2019電大《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》作業(yè)1、2、3、4及答案

2019電大《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》作業(yè)1、2、3、4及答案．增大B．減小C．不影響D．難以確定5．機電一體化系統(tǒng)中，信息處理技術(shù)包括以下哪些方面？（D）A．輸入B．輸出C．存儲D．以上都是6．機械傳動系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動部件的固有頻率的（C）倍。A．1~2B．2~3C．3~4D．4~57．以下哪種調(diào)整方法可以自動補償齒輪傳動的側(cè)隙？（A）A．偏心軸套調(diào)整法B．軸向調(diào)整法C．加裝減隙器D．其他調(diào)整方法8．在機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，阻尼比ξ取值應(yīng)該（B）。A．越大越好B．越小越好C．取決于具體情況D．不影響系統(tǒng)性能三、簡答題1．機電一體化系統(tǒng)的主要特點是什么？（請回答不少于50字）答：機電一體化系統(tǒng)的主要特點是將機械、電氣、電子、計算機等技術(shù)有機結(jié)合，形成一個整體，實現(xiàn)對輸入物質(zhì)的處理和輸出物質(zhì)的控制。其特點包括：系統(tǒng)性、集成性、智能化、高效性、可靠性、安全性等。2．傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有什么影響？如何提高傳動精度？（請回答不少于50字）答：傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有影響，固有頻率越高，傳動精度越高。為提高傳動精度，可以采取以下措施：增大系統(tǒng)剛度、減小傳動死區(qū)、降低傳動間隙、提高傳動系統(tǒng)的自動補償能力等。此外，還可以采用高精度的傳動部件，提高加工精度和裝配精度，以及采用精密的控制系統(tǒng)等。1.機電一體化系統(tǒng)是以機械技術(shù)為主體、以電子部分為核心，強調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。（×）2.機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）二、選擇題1.機電一體化系統(tǒng)的特點不包括：A.機械部分和電子部分協(xié)同工作B.技術(shù)集成性強C.只強調(diào)機械部分的精度和穩(wěn)定性D.電子部分具有控制和處理功能答案：C2.以下哪個部件不屬于機床傳動系統(tǒng)？A.電機B.聯(lián)軸器C.工作臺D.刀架答案：D三、填空題1.機床主軸傳動方式有________、________和________。答案：皮帶傳動、齒輪傳動、直接驅(qū)動。2.求直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺的轉(zhuǎn)動慣量J，已知絲杠直徑d=5mm，絲杠導(dǎo)程p=14mm，工作臺質(zhì)量m=50kg。答案：J=0.03166(kg·m^2)。3.某四級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各級減速比相同，即i1=i2=…=i4=3，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差Δφ。答案：Δφmax=0.01975（弧度）。四、簡答題1.分析雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。答：雙螺母中的一個外端有凸緣，一個外端無凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。2.分析傳動大負載時消除齒側(cè)間隙的原理。答：小齒輪與齒條嚙合，與小齒輪同軸的大齒輪分別與齒輪嚙合，通過預(yù)載裝置向齒輪上預(yù)加負載，使齒輪同時向相反方向移動，從而帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，其齒面便分別緊貼在齒條上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙。3.雙螺母結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確消除軸向間隙。4.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指能夠直接感受或響應(yīng)被測量部分的元件。5.感應(yīng)同步器是一種高精度檢測元件，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造，有直線和圓盤式兩種，分別用于檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。6.當測量目的是進行定性分析時，應(yīng)選擇絕對量值精度高的傳感器，而不是重復(fù)精度高的傳感器。7.傳感器在使用前、使用中或修理后，必須進行標定或校準，以確保其性能指標達到要求。8.伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置，在控制信息作用下提供動力。9.氣壓式伺服驅(qū)動系統(tǒng)不適用于定位精度較高的場合。10.永磁型步進電動機即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動。11.步進電動機的轉(zhuǎn)動慣量越大，同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩越小。12.直流伺服電動機的調(diào)速特性是電機輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。1.電子計算機不屬于機電一體化產(chǎn)品。2.多級齒輪傳動中，各級傳動比相等的分配原則適用于按重量最輕原則設(shè)計的小功率裝置的傳動鏈。3.檢測環(huán)節(jié)包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路，能夠?qū)敵鲞M行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需的量綱。4.幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的動態(tài)特性指標。5.光柵傳感器的光柵位移是1mm。6.受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)。7.閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中，絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之外，因此回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度。1.√2.√3.√4.×5.√6.√7.×8.×9.√10.√二、填空題1.0.4o2.3/43.角度、角速度4.(a)、滾筒三、簡答題1.傳感器的測量原理是利用帶縫隙圓盤轉(zhuǎn)動時，光敏元件接收到脈沖信號，根據(jù)圓盤上縫隙的數(shù)量，輸出相應(yīng)的脈沖信號，從而測量角度和角速度。2.兩種驅(qū)動方案的特點分別是：(a)采用減速器滾筒驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但精度較低，適用于一些對精度要求不高的場合；(b)采用絲杠滑臺驅(qū)動，精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，適用于對精度要求較高的場合。機電一體化系統(tǒng)仿真可以幫助設(shè)計者在系統(tǒng)實際制造之前，通過計算機模擬系統(tǒng)運行情況來檢驗和驗證設(shè)計方案的可行性和優(yōu)化性能，從而節(jié)約時間和成本，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時，仿真還可以幫助設(shè)計者預(yù)測系統(tǒng)在不同工況下的性能表現(xiàn)，優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)的控制精度和效率。在實際運行系統(tǒng)之前，需要預(yù)測項目的實施結(jié)果，以便選擇正確的運行策略或提前消除設(shè)計中的缺陷。采用仿真技術(shù)可以省時省力省錢地達到這些目的。機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有三種：計算機仿真、半物理仿真和全物理仿真。計算機仿真適用于系統(tǒng)設(shè)計階段，半物理仿真適用于部件和子系統(tǒng)研制階段，全物理仿真適用于系統(tǒng)研制階段。在PID控制算法中，比例調(diào)節(jié)糾正偏差，反應(yīng)迅速；積分調(diào)節(jié)消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；微分調(diào)節(jié)減少超調(diào)，加快系統(tǒng)過渡過程。在選擇系統(tǒng)采樣周期時，需要考慮多個因素。根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣周期應(yīng)小于等于信號角頻率上限的π/ωmax。采樣周期還應(yīng)大于執(zhí)行元件動態(tài)調(diào)節(jié)穩(wěn)定時間。從系統(tǒng)隨動性和抗干擾的角度來看，采樣周期應(yīng)盡可能小，以減小時延和提高反應(yīng)速度。在多回路控制中，采樣周期應(yīng)足夠大，以確保能在一個采樣周期內(nèi)處理完所有回路的算法計算。此外，采樣周期不應(yīng)太小，以保證計算機精度。對于給定的工作臺，行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t=4mm，齒輪減速比i=5，要求工作臺位移的測量精度為0.005mm。如果采用高速端測量方法，旋轉(zhuǎn)編碼器應(yīng)安裝在電機輸出軸上，并確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。如果采用低速端測量方法，傳感器應(yīng)直接連接到絲杠的端部。對于旋轉(zhuǎn)編碼器，如果ns=500脈沖/轉(zhuǎn)，則合適。齒輪減速器和絲杠螺母機構(gòu)都會對輸出精度產(chǎn)生影響。齒輪減速器存在傳動誤差和回程誤差，其中傳動誤差主要由齒輪變形引起，回程誤差主要由齒輪間隙造成。為了提高傳遞運動的精度，應(yīng)按“先小后大”的原則分配各級傳動比，同時考慮各級轉(zhuǎn)角誤差折算到末級輸出軸上的總誤差。絲杠螺母機構(gòu)的傳動誤差主要由絲杠和螺母之間的間隙決定，可以通過調(diào)整和預(yù)緊來盡量減小誤差。傳感器的誤差直接影響控制精度，因此對輸出精度影響很大。2．圖中電樞控制式直流電動機的輸入電壓為u，線圈的電流為i，L和R分別為線圈的電感和電阻，電機的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T和ω，折算到電機轉(zhuǎn)子軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量為JM，KE和KT分別為電樞的電勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)。試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。電樞控制式直流電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)可通過拉普拉斯變換求解。根據(jù)電路方程式，可以得到輸入電壓與電流的關(guān)系式，以及電流與輸出轉(zhuǎn)速的關(guān)系式。將這些關(guān)系式代入拉普拉斯變換公式中，可以得到輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。具體而言，首先根據(jù)電路方程式得到輸入電壓與電流的關(guān)系式，然后將其帶入電流與輸出轉(zhuǎn)速的關(guān)系式中，得到輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓的傳遞函數(shù)。最終的傳遞函數(shù)為KTω(s)/U(s)=2LJMs/(RJMs+KEKT)。1．PLC是指（B）A.計算機控制系統(tǒng)B.可編程控制器C.自動控制系統(tǒng)D.現(xiàn)場總線系統(tǒng)2．自動化生產(chǎn)線中，常用的傳感器是（D）A.電機B.電源C.電纜D.光電傳感器3．下列哪種控制方式是閉環(huán)控制（A）A.反饋控制B.前饋控制C.比例控制D.模糊控制4．PLC的輸入輸出信號一般采用（C）A.模擬信號B.數(shù)字信號C.開關(guān)信號D.通訊信號5．自動化控制系統(tǒng)中，常用的執(zhí)行機構(gòu)是（B）A.傳感器B.執(zhí)行器C.控制器D.計算機6．下列哪種編程語言是PLC常用的（C）A.C++B.JavaC.ladderdiagram（梯形圖）D.Python7．工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)中，常用的編程方式是（A）A.離線編程B.在線編程C.手動編程D.自動編程8．在自動化控制系統(tǒng)中，常用的通訊協(xié)議是（B）A.USBB.ModbusC.EthernetD.Bluetooth9．下列哪種控制方式是開環(huán)控制（B）A.反饋控制B.前饋控制C.比例控制D.模糊控制10．自動化生產(chǎn)線中，常用的執(zhí)行機構(gòu)是（C）A.傳感器B.電源C.電機D.電纜2．使用PLC實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)控制，要求電動機首先正轉(zhuǎn)起動，3秒后自動反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)，同時可以隨時停車。請完成以下任務(wù)：（1）編寫I/O分配表；（2）選擇PLC并畫出梯形圖。解：（1）電動機正轉(zhuǎn)起動開關(guān)I0.0，電動機正轉(zhuǎn)Q0.0，電動機反轉(zhuǎn)Q0.1，電動機停轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1。I0.0-T39-T38INTONPT100msI0.1-Q0.030T38T38-T39INTONPT100msI0.1-Q0.120T39作業(yè)4一、判斷題（正確的打√，錯誤的打×）1．自動控制技術(shù)是機電一體化相關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（√）2．計算機控制系統(tǒng)設(shè)計完成后，首先進行硬件和軟件的調(diào)試，然后需要對整個系統(tǒng)進行系統(tǒng)調(diào)試。（×）3．PLC具有完善的自診斷功能，能及時診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（√）4．現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對多的設(shè)備連線，按控制回路分別進行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（×）5．需求設(shè)計是指新產(chǎn)品開發(fā)的整個生命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細技術(shù)說明書的形式來描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過程。（√）6．目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標準化或正在逐步標準化，設(shè)計時可以根據(jù)需要選擇適當?shù)慕涌?，再配合接口編寫相?yīng)的程序。（√）7．計算機控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件一般不需要用戶設(shè)計，所以軟件設(shè)計主要是系統(tǒng)軟件設(shè)計。（×）8．反求設(shè)計是建立在概率統(tǒng)計基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費用。（×）9．綠色設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進行分析研究，進而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。（×）10．虛擬設(shè)計是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計算機輔助設(shè)計環(huán)境中進行實體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計和應(yīng)用的需要。（√）11．工業(yè)機器人驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動方式。（√）12．數(shù)控機床中的計算機屬于機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而電機和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動部分。（×）二、單選題1．PLC是指（B）A.計算機控制系統(tǒng)B.可編程控制器C.自動控制系統(tǒng)D.現(xiàn)場總線系統(tǒng)2．自動化生產(chǎn)線中，常用的傳感器是（D）A.電機B.電源C.電纜D.光電傳感器3．下列哪種控制方式是閉環(huán)控制（A）A.反饋控制B.前饋控制C.比例控制D.模糊控制4．PLC的輸入輸出信號一般采用（C）A.模擬信號B.數(shù)字信號C.開關(guān)信號D.通訊信號5．自動化控制系統(tǒng)中，常用的執(zhí)行機