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1、计分作业 4一、简答题（每题 1.5 分，共 15 分）1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、检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系 统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。通过接口及相应软件有机结 合在一起，构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。2简述机电一体化系统中的接口的作用。答：从系统外部来看，接口连接机电一体化系统与人、环境或其他系统； 从系统内部来看，通过许多接口将机电一体化系统各组成要素的连接起来。接 口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等。3滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？答：滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有：
2、螺纹预紧调整式、双螺 母差齿预紧调整式、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。4齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响，如何消除直齿圆柱齿轮的齿侧间隙？答：齿轮的啮合间隙会造成传动死区（失动量），若该死区是在闭环系统中， 则可能造成系统不稳定，常会使系统产生以 1 5 倍间隙而进行的低频振荡。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圆柱 齿轮的啮合间隙，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。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
3、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1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
4、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。7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？答：机电一体化系统的仿真模型主要有：物理模型、数学模型和描述模型。 当仿真模型是物理模型时，为（全）物理仿真；是数学模型时，称之为数学（计 算机）仿真。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所 构成的仿真称为半物理仿真。计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用 在分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件硬件级）实时仿真、 系统研制阶段（硬件级）实时仿
5、真阶段。8什么是 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。29何谓概念设计？简述概念设计的设计过程。答：概念设计是指在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适 当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案。设计过程： 设计任务
6、抽象化，确定系统的总功能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，选定最佳方案概念产品。10简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。答：在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，一般由专用计算 机（或通用计算机）、输入输出接口以及机床控制器等部分构成。计算机数控装 置根据输入的数据和程序，完成数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能； 机床控制器主要用于机床的辅助功能，主轴转速的选择和换刀功能的控制。二、综合题（每题,2.5 分，共 5 分）1已知一个绳位移控制系统的两种驱动方案分别如图（a）和（b）所示。
7、（1）试分析两种方案的特点；（2）画图说明方案（a）减速器滚筒驱动测量位移的方法。（a）减速器滚筒驱动 （b）丝杠滑台驱动答：（1）驱动特点：方案 a：结构简单、易实现。绳的位移可以很大，但绳在滚筒方向会产生横 向位移。需要采用制动器或者止逆型减速器才能防止绳对电机的反向驱动。方案 b：结构较简单，成本与方案 a 相当。绳的位移要受到丝杠长度的限制。 普通丝杠具有止逆功能，无需增加制动器即可防止绳对电机的反向驱动。无横 向位移。（2）方案 a 的测量方法1)电机轴安装编码器间接测量绳的位移32)滚筒轴安装编码器间接测量绳的位移3)通过对过轮转角的测量实现间接测量绳的位移2.某物料搬动机械手的结
8、构如图所示，动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分 为手动方式和自动方式。机械手有升降、水平移动、手爪夹持等 3 个自由度，采用电磁阀控 制的气缸驱动，PLC 控制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。物料搬动机械手结构原理图答：机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段：产品规划、概念设计、4详细设计、设计实施和设计定型阶段。第一阶段：产品规划阶段：进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。 机械手的用途：物料搬运。工作方式：手动、自动方式。主要技术参数： 3 自由度。使用环境要求：生产线。第二阶段：概念设计阶段：在功能分析的基础上，优化筛选取得较理想的 工作原理方案。第三阶段：详细设计阶段。对各功能模块进行细部设计，绘制相应的工程 图。该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设 计，又包括总装图和零件图的绘制。第四阶段：设计实施阶段。首先根据机械、电气图纸和算法文件，制造、 装配和编制各功能模块；然后进行模块的调试；最后进行系统整体的安装调试， 复核系统的可靠性及抗干扰性。第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型，整理设计资 料。小批量生产，试销。5
