机电一体化系统设计基础课程作业.docx

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机电一体化系统设计基础课程作业

学生姓名

学生学号

教师

成绩

机电一体化系统设计基础课程作业

（一）

一、填空题

1．控制及信息处理单元一般由　　　　　　、　　　　　和　　　　　组成。

2．机电一体化产品按用途可以划分为　　　　　　、　　　　　　和　　　　　　产品。

3．机电一体化系统设计的质量管理主要体现在　　　　　、　　　　　和　　　　　

三个方面。

4．市场预测主要包括　　　　和　　　　方法。

5．机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制在　　　、　　　　和　　　　　　等方面的要求。

6．在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守　　　　　原则。

7．当负载折算到电机轴上的惯量等于　　　　　时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。

8．机械传动系统中，影响系统传动精度的误差可分为　　　　和　　　　两种。

二、简答题

1．机电一体化系统中，传感测试部分的作用是什么？

2．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）

3．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？

4．影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些？

5．转动惯量对传动系统有哪些影响？

6．为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？

三、计算题

1．图示丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量m=200Kg，丝杠螺距t=5mm,丝杠长度L=0.8m,中径为d=30mm,材料密度为

，齿轮齿数分别为z1＝20，z2＝45，模数m＝2mm，齿宽b＝20mm。

试求折算到电机轴上的总等效惯量J

。

2．试设计一数控机床工作台用滚珠丝杠副。

已知平均载荷Fm＝3600N，丝杠工作长度l＝1.25m，平均转速nm＝120r/min，每天开机6h，每年250个工作日计，要求工作10年以上。

丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC，丝杠传动精度要求为±0.03mm。

注：

本题可开卷完成

四、分析题

一数控系统如图所示，试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。

学生姓名

学生学号

教师

成绩

机电一体化系统设计基础课程作业

（二）

　　一、填空题

　　1．在机电一体化系统的驱动装置中，位于前向通道闭环之内的环节，其误差的　　　　对输出精度基本无影响，而误差的　　　　　影响系统的输出精度。

　　2．为提高闭环系统的稳定性，应增大执行装置的　　　　　和系统的　　　　　。

　　3．对于执行装置，选择较大的传动比可使系统的　　　　　　增大，有利于系统的稳定性。

　　4．对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时减小定位时间，则必须提高系统的　　　。

　　5．步进电机的驱动电源由　　　　、　　　　　和　　　　　　　组成。

　　6．由矩频特性曲线可知，步进电机的　　　　　　　小于最大静转矩，并随着脉冲频率的升高而　　　。

　　7．当前，广泛采用的直流伺服电机的驱动电路有　　　　　　　和　　　　　　　　两种。

　　8．交流异步电动机的转速与　　　　、　　　　和　　　　　有关。

　　9．液压系统的伺服控制元件主要有　　　　　和　　　　　　。

　　10．评定定位系统的主要性能指标是　　　　　和　　　　　。

　　二、简答题

1．如何提高伺服系统的响应速度？

2．步进电机是如何实现速度控制的？

3．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。

4．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？

　　三、分析题

　　1．如图所示的系统，试分析传感器的误差对输出精度的影响。

图1　电机驱动直线伺服系统

2．如图所示的伺服系统，试分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。

图2　开环步进电机位置控制系统

四、计算题

　　1．如图1所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为50kg，工作台与导轨间的摩擦系数f＝0.1，负载力为1000N，丝杠直径为16mm，导程为4mm，齿轮减速比为5，工作台的最大线速度为0.05m/s，试求：

（1）折算到电机轴上的负载力矩；

（2）电机轴的转速；

（3）电机所需功率。

2．如图2所示的开环步进电机位置控制系统，已知负载力F=2000N，工作台长L=400mm，往复精度为

mm，丝杠导程6mm，直径d＝32mm，步进电机的步距角为α＝

，试确定齿轮减速比i。

学生姓名

学生学号

教师

成绩

机电一体化系统设计基础课程作业（三）

一、填空题

　　1．计算机的系统总线（信号线）有           、         和         等三类。

　　2．第一条标准微机总线是      总线，而        总线可支持多CPU并行工作。

　　3．开关量输入/输出模板的典型接口由           、           和           所组成。

　　4．典型开关量I/O模板的I/O电气接口的主要功能有         、          、

　　          和          。

　　5．一般的多路A/D转换模板由        、        、         和           所组成。

　　6．选择A/D模板的主要依据是         、         和         。

　　7．与A/D转换模板不同，在多路D/A转换模板中，需要多个           ，各通道D/A的有效数据由             产生的信号来决定。

　　8．在工业过程控制系统中，计算机的指令进行D/A转换后，须经过           环节才能驱动执行机构。

　　二、简答题

1．试述可编程序控制器的功能及组成。

2．开放式体系结构的主要特点是什麽？

3．采用STD总线的工业控制机有哪几种工作模式？

4．简述STD总线微机控制系统的主要特点。

5．STD总线系统的I/O子系统有哪些主要功能？

6．A/D、D/A接口的功能是什麽？

　　三、分析题

1．画图说明工业控制机与普通信息处理计算机的主要区别是什么？

2．画图说明8路输入、8路输出STD总线开关量接口模板的组成原理。

3．试分析比较工业控制PC计算机与可编程序控制器的主要区别。

学生姓名

学生学号

教师

成绩

机电一体化系统设计基础课程作业（四）

一、填空题

　　1．通常，传感器由　　　　　、　　　　　和　　　　　　　所组成。

　　2．传感器的主要静态特性指标有　　　　、　　　　、　　　　和　　　　。

　　3．数字式传感器的动态特性是输入量变化的　　　　　　。

　　4．传感器输入特性的主要参数是　　　　　　或　　　　　。

　　5．HRGP－1A喷漆机器人的主要特点是操作机采用　　　　　结构，具有3个自由度；驱动器采用　　　　　　，减轻了示教力；位置测量采用　　　　　　作传感器，具有较高的伺服精度。

　　6．HRGP－1A喷漆机器人微机控制系统采用双CPU工作，其中主CPU为　　　，并配有协处理器，从CPU为　　　，主要用于电液伺服回路控制。

　　7．通常，数控设备由　　　　　、　　　　　、　　　　　　和　　　　　　所组成。

　　8．按照运动轨迹不同，数控设备可分为　　　　　　、　　　　　　和　　　　　　等三类。

　　二、简答题

1．简述光电编码器式位置传感器的工作原理和主要特点。

2．选择传感器应主要考虑哪几方面的因素？

3．简述HRGP－1A喷漆机器人的示教与再现过程。

4．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。

5．试述CK3225型机床数控系统的组成。

　　三、分析题

1．试分析比较测速发电机和光电编码器做转速测量的特点。

2．画图说明HRGP－1A喷漆机器人电液伺服系统的组成和工作特点。

3．试分析比较闭环控制系统与半闭环控制系统的主要区别。

4．试分析比较直流电机和液压马达实现转动输出驱动的不同特点。

四、计算题

　　已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm,丝杠导程t=4mm,齿轮减速比为i=5,要求工作台位移的测量精度为0.005mm，采用高速端测量方法，试确定旋转编码器的每转脉冲数。

（忽略齿轮和丝杠的传动误差）

五、综合题

　　已知五自由度机器人，采用直流电机控制，关节转角的测量采用增量式编码器，具有手动示教和再现功能，试确定其控制计算机及控制方案。