机电一体化系统复习题

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1、一、名词解释（20 分）1. 伺服（ Serve）:即“伺候服侍”的意思，就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。2.电磁干扰一般是指系统在工作过程中出现的一些与有用信号无关的，并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。这些有害的的电气变化现象使得有用信号的数据发生瞬间变化，增大误差，出现假象，甚至使整个系统出现异常信号而引起故障。3.国家标准GB3187 82（可靠性基本名词术语及定义）规定可靠性的定义是：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，它包括四项内容：产品、规定的条件、规定的时间、规定的功能。4.XBD 10

2、0 125250精度等级，级为普通级输出转矩为250Nm传动比为125 柔轮内径为100mm 产品代号。表示卧式双轴伸型谐波减速器5.所谓的系统设计，就是用系统思想综合运用各有关学科的知识、技术和经验，在系统分析的基础上，通过总体研究和详细设计等环节，落实到具体的项目上，以创造满足设计目标的人造系统。二、填空题（每空2分，共计30 分）1.一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素（子系统）：、控制器、接口。（ 机械主体、动力部分、检测部分、执行部分）2. 工业机器人按控制方式分类，可分为、。 （点位控制（PTP）工业机器人、连续轨迹控制（CP）工业机器人）3.伺服电动机是电气伺服系统的

3、执行原件，其作用是把转换为。 （电信号、机械运动）4. 相梅放大器的任务之一是将输入电压变换成电压。（交流，直流）5.谐波齿轮传动的特点是：、，可以向密封空间传递运动或动力，传动平稳，传动效率高，结构简单、体积小、质量小。(传动比大，传动能力大，传动精度高) 6.谐波齿轮传动是一种新型传动，其原理是依靠柔性齿轮所产生的，引起齿间的来传递动力和运动的。(可控制弹性变性波、相对位移) 7. 可 靠 性 的 定 义 是 ： 产 品 在 规 定 的 条 件 下 和 规 定 的 时 间 内 完 成 规 定 功 能 的 能 力 ， 它 包 括 四 项 内容：、。(产品、规定的条件、规定的时间、规定的功能)

4、8.A/D转 换 器 是 将转 换 成 数 字 的 器 件 ， 它 的 实 现 方 法 有 多 种 ， 常 用 的 有_法、法。 （模拟电压、逐次逼近、双积分）9.机电一体化系统及产品常用的可靠性指标有：、 （可靠度R（t） 、失效率 （t） 、平均寿命、平均维修时间MTTR ）10. 当伺服电动机带动机械负载按指令运动时，机械运动所有的元件都会因受力而产生程度不同的。(弹性变形 )11. 影响伺服系统的稳态精度，导致系统产生稳态误差的因素有：、。 （由检测元件引起的检测误差；由系统的结构和输入信号引起的原理误差；负载扰动引起的扰动误差）三、判断题1.当伺服电动机带动机械负载按指令运动时，机械

5、运动所有的元件都会因受力而产生程度不同的弹性变形。（ ）2.铸铁、合金铸铁、钢板、花岗岩等为机身的常用材料。（ ）3. 绝缘栅双极晶体管IGBT 是一种既具有GTR 的高电流密度、 低饱和电压， 又具有 MOSFET 的高输入阻抗、 高速特性的一种新型复合功率开关器件。（ ）4.对计算机控制系统、伺服电路板、 伺服电动机、 谐波齿轮减速器、滚珠丝杠等关键部件,应进行可靠性试验。 （ ）5.将电路、设备机壳等作为零电位的一个公共参考点(或面 )实现低阻抗的连接，称之为接地。（ ）6. 点焊机器人为六自由度全关节示教再现式工业机器人，它由机器人操作机、计算机控制系统、电气伺服系统和点焊机等四个子系

6、统组成。（ ）7.可靠性分配是把产品经过论证确定的可靠性指标,从系统开始 ,自上而下地分配给各个子系统、部件和元器件 （ ）8.相梅放大器的任务之一是将输入交流电压变换成直流电压。（ ）9. 在可逆 PWM 变换器中，跨接在电源两端的上、下两个晶体管经常交替导通和截至。（ ）10.电液速度伺服控制系统不能用于发电机组、雷达天线等需对其运转速度进行控制的装置中。（x）11.谐波齿轮传动的特点是：传动比大，传动能力大，传动精度低，可以向密封空间传递运动或动力。（x）12.在步进电动机伺服系统中，用输出脉冲的数量、频率和方向控制执行部件的位移量、移动速度和移动方向，从而实现对位移控制的要求。（x）1

7、3.步进电动机驱动电路的种类很多，按采用的功率元件来分，有单电压驱动和高、低压驱动两种。（x）14.我国国家标准将工业机器人定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。” （x）15.机电一体化系统对支承部件的要求是：精度不高、刚度大、热变性小、抗振性好、可靠性高，并且有良好的摩擦特性和结构工艺性。（x）四、简答题（共40 分）1. 可编程序控制器（简称PLC）的主要功能及特点？.答： PLC 主要功能有条件控制即逻辑运算功能；定时控制；技术控制；步进控制；A/D 、D/A 转换；数据处理；级间通讯等等。PLC 的特点是： 1.工作可靠； 2.可与工业现场信

8、号直接连接；3.积木式组合； 4.编程操作容易； 5 易于安装及维修。2.单回路调节器的主要特点是什么? 答： 1）实现了仪表和微机一体化；2）具有丰富的运算和控制功能；3）有专用的系统组态器；4）人机接口灵活； 5）便于级间通信；6）有继电保护和自诊断功能。3.何谓工业机器人？工业机器人具有的三个重要特性及分类？答：我国国家标准将工业机器人定义为：“一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操作工具，用以完成各种作业。”而将操作机定义为： “具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。”三个重要特性：1）是一种机械装置，可以搬运

9、材料、零件、工具、或者完成多种操作和动作功能，也即具有通用性。2）是可以再编程的，具有多种多样程序流程的，这为人机联系提供了可能，也使之具有独立的柔软性。3）有一个自动控制系统，可以在无人参与下，自动的完成操作作业和动作功能。分类：1）.按操作机坐标形式分类（1)直角坐标型工业机器人（2）圆柱坐标型工业机器人（3）球坐标型工业机器人（4）多关节型工业机器人（5）平面关节型工业机器人2）.按控制方式分类（1）.点位控制（ PTP）工业机器人（2）连续轨迹控制（CP）工业机器人3）按驱动方式分类（1）气动式工业机器人（2）液压式工业机器人（3）电动式工业机器人4.永磁步进电动机的特点是什么？答：

10、1）步距角大。一般为150、22.50、300、450、900等。这是因为在一个圆周上受到极弧尺寸的限制，磁极数不能太多。 2）控制功率较小，效率高。3）电动机的内部阻尼较大。单步运行振荡时间短。4)断电时有一定的定位转矩。5.反应式步进电动机的特点？答： 1）气隙小。为了提高反应式步进电机输出转矩，气隙都取得很小。2）步距角小。因反应式步进电动机定、转子是采用软磁材料制成的，依靠磁组变化产生转矩，在机械加工所能允许的最小齿距情况下，转子的齿距数可以做得很多。 3）励磁电流较大。要求驱动电源功率较大。4）电机的内部阻尼较小。当相数较小时，单步运行震荡时间较长。5）断电时没有定位转矩。6.简述相

11、梅放大器的功能及任务？答：功能：是将交流电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的交流电压的相位相适应。任务： 1）将输入交流电压变换成直流电压；2）当输入交流电压相位变成相差时，输出的直流电压极性亦随之改变。 或者说输出直流电压的极性反映了输入交流电压的相位。3）输出直流电压的数值与输入交流电压的幅值成正比。1.单回路调节器的主要特点？答： 1）实现了仪表和微机一体化；2）具有丰富的运算和控制功能；3）有专用的系统组态器；4）人机接口灵活； 5）便与级间通信；6）有继电保护和自诊断功能。7. 可编程序控制器（简称PLC）的主要功能及特点？答： PLC 主要功能有条件控制即逻辑运算功

12、能；定时控制；技术控制；步进控制；A/D、 D/A 转换；数据处理；级间通讯等等。PLC 的特点是： 1)工作可靠； 2).可与工业现场信号直接连接；3).积木式组合；4).编程操作容易；5).易于安装及维修。8.与液体静压轴承相比较，气体静压轴承的主要优、缺点？答: 优点：气缸的内摩擦很小、粘度极低，故摩擦损失极小，不易发热。因此，适用于要求转速极高和灵敏度要求较高的场合；又由于气体理化性高度稳定，因此可在支撑材料许可的高温、深冷、放射性等恶劣环境中正常工作；若采用空气静压轴承，则空气来源十分方便，对环境无污染；循环系统较液体静压轴承简单。缺点：负荷能力低；支承的加工精度和平衡精度要求高，所

13、供气体清洁度要求较高，需严格过滤。9.双极式 PWM 变换器的优、缺点？答：优点： 1）电流连续； 2）可使电动机在四个象限中运行；3）电动机停止时，有威振电流，能消除摩擦死区；4）低速时，每个晶体管的驱动脉冲仍较宽，有利于晶体管的可靠导通；5）低速时平稳性好，调速范围宽。缺点：在工作过程中，四个功率晶体管都处于开关状态，开关损耗大，且容易发生上、下两管路直通的事故。为了防止上、下两管同时导通，在一管关断和另一管导通的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。10.影响伺服系统的稳态精度，导致系统产生稳态误差的因素有哪些方面？答：影响伺服系统的稳态精度，导致系统产生稳态误差的因素有：由检测元件引起的检测误

14、差；由系统的结构和输入信号引起的原理误差；负载扰动引起的扰动误差。11.机电一体化系统对制成部件的要求是什么答：机电一体化系统对制成部件的要求：精度高、刚度大、热变性小、抗振性好、可靠性高，并且有良好的摩擦特性和结构工艺性。12.简述机电一体化的发展趋势? 答：机电一体化的发展趋势可概括为以下三个方面：性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；功能上， 向小型化、 轻型化、 多功能方向发展；层次上， 向系统化、 复合集成化的方向发展。机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长，且综合利用各学科并加以整体优化。因此在机电一体化的研究与生产应用过程中，要特别强调技术融合、学科交叉的作用

15、。以电一体化依赖于相关技术的发展，机电一体化的发展也促进了相关技术的发展。机电一体化必将以崭新的姿态进入21 世纪并继续发展。13.可靠性的定义？机电一体化系统及产品常用的可靠性指标有哪些？答： .国家标准GB3187 82（可靠性基本名词术语及定义）规定可靠性的定义是：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，它包括四项内容：产品、规定的条件、规定的时间、规定的功能。常用的可靠性指标有：1）可靠度R（t）.可靠度是机电产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的概率，用R（ t）表示， 0R（t） 1。 2）失效率 （t） 。产品工作到t 时刻后的单位时间内发生失效的概率称为失效

16、率，以（t）表示。它反映任一时刻失效率的变化情况。3）平均寿命。产品从使用开始，知道发生故障，所经历的时间就是产品的寿命。平均寿命是指一批产品的寿命平均值。对不可修复的产品，平均寿命用MTTF （平均失效前时间）表示。4）平均维修时间MTTR 。维修时间是一个随机变量。产品每次故障后所需维修时间的平均值称为平均维修时间，用MTTR 表示。维修时间包括查找故障时间、排除故障时间及清理验证时间等。 5）有效度A（ t） 。在可维修系统中、在规定的工作条件和维修条件下、在某一特定的瞬时，系统正常工作的概率。14. 试述工业机器人控制系统的特点及基本要求？答：特点： 1）工业机器人由若干个关节，典型工业机器人有五至六个关节，每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。2）工业机器人的工作任务是要求操作机的手部进行空间点位运动或连续轨迹运动，对工业机器人的运动控制，需要进行复杂的坐标变换运算，以及矩阵函数的运算。3）工业机器人的数学模型是一个多变量、非线性和变参数的复杂模型，各变量之间还存