机电一体化1118历年简答题汇总

机电一体化简答试题汇总

三、简答题（每小题8分，共24分）

1．简述完善的机电一体化系统五大组成要素。[1] 2．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分?

答：机械本体、动力系统、传感检测系统、执行部件、信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。

3．机电一体化系统中，对控制及信息处理单元的基本要求是什么?

答：机电一体化系统中，对控制及信息处理单元的基本要求：信息处理速度和可靠性，增强抗干扰能力，完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型化，轻量，标准化等。 4．试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。

答：脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。 5．简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。[2]

6．交流伺服电机有哪些类型?交流伺服驱动的主要特点是什麽?

答：交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型开步电机两类。 交流伺服驱动的丰要特点有：

(1)调速范围大；(2)适合大、中功率伺服系统；

(3）运行平稳，转速不受负载变化的影响；(4)输出转矩较人，而转矩脉动小。 7．步进电机是如何实现速度控制的?

答：步进电机的运动是由输人的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度，其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。 8．步进电动机的输入信号是什么？如何实现对其转速和旋转方向的控制？

答：步进电机的输入信号是脉冲序列。

步进电机的步矩角α与运行拍数m、通电方式k（m=kN，单拍时k=1,双拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关。步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。

改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。 9．什么是步进电机的步距角?它是由哪些参数确定的?

答：步进电机在每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。它由步进电机的相数、电机转子的齿数和电机的通电方式所决定。

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0．机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么?[3]

11．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种?分别应用于系统设计的哪个阶段?[3] 2．试述可编程序控制器的功能及组成。

答：可编程序控制器可取代继电器控制，完成顺序和程序控制；可组成闭环系统，实现精确的位置和速度控制；可构成高速数据采集与分析系统，实现生产；过程的完全自动化。典型的可编程序控制器由电源、微处理器、存贮器、输入输出接口和编程器所组成。 3．PLC控制系统有何优越性?

答：PLC主要具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，PLC提供标准通信接口，可以方便地构成PLC—PLC网络或计算机—PLC网络，PLC应用程序的编制和调试非常方便，PLC具有监控功能。

4．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。[4] 5．什么是传感器的校准？并简述如何进行校准？

答：传感器在使用前、使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性能参数进行复测或做必要的调整和修正，以确保传感器的测量精度，这个复测调整过程称为校准。

为了对传感器有一个长期的、稳定的和高精度的基准，在一些测量仪器中特别是内部装有微处理器的测量仪器中，很容易实现自动校准功能。对传感器进行校准时，需要精度比它高的基准器，这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响，参数会随之改变。因此对这种基准器还要用更高精度的基准器来定期校准。

6．PID控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？[3] 7．什么是PID调节器?三部分在系统调节中各起什么作用?

答：按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，简称为P(比例)I(积分)D(微分)调节器，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。

a．PID调节器中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速； b．积分调节能消除静差，改善系统静态特性； c．微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。 8．简述对滚珠丝杆副进行间隙调整和预紧方法。

答：通常采用双螺母预紧和单螺母（适于大滚珠、大导程）两种方法，将弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可提高滚珠丝杠副的刚度。常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：螺纹调隙式、垫片调隙式和齿差调隙式三种；单螺母消隙常用增大滚珠直径法和偏置导程法两种预紧方法。

9．滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些?圆柱直齿轮的齿侧间隙的调整方法有哪些?

答：(1)滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有：螺纹预紧调整式、双螺母齿差预．紧调整式、双螺母垫片预紧调整式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预紧式。

(2)圆柱直齿轮的齿侧间隙的调整方法有：偏心套调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法(周向拉簧式、可调拉簧式)。

0．齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响，如何消除圆柱直齿轮的齿侧间隙?

答：齿轮的啮合间隙会造成传动死区，若该死区是在闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常会使系统以1—5倍间隙角产生的低频振荡。为了降低制造成本，则多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，常用的方法有：偏心套调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法等。

21．齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则分别有哪些?各使用在那些场合?

答：齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则：a．重量最小原则(结构紧凑)Ib．转动惯量最小原则(快速响应)；c．输出轴转角误差最小原则(精度)。

结合可行性、经济性对转动惯量、结构尺寸和传动精度提出适当要求：

要求体积小、重量轻的齿轮采用重量最轻的原则；要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的轮系采用最小转动惯量原则或输出轴转角误差最小原则；提高传动精度和减小回程误差为主的轮系采用转角误差最小原则。

2．简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。

答：机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面： (1)失动量

系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小； (2)固有频率

机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振； (3)稳定性

刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。

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3．为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施?

答：减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有：适当提高零部讲本身的精度；合理设计传动链，减小零邢件制造、装配误差刘传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。

4．简述概念设计的设计过程。

答：设计过程：设计任务抽象化，确定系统的总功能一将总功能分解为子功能，直到功能元+寻找子功能(功能元)的解一将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案+对众多方案进行评价决策，选定最佳方案一概念产品。

5．简述开关量输出模板的基本组成。

答：开关量输出模板的基本组成为：STD总线信号、输出端口译码控制、输出数据锁存、输出信号调理电路、负载。

6．简述HRGP—lA喷漆机器人的示教过程。

答：示教过程由工作人员用手操纵操作机构的关节和手腕，根据喷漆工件表面的形状进行示教操作，此时中央处理器通过反馈元件(旋转变压器)将示教过程中测试的参数存人存储器，即把示教过程执行机构的空间轨迹记录下来。

7．简述STD总线微机控制系统的主要特点。

答：STD总线微机控制系统的主要特点：

(1)采用小板结构，高度的模块化，其功能模板结构灵活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。 (2)模板设计具有严格的标准和广泛的兼容性。

(3)面向I／O的设计，具有强大的I／O扩展能力，使控制系统非常适合工业控制的应用。 (4)高可靠性。

8．开放式体系结构的主要特点是什麽?

答：开放式体系结构是近年来在电子工业和计算机工业中流行的一种设计思想，其主要特点是：向未来的VLSI开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要求开放；采用模块化结构。

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