机电一体化系统设计试卷1-有答案.docx

精品文档 一．简答题（20 分，每题 4 分） 1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？ 机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。 2．刚度对传动系统有哪些影响？ 刚度会影响传动系统的精度和固有频率，随刚度的减小，传动链的变形增大，传动精度降低， 系统的固有频率下降。 3．机械技术的 4 个支柱学科是什么？ 机械学、制造工艺学、控制、力学。4．有几种常用的工业控制计算机？ 单片机、DCS、PLC 、单回路调节器、微机测控系统和分散控制系统。 5．机械本体的作用是什么？ 系统的支撑结构，包括机身和框架。二．填空题（20 分，每空 2 分） 1．传感器一般由（ 敏感元件），（转换元件）和（ 基本转换电路 ）组成。 2．对驱动装置的技术要求有（精度）、（稳定性）、（ 快速性）和（ 可靠性 ）。 3．构思比较常用（）、（ ）和（ ）等方法。 (专家调查法、头脑风暴法、检查提问法、检索查表法、特性列举法、缺点列举法、希望列举法，之中的任意三个。) 三．．分析题（20 分，每题 10 分） 1．画图说明工业 PC 机与普通信息处理计算机的主要区别是什么？ 与普通信息处理机相比较,工业 PC 机有以下特点 1）将普通信息处理机的大母板改为功能插板，具有丰富的过程输入输出功能 2）良好的时实性 3）抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。 4）丰富的应用软件。 2．如图所示的伺服系统，试分析丝杠螺母机构的传动误差对工作台输出精度的影响。 丝杠螺母机构位于电机之后，系统是开环控制，传动误差的低频分量和高频分量都不能通过闭环控制来精品文档 精品文档 消除，会影响输出精度。 四 计算题（24 分，每题 12 分） 1． 如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为 m=50Kg，负载力为 F  ? 2000 N ,最大加速 度为 5m/s2,丝杠直径为 d=16mm,导程 t=4mm,齿轮减速比为 i=6,总效率l为? ? 30% ，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩？ 1．解： 负载力包括以下几部分 1）外负载力 F l ? 2000 N 2）惯性负载力 F m F ? m ? a m ? 50 ?10 ? 500N 电机上的负载力矩为 T ? 1 ? t ? (F ? F ) ? 1 m i 2? l m ? ? 1 ? 4 ?10?3 ? (2000 ? 500) ? 1 6 2? 0.3 ? 0.88Nm 2 如图所示的开环步进电机位置控制系统，工作台长 L=800mm，往复精度为? 0.02 mm，齿轮传动比i ? 2 ，丝杠的直径 20mm，步进电机的步距角为1.8? ，试确定丝杠的导程。 解： 设丝杠的导程为 t ，每个脉冲对应工作台的位移为 ?L ? t i( 360) ?? 精品文档 精品文档 则 360i?L 360 ? 2 ? 0.02 t ? ?? ? 1.8 ? 8mm 五．综合训练题（16 分） 已知五自由度教学机器人，采用步进电机控制，具有手动示教、再现功能，试确定其控制计算机及控制方案，并说明理由。 解：五自由度机器人采用步进电机控制，没有使用位置元件，采用开环控制，控制功能比较简单，又考虑到用于教学，成本不应太高，使用环境良好，采用单片机控制就可以满足使用要求。 手动示教盒是一个单片机系统，它由单片机、RAM、串行通信口、键盘、LED 显示器等组成。它承担命令输入、状态显示、数据存储、通过与关节控制单片机通信给关节单片机发送控制命令等任务。 关节控制是开环控制，程序比较简单，由一个单片机实现集中控制，它由步进电机驱动接口和串行通信口等组成。控制系统原理图如下。 精品文档