形分配）；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點；但軟環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、采用小規模集成電路搭接而成的三相六拍環形脈沖分配器；

靈活性很大，可搭接任意相、任意通電順序的環形分配器，同時在工作時不占用

=360°/（zm）；α

：步距角；z:轉子齒數；m為計算機的工作時間。

3、采用專用環形分配器器件，如CH250。

可以實現三相步進電機的各種環形分配，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：結構簡單，但繞組串聯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中驅動電源中必須含有環形分配器。因為這種系統與步進電機驅動電源之間具有較少的連線將信號送入步進電機驅動電源的環形分配器。

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

10、步進電機升降速規律有哪些？各有何特點？

答：

1、按照直線規律升速；加速度為恒指，要求步進電動機產生的轉矩為恒值。

2、按指數規律升速；加速度是逐漸下降的，接近電動機輸出轉矩隨轉速變化的規律。

1、滾珠絲杠副中滾珠的循環方式有幾種？各有何特點？

答：內循環：滾珠在循環過程中始終與絲杠表面保持接觸。優點滾珠循環的回路短、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、裝配調整不方便。

外循環：滾珠在循環反向時離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內或體外坐循環運動。（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；結構簡單、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；結構簡單、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，故應用較少。常以單螺母形式用做升降傳動機構。

2、滾珠絲杠副軸向間隙的調整與預緊方式有幾種？各有何特點？

答：（1）雙螺母螺紋預緊調整式L；結構簡單剛性好、預緊可靠，使用中調整方便，但不能精確定量地進行調整；（2）雙螺母齒差預緊調整式Ch或C；可實現定量調整，即可進行精密微調，使用中調整較方便。（3）雙螺母墊片調整預緊式D；結構簡單、剛度高、預緊可靠，但使用中調整不方便。（4）彈簧式自動調整預緊式；能消除使用過程中因磨損或彈性變形產生的間隙，但其結構復雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。（5）單螺母變位導程預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式B。結構簡單、緊湊，但使用過程中不能調整，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，預拉伸安裝時，預緊力較大，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、高轉速、高精度的精密絲杠傳動系統。但隨著溫度的升高會使絲杠的預緊力增大，易造成兩端支承的預緊力不對稱；（3）雙推-簡支式；軸向剛度較低，應注意減少絲杠熱變形的影響。雙推端可預拉伸安裝，預緊力小，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。（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。

4、滾珠絲杠的公稱直徑應根據什么選擇？基本導程應根據什么選取？

答：公稱直徑d0應根據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、在伺服電機驅動負載的傳動系統中，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；（2）輸出軸轉角誤差最小原則；適用于要求傳動精度高，回程誤差小的傳動齒輪系；（3）等效轉動慣量最小原則；適用于要求運動平穩、起停頻繁和動態性能好的伺服系統的減速齒輪系。

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

答：

1、直齒圓柱齒輪傳動

（1）偏心套（軸）調整法；結構簡單，但側隙不能自動補償；（2）軸向墊片調整法；轉配時軸向墊片使齒輪之間齒側間隙小，運轉又靈活。特點同（1）；（3）雙片薄齒輪錯齒調整法；可自動補償側隙。1）周向彈簧式；受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數裝置而不適用于功率驅動裝置。2）可調彈簧式；

2、斜齒圓柱齒輪傳動

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

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；結構簡單，制造、檢驗和修理方便，導軌面較寬，承載能力大，剛度高，應用廣泛；(3)燕尾型導軌；磨損后不能自動補償間隙，需設調整間隙裝置。兩燕尾面起壓板作用，用一根鑲條就可調節水平和垂直方向的間隙，且高度小，結構緊湊，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整和補償間隙，適用于同時作直線運動和轉動的地方或者承受軸向載荷的場合。

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

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定性。

10、滾動導軌副有哪些特點及應用場合？滾動導軌副的預緊方式？

答：優點：

1、摩擦系數小（0.003—0.005），運動靈活；

2、動、靜摩擦系數基本相同，因而啟動阻力小，而不易產生爬行；3可以預緊，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、由專業廠生產，可以外購選用。廣泛地被應用于精密機床、數控機床、測量機和測量儀器等。

缺點：抗振性差，接觸應力大；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；結構復雜，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）滾動體不循環的滾動導軌副；結構簡單，容易制造，成本較低，有時難以施加預緊力，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、靈活，承載能力大，調節方便，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。

滾動導軌副的預緊方式：

1、調整螺釘

2、塞塊調整

3、偏心銷軸調整.11、旋轉支承的種類及基本要求。

答：按其相互摩擦的性質分：滑動、滾動、氣體（或液體）摩擦支承。滑動摩擦支承按其結構特點分：圓柱、圓錐、球面和滾針支承；滾動摩擦支承按其結構特點分：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精度、剛度、熱變形及抗振性等得要求較高。

（1）旋轉精度；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整精度。在工作轉速之下取決其轉速、軸承性能以及軸系的動平衡狀態（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剛度、動剛度、增加軸系阻尼比等措施來提高軸系的動態性能，特別是抗振性；（4）熱變形；應采取措施將軸系部件的溫升限制在一定的范圍之內；（5）軸上零件的布置；在通過帶輪將運動傳入軸系尾部時，應該采用卸荷式結構，使帶的壓力不直接作用在軸端；傳動齒輪應盡量安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉變形。

13、鑄造機座的設計要點是什么？

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、結構工藝性以及節省材料、降低成本和縮短生產周期的問題。

（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小于Ra2.5um,以便增加實際接觸面積；

2、固定螺釘應在接觸面上造成一個預緊力，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）機座的結構工藝性；

1、保證剛度的情況下應力求形狀簡單；

2、機座壁厚應盡量均勻；

3、鑄件要便于清砂；

4、在同一側面的加工表面，應處于同一平面上；

5、必須有可靠的加工工藝基面。

（5）機座的材料選擇；應根據其結構、工藝、成本、生產周期等要求選擇，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、連桿機構、凸輪機構、摩擦輪、萬向聯軸器、軟軸、渦輪蝸桿、間歇機構。

滾珠絲杠副組成；

1、絲杠；

2、螺母；

3、滾珠；

4、反向器（滾珠循環反向裝置）。

1、機電一體化的涵義、內容、目的。

答：機電一體化是機械技術、電子技術和信息技術等各相關技術有機結合的一種新形式，是電子技術、信息技術向機械技術領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，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的總稱。目的是提高系統（產品）的附加價值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使產品結構向短、小、輕、薄化方向發展，從而不斷滿足人們生活的多樣化和生產的省力化、自動化需求。

2、機電一體化系統的基本構成。

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

3、接口的功能及其分類。

答：接口是構成機電一體化系統的要素或子系統連接處必須具備的聯系條件。廣義的接口功能有兩種：一種是變換、調整；另一種是輸入/輸出。

（1）根據接口的變換、調整功能分：

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、環境接口。

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

主功能：系統誤差、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、手動操作； 構造功能：尺寸、重量、強度； 計測功能：精度。

5、機電一體化系統的設計步驟。

答：

1、根據目的功能確定產品規格、性能指標；

2、系統功能部件、功能要素的劃分；

3、接口的設計；

4、綜合評價（或整體評價）；

5、可靠性復查。

6、試制與調試。

第四篇：機電一體化答案

I

目錄

機電一體化技術第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革命？

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

.................................1 1-8.工業三大要素指的是什么？........................................................................................1 1-12.機電一體化系統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 機電一體化技術第2 章習題-參考答案

.................................................................................2 2-1 設計機械傳動部件時，為確保機械系統的傳動精度和工作穩定性，常常提出哪些 要求？.................................................................................................................................2 2-2 機電一體化系統傳動機構的作用是什么？................................................................2 2-3 機電一體化系統（產品）對傳動機構的基本要求是什么？

.....................................2 2-10 現有一雙螺母齒差調整預緊式滾珠絲杠，其基本導程λ0=6mm、一端的齒輪齒 數為 100、另一端的齒輪齒數為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？

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

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

..........................................................................................5 3-1 簡述機電一體化系統執行元件的分類及特點。........................................................5 II

3-2 機電一體化系統對執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 直流驅動調速，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形分配方式？...............................................................7 簡述步進電機驅動電源的功率放大電路原理..................................................................7 機電一體化技術第4 章參考答案

..........................................................................................9 試說明CPU、MC 和MCS 之關系。..................................................................................9 4-

3、在設計微機控制系統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 機電一體化技術第5 章參考答案

........................................................................................11 5-2 簡述采樣定理？.........................................................................................................11 5-3 簡述數字控制系統A/D 轉換過程。

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

......................................................................12 機電一體化技術第7 章參考答案

........................................................................................13 7-3 機電一體化系統中的典型負載有哪些？說明以下公式的含義：

...........................13 7-4 設有一工作臺x 軸驅動系統，已知參數為下表中所列，已知mA=400 ㎏，Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作臺與導軌間為滑動摩擦，其摩擦系數為 0.2，試求轉換到電動機軸上的等效轉動慣量和等效轉矩。

........................................13 7-5.簡述機電一體化系統的數學模型建立過程。比例環節（P）、積分環節(I)、比例-積分環節(PI)和比例-積分-微分調節(PID)各有何優缺點？.............................................14 7-8 何謂機電一體化系統的“可靠性”？

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

機電一體化技術第 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，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的總稱。

1-4 何謂機電一體化技術革命？

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

1-7.機電一體化系統有哪些基本要素組成？分別實現哪些功能？

答：

機電一體化系統（產品）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）

執行元件

驅動（操作）

動力源

提供動力（能量）

機構

構造

1-8.工業三大要素指的是什么？

答：物質、能量、信息。

1-12.機電一體化系統的接口功能有哪兩種？

答：一種是變換、調整;

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專用電子部件取代傳統機械產品（系統）中的復雜機械功能部件或功能子系統，以彌補其不足。

融合法它是將各組成要素有機結合為一體構成專用或通用的功能部件（子系統），其要 素之間機電參數的有機匹配比較充分。

組合法它是將結合法制成的專用或通用功能部件（子系統）、功能模塊，像積木那樣組 合成各種機電一體化系統（產品），故稱組合法。2

機電一體化技術第 2章習題-參考答案 2-1 設計機械傳動部件時，為確保機械系統的傳動精度和工作穩定性，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、適當的阻尼比等。

2-2 機電一體化系統傳動機構的作用是什么？

答：傳遞轉矩和轉速。

2-3 機電一體化系統（產品）對傳動機構的基本要求是什么？

答：精密化，高速化，小型、輕量化。

2-10 現有一雙螺母齒差調整預緊式滾珠絲杠，其基本導程λ0=6mm、一端的 齒輪齒數為 100、另一端的齒輪齒數為 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=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

輸出軸轉角誤差最小原則 等效轉動慣量最小原則

（2）輸出軸轉角誤差最小原則是：

為提高機電一體化系統齒輪傳動的精度，各級傳動比應按先小后大的原則分配，以

便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉誤差對輸出轉角精度的影響。總轉角誤差主要 取決于最未一級齒輪的轉角誤差和轉動比的大小，在設計中最未兩級傳動比應取大一些，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，各齒輪的轉角誤差為?φ1=?φ2=?φ3=… =0.005 rad,各級減速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：該傳動系統的最大轉 角誤差?φmax;為縮小?φmax，應采取何種措施？

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）

總轉角誤差主要取決于最未一級齒輪的轉角誤差和傳動比的大小，所以，為縮小? φmax，在設計中最未兩級的傳動比應取大一些，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：結構簡單、傳動比大、傳動精度高、回程誤差小、噪聲 低、傳動平穩、承載能力強、效率高等特點。

諧波齒輪傳動的波發生器相當于行星輪系的轉臂，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用行星輪系求傳動比的方式來計算。設 H g r、、分別為剛輪、柔輪和波形發生器的角速度，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.設有一諧波齒輪減速器,其減速比為 100，柔輪齒數為 99 當剛輪固定時, 試求該諧波減速器的剛輪齒數及輸出軸的轉動方向(與輸入軸的轉向相比較)答：根據公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:

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

當 iHr=-100 時,Zg=101;

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

(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；柔輪固定 時，剛輪與輸出軸固聯，兩種情況下，波發生器均與輸入軸固聯)

2-20.齒輪傳動的齒側間隙的調整方法有哪些?

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

(2)斜齒輪傳動:錯齒調整法,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）錐齒輪采用彈簧調整方式。

2-25.軸系部件設計的基本要求有哪些？

答：①旋轉精度

②剛度

③抗震性

④熱變形

⑤軸上零件的布置 5

機電一體化技術第 3章參考答案 3-1 簡述機電一體化系統執行元件的分類及特點。

答: 種 類

特點

優點

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，應注意電壓之大小

操作簡便；編程容易；能 實現

定位伺服；響應快、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，不易小型化，遠距離 傳輸困難，工作噪聲大，難 于伺服

液 動 式

要求操作人員技術熟 練；液壓源壓力（20-80）×10 5 Pa

輸出功率大，速度快，動 作平穩，可實現定位伺 服；易于 CPU 相接；響應 快

設備難于小型化，液壓源或 液壓油要求（雜質、溫度、油量、質量）嚴格；易泄露 且有污染

3-2 機電一體化系統對執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----電動機的額定轉矩，N*M Jm——電動機轉子的轉動慣量,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，為調節電動機的轉速和方向，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理驅動和晶閘管直流調速驅動兩種方式。

晶閘管直流驅動方式，主要通過調節觸發裝置控制晶閘管的觸發延遲角（控制電壓的大 小）來移動觸發脈沖的相位，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 于平滑調速。

脈寬調制（PWM）直流調速驅動系統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速。6

3-6 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 負脈沖從而實現電機的轉向控制。為使其實現雙向調速，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。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 轉向和轉速。

步進電機具有哪些特點？

答： 步進電機的工作狀態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生“丟步”的現象之 前，就不影響其正常工作； 步進電機的步距角有誤差，轉子轉過一定步數以后也會出現累計誤差，但轉子轉過 一轉以后，其累計誤差變為“零”，因此不會長期累積；控制性能好，在起動、停止、反轉時不易“丟步”

因此，步進電機廣泛應用于開環控制的機電一體化系統，使系統簡化，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 相磁極就產生磁通，并

對轉子產生磁拉力，使轉子的 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 相磁極便產生磁通，這時轉子 2 4 兩個齒與 B 相磁極靠的最近，于是轉子便

沿著逆時針方向轉過 30 度角，使轉子 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=轉子齒數。

M=運行拍數。通常等于相數或相數整數倍，即 M=K*N（N 為電動機的相

數，單拍是 K=1，雙拍時 K=2）。

3-12 簡述三相步進電機的環形分配方式？

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形分配，簡稱軟環分。2.采 用小規模集成電路搭接而成的脈沖分配器。3.采用專用環形分配器件。

簡述步進電機驅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。當 A 相得電時，步進電機轉動一

步，當脈沖依次加到 ABC 三個輸入端時，三組放大器分別驅動不同的繞組，是電機一步一

步的轉動。電路終于繞組并聯的二極管 VD 其續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。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 進入穩態后 t1 一次測電流暫時恒定，無磁通變化二次側的感應電壓為 零，vt3 截止。12v 低電壓經 vd1 加到電動機繞組我 w 上并維持繞組中的電流。輸入結束后

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，改善電流波形的后沿。8

機電一體化技術第 4章參考答案

試說明 CPU、MC 和 MCS 之關系。

答：微處理機簡稱 CPU，它是一個大規模集成電路器件或超大規模集成電路器件，器 件中有數據有數據通道、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。一般將配有系統軟件、外圍設備、系統總線接口的微型計算機系統，簡稱 MCS。

3、在設計微機控制系統中首先會遇到的問題是什么？

答： 在設計微機控制系統時，首先會遇到專用與通用的抉擇和硬件與軟件的權衡問題。

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 74LS04 非門 反相后，加到光電耦 合器 G 的發光二極管 正端。當控制信號為

高電平時，經反相后，加到發光二極管正端的電平為低電平，因此，發光二極管不導通，沒有光發出。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，發光二極管導通并發光，光敏晶體管接收發光二極管發出的 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→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)→三態緩沖器→微機 10

③數字量接口方式：數字型傳感器輸出數字量(二進制代碼、BCD 代碼、脈沖序列等)→計數器→三態緩沖器→微機 11

機電一體化技術第 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 簡述數字控制系統 A/D 轉換過程。

模/數轉換裝置每隔 T 秒對輸入的連續信號 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的信號，它不能直接進入計算機進行運 算，必須經量化后成為數字信號才能為計算機所接受。將采樣信號經量化后成為數字信號 的過程是一個近似過程，稱量化過程。現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碼表示，這些數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，用數字 010 來代表； 采樣信號 A2為 3.2V，則量化值 A2 ‘為 3V，用數字量 011 代表。這樣就把采樣信號變成了數 字信號。

a

b

5-5 簡述多輸入多輸出系統的靜力學方程。

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，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)｝變換成為關節運動φ1(t)、φ2(t)，然后

從φ1和φ2導出計算關節力矩 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

7-3 機電一體化系統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。設上述系統在時間 t 內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 行 元 件 輸 出 軸 在 時 間 t 內 的 轉 角 為

k k 則，執行元件所作的功為 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 設有一工作臺 x 軸驅動系統，已知參數為下表中所列，已知 mA=400 ㎏，Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作臺與導軌間為滑動摩擦，其摩 擦系數為 0.2，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的數學模型建立過程。比例環節（P）、積分環節(I)、比例-積分環節(PI)和比例-積分-微分調節(PID)各有何優缺點？

答：在穩態設計的基礎上，利用所選元部件的有關參數，可以繪制出系統框圖，并根據自 動控制理論基礎課所學知識建立各環節的傳遞函數，進而激勵系統傳遞函數。

以閉環控制方式為例：

圖（1）為檢測傳感器裝在絲桿端部的半閉環伺服控制系統。它的系統框圖如圖（2）所 示。該圖的傳遞函數為 15

G（s）= =

=

=

式中：K=

(1)用滾珠絲杠傳動工作臺的伺服進給系統

（2）系統框圖

-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；-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

當系統受到外擾動轉矩 時，圖（2）就變為圖（3）。為分析方便起見，見圖（3）改畫成 圖（4）所示，則傳遞函數為：

G(s)= = 16

（3）附加擾動力矩（以電壓 表示）的系統框圖

-直流伺服電機的轉矩常數；-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（P）、積分調節（I）、比例-積分調節（PI）和比例-積分-微分調節（PID）各自 的優缺點

（1）比例（P）調節

比例調節網絡圖如圖（a），其傳遞函數為

Gc(s)=–Kp

式中 Kp=R2/R1

它的調節作用的大小主要取決于增益 Kp 的大小。Kp 越大，調節作用越強，但是存在調 節誤差。而且 Kp太大會引起系統不穩定。

（2）積分（I）調節

積分調節網絡圖如圖(b)，其傳遞函數為

Gc(s)=1/（Tis）

式中 Ti=RC。

系統中采用積分環節可以減少或消除誤差，但由于積分環節效應慢，故很少單獨使 用。

（3）比例-積分（PI）調節

其網絡如圖(c)。他的傳遞函數為

Gc(s)=–[ KP（1+1/（Tis））] 式中 Kp=R2/R1；Ti=R2C。

這種循環既克服了單純比例環節有調節誤差的缺點，又避免了積分環節響應慢的弱17

點，既能改善系統的穩定性能能，又能改善其動態性能。

（4）比例-積分-微分（PID）調節

這種調節網絡的組成如圖（d），其傳遞函數為

Gc(s)=–Kp[1+1?（Tis）+Tds ]

式中 Kp=（R1C1+R2C2）/(R1R2)；Ti=R1C1+R2C2;T=R1C1R2C2 ?(R1C1+R2C2)。

這種校正環節不但能改善系統的穩定性能，也能改善其動態性能。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中不宜采用；PID 調節器能使閉環系統更加 穩定，其動態性能也比用 PI調節器時好。

7-8 何謂機電一體化系統的“可靠性”？

答：機電一體化可靠性是指，系統（產品）在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能 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，電廠是生產一線，各個環節充滿著技術，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起的水利系統中專自學考試，不恥下問，經過較為艱苦的努力，2010年獲得畢業證書畢業，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。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學習，有針對性地強化自己的專業知識儲備;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。