機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)計(jì)分作業(yè)4

1、 計(jì)分作業(yè)4一、簡(jiǎn)答題（每題1.5分，共15分）1完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？答：機(jī)械本體、動(dòng)力系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。2簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。答：機(jī)電一體系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機(jī)電一體化系統(tǒng)是通過(guò)許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。3滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？答：滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有：螺紋預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母齒

2、差預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)整式、彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式、單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式。4齒輪傳動(dòng)中齒側(cè)間隙對(duì)系統(tǒng)有何影響，如何消除直齒圓柱齒輪的齒側(cè)間隙？答：齒輪的嚙合間隙會(huì)造成傳動(dòng)死區(qū)，若該死區(qū)是在閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常會(huì)使系統(tǒng)以15倍間隙角產(chǎn)生的低頻振蕩。為了降低制造成本，則多采用各種調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來(lái)消除或減小嚙合間隙，常用的方法有：偏心套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法等。5什么是傳感器的校準(zhǔn)？并簡(jiǎn)述如何進(jìn)行校準(zhǔn)？答：傳感器在使用前、使用中或擱置一段時(shí)間再使用時(shí)必須對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)或做必要的調(diào)整和修正，以確保傳感器的測(cè)量精度，這個(gè)復(fù)測(cè)調(diào)整過(guò)程成為校準(zhǔn)。為了對(duì)

3、傳感器有一個(gè)長(zhǎng)期的、穩(wěn)定的和高精度的基準(zhǔn)，在一些測(cè)量?jī)x器中特別是內(nèi)部微處理器的測(cè)量?jī)x器中，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)功能。對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要精度比基準(zhǔn)器，這種基準(zhǔn)器受時(shí)間的推移和使用的磨損等因素的影響，參數(shù)會(huì)隨之改變。因此對(duì)基準(zhǔn)器還要用更高精度的基準(zhǔn)器來(lái)定期校準(zhǔn)。6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)是什么？如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制？答：步進(jìn)電機(jī)的輸入信號(hào)是脈沖序列。步進(jìn)電機(jī)的步矩角a與運(yùn)行拍數(shù)m、通電方式k（m=kN，單拍時(shí)k=l,雙拍時(shí)k=2,N為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。改變步進(jìn)電機(jī)定

4、子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。7機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的哪個(gè)階段？答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的仿真模型主要有：物理模型、數(shù)學(xué)模型和描述模型。當(dāng)仿真模型是物理模型時(shí)，為（全）物理仿真;是數(shù)學(xué)模型時(shí)，稱之為數(shù)學(xué)（計(jì)算機(jī)）仿真。用已研制出來(lái)的系統(tǒng)中的實(shí)際部件或子系統(tǒng)代替部分?jǐn)?shù)學(xué)模型所構(gòu)成的仿真稱為半物理仿真。計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真、全物理仿真分別應(yīng)用在分析設(shè)計(jì)階段（軟件級(jí)）、部件及子系統(tǒng)研制階段（軟件硬件級(jí)）實(shí)時(shí)仿真、系統(tǒng)研制階段（硬件級(jí)）實(shí)時(shí)仿真階段。8什么是PID調(diào)節(jié)器？三部分在系統(tǒng)調(diào)節(jié)中各起什么作用？答：按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，將偏差的比

5、例、積分、微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，簡(jiǎn)稱為P（比例）I（積分）D（微分）調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。a、PID調(diào)節(jié)器中比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，其反應(yīng)迅速；b、積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；c、微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。何謂概念設(shè)計(jì)？簡(jiǎn)述概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。答:概念設(shè)計(jì):在確定任務(wù)之后，通過(guò)抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等,確定出基本求解途徑，得出求解方案。(1)首先是將設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能；(2)根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進(jìn)行總功能分，劃分出各功能模塊，將總功能分解為子功能，直到分解到不能再

6、分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系；對(duì)各功能模塊輸入/輸出關(guān)系進(jìn)行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)；尋找子功(功能元)的解，并將原理解進(jìn)行組合，形成多種原理解設(shè)計(jì)方案；以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計(jì)組討論、審定。由于體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作原理；方案進(jìn)行整體評(píng)：對(duì)不同的方案進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品。簡(jiǎn)述數(shù)控設(shè)備中計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的組成和功能。答：在數(shù)控設(shè)備中，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是設(shè)備的核心部分，一般由專用計(jì)算機(jī)(或通用計(jì)算機(jī))、輸入輸出接口以及機(jī)床控制器等部分構(gòu)成。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，

7、完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能；機(jī)床控制器主要用于機(jī)床的輔助功能,主軸轉(zhuǎn)速的選擇和換刀功能的控制。二、綜合題(每題,25分，共5分)1.已知一個(gè)繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動(dòng)方案分別如圖(a)和(b)所示。試分析兩種方案的特點(diǎn)；畫圖說(shuō)明方案(a)減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的方法。(a)減速器滾筒驅(qū)動(dòng)1.驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：方案a結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)。繩的位移叫以很大但繩在滾筒方向會(huì)產(chǎn)生橫向位移。需要采用制動(dòng)器或者止逆型減速器才能防止繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。方案b結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單成本與方案。相當(dāng)。繩的位移要受到絲杠長(zhǎng)度的限制，普通絲杠具有止逆功能，無(wú)需增加制動(dòng)器即可防上繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。無(wú)橫向位移。2方案1,的測(cè)量

8、方法電機(jī)軸安裝編碼器間接測(cè)量繩的位移；滑臺(tái)安裝直線傳感器直接測(cè)量繩的位移。2某物料搬動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖所示，動(dòng)作過(guò)程如圖所示，要求機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。機(jī)械手有升降、水平移動(dòng)、手爪夾持等3個(gè)自由度，采用電磁閥控制的氣缸驅(qū)動(dòng)，PLC控制。要求寫出物料搬動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)的詳細(xì)工程路線。物料搬動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理圖答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)流程分為五個(gè)階段：產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)實(shí)施和設(shè)計(jì)定型階段。第一階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段：進(jìn)行需求分析和需求設(shè)計(jì)，以明確設(shè)計(jì)任務(wù)。機(jī)械手的用途:物料搬運(yùn)。工作方式：手動(dòng)、自動(dòng)方式。主要技術(shù)參數(shù)：3自由度。使用環(huán)境要求：生產(chǎn)線。第二階段：概念設(shè)計(jì)階段：在功能分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化篩選取得較理想的工作原理方案。第三階段：詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。對(duì)各功能模塊進(jìn)行細(xì)部設(shè)計(jì)，繪制相應(yīng)的工程圖。該階段的工作量既包括機(jī)械、電氣、電子、控制與計(jì)算機(jī)軟件等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，又包括總裝圖