机电一体化复习资料

第1章 机电一体化的基本概念
一、填空：

1、机电一体化是   多学科领域技术综合交叉的技术密集型系统工程 ，其主要的相关技术可以归纳成 机械 技术、 传感检测 技术、 信息处理 技术、 自动控制 技术伺服驱动技术和   系统总体 技术。

二、选择：

1、对于机电一体化系统的涵义，至今还有不同的认识。但对机电一体化的本质特性认为是一个( 2 )　① 计算机系统 ② 机械系统 ③ 传感系统 ④ 电气系统
2、接口有三个基本功能，它们是( 1 )①变换、放大、传递 ②变换、放大、转换 ③变换、放大、控制 ④变换、放大、处理
3、机电一体化技术是各种技术相互渗透的结果，下列技术不属于其主要相关技术的是( 4 )　　① 机械技术 ② 检测传感技术 ③ 自动控制技术 ④ 多媒体技术　　

4、机电一体化系统由许多要素或子系统组成，各子系统之间要能顺利地进行物质、能量和信息的传递和交换，必须在各要素或子系统的相接处具备一定的连接部件，这个连接部件就称为( 4 )　　① 传感检测单元 ② 执行单元 ③ 驱动单元 ④ 接口
5、机电一体化技术的发展前景应从如下方面考虑，说法错误的是( 4 )① 从性能上 ② 从功能上 ③ 从层次上 ④ 从高技术的水平上
6、机电一体化技术是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术。是一门集机械技术、电子技术、信息技术、计算机及软件技术、自动控制技术及其他技术互相融合而成的多学科交叉的综合技术。机电一体化的概念是哪国学者提出的？( 4 )① 中国 ② 美国 ③ 德国 ④ 日本
　　第2章精密机械传动与支承技术在机电一体化系统中的应用
一、填空：

1、当两物体产生相对运动或有运动趋势时，其接触面要产生摩擦。摩擦力可分为黏性摩擦力、   库仑 摩擦力与    静 摩擦力。

2、摩擦对伺服系统的影响有引起动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统误差和          。

3、谐波齿轮传动机械系统中，设柔轮为固定件，波发生器为输入，刚轮为输出，则包含输入与输出运动方向关系在内的传动比计算式为   (机电一体化概论P43页) 。

4、负载角加速度最大原则表明了：齿轮传动比的最佳值就是将换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量，此时电动机的输出转距一半用于加速   电机转子 ，一半用于加速   负载 ，达到了惯量负载和转距的最佳匹配。

5、我国广州机床研究所在1982年研制成功TSF塑料导轨软带，塑料导轨软带是以     聚四氟乙烯   为基材，添加合金粉和氧化物等所构成的高分子复合材料。

6、机电一体化系统中，在满足系统总传动比不变的情况下，常采用等效转动惯量最小原则、    质量最小原则 和     输出轴的最小误差原则 。

7、齿轮传动装置的总传动比设计原则是出于使系统动作稳、准、快的考虑之上的，在具体确定系统总传动比时，可按工作时折算到电动机轴上的峰值转矩最小；等效均方根力矩最小；   电动机驱动负载 三种方法计算。

8、机电一体化机械系统主要包括以下三大机构： 传动机构 、    导向机构 、   执行机构  。

9、机械传动系统的特性包括   动态响应 特性和   伺服 特性。

10、标准滚动轴承接其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，可分为   圆柱滚子轴承   、    圆锥滚子轴承

二、选择：

1、爬行是影响进给精度的主要因素。为了提高进给精度，必须消除爬行现象，主要应采取措施，不正确的是( 4 )① 提高传动系统的刚度 ② 尽量缩短传动链，减小传动件数和弹性变形量。　③ 减少摩擦力的变化 ④ 提高临界速度
2、机电一体化进给传动系统，由于齿轮传动级数的增加，会使齿隙和静摩擦增加，传动效率降低，故传动级数一般不超过几级。( 4 )① 1 ② 2 ③ 3 ④ 4
3、机电一体化系统的惯量大，会使系统的固有频率下降，产生谐振；但系统的惯量增大也有利于( 4 )　　① 提高伺服精度 ② 提高响应速度 ③ 扩大伺服带宽 ④ 改善低速爬行
5、齿轮传动比的分配中，遵循“前大后小”原则的是( 4 )① 最小等效转动惯量原则（小功率传动装置） ② 最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）③ 质量最小原则（小功率传动装置） ④ 质量最小原则（大功率传动装置）
6、齿轮传动比的分配中，传动比分配的结果为各分传动比相等，其遵循的原则是( 3 )① 最小等效转动惯量原则（小功率传动装置） ② 最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）　　③ 质量最小原则（小功率传动装置） ④ 质量最小原则（大功率传动装置）

7、消除间隙的齿轮传动机构中，下列调整法中能实现自动补偿的是( 3 )　　① 直齿圆柱偏心轴套 ② 直齿圆柱锥度齿轮　③ 直齿圆柱双片薄片齿轮错齿 ④ 斜齿圆柱轴向垫片
8、滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法中，广泛采用双螺母预紧方式，下列预紧法中最精密的是( 3 )① 双螺母垫片调隙式 ② 双螺母螺纹调隙式 ③ 双螺母齿差调隙式
9、同步带标记“800 DI H 300”，其中“800”表示( 2 )① 800mm ② 长度代号为800 ③ 节线长度为800 mm
10、谐波齿轮减速器的最大特点，下列说法错误的是( 2 )

① 传动比大 ② 承载能力小 ③ 传动精度高 ④ 齿侧间隙小

11、滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧方案中，便于调整且精度最高的方案是( B )
A. 双螺母螺纹预紧 B. 双螺母齿差预紧 C. 双螺母垫片预紧

12、滚珠的工作圈（或列）数由试验可知：第一、第二和第三圈（或列）分别承受轴向载荷的( C )　　A. 20%、30%、50% B. 30%、20%、50% C. 50%、30%、20%
13、数控机床要求在什么进给运动下不爬行，有高的灵敏度。( C )A. 停止 B. 高速 C. 低速
14、在机床加工零件的过程中引起加工误差的原因很多，下列属于常值系统性误差的是( D )
A. 热变形误差 B. 机床溜板的摩擦 C. 刀具长度的改变 D. 螺距误差
15、机电一体化系统中，作为各子系统之间连接部件的接口，下列哪个不是它的基本功能：( C )A、变换 B、放大 C、检测 D、传递
16、滚珠丝杠副相对于普通丝杠，下列哪个不属于滚珠丝杠的特点：( B )
A、摩擦损失小 B、可以实现自锁 C、制造复杂 D、可完全消除间隙
17、机电一体化是 多学科领域技术综合交叉的技术密集型系统工程 ，其主要的相关技术可以归纳成 机械技术、 传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术伺服驱动技术和系统总体技术。

三、判断

18、对  机电一体化系统设计中，机电产品必须完成相互协调的若干机械运动，每个机械运动可由单独的控制、电机、传动件和执行机构组成的若干系统来完成，由计算机来协调与控制。
19、错  按照功能划分，FMS可以分为加工系统和信息系统两大部分。
20、对  从概念的外延来看，机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。
21、当两物体产生相对运动或有运动趋势时，其接触面要产生摩擦。摩擦力可分为黏性摩擦力、库仑 摩擦力与 静 摩擦力。
22、摩擦对伺服系统的影响有引起动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统误差和。
23、谐波齿轮传动机械系统中，设柔轮为固定件，波发生器为输入，刚轮为输出，则包含输入与输出运动方向关系在内的传动比计算式为。
24、负载角加速度最大原则表明了：齿轮传动比的最佳值就是将换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量，此时电动机的输出转距一半用于加速电机转子 ，一半用于加速 负载，达到了惯量负载和转距的最佳匹配。
25、我国广州机床研究所在1982年研制成功TSF塑料导轨软带，塑料导轨软带是以 聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物等所构成的高分子复合材料。
26、机电一体化系统中，在满足系统总传动比不变的情况下，常采用等效转动惯量最小原则、质量最小原则 和 输出轴的最小误差原则。
27、齿轮传动装置的总传动比设计原则是出于使系统动作稳、准、快的考虑之上的，在具体确定系统总传动比时，可按工作时折算到电动机轴上的峰值转矩最小；等效均方根力矩最小；电动机驱动负载三种方法计算。
28、机电一体化机械系统主要包括以下三大机构： 传动机构 、 导向机构、 执行机构 。　　

29、机械传动系统的特性包括 动态响应 特性和 伺服 特性。
30、标准滚动轴承接其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，可分为 圆柱滚子轴承 、 圆锥滚子轴承 。

31、对  与一般的机械系统相比，机电一体化中的机械系统除要求具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，即响应要快，稳定性要好。
32、对  摩擦系数最小时对应的移动速度称为临界速度VK，当主动件的移动速度大于临界速度VK时，进给系统就容易产生爬行现象。
33、错  对于系统闭环内的间隙，在控制系统有效控制范围内对系统精度、稳定性影响较大，但反馈通道上的间隙要比前向通道上的间隙对系统影响较小。
34、对  机电一体化机械系统中的机械传动装置，已不仅仅是用来作运动转换和力或力矩变换的变换器，已成为伺服系统的重要组成部分，要根据伺服控制的要求来进行设计和选择。所以在一般情况下，应尽可能缩短传动链，而不是取消传动链。
35、对  机电一体化机械系统，一般要求机械传动系统最低固有频率WOI≥300rad／s，其他机械系统WOI≥600rad／s。
36、错  磁轴承是高速轴承，但最高转速不能超过6000r/min。
37、错滚珠丝杠副只能将旋转运动转变为直线运动。
38、错  在传动系统中，计算转动惯量时，可以直接将各轴的转动惯量值加起来作为等效转动惯量来设计系统。
39、对  塑料导轨软带中最成功、性能最好的是聚四氟乙烯导轨软带。
    第3章机电系统数学模型
　　第4章微型计算机控制系统的组成及接口设计
1、基于单片机的计算机控制系统前向通道具有 8155 和 ADC0809 ，反馈通道具有 8155 和 DAC0832 。（选择如下8155芯片、ADC0809芯片、DAC0832芯片）
2、为了避免外部设备的电源干扰，防止被控对象电路的强电反窜，通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上隔离的方法，称为光电隔离。

3、对  机电一体化控制系统的设计思路必须考虑两个权衡，即专用与通用的权衡，硬件与软件的权衡。
4、对  选择机电一体化控制系统的微型计算机，从控制的角度出发，应能满足具有较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的I/O通道和实时时钟等要求。
5、对  单片机的最小应用系统是指用一片单片机，加上晶振电路、复位电路、电源与外设驱动电路组配成的控制系统。
6、错  工业控制计算机并不包含单片机和可编程序控制器，仅指定8086/8088系列的PC机。
7、对  使用ADC0809时，启动某一通道使其开始A/D转换，常使用MOVX @ DPTR，A，而不单独设置命令字。
8、错  机电一体化系统的控制程序是应用软件的核心，是基于控制理论的控制算法的具体实现。
9、对  机电一体化控制系统的一般设计步骤应为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。
10、对  机电一体化技术已从早期的机械电子化转变为机械微电子化和机械计算机化。即微型计算机已成为整个机电一体化系统的核心。
11、对  由于单片机总线的驱动能力有限，外围芯片工作时又有一个输入电流，过多的外围芯片可能会加重总线负载，故在单片机的总线与外围扩展芯片之间需通过驱动器连接。
　　第5章：传感器—执行器与微机的接口技术
1、用软件进行“线性化”处理，方法有三种：计算法、查表法和 插值法 。
2、在机电一体化测控系统中，传感器的输出量与被测物理量之间的关系，绝大部分是非线性的。造成非线性的原因主要有两个：一是许多传感器的转换原理里非线性的；二是 采用的测量电路也是非线性的 。
3、算术平均滤波 ，N的选取应按具体情况决定，N越大，则平滑度高，滤波效果越好。对于流量信号N= 8-16 ；压力信号N= 4 。
4、目前世界各国均采用直流信号作为统一信号，并将直流电压 0-5V 和直流电流 0-10同mA和4-20mA 作为统一的标准信号。
5、传感器与前级信号的放大与隔离装置有运算放大器、 测量放大器 、 程控测量放大器 、隔离 放大器 。
6、用软件进行“线性化”处理，方法有三种：计算法、查表法 和 插值法 。

7、错  采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。这种讲法是错误的。
8、错  将传感器测量的被测对象信号输入到单片机数据总线的通道为后向通道。后向通道在单片机一侧有三种类型：数据总线、并行I/O口和定时/计数器口。
9、对  干扰信号有周期性干扰和随机性干扰两类，随机性干扰信号可以采用积分时间为20ms整数倍的双积分型A／D转换器，可有效地消除其影响。
10、错  光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换器组成，入端为光敏三极管，出端为发光二极管。
 　第6章伺服控制技术在机电一体化系统中的应用
1、伺服系统因被控对象的运动、检测部件以及机械结构等的不同而对伺服系统的要求有差异，但所有伺服系统的共同点是带动控制对象按指定规律作机械运动。
2、建立伺服系统数学模型的方法一般分为 分析法 和实验法。
3、步进电机的步距角计算公式为 角度＝360度/z*m ，步距角越小，意味着它所能达到的位置精度越 高 。
4、直流伺服电机惯量匹配原则，对小惯量直流伺服电机JeL/Jm推荐、对大惯量直流伺服电机JeL/Jm推荐 。　　
5、直流伺服电机目前常用 PWM 调速驱动系统和 可控硅直流 调速驱动系统两种方式。
6、把微机系统后向通道的弱电控制信号转换成能驱动执行元件动作的具有一定电压和电流的强电功率信号或液压气动信号，称为脉冲功率放大器。
7、环形分配模块程序55H地址的高4位存放 Y电机的状态 、低4位存放 X电机的状态 。
8、对步进电机施加一个电脉冲信号时，步进电机就回转一个固定的角度，叫做 步距角 ，电机的总回转角和输入 脉冲数量成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的频率 。
9、对于直流、交流伺服电机，现常用的插补算法是 。
10、从系统的控制结构看，闭环伺服系统可以看作为以 位置控制 为外环，速度调节为内环的双闭环自动控制系统。

1、错  市场上提供的国产TTL脉冲分配器是一种软件分配器。
2、错  步进电动机的进给系统采用齿轮传动，不仅是为了求得所需的脉冲当量，还有满足结构要求和增大转矩的作用。
3、对  闭环伺服系统数控机床不直接测量机床工作台的位移量。
4、对  大惯量直流电动机的转子惯量大，小惯量直流电动机的转子惯量小。

总简答题：

1．简述机电一体化技术的基本概念和涵义。

答：机电一体化技术是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。

2．机电一体化技术的发展趋势可概括为哪三个方面？

答：机电一体化技术的发展趋势可概括为以下三个方面：

（1）性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；

（2）功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展；

（3）层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。

3．机电一体化的优势是什么？

答：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，在机电一体化技术的研究与生产应用过程中，特别强调技术融合、学科交叉的作用。机电一体化技术依赖于相关技术的发展，机电一体化技术的发展也促进了相关技术的发展。

4．机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为哪六个方面？

答：机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为以下六个方面：（1）机械技术，（2）检测传感技术，（3）信息处理技术，（4）自动控制技术，（5）伺服传动技术，（6）系统总体技术。

5．机电一体化系统应具有哪六个基本功能要素？

答：机电一体化系统应具有以下六个基本功能要素（即六个子系统）：（1）机械本体，（2）动力部分，（3）检测部分，（4）执行机构，（5）控制器，（6）接口。

6．何谓机电一体化系统中的接口？接口的作用和基本功能是什么？

答：机电一体化系统中的接口，是机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件。接口的作用使各要素或子系统联接成为一个整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。接口的基本功能有三个：一是交换，通过接口完成使各要素或子系统之间信号模式或能量的统一；二是放大，在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配；三是传递，接口遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范将变换和放大后的信号可靠、快速、精确地交换传递。

7．简述执行机构的功能和分类。

答：执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。执行机构是运动部件，它将输入的各种形式的能量转换为机械能。常用的执行机构可分为两类：一是电气式执行部件，按运动方式的不同又可分为旋转运动零件（如电动机）和直线运动零件（如电磁铁等）；二是液压式执行部件，主要包括液压缸和液压马达等执行元件。

8．从控制的角度简述典型机电一体化控制系统以及它们各自的特点。

答：从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统是没有输出反馈的控制系统，开环控制系统的主要优点是简单、经济、容易维修，它的主要缺点是精度低、对环境变化和干扰十分敏感，常用于低档电器，如家用电器等。闭环控制系统输出信号的全部或部分以负反馈的形式被反馈到输入端，输入信号与反馈信号比较后的偏差信号送给控制器，控制器对信号进行处理后产生控制信号，再控制形被控对象的输出，从而形成闭环回路。闭环控制系统与开环控制系统相比较，具有精度高、动态性能好、抗干扰能力强等优点；它的缺点是结构比较复杂、价格比较昂贵、不容易维修等。

9．何谓连续控制系统？

答：信号在时间上是连续变化的系统。

10．何谓计算机控制系统？

答：采用计算机作为控制器的控制系统即为计算机控制系统，又被称为离散控制系统。计算机控制系统（离散控制系统），即系统中某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式，信号在时间上是离散的系统。

11．在机械工程领域中，大量的机电一体化系统以机械装置或机器为控制对象，以电子装置或计算机为控制器，这些系统从控制的角度出发可大致分为哪四类？

答：从控制的角度出发，这些系统可大致分为以下四类：（1）伺服传动系统，（2）数字控制系统，（3）顺序控制系统，（4）过程控制系统

12．简述机电一体化系统中机械结构的作用以及设计时的注意事项。

答：在机电一体化系统中，机械结构主要用于执行机构、传动机构和支承部件，用以完成规定的动作；传递功率、运动和信息；起支承连接作用等。通常，它们是微机控制伺服传动系统的有机组成部分。因此，在机械系统设计时，除考虑一般的机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服传动系统的性能、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。

13．简述机电一体化系统中的机械传动系统建模的方法。

答：建模一般分两步进行，首先把机械系统中各基本物理量折算到传动链中的某个元件上，然后，再根据输入量和输出量的关系建立它的数学模型。

14．简述两运动物体间的三种摩擦力的特点以及摩擦对伺服系统的影响。

答：摩擦力可分为粘性摩擦力Fv、库仑摩擦力（即动摩擦力）Fc和静摩擦力Fs三种，方向均与运动方向相反。当负载处于静止状态时，摩擦力为静摩擦力Fs，其最大值发生在运动开始前的一瞬间；当运动一开始，静摩擦力即消失，此时摩擦力立即下降为动摩擦力（库仑摩擦力）Fc，库仑摩擦力是接触面对运动物体的阻力，大小为一常数；随着运动速度的增加，摩擦力呈线性增加，此时摩擦力为粘性摩擦力Fv，由此可见，只有物体运动后的粘性摩擦力才是线性的，而当物体静止时或刚开始运动时，其摩擦是非线性的。

摩擦对伺服系统的影响主要有：引起动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统误差和低速爬行。

15．摩擦如何影响物体的运动状态？

答：摩擦对物体运动状态的影响主要体现在以下两个方面：

（1）摩擦引起动态滞后和系统误差　静摩擦引起传动死区，在传动死区内，系统将在一段时间内对输入信号无响应，从而造成动态滞后，和形成运动误差。

（2）摩擦引起低速爬行　由于非线性摩擦的存在，机械系统在低速运行时，常常出现爬行现象，导致系统运行不稳定。爬行一般出现在某个临界转速以下，高速运行时并不出现。

16．右图为一旋转工作台伺服系统框图。其中齿轮在系统中的位置不同，其间隙的影响不同。根据右图试述齿轮间隙对系统的影响。

答：右图所示的工作台伺服系统中，因齿轮在系统中所处的位置不同，将对系统的伺服精度和系统稳定性产生不同的影响，主要体现在以下三个环节：

（1）闭环之外的数据传递的齿轮(G1、G4)齿隙对系统稳定性无影响，但影响伺服精度。由于齿隙的存在，在传动装置逆运行时造成回程误差，使输出轴与输入轴之间呈非线性关系，输出滞后于输入，影响系统的精度。

（2）闭环之内传递动力的齿轮(G2) 齿隙对系统静态精度无影响，这是因为控制系统有自动校正作用。又由于齿轮副的啮合间隙会造成传动死区，若闭环系统的稳定裕度较小，则会使系统产生自激振荡，因此闭环之内动力传递齿轮的齿隙对系统稳定性有影响。

（3）反馈回路上数据传递齿轮(G3)的齿隙既影响稳定性，又影响精度。

17．计算与分析系统出现爬行时的临界转速Ωc，由此得出的在设计机械系统时减少摩擦影响的措施是什么？

某数控机床位置控制系统的参数如下：K＝35N∙m/rad；fm=8s∙N∙m；f=12s∙N∙m；J=21kg∙m2； Ts-Tc=1.5N∙m。求其临界转速Ωc。（提示：K－系统的刚度系数；fm－电动机电磁粘滞摩擦系数；f－机械系统粘滞摩擦系数；J－系统的转动惯量；Ts－静摩擦力矩；Tc－动摩擦力矩；已知，出现爬行时系统的临界初始相位φc≈79º）

解　根据　 　　求得　

已知　φc≈79º

则　

由以上分析可以看出，设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性和快速响应性。因此，机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料－金属滑动导轨、滚动导轨、滚珠丝杠、静动压导轨；静动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润滑。

此外，适当的增加系统惯量J和粘性摩擦系数f也有利于改善低速爬行现象，但惯量J增加将引起伺服系统响应性能的降低；增加f也会增加系统的稳态误差，故设计时必须权衡利弊，妥善处理。

18．谐振将会对机械系统工作产生什么影响？如何避免谐振的发生？

答：当机械系统的固有频率接近或落入伺服系统的带宽之中时，系统将产生谐振而无法工作。为了避免机械系统由于弹性变形而使整个伺服系统发生结构谐振，该机械系统的锁定转子固有频率ωt应大于伺服系统带宽ωb的5倍，即ωt>5ωb。

19．防止和抑制因结构弹性变形造成的谐振发生的措施是什么？

答：通常采用提高系统刚度、增加阻尼、调整机械构件质量和自振频率等方法来提高系统的抗振性，防止谐振发生。

采用弹性模量高的材料，合理选择零件的截面尺寸，对支承件施加预加载荷等方法均可以提高零件的刚度。在多级齿轮传动中，增大末级减速比可以有效地提高末级输出轴的折算刚度。

在不改变机械结构固有频率ωt的情况下，通过增大阻尼也可以有效地抑制谐振。

20．适当增大惯量在什么情况下对伺服系统有利？机械设计时应如何把握惯量的大小？

答：惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利。因此，机械设计时，在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。

21．机电一体化系统对机械传动的要求是什么？

答：在机电一体化系统中，普遍采用计算机控制和具有动力传递、变速与执行等多重功能的伺服电动机。伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了机械传动中的变速机构，大大简化了传动链。因此机电一体化系统中的机械传动装置也不再仅仅是转矩和转速的变换器，已成为伺服系统的组成部分，必需根据伺服控制的要求进行选择和设计。

22．在伺服系统中，如何选择系统的总传动比？传动链的级数和各级传动比的分配原则是什么？

答：在伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高整个系统的响应速度。

传动链的级数和各级传动比的分配原则是：

（1）等效转动惯量最小原则

1）小功率传动装置　各级传动比分配的结果应遵循“前小后大”的原则。

2）大功率传动装置　各级传动比分配的结果仍应遵循“前小后大”的原则。

（2）质量最小原则

1）小功率传动装置　按“质量最小”原则来确定传动比时，其各级传动比相等。

2）大功率传动装置　按“质量最小原则”确定的各级传动比是逐级递减的，即“前大后小”。

（3）输出轴转角误差最小原则

要使总转角误差最小，从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列。

（4）三种原则的选择

1）对于传动精度要求高的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小的原则设计。若为增速传动，则应在开始几级就增速。

2）对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链，可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小的原则设计。对于负载变化的齿轮传动装置，各级传动比最好采用不可约的比数，避免同时啮合，使磨损均衡。

3）对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按质量最小原则设计。

23．同步带传动设计准则是什么？

答：同步带传动设计准则是在同步带不打滑的情况下，具有较高的抗拉强度，即保证承载绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下还应对带齿进行耐磨性计算。

24．根据右图简述谐波齿轮传动的结构特征。

答：谐波齿轮传动主要由波形发生器H、柔轮1和刚轮2组成。柔轮具有外齿，刚轮具有内齿，它们的齿形为三角形或渐开线型。其齿距相等，但齿数不同。刚轮的齿数zg比柔轮的齿数zr多。柔轮的轮缘极薄，刚度很小，在未装配前，柔轮是圆形的。由于波形发生器的直径比柔轮内圆的直径略大，所以当波形发生器装入柔轮的内圆时，就迫使柔轮变形，呈椭圆形。在椭圆长轴的两端，刚轮与柔轮的轮齿完全啮合；而在椭圆短轴的两端，两轮的轮齿完全分离；长短轴之间的齿，则处于半啮合状态，即一部分正在啮入，一部分正在脱出。发生器有两个触头，称双波发生器，其刚轮与柔轮的齿数相差为2，周长相差2个齿距的弧长。

25．根据右图简述滚珠花键传动结构特征。

答：滚珠花键传动装置由花键轴、花键套、循环装置及滚珠等组成。在花键轴的外圆上，配置有等分的三条凸缘。凸缘的两侧就是花键轴的滚道。同样，花键套上也有相对应的六条滚道。滚珠就位于花键轴和花键套的滚道之间。于是滚动花键副内就形成了六列负荷滚珠，每三列传递一个方向的力矩。当花键轴与花键套作相对转动或相对直线运动时，滚珠就在滚道和保持架内的通道中循环运动。因此，花键轴与花键套之间，既可作灵敏、轻便的相对直线运动，也可以轴带套或以套带轴作回转运动。所以，滚动花键副既是一种传动装置，又是一种新颖的直线运动支承。

26．机电一体化系统对支承部件的要求是什么？

答：机电一体化系统中的支承部件不仅要支承、固定和联接系统中的其它零部件，还要保证这些零部件之间的相互位置要求和相对运动的精度要求，而且还是伺服系统的组成部分。因此，应按伺服系统的具体要求来设计和选择支承部件。

机电一体化系统对支承部件的要求是：精度高、刚度大、热变形小、抗振性好、可靠性高，并且具有良好的摩擦特性和结构工艺性。

27．空心圆锥滚子轴承中滚子的结构特点是什么？

答：滚子是中空的，工作时润滑油的大部分将被迫通过滚子中间的小孔，以便冷却最不易散热的滚子，润滑油的另一部分则在滚子与滚道之间通过，起润滑作用。此外，中空的滚子还具有一定的弹性变形能力，可吸收一部分振动。

28．滚动导轨的结构特点及其作用是什么？

答：滚动导轨是在作相对运动的两导轨面之间加入滚动体，变滑动摩擦为滚动摩擦的一种直线运动支承。

29．根据右图简述滚动导轨块（又称滚子导轨块）的结构和应用特点。

答：滚子在导轨块内作周而复始的循环滚动。工作时，回路滚子低于安装平面“A”，承载滚子高于安装平面“B”，承载滚子与机床导轨面作滚动接触，呈下部支承和上部空回形式，单面受力。这种结构的导轨块承载能力大，刚度高，行程不受限制，但滚子容易侧向偏移，装配比较困难。

 

30．何谓伺服？

答：伺服就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。

31．伺服系统由哪四大部分构成其基本组成？

答：一般来说，伺服系统的基本组成可包括控制器、功率放大器、执行机构和检测装置等四大部分。

32．简述开环控制伺服系统和闭环控制伺服系统的特征。

答：（1）开环伺服系统，结构上较为简单，技术容易掌握，调试、维护方便，工作可靠，成本低。缺点是精度低、抗干扰能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的机电一体化系统。

（2）闭环伺服系统，采用反馈控制原理组成系统，具有精度高、调速范围宽、动态性能好等优点，缺点是系统结构复杂、成本高等。一般用于要求高精度高速度的机电一体化系统。

33．常用的伺服电动机有哪三大类？

答：常用的伺服电动机有直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机三大类。

34．何谓直流伺服系统？

答：采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为直流伺服系统。

35．何谓交流伺服系统？

答：采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统，称为交流伺服系统。

36．什么是步进电动机？步进电动机是如何工作的？常用的有哪三种步进电动机？

答：步进电动机是一种将脉冲信号转换成角位移的执行元件。

对这种电动机施加一个电脉冲后，其转轴就转过一个角度，称为一步；脉冲数增加，角位移随之增加；脉冲频率高，则电动机旋转速度就高，反之则慢；分配脉冲的相序改变后，电动机便反转。这种电动机的运动状态与通常均匀旋转的电动机有一定的差别，是步进形式运动的。

目前在工业中广泛应用的有三种：反应式步进电动机、永磁式步进电动机和永磁感应式步进电动机。

37．功率放大器由什么组成？

答：功率放大器是由开关器件、电感、电容以及保护电路和驱动电路组成。

38．相敏放大器的功能和输出特点是什么？

答：相敏放大器也称为鉴幅器。它的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。由于相敏放大器输出的是脉动的直流电压，必须采用滤波器，将其变成平滑的直流电压。

39．脉宽调制型（PWM）功率放大器的基本原理是什么？

答：PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变输出电压的平均值。

40．PWM的控制电路由哪些器件组成？

答：PWM的控制电路主要包括脉冲调制器，逻辑延时环节和晶体管基极驱动器等。其中最关键的部件是脉冲调制器。

41．影响伺服系统稳态精度，导致系统产生稳态误差的主要因素有哪3个方面？

答：影响伺服系统稳态精度，导致系统产生稳态误差的主要因素有3个方面：（1）由检测元件引起的检测误差；（2）由系统的结构和输入信号引起的原理误差；（3）负载扰动引起的扰动误差。

42．常用的交流伺服电动机有哪两大类？

答：目前常用的交流伺服电动机分为同步型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机两大类。

43．何谓交流调速过程中的同步调制？

答：在改变正弦调制波的频率f的同时成正比的改变三角载波的频率fc，使载频比N保持不变，则称为同步调制。

44．何谓异步调制？

答：在改变正弦调制波的频率f的同时，三角载波的频率fc的值保持不变,使载频波比N值不断变化，则称为异步调制。

45．何谓环形分配器？

答；步进电动机的各绕组必须按一定的顺序通电才能正确工作。这种使电动机绕组的通电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的装置称为脉冲分配器，又称为环形分配器。

46．简述以步进电动机为驱动装置的伺服系统的组成及其作用。

答：以步进电动机为驱动装置的伺服系统，包括驱动控制系统和步进电动机两大部分。驱动控制系统的作用是把脉冲源发出的进给脉冲进行重新分配，并把此信号转换为控制步进电动机各定子绕组依次通、断电的驱动信号，使步进电动机运转。步进电动机的转子通过传动机构（如丝杠）与执行部件连接在一起，将转子的转动转换成执行部件的移动。

47．按控制元件的种类和驱动方式分类，有哪两类电液位置控制系统？广泛应用的是哪一类控制系统？其中包括哪两种控制方式？

答：电液位置控制系统中，按控制元件的种类和驱动方式分为：节流式控制（阀控式）和容积式控制（泵控式）系统两类。广泛应用的是阀控系统，它包括阀控液压缸和阀控液压马达系统两种方式。

48．何谓电液速度伺服控制系统？

答：若系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，就可以实现对系统的速度控制，这种控制系统称为速度伺服控制系统。

 

49．计算机控制系统由哪两部分组成？

答；计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。

（1）硬件组成，计算机控制系统的硬件主要是由主机、外围设备、过程输入与输出设备、人机联系设备和通信设备等组成。

（2）软件组成，软件是各种程序的统称，软件分为系统软件和应用软件两大类。

50．何谓监督控制系统（SCC）？其任务的重点是什么？

答：监督控制（Supervisory Computer Control）就是根据原始的生产工艺信息及现场检测信息按照描述生产过程的数字模型，计算出生产过程的最优设定值。输入给直接数字控制系统（DDC系统）或连续控制系统。SCC系统的输出值不直接控制执行机构，而是给出下一级的最佳给定值。因此是较高一级的控制。它的任务是着重于控制规律的修正与实现，如最优控制、自适应控制等，实际上它是操作指导系统与DDC系统的综合与发展。

51．何谓分布式控制系统（DCS）？

答：分布式控制系统DCS（Distributed Control Systems）是以多台微型机为基础的控制系统。DCS综合了计算机技术、通信技术和控制技术，采用多层分级结构，分为控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。每级用一台或多台计算机，级间连接通过数据通信总线。DCS采用分散控制、集中操作、分级管理和分而自治的原则。其安全可靠性、通用灵活性、最优控制性能和综合管理能力，开创了计算机控制新方法。

52．何谓接口技术？

答：接口技术是研究主机与外围设备交换的技术。

53．常用的接口方式有哪几种？

答：对于多台计算机同时工作的计算机控制系统，为了便于整体控制及资源共享，各个系统间应当有系统间通道接口，接口有通用和专用之分，外部信息的不同，采用的接口方式也不同。一般可分为如下几种：（1）人机通道及接口，（2）检测通道及接口，（3）控制通道及接口，（4）系统间通道及接口。

54．接口电路的最重要的功能是什么？常用什么方式传送数据？

答：接口电路处于运行速度快的微处理器与运行速度比较慢的外设之间，它的一个重要功能就是能使它们在速率上匹配，正确地传送数据。通常使用的方法有：无条件传送、查询式传送和中断传送。

55．何谓D/A转换器？

答：D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路。

56．何谓A/D转换器？

答；A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件。

57．何谓总线式工业控制机？

答：总线式工业控制机即是依赖于某种标准总线，按工业化标准设计，包括主机在内的各种I/O接口功能模板而组成的计算机。

58．单片微计算机由什么集组成？

答：单片微计算机是将CPU、RAM、ROM、定时/计数、多功能I/O（并行、串行、A/D）、通信控制器，甚至图形控制器、高级语言、操作系统等都集成在一块大规模集成电路芯片上。

59．STD总线工业控制计算机由什么组成？

答：STD总线工业控制计算机就是由某种型号CPU芯片构成的主机板和按要求配置的I/O功能模板共同插在带有总线板的机箱内，再配上相应的电源而组成。

60．可靠性的定义是什么？

答：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。

61．何谓失效？何谓故障？

答：如果产品不能完成规定的功能，就称为失效。对于可修复的产品，也称为故障。

62．产品（或系统）的可靠性指标的意义是什么？衡量可靠性高低的数量指标有哪两类？产品的可靠性由什么决定？又用什么来保证？

答：“可靠性指标”是可靠性量化分析的尺度。衡量可靠性高低的数量指标有两类，一类是概率指标；另一类是寿命指标。它们一般都是时间的函数。产品的可靠性是由设计决定的，由制造和管理来保证的。

63．提高系统可靠性，应从哪几个方面考虑？

答：提高系统可靠性主要从以下3个方面考虑：

（1）提高系统各组成元、器件的设计、制造质量及系统的装配质量；（2）采用容错法设计；（3）采用故障诊断术，提高系统的可维护性。

64．何谓抗干扰技术？

答：抗干扰技术就是研究电子设备及系统抵抗外部和内部电磁干扰，保证其正常工作的具体措施。

65．工业机器人的定义是什么？

答：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。”

66．工业机器人操作机的定义是什么？

答：工业机器人操作机定义为：“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。”

67．工业机器人有哪三个重要特性？

答：工业机器人应具备以下三个重要特性：（1）是一种机械装置，可以搬运材料、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，这为人一机联系提供了可能，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，自动地完成操作作业和动作功能。

68．试论工业机器人所需的自由度。

答：确定一个工业机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目称为工业机器人的运动自由度，它是表示工业机器人动作灵活程度的参数。工业机器人的自由度数取决于作业目标所要求的动作。对于只进行二维平面作业的工业机器人只需三个自由度，若要使操作具有随意的位姿，则工业机器人至少需要六个自由度。而对于回避障碍作业的工业机器人则需要有比六个自由度更多的冗余自由度。

69．工业机器人操作机常采用什么样的关节形式来实现其自由度？

答：工业机器人操作机常采用低副式（回转副或移动副）主动关节来实现各个自由度。

70．研究工业机器人机构运动学的目的是什么？

答：研究工业机器人机构运动学的目的是建立工业机器人各运动构件与手部在空间的位置之间的关系，建立工业机器人手臂运动的数学模型，为控制工业机器人的运动提供分析的方法和手段，为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定的功能提供依据。

71．工业机器人力学分析包括什么内容？

答：工业机器人力学分析主要包括静力学分析和动力学分析。静力学分析是研究操作机在静态工作条件下，手臂的受力情况；动力学分析是研究操作机各主动关节驱动力与手臂运动的关系，从而得出工业机器人动力学方程。静力学分析和动力学分析是工业机器人操作机设计、控制器设计和动态仿真的基础。

72．简述工业机器人控制系统的功能及其结构组成。

答：目前大部分工业机器人都采用二级计算机控制，第一级为主控制级，第二级为伺服控制级，控制系统中主控制级和伺服控制级的结构组成和功能如下：

（1）主控制级，主控制级的主要功能是建立操作和工业机器人之间的信息通道，传递作业指令和参数，反馈工作状态，完成作业所需的各种计算，建立与伺服控制级之间的接口。它由以下几个主要部分组成：1）主控制计算机，2）主控制软件，3）外围设备。

（2）伺服控制级，伺服控制级由一组伺服控制系统组成，每一个伺服控制系统分别驱动操作机的一个关节。关节运动参数来自主控制级的输出。伺服控制级的主要组成部分有：1）伺服驱动器，2）伺服控制器。