机电一体化答案总结.doc

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1、机电一体化答案总结机电一体化答案总结1-1试说明较为人们所接受的“机电一体化”的涵义。答：机电一体化乃是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与微电子装置用相关软件有机结合而构成的系统总称。1-2机电一体化系统由哪些要素组成？分别实现哪些功能？答：由五大要素（子系统）组成：1机械系统：具有构造功能，相当于人的骨骼；2信息处理系统：具有控制功能，相当于人体的大脑；3动力系统：具有动力功能，相当于人体的内脏；4传感检测系统：具有计测功能相当于人体感观；5执行元件系统：具驱动功能（主功能），相当于人体四肢的肌肉。1-3说明机电一体化产品的设计步骤。答：分为四步：1总

2、体设计：分析设计要求，划分功能模块，决定性能参数，调研类似产品，确定总体方案，方案对比定型，编写总体论证书。2详细设计：各子系统的设计（各元部件的选择与设计），子系统间的接口设计；3综合评价：通过不同的评价指标对产品的性能、价格进行综合评价；4试制与调试：生产样机，进行试验，调试，看最终是否能达到最初的规格和性能指标要求。1-4机电一体化产品特点：节能，自动化1-5机电一体化系统的接口功能有哪两种？答：接口功能：输入，输出。变换，调整。2-2机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比有什么特点？答：机电一体化系统中的机械系统与传统的机械系统相比，其特点在于：前者不仅要求较高的定位精度，还要求

3、较高的动态响应特性，即响应快、稳定性好。2-3丝杆螺母机构的分类及特点？答：丝杆螺母机构分两类：1滑动丝杆螺母副。优点：结构简单，加工成本低，具有自锁功能。缺点：摩擦阻力大，传递效率低（30%40%）。2滚动丝杆螺母副。优点：摩擦阻力小，传递效率高（92%98%）。缺点：结构复杂，制造成本高。2-4滚珠丝杆副的传动特点？答：滚珠丝杆副的滚珠丝杆副的有如下特点：1优点：传动效率高（达90%以上，比滑动丝杆的高2-4倍）；灵敏度高，传动平稳；磨损小，寿命长；可消除轴向间隙，提高轴向刚度。2缺点：不能自锁，运动可逆，在用作升、降传动机构时需采用制动装置。2-7滚珠丝杆副的主要尺寸参数有哪些？答：滚珠

4、丝杆副的主要尺寸(基本尺寸)参数有三个：公称直径d0特征尺寸、基本导程Ph（螺距t）、行程l。2-10各级传动比的分配原则有哪些？答：各级传动比的最佳分配原则有三个：1重量最轻原则：使系统重量最轻来分配各级传动比的原则。2输出轴转角误差最小原则：为了保证齿轮传动系统的精度，降低齿轮的加工、安装误差，使输出轴转角误差最小的原则。3等效转动惯量最小原则：为了使电机启停快、反转快，要求齿轮传动系统等效转动惯量越小越好。2-11谐波齿轮减速器由哪几部分组成？答：谐波齿轮减速器主要由三部分构成：刚轮、柔轮、波发生器。2-12谐波齿轮传动有何特点？答：谐波齿轮传动的特点是：体积小，重量轻，传动比大，传动平

5、稳，承载能力强，传动效率高。2-15等效转动惯量和等效负载转矩的计算方法。答：等效转动惯量是指将机械传动系统中若干个部件的转动惯量等效转化到其中某一个转动部件上所得的系统总转动惯量，一般根据等效前后，系统的总动能守衡原理来求。等效负载转矩是将传动系统中的的摩擦负载、外力负载等效到系统某个转动部件上所得的系统总负载转矩，一般按照等效前后，系统的负载功率相等来求。3-3步进电机的工作原理是什么？答：步进电机的工作原理是：输入一个电脉冲，转子就转动一步，即转过一个步距角，改变脉冲频率就改变转子转速，改变通电顺序就改变转子的转向。3-4步进电机步距角的计算方法。答：360zm3-5步进电机驱动电源由哪

6、三部分组成？答：由环形分配器、光电隔离电路、功率放大器三部分组成。3-6步进电机功率放大电路有哪六种？各有何特点？答：步进电机功率放大电路有以下六种：1单电压型：优点：线路简单。缺点：电流上升不够快，输出脉冲波形差，输出功率低，高频时带负载能力低。适用范围：低速、轻载的小型步进电机。2.双电压型（高低压型）：优点：高压驱动，电流上升快，脉冲波形好，频率范围宽，效率高。缺点：电压波顶有凹陷，电流不稳定，电路较复杂。3-7控制用电机包括哪三种？各用于什么伺服系统中？答：控制用电机按照工作原理不同分为三种：步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机。分别用于开环控制、半闭环控制、闭环控制伺服系统中。3-8

7、什么叫机械特性曲线？直流伺服电机与交流伺服电机的机械特性曲线有何区别？答：机械特性是指控制电压V2为常数时电动机的转矩M与转速n间的关系曲线，即n=f(M)曲线。直流伺服电机的机械特性曲线为线性，而且在不同的控制电压下，其曲线相互平行，斜率不变，属硬特性；交流伺服电机的机械特性曲线为非线性，而且在不同的控制电压下，其特性曲线互不平行，属软特性，低速时更软，故直流伺服电机比交流伺服电机的动态精度高，性能品质好；直流伺服电机的调速驱动方式有两种：晶体管脉宽调速：PWM调速(Pulsewidthmodulation)，晶闸管调速：SCR调速(Siliconcontrolledrectifier)4-

8、1微机由哪部分组成？微机分哪几类？答：微机硬件由四部分组成：1中央处理单元，即CPU，是控制系统的核心；2总线（数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB），是传递信息的纽带；3存储器（RAM、ROM等），是存储信息的仓库；4输入、输出接口电路（I/O口），是与外设连接的桥梁。微机分三类：单片机、单扳机、微机系统4-28086/8088CPU最小、最大工作模式的特征。答：最小工作模式-指单微处理器系统，即系统中只有8086或8088一个微处理器。最大工作模式-指系统中可以包括两个或多个微处理器，即允许多个微处理器一起工作，系统的控制信号由总线控制器提供，主处理器为8086/8088，其他为协处理

9、器（如8087用于数值计算、8089用于I/O操作。4-48031最小应用系统的扩展（即存储器、I/O接口芯片的连线方法）。答：8031不具备内部ROM或EPROM（内部有一个128字节的RAM，还有CPU、总线），不能形成一个完整的微机，所以必须扩展，外接EPROM作为程序存储器后，才构成一个最小应用系统。8031与存储器、I/O接口芯片的连线方法见书上P153图4-31。4-7行列式健盘的键值如何确定？答：将行线、列线按二进制顺序排列，当某一键被按下后，键盘扫描程序执行到给该列置“0”电平，读出各行状态为非全“1”状态，这时的行、列数据组合成键的键值。4-8光电隔离电路的作用？答：光电隔离

10、电路的作用有三个：1电隔离：防止高压窜入微机，防止干扰信号进入电路；2电平转换：使不同电平的电路间方便地实现耦合；3提高驱动能力：如采用达林顿和可控硅管制成的光电耦合器可以驱动较大电流的负载。扩展阅读：机电一体化 考试总结 习题答案1.什么是机电一体化？各国的主要观点有哪些？(P13)答：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。2.试述机电一体化技术与传统机电技术的区别。(P2)答：传统机电技术的操作控制主要以电磁

11、学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。1机电一体化技术是微电子技术和计算机技术向机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门多学科领域交叉的新型综合性学科，它是机械工业的发展方向。数控技术是机电一体化技术中的核心技术，机电一体化技术的另外一个重要表现形式是机器人技术。2系统论、信息论和控制论是数控技术的理论基础，微电子技术、计算机技术和精密机械技术就是

12、数控技术的技术基础。3数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它集计算机技术、微电子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控系统实现数字控制的装置。它能够自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码后进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。CNC系统的核心是CNC装置。4数控机床的优势：自动化程度高；效率高，操作人员少；精度高和质量稳定；废品率低、工装成本低；复杂零件加工；一机

13、多用；便于建立通讯网络，实现企业信息化管理；附加值高5数控技术的发展趋势：1.大功率、高精度2.高速度3.CNC智能化（a.适应控制技术b.故障自诊断、自修复功能c.刀具寿命自动检测和自动换刀功能d.模式识别技术e.智能化交流伺服驱动技术）4.具有高速、多功能的内装可编程机床控制器5.彩色CRT图形显示、人机对话功能及自我诊断功能6.采用交流数字伺服系统。3.试分析机电一体化系统的组成及相关技术。(P13)答：机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚

14、至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。4.一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？答：机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。5.试述机电一体化系统的设计方法。答：机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，

15、并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。6.试述现代设计的概念。（P4）设计这个词有两种概念。广义的概念是指发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节和达到的目标。狭义的概念指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，各种产品包括机械产品的设计即属此类。现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般、具体到抽象、感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。由于科技进步的速度日益增快，特别是计算机技术的高速发展，人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的同时，运用相关的科学技术原理，进行过去难以想象的

16、综合集成设计计算，使设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃。8.现代设计方法有哪些？（P313）现代设计方法门类众多且不断出新。可按所研究解决的问题性质分为总体问题和个别性能问题两大类：1.研究总体设计的现代设计方法(1)设计方法学(2)价值工程设计(3)优势设计（4)绿色设计(5)计算机辅助设计(6)并行工程设计(7)虚拟设计(8)反求工程设计(9)优化设计及其发展(10)创新设计技术2研究产品性能的现代设计方法(1)工业产品艺术造型设计(2)模块化设计(3)相似性设计(4)摩擦学设计(5)三次设计(6)人机工程设计(7)智能设计(8)动态设计(9)可靠性设计(10)有限元法(11)机

17、械疲劳设计9.何为机电一体化系统的四视图设计？（P13）功能视图、结构视图、控制视图和信息视图第二章1.什么技术系统？什么是技术过程？什么是作业对象？(P27)例如，为了得到某种复杂形状的金属零件，可通过编程在加工中心上对坯料进行加工。坏料是作业对象，加工中心是技术系统，所完成的加工过程是技术过程。作业对象一般可分为三大类：物料、能量和信息2.确定技术过程的一般步骤是什么？(P27)1)根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对象以及主要转换要求。2)分析比较传统的和现代的理论和实践，确定实现主要转换的工作原理。3)明确实现技术过程的环境和约束条件。环境是与技术系统发生联系的总和，包括经济条

18、件、生产条件、技术条件、社会条件等。4)确定主要技术过程和其他辅助过程。5)根据高效、经济、可靠、美观、使用方便等原则，初步规定技术系统的边界及工作范围。3.试述功能设计方法和主要步骤。(P2830)功能是对技术系统中输入和输出的转换所作的抽象化描述。只有用抽象的概念来表述系统的功能，才能深入识别需求的本质，辨明主题，发散思维，启发创新，总功能逐步分解为比较简单的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能树(一)功能分析(二)功能元求解1选择工作原理2构思功能载体(三)方案综合4.功能设计的工具有哪些？（P30）1设计目录(1)对象目录(2)作业日录(3)解法目录2知识库(1)数据库(2)

19、设计词典(3)手册5.试分析设计与技术系统的关系。设计若是为了对作业对象完成某种技术过程，设计对象就是人造技术系统。第三章1.结构设计有哪些内容？（P78）宏观地看，结构设计大致有以下三方面内容:(1)功能设计以各种具体的结构实现机电一体化系统的功能要求。(2)质量设计兼顾各种要求和限制，提高机电一体化系统质量和性能,(3)优化设计和创新设计充分应用现代设计方法系统地构造设计优化模型，用创造性设计思维方法进行机电一体化系统设计的优化和创新。2.机电一体化系统中运动联系结构的基本单元有哪些？(P87)需要联轴器、减速、变速装置及运动换向与转换装置等基本传动结构3.滚动导轨副的品质用那几方面来衡量

20、？(P108)(1)导向精度导向精度是导轨副最基本的性能指标。移功件在沿导轨运动时，不论有无载荷，部应保证移动轨迹的直线性及其位置的精确性。各种设备对导轨副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相应的规定或标准可以参照。(2)耐磨性导轨副应在预定的使用期内，保持其导向精度。精密滚动导轨副的主要失效形式是磨损。因此，耐磨性是衡量滚动导轨副性能的主要指标之一。(3)刚度为了保证足够的刚度，应选用最合适的导轨类型、尺寸及其组合。选用可调整间隙和能够预紧的导轨副可以提高刚度。(4)工艺性导轨副要便于装配、调整、测量、防尘、润滑和维修保养。4.结构设计品质是指在那些方面应注意的问题？（P116）结构设计

21、品质是指结构强度和静刚度、结构动刚度、结构热稳定性和结构工艺性等四大方面应注意的问题第四章1.机电一体化系统中控制器的作用是什么？它的基本功能应包括那些？(P149150)机电一体化机械的控制器是一个以计算机为核心的测量和控制系统它将来自各传感器的检测信号与外部输人命令进行集中，存储、分析、转换，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。它的基本功能应包括以下几点:1)实时的信息转换和控制功能。2)人机交互功能。3)和机电部件接口的功能。4)对控制软件运行的支持功能。2.单板机模式的控制系统有哪些特点？(P150)1)结构形态的随意性。2)空间位置的随意性

22、。3)形态规模的随意性。4)最佳的经济性。3.组合模式的控制系统有哪几种模式？(P150151)采用商品化硬件模块通过总线母板组合成控制系统具有多种灵活的组成模式，它可以自成系统，即采用独立模式；也可以方便地作为其他小型、微型计算机的前端控制机，或者组成分布式系统的典型的分散系统。4.在工控机中对存储器有哪些要求？(P153)像个人计算机存储代码和数据供CPU或其他设备读写(1)可靠性高即抗干扰能力强，能在恶劣的工业现场环境下准确进行读写操作。(2)实时性好能满足工业控制系统对存储器访问的要求。(3)功耗低降低自然发热造成的温升，并可用电池供电。(4)数据存储器非易失性这并不是对全局存储器的要

23、求，但系统中至少有局部非易失数据段或程序代码段，以便能长期保存数据，并在系统突然停电后再重新启动时能迅速恢复现场运行5.I/O子系统的作用是什么？按其物理量的形式分成哪两大类？(P153154)控制器除了基本系统以外，还应包括各种检测、控制量的输入输出接口，这部分功能称为I/O子系统。按其物理量的形式来分，一般可分成开关量(数字量)I/O即DIDO、模拟量I/O即AI/AO两大类。6.什么是总线？控制系统中包括哪些总线？各总线作用是什么？(P154155)所谓总线是指一组信号线的集合，是一种按规定协议传送信息的公共通道，由数据总线、地址总线、控制总线和电源总线组成。7.简述控制系统的基本组成。

24、（P152155）(一)中央处理单元(CPU)(二)存储器(三)机电一体化控制系统的I/O子系统(四)人-机接口(五)系统支持功能(六)总线8.什么是计算机数控系统(CNC)？(P155)计算机数控系统简称CNC系统，它是用计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或全部功能，并配有接口电路、伺服驱动的一种专用计算机系统。9.计算机数控系统(CNC)由哪几部分组成？(P155)CNC系统由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置(CNC装置)、可编程序控制器(PLC)、主轴驱动和进给驱动装置等组成，第五章1.根据自动化机械的基本模型，简述信息流主要集中在那些子系统中？(P195)信息流主

25、要集中在人机界面、检测机构和控制器。2.现代机械和传统机械最本质的区别是什么？(P195)现代机械和传统机械最本质的区别是现代机械中具有信息流。信息系统保证了机电一体化系统基本单元(MEE)的正确运行，也使许多基本MEE耦合组成复杂的机电一体化系统。3.在机电一体化系统设计中信息流的作用是什么？(P196)信息系统保证了机电一体化系统基本单元(MEE)的正确运行，也使许多基本MEE耦合组成复杂的机电一体化系统。信息流是软件总体设计的基础。4.信息流是如何分类的？(P196)从信息流的形态来分，信息流可以是借助于机、光、声、电等介质传输的信号，也可以是语言、文字、图表、图像等抽象的信号，在计算机

26、内部则是数据表示的数据流。从信息流的功能来分，有控制信息流、检测信息流、数据信息流、显示信息流等。以信息流的流向来分，可分为输入信息流、变换信息流、输出信息流等。5.分析信息流和数据流有什么意义？(P196)1)对机电一体化系统的工作原理和工作过程有深刻理解。2)可对系统进行深入的总体分析与规划，以达到解耦与集成的目的。3)信息流是软件总体设计的基础。按软件工程方法，从数据流可确定软件的结构，并定义此结构中包含的程序模块。同时也可以定义数据库项、格式、规模和存取方法。特别是“全量程”的定义，即用于两个以上的程序模块内的那些量的定义.6.分析信息流的基本工具有哪些？(P196198)(一)信息流

27、的基本环节(二)数据流程图(三)信息流和软件结构7.人机输入界面的基本硬件有哪些？(P204)其基本硬件是键盘、开关(包括操作按钮和触摸屏等)，并通过CRT实现人机交互。8.输出界面的信息流中对执行机构的控制信息输出有哪几种形式？(P215)1)直接开关量的输出。2)脉冲序列和运动方向控制标记。3)直接数字输出。4)模拟量输出。5)其他控制器控制执行机构第六章1.简述机电一体化可重构系统设计提出的背景。(P229230)1)新产品不断涌现，产品更新换代加快。2)社会对产品的需求趋于多样化、个性化和动态化，顺应客户爱好(也称客户化或定制)、多品种中小批量生产已成为生产方式的主流。3)市场对企业的

28、要求从原来的对质量、成本的要求演变为现在的对时间(Time)、质量(Quality)、成本(Cost)、创新(Innovation)、服务(Service)和环境(Environment)等诸多方面的要求，时间已成为竞争力的第一要素，能否在最短的时间内开发出最新的产品并推向市场，是赢得市场竞争的关键。4)可持续发展的理念及对生态环境方面的关注，使人们在生产过程和消费过程中更注意生态和环境方面的相容性和友善性，综合考虑产品的环境影响与资源效率已成潮流。2.什么是可重构制造系统（RMS）?(P230)可重构制造系统(ReconfigurableManufacturingSystem，RMS)是指能

29、够通过对制造系统结构及其组成单元的快速重组或更新，及时调整制造系统的功能和生产能力，以迅速响应市场变化及其他需求的一种制造系统。3.可重构制造系统（RMS）的重构分为哪几个层次？(P230)1)制造系统级的重构。2)制造设备级的重构。3)子系统或部件层的重构。4.对于可重构制造系统（RMS）而言，可重构控制系统的技术基础是什么？(P230)开放式结构控制器是可重构控制系统的重要基础技术。5.机电一体化可重构系统设计的目标是什么？(P231)1)低的生产成本和重构成本的综合值(cost)。2)短的设计建造时间和斜升时间（Time)。3)最大限度地利用已有的资源（Resource)。4)在公共地基

30、上达到物流最优(Stream)。6.机电一体化可重构系统的特征是什么？(P231232)1)模块性(Modularity)2)可集成性(Integrability)3)可转换性(Convertibility)4)可诊断性(Diagnosability)5)客户化性(Customization)7.可重构机床设计的主要目的是什么？可重构机床包括那些内涵？(P232)主要目的是使机床能快速低成本地适应被加工零件的各种变化。1)可重构机床综合了流水线机床和数控机床的优点，它每次提供给客户确定的、满足其当前需要的功能和生产能力，同时当客户的需求发生变化时，可快速改变机床的硬件和软件结构，以较低的成本在一个零件族内快速调节升级生产能力和功能性。2)可重构机床由可重构的硬/软件组成。3)可重构机床必须设计开始就考虑可重构性，而且必须由基本的硬软件模块创建，能够通过所设计的接口快速集成。4)可重构机床是开放的、模块化结构。8.机械加工中常用的三类机电一体化系统是什么？(P232)DML、FMS和RMT三类机电一体化系统第 17 页 共 17 页