机电一体化复习资料.doc

机电一体化复习要点一、名词解释题1机电一体化： 机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。2轴系的动特性：运动时的特点、性能。有另于静特性。3灵敏度(测量)：4永磁同步电动机：简介永磁同步电动机的组成部分：定子、永久磁钢转子、位置传感器、电子换向开关等。永磁同步电动机具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。编辑本段定义对于转子直流励磁的同步电动机，若采用永磁体取代其转子直流绕组则相应的同步电动机就成为永磁同步电动机。编辑本段分类按照永磁体结构分类：表面永磁同步电动机（SPMSM）、内置式永磁同步电动机（IPMSM）按照定子绕组感应电势波形分类：正弦波永磁同步电动机、无刷永磁直流电动机编辑本段原理通常所说的永磁同步电动机是正弦波永磁同步电动机，同一般同步电动机一样，正弦波PMSM的定子绕组通常采用三相对称的正弦分布绕组，或转子采用特殊形状的永磁体以确保气隙磁密沿空间呈正弦分布。这样，当电动机恒速运行时，定子三相绕组所感应的电势则为正弦波，正弦波永磁同步电动机由此而得名。正弦波PMSM是一种典型的机电一体化电机。它不仅包括电机本身，而且还涉及位置传感器、电力电子变流器以及驱动电路等。内置式永磁同步电机无位置传感器（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）矢量控制系统,通过将滑模观测器和高频电压信号注入法相结合,在无位置传感器IPMSM闭环矢量控制方式下平稳启动运行，并能在低速和高速运行场合获得较准确的转子位置观察信息。编辑本段工作方式1、发电机获得励磁电流的几种方式1) 直流发电机供电的励磁方式这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。2)交流励磁机供电的励磁方式现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁测量装置机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。3)无励磁机的励磁方式在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除设有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。5复合控制器：复合控制器带有前馈控制系统的反馈控制器。它的作用是使系统能以稳定的零误差跟踪已知的输入信号。6传感器：国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。7伺服控制系统：用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。8自动控制：自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。9开环控制系统： 系统的输出量对系统的控制没有影响的控制系统。如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环。与闭环控制系统相对。控制系统中，将输出量通过开环控制系统的结构适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。系统的控制输入不受输出影响的控制系统。在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路（见反馈控制系统）。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成。控制器通常具有功率放大的功能。同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。 开环控制系统主要是用于增强型的系统。10逆变器： 逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。11PWM： 脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。12感应同步器:感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。根据用途，可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。二、填空题1 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：外循环和内循环2 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括 ， ， ， 。3 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用 。4 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是 。5 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的 ，使它们同步协调到达目标点。6 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为 。7 齿轮传动的总等效惯量与传动级数 。8 复合控制器必定具有 。9 钻孔、点焊通常选用 类型。10计算机在控制中的应用方式主要有 、 。11滚珠丝杆螺母副结构有两类： 、 。12应用于工业控制的计算机主要有 等类型。13可编程控制器主要由 等其它辅助模块组成。14现在常用的总线工控制机有 、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。15隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种 。16采样/保持器在保持阶段相当于一个“ ”。17从控制角度讲，机电一体化可分为 控制系统和 控制系统。18在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为： ； ； 三种形式。 19多点接地：优点： ，缺点： 。 20 一般来说，伺服系统的基本组成为 、 、 和 等四大部分组成。21 在SPWM变频调速系统中，通常载波是 ，而调制波是 。22从电路上隔离干扰的三种常用方法是： 隔离， 隔离， 隔离。23开环步进电动机控制系统，主要由 、 和 等组成 241.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13. 实现步进电动机通电14. 环形分配的三种常用方法是：1） ，2） ，3） 。25 产生电磁干扰必备的三个条件是： ， ， 。26干扰传播途径有二种方式：1）传导耦合方式：干扰信号能量以 或 的形式，通过金属导体传递。2）幅射耦合方式：干扰信号能量以 的形式，通过空间感应传递。27指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式： ， ；哪几种属于幅射耦合方式： ， ， 。A.静电干扰 B.磁场干扰 C.漏电干扰 D.共阻抗感应干扰 E.电磁辐射干扰。28磁场屏蔽-对高频交变磁场应采用 的金属材料作屏蔽体；对低频交变磁场应采用 的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。29一点接地中：1）串联接地：优点： ，缺点： ， 2）并联接地：优点： ，缺点： ，仅适用于 电路。30对伺服系统的技术要求是 、 、 、 。31机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节： 、 。32拟定机电一体化系统（产品）设计方案的方法通常有 。33接口的基本功能主要有 、放大、 。34对直线导轨副的基本要求是 、 、 、对温度变化的不敏感性和平稳。35机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理、 、 、 、并满足小型、轻量等要求。36伺服系统的基本组成包括 、 、检测装置和 。37工作接地分为 、 。38STD总线的技术特点 和高可靠性。三、判断题（下列判断正确的请打“”，错误的打“”。）（ ）1伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（ ）2电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。（ ）5伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。（ ）6变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（ ）7伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（ ）8感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（ ）9数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（ ）10FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。（ ）11直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。（ ）13D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（ ）14同步通信是以字符为传输信息单位。（ ）15异步通信常用于并行通道。（ ）16查询I/O方式常用于中断控制中。17串行通信可以分为以下四种方式： （ ） 1）全双工方式； （ ）2）半双工方式； （ ）3）同步通信； （ ）4）异步通信。 四、单项选择题（下列每题有34个选项，其中只有一个是正确的，请将其代号填在横线空白处。）1受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( )A、顺序控制系统 B、伺服系统 C、数控机床 D、工业机器人2齿轮传动的总等效惯量随传动级数( )A、增加而减小 B、增加而增加 C、减小而减小 D、变化而不变3滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( )A、内循环插管式 B、外循环反向器式C、内、外双循环 D、内循环反向器式4某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( )A、100mm B、20mm C、10mm D、0.1mm5直流测速发电机输出的是与转速( )A、成正比的交流电压 B、成反比的交流电压C、成正比的直流电压 D、成反比的直流电压6电压跟随器的输出电压( )输入电压。A、大于 B、大于等于 C、等于 D、小于9计算步进电动机转速的公式为( )A、 B、TsmcosC、 D、180- 10一般说来，如果增大幅值穿越频率c的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( )。A、增大 B、减小 C、不变 D、不定12连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的( )使得它们同步协调到达目标点。A、位置和加速度 B、速度和加速度C、位置和速度 D、位置和方向17.从反馈的角度区分，机电一体化系统可以分为（ ） A、机械系统与电气系统 B、开环系统与闭环系统 C、柔性系统与刚性系统 D、模拟系统与数字系统18. 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称 ( )。A、顺序控制系统 B、机器人系统 C、数控系统 D、伺服系统19. 下列选项中，与开环系统相比，闭环控制系统的优点是 （ ）A、不需要检测传感器 B、系统结构简单 C、抗干扰能力强 D、易于维修20. 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（ ）等五部分。A、换向结构 B、转换电路 C、存储电路 D、检测环节21 一般说来，如果增大幅值穿越频率c的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A、 产大 B、 减小 C、 不变 D、 不定22 加速度传感器的基本力学模型是 ( )A、阻尼质量系统 B、弹簧质量系统 C、弹簧阻尼系统 D、 弹簧系统23 齿轮传动的总等效惯量与传动级数 ( ) A、 有关 B、 无关 C、在一定级数内有关 D、 在一定级数内无关24顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用 ( ) A、 单片机 B、2051 C、 PLC D、 DSP25伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（ ）等个五部分。A、 换向结构 B、 转换电路 C、 存储电路 D、检测环节26检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和（ ）。A、 控制电路 B、 转换电路 C、 调制电路 D、 逆变电路27以下可对异步电动机进行调速的方法是（ ）。A 、改变电压的大小 B 、改变电动机的供电频率C 、改变电压的相位 D、 改变电动机转子绕组匝数28执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为（ ）、液压式和气动式等。A、电气式 B、 电磁式 C、 磁阻式 D、 机械式29步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ ）决定转角位移的一种伺服电动机。A、 脉冲的宽度 B、 脉冲的数量 C、 脉冲的相位 D、 脉冲的占空比五、简答题1机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 2步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机? 3步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么？输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关? 4什么是PLC的扫描工作制？ 5滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？6机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？ 7简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。 8在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？ 9数据信息可分为哪几种？ 10DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？ 11 试简述采样/保持器原理。12工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？六、计算题1已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。如图 试求： (1) 刚轮固定时柔轮的转速n1; (2) 柔轮固定时刚轮的转速n2。2已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。若电位器的总电阻R=2k，电刷位移为X 时的相应电阻Rx=1k，电位器的工作电压Vi=12V，负载电阻为RL。(1) 已测得输出电压Vo=5.8V，求RL。(2) 试计算此时的测量误差。 3三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。(1) 要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?(2) 要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?七、简单应用题1已知一阶低通有源滤波器电路如图所示。要求：(1) 一阶低通滤波器现存在什么弱点?(2) 将其改进为二阶低通滤波器，画出电路图；(3) 画出二阶低通的幅频特性示意图。2三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。(1) 该电动机为几极，空载转差率是多少?(2) 堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?(3) 空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?