1、机电一体化系统设计名词解释与简答第 1 页 共 11 页第章 概述1.机电一体化：是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、计算机信息技术、自动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优化而建立起来的一门新的科学技术。2.机电一体化技术：是指包括技术基础和技术原理在内的，使机电一体化系统得以实现、使用和发展的技术。3.机电一体化产品：是指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代产品或设备。4.机电一体化生产系统：是运用机电一体化技术把各种机电一体化设备按目标产品的要求组成的一个高生产率、高柔性、高质量、高可靠性、低能耗的生产系统。5.开放性：是指以一组标准、
2、规范或约定的原则来统一这个系统的接口、通信和与外部的连接，使系统能容纳不同厂家制造的设备及软件产品，同时又能适应未来新技术的发展。6.开发性设计：是在既没有参考样板又没有具体设计方案的情形下，仅根据抽象的设计原理和对新系统的性能要求进行设计方法。7.适应性设计：是指在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有系统进行局部更改的设计方法。8.变异性设计：是指在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有系统的规格尺寸，使之适应某种量值变化的要求的设计方法。第一章 机械系统设计1.失动量：指启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值。2.等效负载转矩：将机电传动系统中各运动件的负载力矩或负载力在
3、单位时间内所做的功折算到电动机轴上的等效总功所需要的负载转矩。3.死区误差：指启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值。4.丝杠副的轴向间隙：是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。5.载荷的类比法：是参照同类或相近的机械，根据经验或简单的计算确定所设计机械载荷的方机电一体化系统设计名词解释与简答第 2 页 共 11 页法。6.载荷的计算法：根据机械的功率和结构特点运用各种力学原理、经验公式或图表等计算确定载荷的方法。7.等效负载转动惯量：是将机电传动系统中各运动件的转动惯量按动能折算到电动机轴上的等效转动惯量。8.滚珠丝杆螺母副的传动刚度：是丝
4、杠本身的拉压刚度、丝杠螺母间的接触刚度以及轴承和轴承座的支承刚度组成的综合刚度。第二章 检测系统设计1.包络检波：是利用二极管等具有单向导电性能的器件截去调幅信号的下半部，再用滤波器滤除其高频成分，从而得到按调幅波 包络线变化的调制信号。2.旋转变压器的鉴相工作方式：是根据旋转变压器转子绕组中感应电动势的相位来确定被测位移大小的检波方式。3.滤波器的截止频率：是指滤波器的幅频特性值等于 所对应的频率。2K4.小信号双线变送器：将现场微弱信号转化为 420mA 的标准电流输出，然后通过一对双绞线传送信号以实现信号和电源的一起传送。5.莫尔条文：是指用平行光垂直照射 相互倾斜微小角度而重叠在一起的
5、指示光栅与标尺光栅时，在光栅的另一面所出现的与刻线垂直、明暗相间的粗大条纹。6.增量式编码器是将 位移转换成周期性变化的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。7.调频与解调：调频是用调制信号去控制高频振荡的载波信号的频率；调频波的解调是先将调频波变换成调频调幅波，然后进行幅值检波。8.低通滤波器：能使频率不超过截止频率的低频信号顺利通过，迅速衰减截止频率以上的高频信号的电路装置。第三章 控制系统设计1.最少拍控制系统：是指在最少的几个采样周期内达到在采样时刻输入输出无差的系统。2.保持器：将离散的采样信号恢复到原连续信号的装置。机电一体化系统设计名词解释与简答第 3
6、 页 共 11 页3.数字控制器 D（z）物理可实现：是要求数字控制器算法中不允许出现对未来时刻的信息要求。4.信号的采样：把时间上连续的信号变成时间上离散的采样信号或数字信号的过程。5.采样系统的动态特性：是指系统在单位阶跃信号输入下的过渡过程特性。6.脉冲传递函数：是输出采样信号的 z 变换与输入采样信号的 z 变换之比。7.最少拍无纹波控制系统：是指在最少的几个采样周期内达到稳态且在采样点之间无纹波的无差系统。8.采样信号的复原：由采样信号不失真地恢复成原连续信号的过程。第四章 机电一体化计算机接口设计1.信号的同步触发：指系统的许多相关部件或功能块在同一门控信号作用下完成要求的操作。2
7、.整形电路：将混有毛刺之类干扰的输入双值逻辑信号或其信号前后沿不合要求的输入信号整形为接近理想状态的方波或矩形波，而后再根据系统要求变换为相应形状的脉冲信号。3.尖峰：是输入数码发生变化时产生的持续时间虽然很短但幅值很大的瞬时误差。4.信号的异步触发：指相关部件或功能块不需在同一信号控制下完成自己的操作。5.开关（数字）量输入通道：是将双值逻辑的开关（数字）量变换为计算机能够接收的数字量接口通道。6.模拟量输入通道：是对过程量（模拟量）进行变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数字量并输入到计算机的接口通道。7. A/D 转换器：是将模拟量电压转换为数字量电压的装置。8.D/A 转换器：
8、是将数字量电压转换为模拟量电压的装置。第五章 伺服系统设计1.步距角：是步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，其转子转过的角度。2.直流伺服电动机的机械特性：是指控制电压恒定时，电动机转速随负载转矩变化的关系。3.直流伺服电动机的调节特性：是负载力矩为常数的情况下电动机的转速与电枢控制电压之间的关系。4.交流伺服电动机的幅值控制：保持控制电压和励磁电压之间的相位差为 90，仅仅改变控制机电一体化系统设计名词解释与简答第 4 页 共 11 页电压的幅值。5.交流伺服电动机的相位控制：保持控制电压的幅值不变，仅仅改变控制电压与励磁电压的相位差。6.交流伺服电动机的幅值-相位控制：在励磁电路中串联
9、移相电容，改变控制电压的幅值以引起励磁电压的幅值及其相对于控制电压的相位差发生变化。7.步进电动机的突跳频率：是指空载时，步进电动机由静止突然启动，进入不失步的正常运转所允许的最高启动频率。8.逆变器：是将直流电变换成交流电的装置。第章 概述1. 简答机电一体化系统实现目的功能的内部功能。1.答：1）主功能；2）动力功能；3）计测功能；4）控制功能；5）构造功能2. 简述机电一体化的发展趋势。2.答：机电一体化总的发展趋势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、多功能化方向发展；3）层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。3.简
10、答机电一体化技术的主要特征。3.答： 1）整体结构 最优化 ； 2）系统控制 智能化 ； 3）操作性能 柔性化 。4.简答机电一体化系统的目的功能。4.答：1）变换（加工、处理）功能；2）传递（移动、输送）功能；3）储存（保持、积蓄、记录）功能。5.机电一体化系统有哪些基本要素？5.答：1）机械本体；2）动力源；3）检测与传感装置；4）控制与信息处理装置；5）执行机构。6.机电一体化生产系统有哪几个部分组成？6.答：1）物流系统；2）能量流系统；3）信息流系统。机电一体化系统设计名词解释与简答第 5 页 共 11 页7.机电一体化系统设计的原则有哪些？7.答：1）机电互补原则；2）功能优化原则
11、；3）自动化、省力化原则；4）效益最大原则；5）开放性原则。8.机电一体化系统的设计类型有哪些？8.答：1）开发性设计；2）适应性设计；3）变异性设计。第一章 机械系统设计1.简述机电一体化传动机构对系统性能的影响。1.答：1）转动惯量：在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小，可提高系统的固有频率，增大响应速度，转动惯量大系统的负载力越大。2）刚度 ：刚度大系统固有频率高，系统响应快。 3）阻尼 ：阻尼越大，其最大振幅就越小且衰减也越快，阻尼大使系统的稳态误差增大、精度降低。2.简述缩短传动链，提高传动与支承刚度的方法。2.答：1）加预紧提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传
12、动与支承刚度；2）采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；3）在丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。3.简述机电一体化传动机构转动惯量对系统性能的影响。3.答：转动惯量小：在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。1)转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；2)转动惯量大系统响应速度降低，灵敏度下降；3)转动惯量大系统固有频率减小，容易产生谐振。4.在设计中具体采取什么措施确保机械系统的传动精度和工作稳定性？4.答：1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。2）缩短传动链，提高传动与支承刚度。3）选用最佳传动
13、比。4）缩小反向死区误差。5）改进支承及支架的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声(传动与支承刚度)。机电一体化系统设计名词解释与简答第 6 页 共 11 页5.齿轮传动副的消隙方法有哪些？5.答：1）轴向消隙法；2）径向消隙法；3）周向消隙法。6.简述机电一体化传动机构刚度对系统性能的影响。6.答：刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。 伺服系统刚度越大则动力损失随之减小； 刚度越大机构固有频率越高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振；刚度越大闭环伺服系统的稳定性越高。7.转动惯量对系统有哪些影响？7.答：在传动系统中，转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低
14、灵敏度；使系统固有频率下降，容易产生谐振。8.为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？8.答：减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有：适当提高零部件本身的精度；合理设计传动链，减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。第二章 检测系统设计1.试按滤波器的选频作用对滤波器进行分类。1.答：1）低通滤波器；2）高通滤波器；3）带通滤波器；4）带阻滤波器。2.信号的调制与解调有哪些类型。2.答：1）幅度调制及其解调；2）频率调制及其解调；3）相位调制及其解调；4）脉冲宽度调制及其解调。3.试用旋转变压器的数学表达式说明其鉴相工作方式。3.答：旋转变压器处于
15、鉴相式工作方式时，其转子绕组中的感应电动势为 )sin(tKVmB由式可见，旋转变压器转子绕组中的感应电动势 VB与定子绕组的励磁电压同频率，但相位不同，其差值为 。通过比较感应电动势与定子励磁电压信号的相位，便可求出旋转变压器转子相对于定子的转角 。4.简答莫尔条纹的特点。机电一体化系统设计名词解释与简答第 7 页 共 11 页4.答：1）放大作用；2）起平均误差的作用（平均效应） ；3）莫尔条纹的移动与栅距间的移动成正比。5.简述对测量放大电路的性能要求。5.答：具有高输入阻抗、共模抑制能力强、失调及漂移小、噪声低、闭环增益稳定性高等。6.试用旋转变压器的数学表达式说明其鉴幅工作方式。6.
16、答：旋转变压器处于鉴幅式工作方式时，其转子绕组中的感应电动势为 tVmBsin)i(由上式可以看出，感应电动势 是以角速度 为角频率的 交变信号，其幅值为 。)sin(mV若电气角 已知，那么只要测量出 的幅值，便可间接地求出即被测位移 值的大小。B 7.简述调制与解调的一般应用场合。7.答：1）经过传感器变换以后的信号常常是一些缓变的微弱电信号，直接传输受到干扰，并且损失大，因此往往先将信号调制成变化较快的交流信号，交流放大后传输。2）传感器的电参量在变换成电压量的过程中用调制和解调的方法进行变换。8.隔离放大器的应用场合主要有哪些？8.答： 1）测量处于高共模电压下的低电平信号； 2）消除
17、由于信号源地网络的干扰所引起的误差； 3）避免形成地回路及其寄生拾取问题（不需要对偏流提供返回通路） ； 4）保护应用系统电路不致因输入端或输出端大共模电压造成损坏； 5）为仪器仪表提供安全接口。第三章 控制系统设计1.试述带死区的 PID 数字控制调节原理。1.答：采用带死区的 PID 控制的基本原理是：给定误差死区宽度 ，当 时，取0E)(ne0 0，控制器输出的控制量 0，当 时，采用 PID 控制。)(ne)(nc)(e02.当二阶系统随阻尼比变化时其极点在复平面上将怎么变化？2.答：1)当 时，闭环极点处于右半 S 平面。2) 当 时，闭环极点位于左半 S 平面。3)当 时，闭环极点
18、位于虚轴上。0机电一体化系统设计名词解释与简答第 8 页 共 11 页3.简述采样控制系统的闭环极点对系统性能的影响。3.答：1）控制系统极点在 z 平面单位圆外时，对应的暂态响应是发散或振荡发散的；2）控制系统极点在 z 平面单位圆内时，对应的暂态响应是衰减或振荡衰减的；3）控制系统极点在 z 平面单位圆上时，对应的暂态响应是不变或等幅振荡的。4.试述积分分离式 PID 数字控制调节原理。 4.答：调节原理为：给定最大允许偏差值 ，在控制过程中，当 时，进行 PID 控0E)(ne0E制；而当 时，则采用 PD (比例微分)控制，即去掉积分作用，以减小系统超调量。)(ne0E5.分析系统的阻
19、尼比对系统的性能影响。5.答：1)当 时，系统的 瞬态响应均处于不稳定发散状态。2) 当 时，系统的瞬态响 0应总是稳定收敛的。3)当 时，系统的瞬态响应变为等幅振荡的临界稳定系统。4）对于稳0定系统，当无阻尼振荡频率 越大时，系统的响应速度越快，但超调量越大 。n6.简述利用直接数字设计法设计最少拍控制系统的具体要求。6.答： 1）对于特定的参考输入信号，达到稳态后系统在采样时刻精确实现对输入的跟踪； 2）系统以最快速度达到稳态； 3）设计的数字控制器应是物理可实现的； 4）闭环系统应是稳定的。7.说明比例微分控制的调节作用。7.答：在比例微分控制器中，由于微分控制作用的加入，可缩短瞬态响应
20、的过渡过程，使系统稳定性和动态精度都得到提高。但是，比例微分控制不能消除稳态误差，且容易引入干扰。比例微分控制对具有较大容量滞后 (如温度控制中由物体热容量引起的滞后 )的系统具有显著的控制效果。8.说明比例积分控制的调节作用。8.答：在比例控制的基础上加上积分控制，既可保证系统的快速响应性，又可消除系统的稳态误差，使系统稳态和瞬态特性都得到改善，因而应用比较广泛。第四章 机电一体化计算机接口设计机电一体化系统设计名词解释与简答第 9 页 共 11 页1.简述 D/A 转换器的主要特性。1. 答：1）数字输入特性；2）模拟量输出特性；3）锁存特性及转换控制；4）参考电压源特性。2.简述在 D/
21、A 转换时产生尖峰的原因。2.答：是由于开关在换向过程中“导通”延迟时间与“截止”延迟时间不相等所致，若模拟开关电路“截止延迟时间”较短而“导通延迟时间”较长，在 D/A 转换器逐位增加时，就可能出现尖峰波形。3.对多路转换开关有哪些基本要求？3.答：1）导通电阻小；2）开路电阻大，交叉干扰小；3）开关的切换速度快；4）传输信号的线性度好。4.简述接口电路的主要任务。4.答：1）控制信息的传递路径，即根据控制任务在众多的信息源中进行选择，以确定该信息传递路径和目的地。2）控制信息传送的顺序，即计算机控制的过程是执行程序的过程，为确保进程正确无误，接口电路应根据控制程序的要求，适时地发出一组有序
22、的门控信号。5.在进行过程输入通道设计时，应考虑的哪些问题？5.答：1）信号拾取方式；2）信号的调节；3）模/数转换方式的选择；4）电源的配置；5）抗干扰措施。6.简答过程输入输出通道类型。6.答：模拟量输入通道；模拟量输出通道；数字量（开关量）输入通道；数字量（开关量）输出通道。7.简述 CPU 对开关量输入信号的处理形式。7.答：1）开关状态检测；2）脉宽测量：对开关量输入的某个状态（“1”或“0” ）的持续时间进行测量；3）脉冲计数。8.D/A 转换器 0832 有哪些工作方式？8.答：单缓冲、双缓冲和直通三种工作方式。第五章 伺服系统设计机电一体化系统设计名词解释与简答第 10 页 共
23、 11 页1.简答三相（A、B、C）感应步进电动机的所有通断电控制方式及其步距角大小。1.答：1）三相单三拍通电方式为：ABCA，步距角为 30。2）三相双三拍通电方式为：ABBCCAAB，步距角为 30。3）三相六拍通电方式为：AABBBCCCAA，步距角为 15。2.简述交流伺服电动机控制方式。2.答：1）幅值控制：保持控制电压和励磁电压之间的相位差为 90，仅仅改变控制电压的幅值；2）相位控制：保持控制电压的幅值不变，仅仅改变控制电压与励磁电压的相位差；3）幅值-相位控制：在励磁电路中串联移相电容，改变控制电压的幅值以引起励磁电压的幅值及其相对于控制电压的相位差发生变化。3.简述转速、电
24、流双闭环直流调速系统中 PI 调节器的特点。3.答：1）当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变换不再影响输出，除非输入为反极性信号使调节器退出饱和。即 饱和的调节器暂时隔断了输入和输出之间的关系 ，系统相当于开环状态；2）当调节器不饱和时，PI 的作用使 输入偏差电压 在稳态时为零，实现无静差控制。4.如何提高伺服系统的响应速度？4.答：伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。（1）提高系统的固有频率，减小阻尼。增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。 （2）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。5.简述交
25、流伺服电动机的变频调速控制特性。5.答： 1）在工频以下按恒压频比控制方式，维持励磁磁通不变，属于恒转矩调速性质； 2）在工频以上维持定子电压为额定值，增加频率减小磁通的恒功率调速性质的控制方式。7.简述四相（A、B、C、D）感应步进电动机的所有通断电控制方式。7.答：1）四相单四拍通电方式为：ABCDA。2）四相双四拍通电方式为：ABBCCDDAAB。3）四相八拍（单双相）通电方式为：AABBBCCCDDDAA。4）四相八拍（双三相）通电方式为：ABABCBCBCDCDCDADADABAB。8.影响直流伺服电动机特性的因素有哪些？8.答：1）功放电路对机械特性的影响；2）内部摩擦对调节特性的影响；3）负载变动对调节特机电一体化系统设计名词解释与简答第 11 页 共 11 页性的影响；4）电枢电压较小时对调节特性的影响。
