华工 2019机电系统设计平时作业(2019.3)

《机电系统设计》作业

班级___________ 姓名_________

一、填空题

1.机电一体化包括_机械__技术和_微电子_产品两方面。

2.应用于工业控制的计算机主要有：_单片机_， _PLC__，_总线工控机__等类型。

3.光电编码器根据结构可分为_增量编码式光电旋转编码器_和_绝对编码式光电旋转编码

器_。

4.液压伺服系统一般包括_液压动力机构_、_反馈机构__等执行装置，以及_机械液压伺服

系统_、_电液伺服系统_、_气液伺服系统_等基本环节构成。

5.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

__PLC___。

6.开环步进电动机控制系统，主要由_步进电机控制器__ 、_步进电机驱动电源_ 、_步进

电机_等组成。

7.机电一体化系统一般由_机械本体__、_动力源__、__传感装置__、__驱动执行机构__ 、

_控制器__组成。

8.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。

9.机电一体化系统（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。

10.步进电机按转子结构形式可分为：__反应式__、__永磁式___、__混合式___三种。

11.传感器按输出信号的性质分为_模拟式__、_数字式__、__开关式___三种形式。

12.机电一体化主要的相关技术可以归纳成_机械_技术、_计算机与信息处理_技术、_自动控制_

技术、_传感与检测_技术、_伺服传动_技术和系统技术。

13.步进电动机的步距角越小，意味着它所能达到的位置精度越__高__。

14.直流伺服电动机目前常用_恒流_调速驱动系统和_恒压_调速驱动系统两种方式。

15.对步进电动机施加一个电脉冲信号时，步进电动机就回转一个固定的角度，叫做_步距角

_，电机的回转角和输入_脉冲的个数严格地_成正比，而电动机的转速则正比于输入脉冲的__数量__。

16.点位控制数控机床：其数控装置只控制机床移动部件从_一个位置_移动到另一个位置（点），

而不控制点到点之间的_运动轨迹__、__在定位过程中___在移动过程中不进行切削加工，如数控钻床、数控冲床等。

17.按导轨面间的摩擦性质，导轨分为_边界摩擦导轨__、_液体动压导轨__、_液体静压导

轨__。

18.交流伺服电动机的分类有：_幅值控制_、_相位控制_、幅相控制__。

19.按照机器人的结构特征分，机器人分为_直角坐标机器人_、__柱面坐标机器人__、__球面

坐标机器人__、__多关节型机器人__。

20.按照机器人的用途分，机器人分为_工业机器人__、_农业机器人_、_探索机器人__和__

服务机器人__。

21.谐波齿轮传动的三个主要部件是：__谐波发生器__、__柔轮__和 __刚轮___ 。

22.数控机床同其他机电一体化产品一样，也是由__机械本体__、__动力源__、__执行部分

__、__传感测试部分__和_控制及信息处理部分_组成。

23.单片微型计算机简称单片机。一般由_CPU_、_RAM__、_ROM__、_I/O接口__以及总线等

其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。

24.PLC不仅能进行简单的逻辑控制，还能完成__过程__控制、_运动_控制、__数据处理__

和通信联网等功能。

25.滚珠丝杠是将旋转运动变成工作台移动的构件。已知滚珠丝杠的螺距为2mm，则滚珠丝

杠转动100圈时，工作台移动的位移为___200____mm。

二、简答题

1.请举出5个日常生活中的机电一体化产品。

答：洗衣机，空调，电梯，汽车，打印机。

2.简述机电一体化的基本构成。

答：机械本体，动力与驱动部分，执行部分，传感测试部分，控制及信息处理部分。

3.简述机电一体化的相关技术。

答：机械技术，传感检测技术，信息处理技术，自动控制技术，伺服驱动技术，系统总成技术。

4.说明机电一体化系统中常用导轨的种类。

答：机电一体化系统中常用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

5.常用的传感器有哪些？

答：电阻式传感器，电容式传感器，电感式传感器，压电式传感器，霍尔式传感器。

6.简述机电一体化系统对传动部件的基本要求

答：精密化，高速化，小型，轻量化。

7.什么叫人机接口？人机接口的特点及分类

答：人机接口是操作者与机电系统之间进行信息交换的接口；人机接口分为：输入接口和输出接口；特点：输入接口：通过输入接口向系统输入各种控制命令和参数，对系统进行控制；输出接口：通过输出接口向操作者反映系统的各个状态和参数以及结果等信息。

8.简述数控机床的组成部分及功能

答：（1）信息输入：这一部份是数控机床的信息输入通道，加工零件的程序和各种参数，数据通过输入设备送进计算机系统。（2）数控装置：数控装置是由中央处理单元，存储器，总线和相应的软件构成的专用计算机，它接收到输入信息后，经过译码，轨迹计算，插补运算和补偿运算，再给各个坐标的伺服驱动系统分配速度，位移指令，它是数控机床的核心。（3）伺服驱动装置及检测反馈装置：伺服驱动装置又称为伺服系统，它接受计算机运算处理后分配来的信号。（4）机床本体：机床本体也称主机，它包括机床的主运动部件，进给运动部件，执行部件和基础部件。（5）机电接口：机床上除了点位，轨迹控制采用数字控制外，还有许多其他控制，如主轴的启停，电磁铁的吸合，释放，离合器的开合，电磁阀的打开与关闭等。

9.简述数控机床的分类及特点

答：（1）按工艺用途分类：具有很好的加工尺寸的一致性，很高的生产率。（2）按运动方式分类：点位控制和直线控制工作。（3）按控制方式分类：开环控制和半闭环控制工作。（4）按数控制机床的性能分类。（5）按所用数控装置的构成方式分类。

10.简述机器人的组成及特点

答：机器人组成：机械手或移动车，传感器，末端执行器，控制器和处理器，驱动器，软件；特点：仿生特征，柔性特征，智能特征，自动特征。

11.MCS—51单片机由哪些部件组成？

答：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备组成。

12.简述莫尔条纹的放大原理

答：在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系。式中，θ的单位为rad，W的单位为mm。由于倾角很小，sinθ很小，则W=ω /θ若ω =0．01mm，θ=0.01rad，则上式可得W=1，即光栅放大了100倍。

13.简述步进电机的工作原理

答：通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

三、计算题

1.编码器是用来测量角度的传感器，其输出信号为脉冲，每一个脉冲对应一个分辨角α，当产生的脉冲数为N ，因此编码器产生的角位移为=N θα。

如：编码器的分辨角为α＝0.03?，当编码器需要转过360°时，求需要产生的脉冲数为多少？

解：根据角位移公式=N θα ，需要产生的脉冲数为360N===120000.03

θα个脉冲 2.如图1所示分辨率为1024的增量式安装在机床的滚珠丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm ，编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？

图1

解： （1）由于编码器的分辨率为1024，亦即转轴转一圈，编码器产生1024个脉冲。因此，10秒内转轴转了多少转：307200÷1024=300（转）

刀架的位移量：由于丝杠的螺距为2mm ，亦即丝杠转一圈，刀架将移动2mm ，所以刀架的位移量为x=300×2=600 (mm)

（2）转速： 300÷10=30（转/秒）

3. 已知步进电机采用三相六拍通电方式，测得步进电机的转速为100r/min ，已知转子有24个齿，求：步进电机的步距角；

解： 1) 根据步距角公式：=360α?

式中m ——定子励磁绕组相数m=3

z ——转子的齿数z=24

k ——通电方式，k =2 因此，步距角=360=360224=2.5mkz α?????，也就是步进电机通一次电，转子转过

2.5°

4. 某光栅的条纹密度是50条/mm ，光栅条纹间的夹角θ=0.002孤度，求莫尔条纹的间距（宽度）及莫尔条纹的放大倍数。

解：根据莫尔条纹的放大原理，莫尔条纹的栅距W=1/50=0.02mm ，则莫尔条纹的间距为：0.02===10mm 0.002

W

B 。 放大倍数为：10=

==5000.02B K W （倍）