中南大學(xué)機(jī)電一體化復(fù)習(xí)

1、第一章 緒論1簡述機(jī)電一體化技術(shù)的基本概念和涵義。p1答：機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù) 等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合， 實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)最佳化而建立起來的一門新的科 學(xué)技術(shù)。2機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢可概括為哪三個(gè)方面？p2答：機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢可概括為以下三個(gè)方面：（1）性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向發(fā)展；（2）功能上，向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展；（3）層次上，向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化的方向發(fā)展。3機(jī)電一體化的優(yōu)勢是什么？ p2 答：機(jī)電一體化的優(yōu)勢， 在于它吸收了各相關(guān)學(xué)科之長， 且綜合利用各學(xué)科并加以整體優(yōu)化。

2、 因此，在機(jī)電一體化技術(shù)的研究與生產(chǎn)應(yīng)用過程中，特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)融合、學(xué)科交叉的作用。 機(jī)電一體化技術(shù)依賴于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。 4機(jī)電一體化技術(shù)主要的相關(guān)技術(shù)可以歸納為哪六個(gè)方面？p2答：機(jī)電一體化技術(shù)主要的相關(guān)技術(shù)可以歸納為以下六個(gè)方面：（ 1）機(jī)械技術(shù)，（ 2）檢測傳感技術(shù)，（ 3）信息處理技術(shù)， （4）自動(dòng)控制技術(shù)， （5）伺服傳動(dòng)技術(shù)， （ 6）系統(tǒng)總體技術(shù)。 5機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)具有哪六個(gè)基本功能要素？p4答：機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)具有以下六個(gè)基本功能要素（即六個(gè)子系統(tǒng)）：（ 1）機(jī)械本體，（2）動(dòng)力部分，（ 3）檢測部分， （4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)，（5）控制器

3、，（6）接口。 6何謂機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口？接口的作用和基本功能是什么？p5答：機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口， 是機(jī)電一體化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間進(jìn)行物質(zhì)、 能量和信息傳 遞與交換的聯(lián)系部件。 接口的作用使各要素或子系統(tǒng)聯(lián)接成為一個(gè)整體， 使各個(gè)功能環(huán)節(jié)有 目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動(dòng)， 從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。 接口的基本功能有三個(gè)： 一是交換， 通過接口完成使各要素或子系統(tǒng)之間信號(hào)模式或能量的統(tǒng)一； 二是放大， 在兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)度相 差懸殊的環(huán)節(jié)間，經(jīng)接口放大，達(dá)到能量的匹配；三是傳遞，接口遵循協(xié)調(diào)一致的時(shí)序、信 號(hào)格式和邏輯規(guī)范將變換和放大后的信號(hào)可靠、快速、精確地交換傳遞。7簡述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能和分類。

4、 P5 答：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能是根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動(dòng)作。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件， 它將 輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為兩類：一是電氣式執(zhí)行部件， 按運(yùn)動(dòng)方式的不同又可分為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件（如電動(dòng)機(jī)）和直線運(yùn)動(dòng)零件（如電磁鐵等） ；二 是液壓式執(zhí)行部件，主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件。8從控制的角度簡述典型機(jī)電一體化控制系統(tǒng)以及它們各自的特點(diǎn)。P56答：從控制的角度， 機(jī)電一體化系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)、容易維修，它的主要缺如家用電器等。閉環(huán)控制系統(tǒng) 輸入信號(hào)與反饋信號(hào)比較后的偏差 再控制形被控對(duì)象的輸出， 從而沒有輸出反饋的控制系

5、統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單、 點(diǎn)是精度低、對(duì)環(huán)境變化和干擾十分敏感，常用于低檔電器， 輸出信號(hào)的全部或部分以負(fù)反饋的形式被反饋到輸入端， 信號(hào)送給控制器， 控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后產(chǎn)生控制信號(hào)， 形成閉環(huán)回路。 閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相比較，具有精度高、動(dòng)態(tài)性能好、 抗干擾能 力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、價(jià)格比較昂貴、不容易維修等。9何謂連續(xù)控制系統(tǒng)？ p6 答：信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)變化的系統(tǒng)。10何謂計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？ p6答：采用計(jì)算機(jī)作為控制器的控制系統(tǒng)即為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 又被稱為離散控制系統(tǒng)。 計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)（離散控制系統(tǒng)） ，即系統(tǒng)中某處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)碼形

6、式，信號(hào)在 時(shí)間上是離散的系統(tǒng)。11在機(jī)械工程領(lǐng)域中，大量的機(jī)電一體化系統(tǒng)以機(jī)械裝置或機(jī)器為控制對(duì)象，以電子裝 置或計(jì)算機(jī)為控制器，這些系統(tǒng)從控制的角度出發(fā)可大致分為哪四類？ p6 答：從控制的角度出發(fā)，這些系統(tǒng)可大致分為以下四類：（1）伺服傳動(dòng)系統(tǒng)， （2）數(shù)字控制系統(tǒng)，（ 3）順序控制系統(tǒng)， （4）過程控制系統(tǒng)第二章 機(jī)械傳動(dòng)與支承技術(shù) 12簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械結(jié)構(gòu)的作用以及設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)。p13答：在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械結(jié)構(gòu)主要用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件，用以完成規(guī) 定的動(dòng)作；傳遞功率、運(yùn)動(dòng)和信息；起支承連接作用等。通常，它們是微機(jī)控制伺服傳動(dòng)系 統(tǒng)的有機(jī)組成部分。 因此

7、，在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮一般的機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮 機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個(gè)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的性能、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。 20適當(dāng)增大慣量在什么情況下對(duì)伺服系統(tǒng)有利？機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如何把握慣量的大小？p20答：慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利。 因此， 機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)， 在不影響系統(tǒng)剛度的 條件下，應(yīng)盡量減小慣量。21機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的要求是什么？p21答：在機(jī)電一體化系統(tǒng)中， 普遍采用計(jì)算機(jī)控制和具有動(dòng)力傳遞、 變速與執(zhí)行等多重功能的 伺服電動(dòng)機(jī)。 伺服電動(dòng)機(jī)的伺服變速功能在很大程度上代替了機(jī)械傳動(dòng)中的變速機(jī)構(gòu)， 大大 簡化了傳動(dòng)鏈。因此機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置

8、也不再僅僅是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變換器， 已成為伺服系統(tǒng)的組成部分，必需根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。22在伺服系統(tǒng)中，如何選擇系統(tǒng)的總傳動(dòng)比？傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是 什么？ p2226答：在伺服系統(tǒng)中， 通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動(dòng)比， 以提高整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng) 速度。傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是：（1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則1）小功率傳動(dòng)裝置2）大功率傳動(dòng)裝置（2）質(zhì)量最小原則1）小功率傳動(dòng)裝置2）大功率傳動(dòng)裝置 小”。各級(jí)傳動(dòng)比分配的結(jié)果應(yīng)遵循“前小后大”的原則。各級(jí)傳動(dòng)比分配的結(jié)果仍應(yīng)遵循“前小后大”的原則。按“質(zhì)量最小”原則來確定傳動(dòng)比時(shí)，其各級(jí)傳動(dòng)比相等。按“

9、質(zhì)量最小原則”確定的各級(jí)傳動(dòng)比是逐級(jí)遞減的，即“前大后（3）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 要使總轉(zhuǎn)角誤差最小，從輸入端到輸出端的各級(jí)傳動(dòng)比按“前小后大”原則排列。（4）三種原則的選擇1）對(duì)于傳動(dòng)精度要求高的降速齒輪傳動(dòng)鏈，可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則設(shè)計(jì)。若為增 速傳動(dòng)，則應(yīng)在開始幾級(jí)就增速。2）對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的降速傳動(dòng)鏈，可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則 和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則設(shè)計(jì)。 對(duì)于負(fù)載變化的齒輪傳動(dòng)裝置， 各級(jí)傳動(dòng)比最好采用不 可約的比數(shù)，避免同時(shí)嚙合，使磨損均衡。3）對(duì)于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動(dòng)鏈，可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。26機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)支承部件的要求是什么？p4

10、041答：機(jī)電一體化系統(tǒng)中的支承部件不僅要支承、 固定和聯(lián)接系統(tǒng)中的其它零部件， 還要保證 這些零部件之間的相互位置要求和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度要求， 而且還是伺服系統(tǒng)的組成部分。 因 此，應(yīng)按伺服系統(tǒng)的具體要求來設(shè)計(jì)和選擇支承部件。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)支承部件的要求是：精度高、剛度大、熱變形小、抗振性好、可靠性高， 并且具有良好的摩擦特性和結(jié)構(gòu)工藝性。27空心圓錐滾子軸承中滾子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？p42答：滾子是中空的， 工作時(shí)潤滑油的大部分將被迫通過滾子中間的小孔， 以便冷卻最不易散 熱的滾子， 潤滑油的另一部分則在滾子與滾道之間通過， 起潤滑作用。 此外， 中空的滾子還 具有一定的彈性變形能力，可吸收

11、一部分振動(dòng)。第三章 伺服傳動(dòng)技術(shù) 30何謂伺服？ p58 答：伺服就是在控制指令的指揮下， 控制驅(qū)動(dòng)元件， 使機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件按照指令要求進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)。31伺服系統(tǒng)由哪四大部分構(gòu)成其基本組成？p58答：一般來說， 伺服系統(tǒng)的基本組成可包括控制器、功率放大器、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測裝置等四 大部分。32簡述開環(huán)控制伺服系統(tǒng)和閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的特征。p59答：（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上較為簡單，技術(shù)容易掌握，調(diào)試、維護(hù)方便，工作可靠，成 本低。缺點(diǎn)是精度低、抗干擾能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的機(jī)電一 體化系統(tǒng)。（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)，采用反饋控制原理組成系統(tǒng)，具有精度高、調(diào)速范圍寬、動(dòng)態(tài)性

12、能好 等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等。一般用于要求高精度高速度的機(jī)電一體化系統(tǒng)。 33常用的伺服電動(dòng)機(jī)有哪三大類？ p59 答：常用的伺服電動(dòng)機(jī)有直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三大類。34何謂直流伺服系統(tǒng)？ p65 答：采用直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為直流伺服系統(tǒng)。35何謂交流伺服系統(tǒng)？ p79 答：采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為交流伺服系統(tǒng)。36什么是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)？步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是如何工作的？常用的有哪三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)？p60答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件。對(duì)這種電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)電脈沖后，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，稱為一步； 脈沖數(shù)增加

13、，角位移 隨之增加；脈沖頻率高，則電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度就高，反之則慢；分配脈沖的相序改變后，電動(dòng) 機(jī)便反轉(zhuǎn)。 這種電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與通常均勻旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)有一定的差別， 是步進(jìn)形式運(yùn)動(dòng) 的。目前在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的有三種： 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和永磁感應(yīng)式步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)。37功率放大器由什么組成？ p61 答：功率放大器是由開關(guān)器件、電感、電容以及保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。38相敏放大器的功能和輸出特點(diǎn)是什么？p6768答：相敏放大器也稱為鑒幅器。 它的功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為與之成正比的直流電壓， 并使 它的極性與輸入的交流電壓的相位相適應(yīng)。 由于相敏放大器輸出的是脈動(dòng)的直流電壓， 必須 采

14、用濾波器，將其變成平滑的直流電壓。39脈寬調(diào)制型（ PWM ）功率放大器的基本原理是什么？ p68 答： PWM 功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定 頻率的方波電壓，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。40 PWM 的控制電路由哪些器件組成？ p70答： PWM 的控制電路主要包括脈沖調(diào)制器，邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)和晶體管基極驅(qū)動(dòng)器等。其中最 關(guān)鍵的部件是脈沖調(diào)制器。3 個(gè)方面？ p743 個(gè)方面：（ 1）由檢測元 （3）負(fù)載擾動(dòng)引起的擾41影響伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差的主要因素有哪 答：影響伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差的主要因素有

15、 件引起的檢測誤差； （2）由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輸入信號(hào)引起的原理誤差； 動(dòng)誤差。42常用的交流伺服電動(dòng)機(jī)有哪兩大類？p79答：目前常用的交流伺服電動(dòng)機(jī)分為同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)和異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大 類。43何謂交流調(diào)速過程中的同步調(diào)制？ p82答：在改變正弦調(diào)制波的頻率 f 的同時(shí)成正比的改變?nèi)禽d波的頻率fc，使載頻比 N 保持不變，則稱為同步調(diào)制。44何謂異步調(diào)制？ p82答：在改變正弦調(diào)制波的頻率 f 的同時(shí)，三角載波的頻率 fc 的值保持不變 ,使載頻波比 N 值 不斷變化，則稱為異步調(diào)制。45何謂環(huán)形分配器？ p85答；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各繞組必須按一定的順序通電才能正確工作。 這種使電動(dòng)

16、機(jī)繞組的通電順 序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的裝置稱為脈沖分配器，又稱為環(huán)形分配器。46簡述以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的伺服系統(tǒng)的組成及其作用。p88答：以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的伺服系統(tǒng)， 包括驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩大部分。 驅(qū)動(dòng) 控制系統(tǒng)的作用是把脈沖源發(fā)出的進(jìn)給脈沖進(jìn)行重新分配， 并把此信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)各定子繞組依次通、 斷電的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通過傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)（如絲杠）與執(zhí)行部件連接在一起，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行部件的移動(dòng)。47按控制元件的種類和驅(qū)動(dòng)方式分類，有哪兩類電液位置控制系統(tǒng)？廣泛應(yīng)用的是哪一 類控制系統(tǒng)？其中包括哪兩種控制方式？ p8990

17、 答：電液位置控制系統(tǒng)中，按控制元件的種類和驅(qū)動(dòng)方式分為：節(jié)流式控制（閥控式）和容 積式控制（泵控式） 系統(tǒng)兩類。 廣泛應(yīng)用的是閥控系統(tǒng)， 它包括閥控液壓缸和閥控液壓馬達(dá) 系統(tǒng)兩種方式。48何謂電液速度伺服控制系統(tǒng)？ p93 答：若系統(tǒng)的輸出量為速度，將此速度反饋到輸入端，并與輸入量比較，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng) 的速度控制，這種控制系統(tǒng)稱為速度伺服控制系統(tǒng)。第四章 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)49計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由哪兩部分組成？p97答；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。（1）硬件組成，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要是由主機(jī)、外圍設(shè)備、過程輸入與輸出設(shè)備、 人機(jī)聯(lián)系設(shè)備和通信設(shè)備等組成。（2）軟件組成，軟件是各種程序

18、的統(tǒng)稱，軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。 52何謂接口技術(shù)？ p99答：接口技術(shù)是研究主機(jī)與外圍設(shè)備交換的技術(shù)。53常用的接口方式有哪幾種？ p99100 答：對(duì)于多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 為了便于整體控制及資源共享， 各個(gè)系統(tǒng) 間應(yīng)當(dāng)有系統(tǒng)間通道接口， 接口有通用和專用之分， 外部信息的不同， 采用的接口方式也不同。一般可分為如下幾種： （ 1）人機(jī)通道及接口， （2）檢測通道及接口， （3）控制通道及接 口，（4）系統(tǒng)間通道及接口。54接口電路的最重要的功能是什么？常用什么方式傳送數(shù)據(jù)？p100答：接口電路處于運(yùn)行速度快的微處理器與運(yùn)行速度比較慢的外設(shè)之間， 它的一個(gè)重要功能 就是能使它們在速率上匹配，正確地傳送數(shù)據(jù)。通常使用的方法有：無條件傳送、 查詢式傳 送和中斷傳送。55何謂 D/A 轉(zhuǎn)換器？ p103答： D/A 轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路。56何謂 A/D 轉(zhuǎn)換器？ p105答； A/D 轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。 57何謂總線式工業(yè)控制機(jī)？ p110 答：總線式工業(yè)控制機(jī)即是依賴于某種標(biāo)準(zhǔn)總線， 按工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 包括主機(jī)在內(nèi)的各種 I/O 接口功能模板而組成的計(jì)算機(jī)。58單片微計(jì)算機(jī)由什么集組成？ p112 答：單片微計(jì)算機(jī)是將 CPU、RAM 、ROM 、定時(shí) /計(jì)數(shù)、多功能