西北工业大学
硕士学位论文
舵机电动伺服加载系统设计与研究
姓名：李本
申请学位级别：硕士
专业：电力电子与电力传动
指导教师：林辉
20060301
西北工业大学硕士论文第二章系统方案设计２．３系统总体结构设计与工作流程
２．３．１总体结构设计与各部件功能
图２－８加载系统结构原理图
各部分主要功能如下：
１）加载控制台整个加载系统的监控平台，它的主要工作是提供友好的人机界面，方便科研人员直观便捷的将实验数据曲线等必要信息下装到加载控制器中，并对整个实验流程加以控制，并可以接收加载控制器反馈的实验过程中的重要数据信息加以处理，进行分析、以图形或表格等方式显示，比较直观，便于观察。同时还
一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 测量 2.灵敏度 3. 压电效应 4. 动态误差 5. 传感器 二、填空题（每小题2分，共20分) 1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：_内旋换和外循环 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___ _______，__________， __________ ，__________。 3. 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________。 4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度， 则莫尔条纹的宽度是_______________________。 5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制 每一个轴的______________________，使它们同步协调到达目标点。 6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。 7. 齿轮传 动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9. 复合控制器必定具有__________________________________。 10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题（每小题2分，共10分） 1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A. 产大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 加速度传感器的基本力学模型是 A. 阻尼—质量系统 B. 弹簧—质量系统弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统 3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 4. 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( ) A. 单片机 B. 2051 C. PLC 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题（每小题2分，共10分) 1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（? ） 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、 力矩电机、步进电机等。（） 3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（? ） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流 器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。（? ） 五、问答题（每小题10分，共30分) 1. 步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2. 什么是步进电机的使用特性? 3. 机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。 2. 指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。
4-AXIS AEROCRAFT INSTRUCTION MANUAL 四轴飞行器说明书 ATTENTION:（注意事项） 1、This 4-axis aircraft is suitable for indoor/outdoor flying.but make sure the outdoor wind is not over grade 4. 这款四轴飞行器适用于室内/室外飞行。但要确保室外风力不超过4级。 2、2.4 technology adopted for anti-interference,even more than one quadcopter is flying in the same area they will not interferewith each other. 采用2.4GHZ抗干扰技术, 即使一个以上的飞行器在同一地区飞行，它们也不会彼此干扰。 Beside ,players can let the the aircraft fly up/down/forward/backward,left/right sideward and tuen left/right. 此外，玩家可以让飞机飞上/下/前进/后退，左转/右转和左翻/右翻。 3、Please read this man ual carefull before using,in the mean time ,please well keep the manul for future reference. 请在使用前仔细阅读本手册，同时，请妥善保管说明书备查。 ALL PARETS INCLUDED( 组成结构简介) MAIN MENU：（菜单） Lcd screen液晶屏幕Power light 电源指示灯 Servos舵机Flip key 翻转 Left hand throttle shows左手调节显示Forward and back left and right前，后，左，右Signal display信号指示Direction joystick方向操纵杆 Accelerator and steering 油门和转向Forward/back trimming 前进/后退微调 Left-turn/riggt-turn trimming 左/右转微调Left/right sideways timming左/右侧微调Power switch 电源开关 TRANSMITTER BATTERY INSTALLATION:( 安装发射器电池) Aircraft battery change:( 更换飞机电池) THE RELATED NOTES ABOUT LITHIUM BATTERY’S USAGE: 关于锂电池使用的相关说明 HOW TO CONTROL:(操作说明) 1、Aircraft power switch to the “ON”position.the vehicle-mounted with the flat ground.Motherboard light is blink,don’t turn the fuselage again. 飞行器电源开关拔到“ON”位置。将飞行器平放在地面上，主板上的灯开始闪烁，不要再转动机身。 2、about 6 second,the operation of the throttle stick to the bottom,and then the power switch to the
机电一体化系统设计期末复习题
机电一体化系统设计期末复习题 一、选择题（每题2分，共50分） 1.那些不是结构型传感器 A.弹簧管 B.双金属片 C.水银温度计 D. 电感电容 2.那些不是物理型传感器的特点 A.无中间转换机构 B.固体传感 C.集成 D.体积大 3.哪一项不是传感器指标 A.类型 B. 容量 C.体积 B.线性度 4.下列哪项对热电偶的说法不正确 A.不能测量绝对温度 B.利用的是温差效应 C.铂电阻属于热电偶 D.需要冷端补偿 5.传感器的环境参数不包括什么 A.环境温度 B.湿度 C.冲击 D.噪音 6.传感器的基本性能参数不包括什么 A.量程 B. 灵敏度 C.动态特性 D.尺寸 7.半闭环伺服结构的特点不包括： A.系统简单 B.稳定性好 C.调试困难 D.成本较低 8.际转速1350r/min、电源频率50Hz的交流感应电动机，其转差率是多少？ A.0.05 B.0.1 C.0.15 D.0.2 9.某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相六拍运行时步距角是多少？
A. 3° B. 6° C. 2° D.1.5° 10.采用PWM驱动系统的优点不包括 A.频率高、频带窄 B.电流脉动小 C.电源的功率因数高 D.动态硬度好 11.设丝杠导程5mm，2/4相步进电机的步距角为1.8度，半步驱动时的脉冲当量为多少？ A. 0.00625mm B.0.0125mm C.0.025mm D.0.05mm 12.下列哪一项不是机电一体化系统的主要构成装置 A.电子装置 B.控制装置 C.驱动装置 D.机械装置 13.下列把一项是出现低速爬行现象不稳定的主要原因 A.电压不稳定 B.非线性摩擦力 C.负载扭矩不稳定 D.润滑不良 14.滚动导轨预加负载的目的是什么 A.防止超速 B.消除间隙 C.降低噪音 D.提高刚度 15.哪项不是滚珠丝杠副的主要尺寸参数 A.公称直径 B.长度 C.导程 D.行程 16.哪项不是机械传动要满足伺服控制的主要要求 A.传动精度 B.寿命长 C. 稳定性 D.快速响应性 17.下列哪一项属于变异性设计 A.没有参照样板的设计 B.根据故障查找故障原因 C.部更改，适应性变动 D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 18.哪项不是机电一体化产品概念设计的核心内容
习题三答案 1.机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？ 主要包括传动、支承、导轨等 2.机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？ (1) 齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置，它在伺服运动中的主要作用是实现伺服电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。 (2) 螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。 (3) 滑动摩擦导轨直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动；滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动时处于滚动摩擦状态。 3.齿轮传动间隙对系统有何影响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？ （1）偏心轴套调整法； (2) 双片薄齿轮错齿调整法； (3) 垫片调整法； (4) 轴向压簧调整法； (5) 周向弹簧调整法 4.消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？ 偏心轴套调整法: 这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿。双片薄齿轮错齿调整法: 这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。 5.导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？ 滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。 滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动时处于滚动摩擦状态。滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为0.1～0.2μm，而滑动导轨的定位误差一般为10～20μm。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时，通常采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便；④结构较为复杂，加工比较困难，成本较高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系
XX 大学XX 学院XXXX-XXXX 学年 第X 学期 《机电一体化系统设计》试卷 班级 学号 姓名 一、填空题：（每空1分，共20分） 1、机电一体化是 机械 与 电子技术 有机结合的产物。 2、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，根据 抽象原理 ，按照 系统性能 要求进行的设计。 3、滚珠丝杠副的传动效率高达 0.90~0.95 ，为滑动丝杠副的 3~4 倍。 4、启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的 失动量 。 5、对步进电动机进给系统中齿轮传动装置进行传动比分配的原则是最小负载惯量原则。 6、据齿轮系传动比最佳分配条件，简化的最佳速比分配关系为 2 2i 7、在开环步进电机-丝杠系统中，传动比大小与系统步进电机的 步距角有关。 8、滚珠丝杠副可以将 直线 运动转变为为 旋转 运动。 9、计算齿轮传动系统时非随机载荷的采用 峰值综合法 法。 10、数字式传感器检测系统的传感器输出信号为 增量码 信号。 11、当传感器的输出信号是电参数形式时，需要采用 基本转换 电路，将其转换 成 电量 形式。 12、采样信号变成连续信号必须经过 D/A 转换器 和 保持器 才能完成。 二、选择题：（将答案填入表格，每题1.5分，共30分） 1、机电一体化与英文单词（ C ） A.Mechanics 一致 B.Electronics 一致 C.Mechatronics 一致 D.Electric-Machine 一致 2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下（ C ） A.对现有系统进行局部更改的设计 B.根据抽象设计原理对系统性能要求进行设计 C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计 D.根据抽象设计原理进行局部更改的设计 3、柔性化是在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，（ A ） A.无须改变硬件只改变软件就可以 B.无须改变软件只改变硬件就可以 C.既要改变硬件又要改变软件才行 D.既不改变硬件又不改变软件 4、滚动直线导轨副的承载能力是平面滚道形式的（ B ） A.23倍 B.13倍 C.4倍 D.33倍 5、齿轮传动的总等效惯量随传动级数( A ) A.增加而减小 B.增加而增加 C.减小而减小 D.变化而不变 6、在设计滚珠丝杠副时所要求的硬度HRC （ B ） A.越小其硬度系数就越小 B.越大其硬度系数就越小 C.越大其硬度系数就越大 D.大小与其硬度系数无关 7、偏心轴套调整法是采用偏心轴套的旋转来改变（ B ） A.两齿轮轴向位移量以消除齿侧间隙 B.齿轮之间的中心距以消除齿侧间隙 C.两齿轮相对旋转的角位移消除间隙 D.两薄片齿轮之间垫片厚度以消除间隙 8、滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，其动摩擦力与静摩擦力之差（ B ） A .极大 B .极小 C .为零 D .为无穷大 9、齿轮传动机构采取消隙措施，可以消除齿侧间隙及其造成的（ B ） A.换向误差 B.换向死区 C.换向冲击 D.换向阻力 10、滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截面形状有（ D ） A.单圆弧型面和抛物线型面 B.双圆弧型面和椭圆弧型面 C.抛物线型面和椭圆弧型面 D.单圆弧型面和双圆弧型面 11、导轨截面为矩形截面的滚动导轨承载时其受力（ B ）
复习题 一、是非判断 1、机电产品结构方案设计时遵循传动链最短原则的好处是使传动精度高，而传动性能稳定性降低。（×） 2、莫尔条纹具有使栅距的节距误差平均化的特点。（√） 3、滚珠丝杠传动的特点是传动效率高、运动具有可逆性、传动精度高、磨损小，使用寿命长、不能自锁。（×） 4、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。（√） 5、动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为行扫描。 （×） 6、分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024。（√） 7、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统一定是闭环的。（×） 8、无源滤波器常采用LC谐振电路或RC网络作为滤波器件。（√） 9、机电产品转动惯量大可使机械负载变大，灵敏度下降，但是不影响机械系统的响应速度。 （×）10、执行机构运动循环图可以表明各机构间的配合协调关系。（√） 11、机电产品结构设计是从：定量到定性，具体到抽象，粗略到精细的过程结构设计满足的目标：保证功能、提高性能、降低成本。（×）12、双频激光干涉仪是同一激光器发出的光分成幅值不同的两束光产生干涉。得到的是按幅值变化的交流调频信号，信噪比高，可实现高分辨率测量。（×）13、滚珠丝杠传动中，当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产生空程，从而影响机构的传动精度。（√）14、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。（√）15、键码识别就是判断闭合键的代码，通常有2种方法，一种是静态检测法——称为编码键盘；另一种是动态检测法——成为非编码键盘。（×） 16、选用D/A芯片时位数愈多精度愈高，其转换的时间愈长。（√） 17、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统不一定是闭环的。（√） 18、在微机检测系统的输入通道中，采样/保持（S/H）电路可有可无。（×） 19、双片薄齿轮错齿调整法以消除齿侧间隙，但反向时不会出现死区。（×） 20、采样时间是指对被测参数检测的时间。（√） 二、简答题 1、同步带传动主要失效形式有哪些？主要原因是什么？ (a) 承载绳断裂原因是带型号过小和小带轮直径过小等。 (b) 爬齿和跳齿原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。 (c) 带齿的磨损原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。 (d) 其他失效方式带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。
习题一答案 1-1、什么是机电一体化？ 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。 1-2、什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 1-3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁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。 1-4、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 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至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1-5、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 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。 1-6、试简述机电一体化系统的设计方法。 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，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。1-7、机电一体化系统（产品）开发的类型。
中国石油大学（北京）远程教育学院 《机电一体化系统设计》期末复习题 第一章绪论 判断（A对，B错） 1.工业三要素是资金、人才、技术。 2.机电一体化系统的执行机构功能是主操作功能。 答案：B A 单选 1、机电一体化系统机械本体的功能是（） A执行机构B动力源C固定其它部件D主操作功能 2、下列哪一项是机电一体化的特性。 A装置的控制属于强电范畴B自动信息处理 C支撑技术是电工技术D以机械联结为主 3、机电一体化系统的主要构成装置不包含以下哪一项（） A电子装置B控制装置C驱动装置D机械装置 答案：C B A 问答题 1、在机械工业中微电子技术应用有哪些方面，及其对机电一体化产品设计的意义？ 1)对机器或机组系统运行参数进行巡检传感或控制 2)对机器或机组系统工作程序的控制 3)用电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构
4)节约材料 5)节能降耗 对机电一体化产品设计的意义表现在：功能模块化；封装模块化；电路（板）器件微型化；可靠性高；抗干扰能力强；结构一体化；机电产品体小、性优、价廉。 2、机电一体化系统的主功能组成是那些？ 物质、能量、信息（工业三要素）的变换（加工处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、记录） 3、机械电气化与机电一体化的区别 机械电气化 –很少考虑电器与机械的内在联系；根据机械要求选用电气传动 –机械电气界限分明，以机械联结为主，装置是刚性的 –装置的控制属于强电范畴，支撑技术是电工技术（电磁学，输配电）机电一体化 产品的新功能、智能化进步：自动检测，自动显示，自动记录，自动信息处理，自动调节控制，自动诊断，自动保护 4、简要说明机电一体化系统组成要素及其功能？ 五个方面，各组成及功能分别是：机械本体(构造功能:固定其它部件)；执行机构(主操作功能)；驱动部件(动力功能)；传感部件(信息检测)；控制部分(信息处理及控制) 5、传统机电产品与机电一体化产品的主要区别表现哪些方面？
机电一体化系统设计基础课程教学辅导 第四章：伺服驱动系统的原理与种类 一、教学建议 ●通过文字教材掌握伺服驱动的基本原理，了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其特性。 ●流媒体课件第15讲介绍了机电一体化系统伺服驱动的基本原理、种类及其特性； ●在学习的过程中，如果有学习的心得和体会，请在课程论坛上和大家分享；如果有什么疑惑，也可以在课程论坛寻找帮助。 二、教学要求 1．掌握伺服驱动的基本原理 一般来说，伺服系统组成框图如图1所示。 图1 伺服系统组成框图 （1）控制器：伺服系统中控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略，控制器通常由电子线路或计算机组成。 （2）功率放大器：伺服系统中功率放大器的作用是将信号进行放大，并用来驱动执行机构完成某种操作，功率放大装置主要由各种电力电子器件组成。 （3）执行机构：执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。 （4）检测装置：检测装置的任务是测量被控制量，实现反馈控制。无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度，因此要求检测装置精度高、线性度好、可靠性高、响应快。 2．了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其特性 （1）根据使用能量的不同，可以分为电气式、液压式和气压式等几种类型，特性如表1所示。 表1 伺服驱动系统的特点及优缺点
（2）伺服驱动系统按控制原理的不同还可以分为开环、全闭环和半闭环等伺服系统。 ①开环伺服系统 如图2所示，若伺服驱动系统中没有检测反馈装置则称为开环伺服系统。开环伺服系统的精度较低，一般可达到0.01m左右，且速度也有一定的限制，但其结构简单、成本低、调整和维修都比较方便，另外由于被控量不以任何形式反馈到输入端，所以其工作稳定、可靠，因此在一些精度、速度要求不很高的场合，如线切割机、办公自动化设备中得到了广泛应用。 图2 开环伺服系统 ②全闭环伺服系统 如图3所示，全闭环伺服系统是由安装在工作台上的位置检测装置，将工作台的直线位移转换成电信号，并在比较环节与指令脉冲相比较，将所得的偏差值经过放大，由伺服电机驱动工作台向偏差减小的方向移动，直到偏差值等于零为止，定位精度可以达到亚微米量，是实现高精度位置控制的一种理想的控制方案。但由于全部的机械传动链都被包含在位置闭环之中，机械传动链的惯量、间隙、摩擦、刚性等非线性因素都会给伺服系统造成影响，从而使系统的控制和调试变得异常复杂，制造成本高。因此，全闭环伺服系统主要用于高精密和大型的机电一体化设备。 图3 全闭环伺服系统 ③半闭环伺服系统 半闭环伺服系统中工作台的位置通过电机上的传感器或是安装在丝杆轴端的编码器间接获得，它与全闭环伺服系统的区别在于检测元件位于系统传动链的中间，故称为半闭环伺
班级：机电071 考位号： 学号：★C F 爆菊联盟★群号：79573606 姓名：X X 2012年 11月6日 考试用 广西大学课程考试试卷 （ 12—— 13学年度第一学期） 课程名称：机电一体化系统设计 试卷类型：（A 、B ） 命题教师签名： 教研室主任签名： 主管院长签名： 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 应得分 20 25 40 15 100 实得分 哈哈，这是哥哥我整理的，原版为手写板是06级学长留下来的，原名《血泪 机电一体试卷》，在此向这位毕业的学长表示感谢！ ——★CF 爆菊联盟★Made by Rentao 评卷人 装订线（答题不得超过此线） 一、 单选（20×1）。(注意：本答案不一定准确，希望大家自己搞定！) 1.机电一体化系统包括：机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、 执行元件系统。 2.根据接口变换调整功能分，放大器属于有源接口。 3.接口三个功能：变换、调整、输入/输出。 4.可靠性是指产品/系统在规定条件和时间内完成规定功能的能力。 5.消除间隙齿轮传动机构，能实现自动补偿的是轴向弹簧式双片薄齿轮错齿调整法。 6.滚珠丝杠副预紧，预紧最精密的方式是双螺母齿差预紧调整方式。 7.增加丝杠副公称直径可以增大可承受载荷量之类。 8.步进电机转向随通电顺序而变。 9.空载状态下，步进电机转子启动最大控制频率称为空载启动频率。 10.步进电机静态特性为其稳态状态特性｛静转矩矩-角特性、静态稳定区｝。 11.增大W c ，动态性能指标中调整时间t s 减少。 12.系统接口设计中，若组成较大系统，选用功能接口电路/接口板。 13.闭环数控系统中，位置检测元件安装在移动工作台导轨上。 14.导向精度是导轨副最基本指标。 15.交流伺服电机微机控制系统，输入回路采用D/A 数模转换电路实现信号转换。 16.控制系统中软件、硬件合理组成，要根据经济性和可靠性标准权衡决定。
1、判断题 1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（√） 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、 直流电机、力矩电机、步进电机等。（×） 3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（√） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（×） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。（√） 6、感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，属于自感型的传感器，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（√） 7、数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特 征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（√） 8. 直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。（√） 9. 滚珠丝杆不能自锁。（√） 10. 同步通信是以字符为传输信息单位。（×） 11、机电一体化是各种技术相互渗透的结果，其中包括多媒体技术。….（×） 12、同步带传动是一种兼有链、齿轮、三角胶带等优点的传动零件。….（√） 13、机电一体化系统对机械系统的基本要求：高精度、快速响应和良好的稳定性。….（√） 14、谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大、承载能力弱、效率高等特点。………….（×） 15、3C技术指的是计算机技术、通信技术和控制技术。….（√） 16、对于数据处理量大的系统，往往采用基于各类总线结构的可编程控制器。…….（×） 填空题： 1、机电一体化机械系统主要包括三大机构：（）、（）和（）。 2、数据信息时主机和外围设别交换的基本信息，可以分为（）、（）、（）和（）。 3、光电编码器是一种码盘式角度—数字检测元件，它有两种基本类型：（）和（）。 4、微机控制系统中的输入与输出通道一般包括（）、（）、（）、（）四种通道。 5、伺服控制系统一般包括（）、（）、（）、（）和（）等个五部分。 6、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（）决定转角位移的一种伺服电动机。 7、按自动控制原理来分，伺服系统可分为（）、（）、和（）。 8、接口的基本功能主要有（）、（）、（）。 9、执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为（）、（）和（）等。 10、PID称为（）控制算法。 11、PWM指的是（） 答案： 1、传动机构、导向机构、执行机构 2、数字量、模拟量、开关量、脉冲量 3、绝对式编码器、增量式编码器
第四章工业机器人设计思考题与习题 1.工业机器人的定义是什么？操作机的定义是什么？ 答：我国国家标准GT/T12643-1997《工业机器人词汇》将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度操作机，能搬运物料、工件或夹持工具，用以完成各种作业”；将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。 2.工业机器人由哪几部分组成？并比较它与数控机床组成的区别。 答：工业机器人由操作机、驱动单元和控制装置组成。数控机床一般由机床本体、伺服系统和数控装置组成。二者组成的区别主要在于机械本体，机器人操作机通常由末端执行器、手腕、手臂和机座组成，而数控机床机械本体通常包含主运动部件、进给运动部件、支承部件、冷却润滑、排屑等部分。 3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么？它与机床主要有何相同和不同之处？ 答：工业机器人基本功能是提供作业所需的运动和动力，其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。 在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求；二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。二者的主要不同之处有：机床是以直角坐标形式运动为主，而机器人是以关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低 4.工业机器人的结构类型有哪几类？各种类型的特点如何？ 答：工业机器人的结构类型有如下四类： 关节型机器人，其特点是关节一般为回转运动副，灵活性好，工作空间范围大（同样占地面积情况下），但刚度和精度较低；球坐标型机器人，其特点是按球坐标形式动作（运动），灵活性好，工作空间范围大，但刚度、精度较
机电一体化系统设计试题 课程代码：02245 一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( ) A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数( ) A.增加而减小 B.增加而增加 C.减小而减小 D.变化而不变 3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( ) A.内循环插管式 B.外循环反向器式 C.内、外双循环 D.内循环反向器式 4.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( ) A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5.直流测速发电机输出的是与转速( ) A.成正比的交流电压 B.成反比的交流电压 C.成正比的直流电压 D.成反比的直流电压 6.电压跟随器的输出电压( )输入电压。 A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于 7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为( ) A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 8.右图称( ) A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性 9.计算步进电动机转速的公式为( ) A. B.T sm cos C. D. 180°- 10.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整 时间t s( ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定 11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为( ) A.+b B. C. D. 12.连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的( )使得它们同步协调到达目标点。 A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向 13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( ) A.(A+)2(+B) B.A2+2B C.(A+B)2(+) D.A2B+2 14.累计式定时器工作时有( ) A.1个条件 B.2个条件 C.3个条件 D.4个条件 二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)
2015-2016学年第二学期《机电系统设计》A 卷参考答案 一、填空题（每空1分，共18分） 1、总功能、分功能，功能元、（最佳）原理方案解。 2、减小、增大。 3、输出轴转角误差最小、最小转动惯量。 4、改变电枢外加电压：（恒转矩调速）、改变磁通量（恒功率调速）、改变电枢电阻。 5、最大动态转矩、降低 6、运动学设计原则 、基准面合一原则、传动链最短原则、三化原则、阿贝原则（提高精度原则） 二、简答题（共25分） 1、（1）机械系统： 联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台 （2分） （2）动力源 电源 （1分） （3）测试传感部分： 光电编码器、信号处理 （1分） （4）控制及信息处理单元： 键盘、计算机、显示 （1分） （5）执行系统 功放、电机 （1分） 2、阿贝原则：若使量仪测量结果准确，必须将测量仪的读数线尺安放在被测尺寸的延长线上 （2分）。 L h θ?=? （1分） 减小系统误差的措施：1）当要求 ，则要求导轨的精度很高，难以实现； （1分） 2）当h=0时，可有效提高测量精度。 （1分） （1）图(a )为游标卡尺测量机构模型。由于其不符合阿贝原则，因为h ≠0时，当要求 ，则要求机构的制造精度很高，难以实现 ，故次机构测量精度较低。 （2分） （2）图(ｂ) 为千分尺测量机构模型，由于其符合阿贝原则，h=0时，不要求 ，故此机构测量精度较高。 （2分） 3、（1）图(a )为轴向垫片调整法。 （1分） 消隙原理：齿轮1和2相啮合，其沿轴线方向略有锥度，利用轴向垫片3，使齿轮1沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。 特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。 （3分） （2）图(ｂ) 为双片薄齿轮错齿调整法。 （1分） 消隙原理：将一个齿轮做成两个薄齿轮，另外一个为厚齿轮。通过弹簧力，使两个薄齿轮错开，则两个齿的左、右面，分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除齿侧间隙。特点：其力可调节，传动精度高，承载能力较小。（3分） 4、（a ）中从动轴B 上的总误差为：Δa=ΔAB +ΔCD /i AB =(1+1/5)Δ=(6/5)Δ=(60/50)Δ （3分） （b ）从动轴D 上的总误差为：Δb=ΔCD +ΔAB /i CD =(1+1/50)Δ=(51/50)Δ （3分） 则方案（b ）传动误差小，传动精度高。 （1分） 三、计算题（共35分） 1、解：（1）属于半闭环伺服系统 （1分） 设传感器的每转脉冲数为n n = P/0.004i = 6/(0.004×5) = 300个 (脉冲/转) （4分） (2）属于全闭环伺服系统 （1分） 设全量程范围内，光栅传感器的最小刻线数为n 0θ=0θ=0θ=
无人机飞行器舵机故障浅析 发表时间：2018-07-02T15:23:12.517Z 来源：《电力设备》2018年第9期作者：郭伟亭贾鑫李拓杨宇 [导读] 摘要：随着通信技术和自动控制技术的发展和完善，民用无人机也有了日新月异的进步。 (北华大学吉林吉林 132013) 摘要：随着通信技术和自动控制技术的发展和完善，民用无人机也有了日新月异的进步。舵机系统是无人机姿态控制的核心装置，飞控计算机通过舵机来控制无人机进行转向、俯仰、起降等重要动作。当舵机发生故障时，无人机就会失控，进而导致撞机、坠毁或偏离预定航线，所以，对舵机系统的故障诊断方法进行研究有助于提升无人机的控制性能，同时也能减少无人机维护、开发的成本。文中采用搭建故障观测器的思路，提出了一种基于子空间辨识的卡尔曼滤波故障检测方法。 关键词：无人机飞行器；舵机故障；检测方法 引言 无人飞行器（UnmannedAerialVehicle，简称UA V）已有百年的发展历史，一般是指无人驾驶的航空器，最早用于训练使用。无人飞行器具有结构简单、成本低廉等诸多优点，在军事领域及其它众多领域发挥了越来越重要的作用。 1无人飞行器故障概述 在工程实践中，故障的概念为：在未经允许的情况下，至少特征属性或者一个变量与标准的、正常的、可以接受的值或范围发生了偏离，导致系统出现失灵或者失效状况的一种状态。故障诊断的任务是根据能够获得的测量量，通过算法构建比较器，当系统的测量量偏离正常值时判断发生了故障，然后根据特定的算法或逻辑对待测系统进行故障类型的判断，最后量化故障的程度。对无人飞行器来讲，故障的定义为某项或者多项性能和指标发生明显异常，导致无人飞行器不能完成任务。常见的无人飞行器故障有翼面故障。舵机故障、陀螺故障、发动机故障等。舵机是无人飞行器的动作执行机构。如果无人飞行器结构复杂，系统繁冗，必然带来部件增多的现实，其平均故障间隔时间也会降低。因此，对无人飞行器的故障模型分析，就显得尤为重要。 2舵机故障 舵机故障属于执行机构故障，常见的故障类型有翼面卡死、翼面损坏、翼面松动等，均影响升降舵、副翼、方向舵的力矩系数。翼面卡死与翼面损坏能够理解为执行机构的动作恒定，翼面松动能够理解为翼面的不稳定性。系统残差可以对故障进行诊断，但是这种方法的前提是需要掌握无人飞行器完整的状况，然而这是不切实际的。舵机故障根据能否自我修复又分为机械故障和暂时性故障。机械故障是因为物理损坏导致的不可逆的故障。暂时性故障，多是由于信号突然增益或者减益等信息突然改变引起的。也可由飞行过程中外界环境中温度、压力等因素导致的信息失真，传感器得到的参数出现较大误差引起。 3排故途径 常用的无人飞行器排故有如下三种方法：1）理论途径：这种方法多依据现有知识，结合无人飞行器故障现象，进行建模仿真，可进一步细化为精英法、推测法、排除法、网格法、复现法、模拟法等；2）建模途径：这是目前比较常用的方法，通过计算机进行建模，首先对无人飞行器指标和故障现象进行预判，然后对模型赋予变量，根据约定的原则确定故障。这种方法可进一步细化为仪器法、数值法等；3）变频途径：这种方法应用范围比较广，它依靠频谱，但由于排故过程中简化了模型，忽略了部分信息，致使故障定位不够精细，但可以较快发现传感器故障。多频法就是典型的变频途径之一。 4基于dSPACE的舵机故障检测 本文基于dSPACE半实物仿真系统的电动舵机故障检测方法，利用dSPACE系统的实物在环功能实现了对未知参数舵机的观测和分析。 4.1dSPACE系统 dSPACE系统主要实现快速控制原型(rapidcon-trolprototyping，ＲCP)验证和硬件在环仿真(hardware-in-the-loopsimulation，HILS)即半实物仿真两大功能。ＲCP技术能够实现控制对象原型和控制算法模型的快速建模，并允许反复修改模型设计，进行多次离线的及在线的仿真试验以验证控制方案的可行性。HILS引入实物对象来替代一些复杂的试验对象仿真模型，使得存在于系统中的许多复杂建模或无法建模难题迎刃而解，同时提高了仿真的逼真性，使得试验仿真测试更加方便、准确。 4.2故障检测流程设计 针对未知参数的电动舵机，利用PC、驱动板及电动舵机构成开环控制回路，测量反馈电压与角度的关系。根据此关系设计舵机闭环测试回路，以卡尔曼滤波器作为观测器，将其模型与舵机实物并联，依托dSPACE系统的实物在环及实时仿真功能，实现电动舵机的在线故障检测。整个检测过程包括检测平台搭建、观测器模型建立以及故障诊断策略设计3个步骤。 4.2.1检测平台搭建 检测平台搭建根据流程设计中需要实现的功能，设计检测平台结构如图1所示。测试平台由dSPACE半实物仿真系统、电动舵机、驱动板以及外部电源构成。其中驱动板采用能提供32路PWM输出的Arduino板，外部电源为5V直流电源。 4.2.2基于子空间辨识的卡尔曼滤波故障检测 文中以卡尔曼滤波器作为电动舵机的故障观测器，搭建能够准确预测下一状态输出的卡尔曼滤波器需要两个基本条件:正常系统的状态方程以及观测值。在舵机参数未知时，观测值可以通过实验得到，但状态方程需要进行辨识。所以，设计卡尔曼滤波器模型建立流程如图2
???随堂练习提交截止时间：2017-12-15 23:59:59 当前页有10题，你已做10题，已提交10题，其中答对10题。 1.(单选题)? 操作系统是基本的特征是（? ） ? A、并发? B、共享? C、虚拟? D、异步? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：A 问题解析： 2.(单选题)? 下面不属于操作系统设计目标的是（? ） ? A、提高资源利用率? B、提高系统吞吐量?? ? C、用户操作计算机更方便? D、并行执行多个进程? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：D 问题解析： 3.(单选题)? 历史上最早出现的操作系统是（? ） ? A、单道批处理系统? B、多道批处理系统? C、分时系统? D、实时系统? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：A 问题解析： 4.(单选题)? 实时操作系统必须在（? ）内处理完来自外部的事件。 ? A、响应时间? B、周转时间? C、被控对象规定时间? D、调度时间? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：C 问题解析： 5.(单选题)? 操作系统是对（? ）进行管理的软件。 ? A、软件? B、硬件? C、计算机资源? D、应用程序? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：C 问题解析： 6.(单选题)? 配置了操作系统的计算机是一台比原来的物理计算机功能更强的计算机,这样的一台计算机只是一台逻辑上的计算机,称为（? ）计算机。 ? A、并行? B、真实? C、虚拟? D、共享? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交）