2022年机电一体化课程复习资料 .pdf

读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和 机械技术渗透过程中形成的一个新概念。2. 机电一体化系统（产品）是机械 技术和 微电子 技术的有机结合。3. 工业三大要素是物质、能源、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、 智能化 。4. 机电一体化研究的核心技术是接口 问题。5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、 电子信息处理系统 、 能源系统、 传感信息系统、 执行控制系统。6. 机电一体化接口按输入 /输出功能分类机械接口、 物理接口、 信息接口、 环境接口 。7.机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。9. 机电一体化技术是在机械的主功能、 动力功能、 信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。10.机电一体化系统实现三大功能（变换、传递、存储）应具有的两大重要特征（转换作用方式） ：以能源转换为主和 以信息转换为主。11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为外循环和内循环两类。13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推单推式、 双推双推式、 双推简支式 、 双推自由式。15. 机电一体化系统 （产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、 矩形导轨、 燕尾形导轨、 圆形导轨四种形式。18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。19. 机电一体化系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和 恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和 额定功率 ；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩工作 阶段。21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机 三种。22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和 倍拍工作方式。23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和 工作方式决定的；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。24. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、 环形分配电路、 驱动放大电路等组成。25. 机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。26. 提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、 屏蔽技术和 滤波技术 。27. 常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、 数字信号检测传感器、 开关信号检测传感器 三种形式。28. 机电有机结合分析设计方法主要有稳态设计方法和 动态设计方法两种。29. 在机电一体化系统稳态设计的负载分析中，常见的典型负载形式有：惯性负载、 外力负载 、内力负载、 弹性负载、 摩擦负载等。30. 在进行机械系统负载和转动惯量的等效中，遵循的基本原则是能量守恒定律。1. 机电一体化技术（或产品）的定义。（P1）答： “机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，机电一体化技术是精密机械技术、微电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？答：机电一体化的目的是使系统（产品）高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。3. 机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？答：机电一体化系统（产品）由机械系统（机构） 、电子信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源） 、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。答：机电结合法是将各组成要素有机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思地结合为一体构成专用或通用的功能部件（子系统），其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？答：机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法是将机电结合法制成的功能部件（子系统）、功能模块，组合成各种机电一体化系统（产品） ，故称为组合法。特点：在新产品（系统）系列及设备的机电一体化改造中应用这种方法，可以缩短设计及研制周期、节约工装设备费用，且有利于生产管理、使用和维修。6. 机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？答：基本功能：是传递力/转矩和速度 /转速，实质上是一种转矩，转速变换器。作用：是使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。7. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。答：主要功能：传递力/转矩和速度 /转速，位移 /转角。目的：是使执行元件和负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配；基本要求：传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大。8. 机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？答： （1）较高的定位精度； （2）良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好、收敛时间合理；（3）为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中，要满足无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度的要求。（4）满足高谐振频率、适当的阻尼比的要求。9. 简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。答：（1）组成：滚珠丝杠传动装置由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚动元件和回珠装置四部分组成。（2）结构：当丝杆转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通道。滚珠丝杠副的结构类型从螺纹滚道的截面形状可分为单圆弧形和双圆弧形螺纹滚道；按滚珠的循环方式可分为内循环和外循环方式；按消除轴向间隙的调整方式分为双螺母螺纹预紧调整式、双螺纹齿差预紧调整式、双螺纹垫片预紧调整式和弹簧式自动调整预紧式。（3）特点：阻尼小，传动效率高，合理的结构设计，可以实现无间隙工作；轴向刚度高（即通过适当预紧可消除丝杠与螺母之间的轴向间隙）、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等；不能自锁，具有传动的可逆性。10. 试分析齿轮传动中，定轴传动、行星传动、谐波传动的组成与传动特点。答：（1）定轴传动、组成：定轴传动由圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动，蜗轮蜗杆传动。特点：结构简单，传递可靠，用几何特性来实现传动。（2）行星传动、组成 : 行星传动主要是由传动齿轮，定位齿轮，行星轮和行星架组成。特点: 结构紧凑，可实现传动比很大，由几何特性和机构传动原理来实现传动。（3）谐波传动、组成：谐波齿轮传动由钢轮、柔轮和波形发生器组成；特点：结构紧凑、体积小、质量轻、传动比大（几十几百） 、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高，可以向密封空间传递运动和动力、由几何特性和材料弹性变化特性实现传动。11. 滚动导轨副应达到的基本要求。答：导向精度高、耐磨性高、足够的刚度、良好的工艺性、严格的导向运动规律、摩擦小、充分润滑、自润性和自溶性好。12. 导轨的刚度所包含的主要内容有哪些？以及各部分对导轨副的导向精度影响如何？答：抵抗恒定载荷的能力为静刚度、抵抗变载荷的能力为动刚度。载荷引起的导轨变形一般有自身、局部和接触三种变形，导轨刚度也包含导轨自身刚度、局部刚度和接触刚度。自身刚度影响导轨副本身结构上等高、等距的要求，从而影响导向精度；局部刚度影响导轨副载荷集中部位的表面质量，从而影响导向精度；接触刚度影响平面的微观不平度，即导轨副本身的平面度，从而影响导向精度；影响整体导向支撑精度、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思影响导向面精度、造成导轨在使用中存在局部缺陷造成某部分的误差的突变(P56) 13. 机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求是什么？答：（1）惯量小、转矩大（2）体积小、重量轻（ 3）便于维修、安装（4）宜于实现自动化控制14. 机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求。答：（1）性能密度大，即功率密度和比功率大；（2）快速性好，即加速转矩大，频响特性好；（ 3）位置控制精度高、调速范围宽、低速运行平稳无爬行现象、分辨力高、振动噪声小；（4）易于与计算机对接，实现计算机控制（5）能适应频繁启动、可靠性高、寿命长。15. 常用伺服电动机有哪些工作特点？答：两个工作区。恒转矩工作区和恒功率工作区、在一定条件下可牺牲一定功率提高转矩使其在恒转矩工作区工作。（1）DC 伺服电机的主要特点：高响应特性； 高功率密度（体积小、质量轻）； 可实现高精度数字控制；接触换向部件（电刷和整流子）需要维护。 （2）晶体管式无刷直流伺服电机和永磁同步型AC 伺服电机的主要特点： 无接触换向部件； 需要磁极位置检测器（如同轴编码器等）；具有DC 伺服电机的全部优点（高响应特性、高功率密度（体积小、质量轻）、可实现高度数字控制）。 （3）感应型（矢量控制）AC 伺服电机的主要特点： 对定子电流的激励分量和转矩分量分别控制；具有 DC 伺服电机的全部优点（高响应特性、高功率密度（体积小、质量轻）、可实现高精度数字控制）。 （ 4）步进电机的主要特点转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制；有定位转矩；可构成廉价的开环控制系统。补充：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类。工作特点：当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。16. 对于伺服电动机半闭环控制系统而言，控制系统的主要构成有哪些？答：主要指令控制器、反馈调节器、功率放大与整形电路、执行元件、工作台、运算处理电路、驱动电路、伺服电机、速度传感器、位置检测传感器。17. 步进电机驱动控制电路设计的基本要求是什么？答：控制输入电脉冲的数量及频率，以精确控制步进电动机的转角和转速。18. 简述机电一体化系统（产品）对检测传感器的基本要求。答：（1）体积小、重量轻、对整机的适应性好；（ 2）精度和灵敏性高、响应快、稳定性好、信噪比高；（3）安全可靠性高、寿命长；（ 4）便于与计算机连接；（5）不易受被检测对象的影响，也不影响外部环境；（6）对环境条件适应能力强；（7）现场安装处理简单、操作性能好；（8）价格便宜。19. 简答通用微机控制系统核心部件，通用微机控制系统的构成与特点。答：（1）通用微机控制系统的核心部件：主控制微机和可编程控制器（2）通用微机控制系统的构成：主控制微机、执行元件、检测传感器、接口、应用软件等组成具有较好通用能力的控制器。软件采用通用平台软件系统；（3）通用微机控制系统的特点：具有可靠性高，适应性强，但成本高，应采取一定的抗干扰措施等特点。适用于多品种，中小批量生产的机电一体化产品。20. 简答专用微机控制系统核心部件，专用微机控制系统的构成与特点。答：（1）专用微机控制系统的核心部件：通用IC 芯片或重新设计制作的专用集成电路、单片机、单板机；（2）专用微机控制系统的构成：通用IC 芯片或重新设计制作的专用集成电路组成的控制系统、执行元件、检测传感器等；（ 3）专用微机控制系统的特点：软件采用专用机器代码或语言， 可靠性强，成本低，但适应能力差，用于大批量生产的机电一体化产品。21. 光电隔离电路的组成有哪些？主要作用是什么？答：（1）光电隔离电路的组成主要是光电耦合器的光电信号转换元件输入电路、光源、光敏元件、输出放大电路组成；（2）主要作用：可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电，防止不同电源之间信号干扰。可以进行电精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思平转换、实现要求的电平输出、从而具有初级功率放大作用；提高对负载的驱动能力。22. 机电一体化系统设计中，驱动电路设计的目的和基本要求是什么？答：（ 1）目的：实现指令信号和执行驱动信号之间的有效匹配。（2）基本要求：信号类型转换，能量放大，质量的保证。实现执行元件连续稳定运行，有效控制，尽可能阻断干扰。23. 研究机电一体化系统稳态设计方法的主要目的是什么？答：主要目的是使控制和被控制对象能完成所需要的机械运动即进行机械系统的运动学，动力学分析以及计算，保障整个机电一体化系统的整体性能。1、系统收敛2、合理的收敛特性3、合理的响应时间4、满足用户的稳态误差 5、尽可能减少过度阶段误差6、为动态设计创造条件。24. 机电一体化系统的动态设计的目的是什么？答：机电一体化动态设计的目的；在稳态设计的基础上，保证系统的动态稳定性，过渡过程的品质，动态稳定精度，动态响应特性指标参数。25. 机电一体化系统的动态设计研究的主要性能指标参数有哪些？答：主要有：响应时间，超调量，稳态误差，收敛时间。振荡次数，过渡时间的位置误差。（动态误差和稳态误差等）26. 步进电机驱动设计主要组成部分？开环控制精度由什么决定？进一步提高精度的措施答：由脉冲信号、环形分配电路、功效电路、方向控制信号与电路组成。由驱动元件和步进电机决定。细分电路进行细分驱动。27. 滑动导轨副磨损主要包括那几个阶段？每个阶段的磨损特点是什么？答：初期磨损：工作表面粗糙度的存在、配合初期接触面积小、压力高、磨损量大、而随磨损增加、配合相应改善、磨损量增长。正常磨损： 经初期磨损、 导轨工作表面质量、配合特性均达到最佳状态、润滑条件充分、 因而磨损量小、且增长缓慢。急剧磨损：长期工作经频繁冲压产生疲劳磨损、表面出现剥落、配合间隙超限、润滑条件恶化、该段时间内磨损量急剧增大。三、分析论述题1. 简述如图2 所示丝杠螺母传动机构的特点。答：A：螺母本身起着支承作用，消除了丝杆轴承可能产生的附加轴向蹿动，结构较简单，可获得较高的传动精度但其轴向尺寸不宜太长，刚性较差。B,需要限制螺母转动，故需导向装置，结构紧凑，丝杆刚性较好。C：需要限制螺母移动和丝杆转动，结构较复杂，占用轴向空间较大。D：结构简单、紧凑，但使用极不方便，故很少使用。2. 试分析单圆弧轨道和双圆弧轨道的结构特点（设计、制造、使用与维护）答：单圆弧形的螺纹滚道的接触角随轴向载荷大小的变化而变化，主要由轴向载荷所引起的接触变形的大小而定。接触角增大，传动效率、轴向刚度以及承载能力也随之增- 大。由于单圆弧形滚道加工用砂轮成型较简单，故容易得到较高的加工精度。单圆弧形面的滚道圆弧半径R稍大于滚珠半径。双圆弧形的螺纹滚道的接触角在工作过程中基本保持不变。两圆弧相交处有一小空隙，可使滚道底部与滚珠不接触，并能存储一定的润滑油以减少摩擦磨损。由于加工其型面的砂轮修整和加工、检验均较困难，故加工成本较高。a) 螺母固定、丝杆转动并移动c) 螺母转动、丝杆移动d) 丝杆固定，螺母转动并移动b) 丝杆转动，螺母移动图 1 丝杠螺母传动机构的基本传动形式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3. 试分析图示消除滚珠丝杠轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点。答：工作原理： 采用双螺母垫片调整预紧， 调整垫片的厚度，可使左右两螺母产生相对位移，以达到消除间隙、产生预紧拉力之目的。结构特点：结构简单刚度高、预紧可靠，但使用中调整不方便。4. 试分析图示消除滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点答：工作原理：采用双螺母螺纹预紧调整，右螺母的外端有凸缘，而左螺母的外端虽无凸缘，但制有螺纹，并通过两个圆螺母固定。调整时旋转右边圆螺母消除轴向间隙并产生一定预紧力，然后用锁紧螺母（左边圆螺母）锁紧。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力，从而消除轴向间隙。结构特点：结构简单、刚度好、预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量的进行调整。5. 简述燕尾形导轨组合的特点和间隙调整答：（1）特点：采用整体式燕尾形导轨，磨损后不能自动补偿间隙，需设调整间隙装置；高度小，结构紧凑，可以承受倾覆力矩，但刚度较差，摩擦力较大，制造、检验和维修都不方便。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受到限制的场合。间隙调整：两燕尾面起压板面作用，用一根斜镶条就可以调节水平与垂直方向的间隙。斜镶条两侧面与导轨面全部接触，故刚性好，斜镶条必须加工成斜形，因此制造困难，但使用可靠，调整方便。6、简述双三角形组合导轨组合的特点和间隙调整答：（ 1）特点：两条三角形导轨同时起支承和导向作用，结构对称，驱动元件可以对称地放在两导轨中间。但由于过定位， 对加工要求较高， 故工艺性差， 对导轨的四个表面刮削或磨削也难以完全接触， 如果床身和运动部件热变形不同，也很难保证四个面同时接触。 因此，多用于精度要求较高的机床设备。（2）间隙调整：由于结构对称，两条导轨磨损均匀，磨损后相对位置不变，能自动补偿垂直和水平方向的磨损，故导向性和精度保持性都高，接触刚度好，无需间隙调整装置。7. 简述步进电机的工作原理，并推导出步进当量的计算公式。答： （1）工作原理：图示三相反应式步进电动机，定子有压 板三角形导轨V 形导轨双三角形导轨组合结构及特点1324AABBCCCB423AC1AB23BACAC14B精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即有A-A 、 B-B、 C-C三相，磁极上绕有励磁绕组。转子具有均匀分布的四个齿，当A、B、C 三对磁极的绕组依次通电时，则A、B、C 三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。由环形分配器送来的信号脉冲电流，经功率放大器放大后，对定子绕组轮流通以单极性励磁电流。通电磁极产生磁通，磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，使转子齿在磁力作用下转动。电脉冲加到A相励磁绕组，定子A 相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子1、3 两个齿与定子的A 相磁极对齐。而后将电脉冲通入B 相励磁绕组， B 相磁极便产生磁通，转子2、4 两个齿与B 相磁极靠得最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30角，使转子2、4 两个齿与定子B 相磁极对齐。如果按ABCA 的顺序通电，转子则沿逆时针方向一步步的转动，每步转过30，这个角就叫做步距角。（2）步距当量的计算公式定子內圆和转子外圆均有齿和槽，而且定子和转子的齿宽和齿距相等。定子上有三对磁极， 分别绕有三相绕组，定子极面小齿和转子上的小齿位置要符合以下规律：当 A 相的定子齿和转子齿对齐时，B 相的定子齿应相对于转子齿逆时针方向错开1/3 齿距，而 C 相的定子齿又应相对于转子齿逆时针方向错开2/3 齿距。也就是说，当某一相磁极下定子与转子的齿对齐时，下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开/m。其中， 为齿距， m 为相数。再下一相磁极定子与转子齿则错开2/m。依次类推，当定子绕组按ABCA 顺序轮流通电时，转子就沿着逆时针方向一步步地转动，各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。设转子齿数为Z，则齿距为步距当量，即步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可用下式计算：式中： K状态系数（三拍时k=1；六拍时 k=2） ；m电动机的绕组相数；Z转子齿数。8. 试分析如图所示步进电机驱动功率放大器的基本工作原理。答：图中A、B、C 分别为步进电动机的三相，每相由一组放大器驱动。 放大器输入端与环形脉冲分配器相连。在没有脉冲输入时，3DK4 和 3DD15 功率放大器均截止，绕组中无电流通过，电动机不转。当A 相得电，电动机转动一步，当脉冲依次加到A、B、C 三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，使电动机一步步地转动。电路中与绕组并联的二极管VD 分别起续流作用，即在功放截止时，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。与绕组W 串联的电阻R为限流电阻，限制通过绕组的电流不致超过其额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。www单电压功率放大电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思9. 试述如图所示步进电机用功率开关细分驱动电路的基本工作原理（ P107）答： （1）细分驱动、为了让步进电动机有更小的步距角或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定电流的一部分，则电动机每步转过的角度也只有步距角的一部分。绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，额定电流是台阶式地投入或切除，电流分成多少个台阶，则转子就以同样的个数转过一个步距角。这样将一个步距角细分成若干步的驱动方法被称为细分驱动。细分驱动的特点是：在不改变电动机结构参数的情况下，能使步距角减小，能使步进电动机运行平稳、提高匀速性，并能减弱或消除振荡。但细分后的步距角精度不高，功率放大驱动电路也相应复杂。（ 2）采用多路功率开关器件的细分驱动电路的基本工作原理图为五阶梯细分电路，它利用五只功率晶体管VTd1VTd5作为开关器件，其基极开关电压U1U5的波形等幅宽度较小。在绕组电流上升过程中，VTd1VTd5按顺序导通，每导通一个，高压管都要跟着导通一次，使绕组电流能快速上升。在绕组电流下降过程中，VTd1VTd5按顺序关断，了使每关断一个晶体管，电流都能快速下降一个台阶，在关断任一低压管前，可将剩下的全部关断一段时间，使绕组通过泄放回路放电，然后再重新开通。功率晶体管工作在开关状态，功耗很低，但器件多，体积大。10. 试分析如图所示光电隔离电路的基本工作原理和特点，在本电路中各元器件的作用是什么？（P165） 答： （1）基本工作原理微机输出的控制信号经74LS04 非门反相后，加到光电耦合器G 的发光二极管正端。当控制信号为高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏三极管截止，输出信号几乎等于加在光敏三极管集电极上的电源电压。当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏三极管接收发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可以将光电耦合器用于信息的输入。（2）特点：完成信号转换的同时，能隔离干扰。（3）各元器件的作用74LS04：将微机输出的控制信号经非门反相，加到光电耦合器 G 的发光二极管正端；发光二极管：将电信号转换成光信号；光敏三极管：将光信号转换成电信号。11. 如图所示机电传动控制系统，在无外界干扰的假设条件下，试分析各组成部分的作用是什么？并写出该系统的传递函数数学模型。（P223）答： （1）各组成部分的作用：G1前置放大；G2功率放大，驱动伺服电动机运转；G3伺服电动机，作为系统的执行元件，iwwwiUtt多路功率开关细分驱动电路输入信号（来自微机）（去执行系统）输出信号去微机GGVc+5vVc+12vVc+5vR1R2R274LS04a)biV(s)GG12G34GKAKamKmS（1+T S）i11K SGV7G6Kr2i15Gi精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思带动工作台运动；G4齿轮传动装置，将电动机转子的运动以传动比i1 传递给丝杠； G5齿轮传动装置，将丝杆的运动以传动比i2 传递给位置传感器的检测轴；G6位置传感器，检测滚珠丝杠的角位移量，并反馈回系统输入端；G7测速发电机，检测伺服电动机转子的转速，并反馈回功放输入端。（2）系统的传递函数数学模型G（ s）=i（s）/Vi（ s）=G1G2G3G4/(1+G2G3G7+G1G2G3G4G5G6)= 12. 试分析论述机电一体化系统稳态设计、动态设计的目的；重点研究哪些重要指标参数？答： （1）稳态设计的目的及重点研究指标参数目的是保证系统达到功能要求，包括使系统的输出参数、执行元件（如电动机）的参数、功率（或）转矩的匹配、过载能力等达到技术要求。重点研究的指标参数有负载的综合定量数值（如质量、转动惯量、力、转矩等） ；执行元件的等效负载转矩、等效惯性负责转矩、电动机轴上的总负载转矩等；各级减速比；伺服系统放大器输出级的输出阻抗、效率、时间常数，放大器的放大倍数等；系统各部分的传递函数；工作台进给系统的阻尼比、主谐振频率等。（2）动态设计的目的及重点研究指标参数目的是设计校正补偿装置，使系统满足动态技术指标要求。可以根据系统传递函数分析系统的稳定性、系统的过渡过程品质（响应的快速性和振荡）及系统的稳态精度，从而研究系统的动态特性。具体表征系统动态特性好坏的定量指标就是系统过渡过程的品质指标，在时域内，这种品质指标一般用单位阶跃响应曲线中的参数来表示，即：Ts上升时间；Ty延滞时间；Tt调整时间； %最大超调量。13. 在机电一体化系统动态设计中，叙述所增加PID 调节器内各环节的调节特点，试分析控制系统中增加 PID 调节器的主要作用是什么？（P231）答： （1）PID 调节器各环节的调节特点比例（ P）环节使一阶滞后的时间常数减小，加快系统响应速度，比例调节作用的大小主要取决于比例系数，比例系数愈大调节作用愈强，动态特性也愈好，但存在调节误差，而且比例系数太大，会引起系统不稳定；积分（ I）环节可以减少或消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思是用来消除稳态误差的，直到积分的值为零，控制作用才停止。但它将使系统的动态过程变慢，而且过强的积分作用使系统的超调量增大，从而使系统的稳定性变坏；微分（ D）环节有微分作用，微分的控制作用跟偏差的变化速度有关，微分控制能够预测偏差，产生超前的校正作用，它有助于减少超调，克服振荡，使系统趋于稳定，并能加快系统的响应速度，减少调整时间，从而改善了系统的动态性能。微分作用的不足之处是放大了噪声信号。（2）控制系统中增加PID 调节器的主要作用作为系统的校正环节，主要起到改善系统的稳态性能和动态性能的作用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页