机电一体化系统设计大作业
机电一体化大作业模板
新疆农业大学机械交通学院机电一体化系统设计课程（设计）论文题目：姓名与学号：指导教师：年级与专业：所在学院：课程评分：二零一二年月日棉花异性纤维检测技术的研究综述【摘要】本文介绍和分析了目前为止绝大多数对皮棉中异性纤维检测的研究。
这些研究从棉花杂质的几何、物理和成分官能团光谱特性入手，应用可见光机器视觉、红外波段光谱图像和断层X 光摄影等检测技术，采用数字图像处理和化学计量学分析方法，分类识别各种皮棉杂质。
关键词皮棉，异性纤维，检测前言我国采摘棉花大部分是人工摘拾。
这样对异性纤维的控制很不利。
由于棉农对异性纤维的危害认识不足，采摘交售棉花时习惯用编织袋装棉花、用有色的或非棉线绳绑扎棉袋口等。
在采摘、装棉、晒棉、运棉和售棉等过程中,难免混入叶子、铃壳、种皮和异性纤维等杂质。
严重影响了棉纺厂的产品质量。
异性纤维是困扰纺织企业的一大难题．每年纺织企业都要投入大量的人力、物力、财力进行人工挑拣。
显然，在纺织清理和加工的每个环节，研究快速检测原棉中杂质，减少并消除它，这对于提高加工质量和效率是非常必要的。
1.原棉杂质检测的主要手段在检测棉花中叶子，茎皮，秆和异性纤维等杂质时，可以从其基本物理特性入手，例如颜色、形状、大小、密度、表面密度和重量等；也可以从其化学成分方面入手来识别这些杂质，比如荧光效应和官能团光谱特性等。
在具体方法上，对杂质的检测有机器视觉（可见光波段）、X光断层摄影、红外波段光谱或图像和紫外荧光光谱或图像等；在对杂质定性和定量分析的方法上，主要有固定线性判别式、聚类算法、贝叶斯学习算法和贝叶斯加权K均值聚类算法等数字图像处理方法。
根据以上皮棉杂质检测技术的特点，从原理上可分为基于图像技术的杂质检测研究和基于分光技术的杂质检测研究。
一些典型的研究见表1。
表1 棉花杂质检测研究的文献整理类型范围检测设备杂质类型检测率识别率（％）文献静态国内显微近红外成像无色塑料、黄麻、编织袋、白头发丝、白羊毛、猪鬃—郏东耀等人，2004[1]多光谱成像无色塑料、黄麻、编织袋、白头发丝、白羊毛、猪鬃—郏东耀等人，2005[3]反射成像15种典型异性纤维—杨文柱等人，2009[4]透射成像白色或无色杂质：纸片、尼龙、编制带、黄麻、白头发—郏东耀等人，2005 [9]透射成像异性纤维，没有特指95%识别率李碧丹等人，2006[10]紫外荧光成像白色丙纶丝，纸张；色泽较重的异性纤维；毛发的识别99；100；50％罗德坡等人，2007[11]静态国外反射成像非棉纤维杂质（植物性杂质）与重力分析之间的相关系数0.82 Taylor. 1990[12]类型 范围 检测设备 杂质类型 检测率识别率（％） 文献反射成像植物性杂质：皮杂、杆、叶子和碎叶杂质分类。
机电一体化设计基础(大作业)
一、简答题（每题10分，共计30分）1．机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么？答：在系统实际运行前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便选择正确、高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的运行水平，采用仿真技术可以省时省力省钱地达到上述目的。
计算机仿真包括三个基本要素，即实际系统、数学模型与计算机，联系这三个要素则有三个基本活动：模型建立、仿真实验与结果分析。
2．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计的哪个阶段？答：机电一体化系统仿真的模型主要有：物理模型、数学模型和描述模型。
当仿真模型是物理模型时，为（全）物理仿真；是数学模型时，称之为数学（计算机）仿真。
用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理模型。
计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用于分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件—硬件级）实时仿真、系统研制阶段（硬件级）实时仿真阶段。
3．PID 控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？答：P （比例）I （积分）D （微分）调节器是将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。
其中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；积分调节能消除静差，改善系统静态特性；微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。
此三部分作用配合得当，可使调节过程快速、平稳、准确，收到较好的效果。
二、分析题（第1题15分，第2题30分）1．系统采样周期的选择时，主要考虑的影响因素主要有哪些答：应主要考虑以下几方面：从对调节品质的要求来看，应将采样周期取得小些，这样，在按连续系统PID 调节选择整定参数时，可得到较好的控制效果；从执行元件的要求来看，有时需要输出信号保持一定的宽度。
如：当通过数模转换带动步进电动机时，输出信号通过保持器达到所要求的控制幅度需要一定的时间，在这段时间内，要求计算机的输出值不应变化，因此，采样周期必须大于这一时间；从控制系统随动和抗干扰的性能要求来看，要求采样周期短些；从计算机的工作量和每个调节回路的计算成本来看，一般要求采样周期大些；从计算机的精度来看，过短的采样周期不合适。
机电一体化系统设计作业
作业：（红色为作业）简答题1-1试说明较为人们所接受的“机电一体化”的涵义。
1-7机电一体化系统由那些基本要素组成？分别实现那些功能。
1-10说明机电一体化系统（产品）的设计步骤。
1-15说明机电一体化系统设计的设计思想方法。
2-6丝杠螺母副的组成要素。
2-8 珠丝杠副的典型结构类型。
2-9滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整予紧方法有哪些。
2-10现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程L=6mm 、一端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98时，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2个齿时,试问：两个螺母之间相对移动了多大距离。
2-16各级传动比的分配原则。
输出轴转角误差最小原则的含义。
2-17已知：4级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为0.005弧度，各级减速比相同，即1.5，求：（1） 该传动系统的最大转角误差∆max ；（2） 为缩小∆max ，应采取何种措施。
2-19设有一谐波齿轮减速器，其减速比为100，柔轮齿数为100。
当刚轮固定时，试求该谐波减速器的刚轮齿数。
2-20 齿轮传动的齿侧间隙的调整方法。
3-1 机电一体化系统的执行元件分类及特点。
3-5 直流伺服电动机控制方式的基本形式。
3-6 PWM 直流驱动调速、换向的工作原理。
3-10 步进电动机的工作原理。
3-12步进电动机的环行分配方式。
3-15步进电动机驱动电源的功率放大电路原理。
4-8 在“0”工作状态下,PPI8255的输入/输出口的选择方法。
用逻辑电路片选外接PI8255地址计算(看书上例题)用译码器片选外接PI8255地址计算(看书上例题)4-12 8031单片机的输入输出及存储器的扩展方法。
4-14 静态显示与动态显示的主要区别。
4-15 键盘键值如何确定。
5-5求右图系统传递函数5-6、推导下图有源PI 调节器)11(sT K i +放大系数K 和积分i T 时间常数与器件电阻电容参数的关系。
7-5以二阶系统为例，描述P 、 I 的作用计算题1、现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程P=8mm ，一端的齿轮齿数为101，另一端的齿轮齿数为100，当一端的外齿轮和另一端的外齿轮都同向转过3个齿时，试问：两个螺母之间轴向相对移动了多大距离。
机电一体化大作业设计说明书
机电一体化大作业便携式折叠电动车设计说明书农机一班第六小组成员：潘江20126901吴正凯20121100张韬20126906刘威20121098许沛东20126897目录一、前言 (1)二、部分国家标准 (1)三、外形设计 (3)四、折叠机构 (4)五、尺寸设计 (5)六、动力部分 (6)七、电路设计 (6)八、结语 (7)一、前言随着经济发展，节能与环保已经成为人们生活中不可缺少的一环，现在折叠自行车以及电动车已在日常生活中得到广泛使用。
虽然折叠自行车方便携带，但远不及电动车快捷，但电动车的缺点则是体积较大，在要换乘其他交通时会比较麻烦。
如果把电动车做成可折叠的，那既能集合两者优点，还可起到防盗的作用。
近年来国内外都有针对该问题的研究，并有一些折叠电动自行车已经投入生产和使用，但是经过我们的调研，市场上现存的折叠电动自行车折叠方式单一，基本上都是在中轴部位前后对折，折叠后形状很不规则，携带困难；也有一些产品，折叠后形状较为规则，但是折叠过程繁琐，且价格昂贵，不适合现在中国现在的消费群体。
在此基础上，我们团队设计了一款可折叠的便携式电动车，结构简单，折叠方便，同时在考虑安全性、实用性的基础上尽可能地降低成本，以满足大部分人的需求。
二、部分国家标准根据电动自行车通用技术条件（GB17761－1999），罗列部分电动车技术要求，为更进一步设计打好基础。
5.1 整车主要技术性能要求5.1.1 最高车速电动自行车最高车速应不大于20k m/h.5.1.2 整车质量（重量）电动自行车的整车质量（重量）应不大于40k g,5.1.3 脚踏行驶能力电动自行车必须具有良好的脚踏骑行功能，30m in的脚踏行驶距离应不小于7k m,5.1.4 续行里程电动自行车一次充电后的续行里程应不小于25k m,5.1.5 最大骑行噪声电动自行车以最高车速作电动匀速骑行时（电助动的以1 5k m/h-18k m/h速度电助动骑行）的噪声应不大于62 dB(A)。
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案形成性考核作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（×）2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。
（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。
（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。
A．游标卡尺B．电话C．全自动洗衣机 D．非指针式电子表2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。
机电系统设计作业(机电一体化技术：罗俊俊)
《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恒压。
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。
机电一体化系统设计大作业
6011机电一体化系统设计基础大作业责任教师高秋红学校：北京一轻高级技术学校学号：111100140 姓名：一、基础知识题（每题10分，共40分）1.机电一体化系统的定义？机电一体化产品的分类？答：机电一体化系统是由机械技术、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。
按发展水平分：功能附加型初级系统，功能代替型中级系统，机电融合型高级系统按应用分：民用机电一体化产品，办公机电一体化产品和产业机电一体化产品2. 机电一体化系统的基本组成要素？试分析试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。
答：按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下：（1）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示（2）测试传感部分：光电编码器、信号处理（3）能源：电源（4）驱动部分：功放、电机（5）执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台3. 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。
4．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）：拟定产品开发目标和技术规范；收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方案设计；总体方案的评审和评价；详细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机实验，测试；技术评价与审定；小批量生产；试销；正常生产；销售。
二、综合分析设计题（60分）1．已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示。
要求：（1）说明单自由度驱动系统的两种测量方案；（20分）要求给出传感器的类型及具体安装位置。
（2）确定整个系统的控制方案、画出控制系统原理图。
（40分）要求写出两种控制方案，方案一使用工业PC机完成系统的控制和方案二使用单片机完成系统的控制。
【全文】机电一体化系统设计题库资料(只有大作业)
可编辑修改精选全文完整版作业一1直线运动导轨的基本形状有（）。
(A)燕尾形(B)圆形(C)矩形(D)三角形[参考答案：ABCD] 分值：52机电一体化的基本要素有机械本体（）等组成。
(A)动力与驱动部分(B)传感测试部分(C)控制及信息处理(D)执行机构[参考答案：ABCD] 分值：53步进电机的特点（）。
(A)输出角与输入脉冲严格成比例(B)存在失步(C)转子惯量小(D)无误差累积[参考答案：ABCD] 分值：54导轨常用的材料有（）。
(A)铸铁(B)钢(C)有色金属(D)塑料[参考答案：ABCD] 分值：55滚珠丝杆的外循环可分为（）。
(A)端盖式(B)插管式(C)浮动式(D)螺旋槽式[参考答案：AB] 分值：56滚珠螺旋传动特点（）(A)运动精度高(B)运动效率高(C)能自锁(D)具有传动的可逆性[参考答案：ABCD] 分值：57微机控制系统的基本功能（）。
(A)与机电部件的接口功能(B)对控制软件运行的支持功能。
(C)实时信息转换与控制功能(D)人机交互功能[参考答案：ABCD] 分值：58机电一体化系统的设计方法（）。
(A)整体设计法(B)取代法(C)组合法(D)变参数设计[参考答案：ABC] 分值：59模拟信号采集通道一般由（）等组成。
(A)传感器(B)A/D(C)调理电路(D)S/H[参考答案：ABCD] 分值：510微处理器的总线有（）。
(A)控制总线(B)数据总线(C)地址总线(D)状态总线[参考答案：ABC] 分值：511多级齿轮副或蜗轮蜗杆等其它传动机构组成传动链的级数和各级传动比的分配原则（）。
(A)输出轴转角误差最小原则(B)等效转动惯量最小原则院(C)转速最快原则(D)质量最小原则[参考答案：ABD] 分值：512伺服系统主要由被控对象、（）组成。
(A)测量与反馈元件(B)调节元件(C)执行元件(D)比较环节[参考答案：ABCD] 分值：513机电控制系统由（）组成。
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2017秋《机电一体化系统设计》大作业试题
已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图1所示。
图1
要求：
（1）说明单自由度驱动系统的两种测量方案；要求给出传感器的类型及具体安装位置。
（2）确定整个系统的控制方案、画出控制系统原理图。
要求写出两种控制方案，方案一使用工业PC机完成系统的控制和方案二使用单片机完成系统的控制。
(1)答：高速端测量方案：
传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现对工作台位移的间接测量。
可选用光电编码器式传感器或磁电式编码器、
低速端测量方案：
传感器安装在工作台上，直接测量工作台的位移。
可选用光栅式位移器、感应同步器或者电位计式位移传感器。
(2)答：（1）工业PC机集中控制方案：
用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制系统原理图如下。
（2）单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。