机电一体化基础

第一篇：机电一体化基础

1、机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术，其主要的相关技术可以归纳成机械技术、传感检测技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术和系统总技术。

2.传感器是能够检测出自然界中的各种物理量(或者化学量)，并转换成相应非电量或电量的装置，又称为变送器、换能器或探测器。

3.当某些材料沿某一方向施加压力或拉力时，会产生变形，并在材料的某一相对表面产生符号相反的电荷;当去掉外力后，它又重新回到不带电的状态。这种现象被称为压电效应。4 PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。5.自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使被控对象的被控量准确地按照预期的规律变化。

6.，硬件是指计算机本身及其外围设备，一般包括中央处理器、内存储器、磁盘驱动器、各种接口电路、以A/ D转换和D/ A转换为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通道以及各种显示、记录设备、运行操作台等。

7.伺服就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。

8机器人技术是综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术，是目前国际研究的热点之一，其应用情况是衡量一个国家工业自动化水平高低的重要标志。

9电磁干扰是指在工作过程中受环境因素的影响，出现的一些与有用信号无关的，并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。

10MPS是模拟活塞自动送料、检测、搬运、加工、安装、安装搬运、分类存储的全过程，MPS体现了机电一体化的技术实际应用

二！！

1.机电一体化的发展趋势

（1）.智能化

智能化是机电一体化技术的一个重要发展方向。

2.模块化

无论是对生产标准机电一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业，模块化都将对其带来好处。3.网络化

网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活都带来了巨大变革。

4.微型化

微型化指的是机电一体化向微型化和微观领域发展的趋势。

5.绿色环保化6.人性化

未来的机电一体化更加注重产品与人类的关系，7.集成化

集成化既包括各种分技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包括在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。

2、机电一体化技术的组成1.机械技术2.传感与检测技术 3.伺服驱动技术 4.信息处理技术 5.自动控制技术6.接口技术 7.系统，洛体技术

3、为什么说机电一体化技术是其他技术发展的基础

机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展，可以预料，随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到更加蓬勃的发展

题：机电一体化中对机械系统的基本要求

机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。

1.高精度 精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机械系统设计主要是执行机构的位置精度2.小惯量传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及系统的稳定性3.大刚度机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形要限制在一定范围之内

题：

2、对机械传动机构的基本要求

机构满足以下几个方面:转动惯量小、刚度大、阻尼合适，此外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态特性与伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。

题：提高传动精度的结构措施有以下几种。

①适当提高零部件本身的精度。

②合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响。首先，合理选择传动形式;其次，合理确定级数和分配各级传动比;最后，合理布置传动链

③采用消隙机构，以减少或消除空程

题;双向薄齿轮错齿调整法。采用这种消除齿侧隙的一对啮合齿轮中，其中一个是宽齿轮，另一个由两相同齿数的薄片齿轮套装而成，两薄片齿轮可相对回转。装配后，应使一个薄片齿轮的齿左侧和另一个薄片齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿轮的齿槽左、右两侧，这样错齿后就消除了齿侧隙，反向时不会出现死区。

题;(1)滑动螺旋传动的形式及应用

①螺母固定，螺杆转动并移动 因此仅适用于行程短的情况。②螺杆转动，螺母移动。适用于工作行程较长的情况③差动螺旋传动。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中

题； 2.导轨的基本要求

(1)导向精度高。(2)运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。(3)耐磨性好。4)对温度变化的不敏感性。(5)足够的刚度。(6)结构工艺性好。

题：传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成，如图3-1所示。

(1)敏感元件是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置，而输入、输出间具有确定的数学关系(最好为线性)。如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。

(2)传感元件是将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号(如电阻、电感、电容等)形式。例如将温度转换成电阻变化，位移转换为电感或电容等传感元件状态的变化。(3)基本转换电路是将电信号量转换成便于测量的电量

题：步进电动机的工作原理。步进电动机的工作原理是:当某相定子绕组通电励磁后，吸引转子转动，使转子的齿与该相定子磁极上的齿对齐，实际上就是电磁铁的作用原理

步进电机的特点。步进电动机是一种可将电脉冲信号转换为机械角位移的控制电动机，利用它可以组成一个简单实用的全数字化伺服系统，并且不需要反馈环节。概括起来它主要有如下特点。

①步进电动机定子绕组每接收一个脉冲信号，控制其通电状态改变一次，它的转子便转过一定角度，即步距角。

②改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。

③步进电动机定子绕组通电状态的变化频率越高，转子的转速越高，但脉冲频率变化过快，会引起失步或过冲(即步进电机少走或多走)。

④定子绕组所加电源要求是脉冲电流形式，故也称之为脉冲电机。

⑤有脉冲就走，无脉冲就停，角位移随脉冲数的增加而增加。

⑥输出转角精度较高，一般只有相邻误差，但无累积误差。

⑦步距角与定子绕组相数m、转子齿数z、通电方式k有关，题；2.气压系统与液压系统的比较

(1)空气可以从大气中取之不竭且不易堵塞;将用过的气体排入大气，无需回气管路处理方便;泄漏不会严重的影响工作，不污染环境。

(2)空气钻性很小，在管路中的沿程压力损失为液压系统的千分之一，易于远距离控制。

(3)工作压力低，可降低对气动元件的材料和制造精度要求。

(4)对开环控制系统，它相对液压传动具有动作迅速、响应快的优点。

(5)维护简便，使用安全，没有防火、防爆问题;适用于石油、化工、农药及矿山机械的特殊要求。对于无油的气动控制系统则特别适用于无线电元器件生产过程，也适用于食品和医药的生产过程。3.气压系统与电气、液压系统比较有以下缺点

(1)气动装置的信号传递速度限制在声速范围之内，所以它的工作频率和响应速度远不如电气装置，并且信号产生较大失真和延迟，也不便于构成十分复杂的回路。但这个缺点对生产过程不会造成困难。

(2)空气的压缩性远大于液压油的收缩性，精度较低。

(3)气压传动的效率比液压传动还要低，且噪声较大

题；

2、PLC的硬件系统主要由哪几部分组成，各有什么作用？p120

PLC的硬件组成主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成(1)中央处理器。(2)存储器。3)输入单元。(4)输出单元。5)电源部分。6)I/0扩展端口。(7)外设接口。通过外设接口，PLC可与外部设备相连接PLC的外部设备有编程器、计算机、打印机、EPROM写入器、外存储器以及监视器、变频器等，以在各种不同的场合实现多种不同的应用

3、PLC控制系统的设计步骤一般分为哪几步？p1381、形成干扰的三个要素有哪些？

干扰的形成包括三个要素:干扰源、传播途径和接受载体。

2、抗供电干扰的措施有哪些？p193

1.配电系统的抗干扰 2.利用电源监视电路 3.过程通道抗干扰措施抑制过程通道上的干扰，主要措施有光电隔离、双绞线传输、阻抗匹配、电流传输以及合理布线等。.....（省略）

3、机电一体化的设计方法哪些？

目前所采用的现代设计方法有以下几种。

(1)科学类比设计法。2)信号分析设计法3)模块化设计方法。4)可靠性设计法5)动态设计法6)优化设计法。7)计算机辅助设计法

第二篇：机电一体化系统设计基础

（一）判断题

1．在机电一体化系统驱动装置中，反馈通道上环节的误差与输入通道上环节的误差对系统输出精度的影响是相同的。（＋）

2．通常，采用STD总线的工业控制机与外部设备的电气接口均为TTL电平接口。

（－）

（二）选择题

1．在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的三个主要要求是（A）。

A．传动精度、稳定性、快速响应性

B．传动精度、稳定性、低噪声C．传动精度、高可靠性、小型轻量化D．传动精度、高可靠性、低冲击振动

2．在机电一体化系统中，通过（B、C、E）可有效提高系统的稳定性。

A．提高驱动元件的驱动力

B．增大执行装置的固有频率 C．提高系统的阻尼能力

D．减小机构的传动误差 E．消除传动系统的回程误差

（三）简答题

例：试述机电一体化产品的定义和分类方法。

解答：机电一体化产品是新型机械与微电子器件，特别是与微处理器、微型计算机相接合而开发的新一代电子化机械产品。

按用途可分为信息机电一体化产品、产业机电一体化产品和家庭用机电一体化产品。

（四）分析题

例：已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统中的哪个基本要素？

解：（1）依题意有两种测量方案 a.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工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。

b.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。可选用光栅式位移传感器、感应同步器或者电位计式位移传感器。

(2)控制计算机和控制方案的选择

可以使用工业PC机及或者单片机完成系统的控制。具体可有以下三种方案： a．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：

b．工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下：

第三篇：2014机电一体化《电路基础》试题(A)

2014机电一体化

2014春季《电路基础》试题（A）

一、填空题（每小题2分共20分）

1、电流所经过的路径叫做，通常由、和三部分组成。

2、实际电路按功能可分为电力系统的电路和电子技术的电路两大类，其中电力系统的电路其主要功能是对发电厂发出的电能进行、和；电子技术的电路主要功能则是对电信号进行、、和。

3、具有两个引出端钮的电路称为网络，其内部含有电源称为网络，内部不包含电源的称为网络。

4、“等效”是指对以外的电路作用效果相同。戴维南等效电路是指一个电阻和一个电压源的串联组合，其中电阻等于原有源二端网络后的电阻，电压源等于原有源二端网络的电压。

5、实际应用的电表交流指示值和我们实验的交流测量值，都是交流电的值。工程上所说的交流电压、交流电流的数值，通常也都是它们的值，此值与交流电最大值的数量关系为：。

6、R、L、C串联电路中，电路复阻抗虚部大于零时，电路呈性；若复阻抗虚部小于零时，电路呈性；当电路复阻抗的虚部等于零时，电路呈性，此时电路中的总电压和电流相量在相位上呈关系，称电路发生串联。

7、谐振发生时，电路中的角频率。

8、理想变压器的变压比n=，全耦合变压器的变压比n=。

9、三相电源作Y接时，由各相首端向外引出的输电线俗称线，由各相尾端公共点向外引出的输电线俗称线，这种供电方式称为制。

10、态是指从一种态过渡到另一种态所经历的过程。

二、判断下列说法的正确与错误（每小题1分共18分）

1、集总参数元件的电磁过程都分别集中在各元件内部进行。（）

2、实际电感线圈在任何情况下的电路模型都可以用电感元件来抽象表征。（）

3、回路电流法只要求出回路电流，电路最终求解的量就算解出来了。（）

4、回路电流是为了减少方程式数目而人为假想的绕回路流动的电流。（）

5、电抗和电阻的概念相同，都是阻碍交流电流的因素。（）

6、电阻元件上只消耗有功功率，不产生无功功率。（）

7、几个复阻抗相加时，它们的和增大；几个复阻抗相减时，其差减小。（）

8、串联电路的总电压超前电流时，电路一定呈感性。（）

9、串联谐振电路不仅广泛应用于电子技术中，也广泛应用于电力系统中。（）

10、谐振电路的品质因数越高，电路选择性越好，因此实用中Q值越大越好。（）

11、通过互感线圈的电流若同时流入同名端，则它们产生的感应电压彼此增强。（）

12、空芯变压器和理想变压器的反射阻抗均与初级回路的自阻抗相串联。（）

13、全耦合变压器的变压比与理想变压器的变压比相同。（）

14、三相电路只要作Y形连接，则线电压在数值上是相电压的倍。（）

15、三相总视在功率等于总有功功率和总无功功率之和。（）

16、对称三相交流电任一瞬时值之和恒等于零，有效值之和恒等于零。（）

17、RL一阶电路的零状态响应，按指数规律上升，按指数规律衰减。（）

18、RC一阶电路的零状态响应，按指数规律上升，按指数规律衰减。（）

三、单项选择题（每小题1分共20分）

1、已知接成Y形的三个电阻都是30Ω，则等效Δ形的三个电阻阻值为（）A、全是10Ω

B、两个30Ω一个90Ω

C、全是90Ω

2、电阻是（）元件，电感是（）的元件，电容是（）的元件。A、储存电场能量

B、储存磁场能量

C、耗能

3、一个输出电压几乎不变的设备有载运行，当负载增大时，是指（）A、负载电阻增大

B、负载电阻减小

C、电源输出的电流增大

4、自动满足基尔霍夫第一定律的电路求解法是（）A、支路电流法

B、回路电流法

C、结点电压法

5、自动满足基尔霍夫第二定律的电路求解法是（）A、支路电流法

B、回路电流法

C、结点电压法

6、已知工频电压有效值和初始值均为380V，则该电压的瞬时值表达式为（）A、V

B、V C、V

7、一个电热器，接在10V的直流电源上，产生的功率为P。把它改接在正弦交流电源上，使其产生的功率为P/2，则正弦交流电源电压的最大值为（）A、7.07V

B、5V

C、10V

8、已知A，）A，则（）

A、i1超前i260°

B、i1滞后i260°

C、相位差无法判断

9、标有额定值为“220V、100W”和“220V、25W”白炽灯两盏，将其串联后接入220V工频交流电源上，其亮度情况是（）

A、100W的灯泡较亮

B、25W的灯泡较亮

C、两只灯泡一样亮

10、在RL串联的交流电路中，R上端电压为16V，L上端电压为12V，则总电压为（）A、28V

B、20V

C、4V

11、R、L串联的正弦交流电路中，复阻抗为（）A、B、C、12、RLC并联电路在f0时发生谐振，当频率增加到2f0时，电路性质呈（）A、电阻性

B、电感性

C、电容性

13、处于谐振状态的RLC串联电路，当电源频率升高时，电路将呈现出（）A、电阻性

B、电感性

C、电容性

14、下列说法中，（）是正确的。

A、串谐时阻抗最小

B、并谐时阻抗最小

C、电路谐振时阻抗最小

15、两互感线圈顺向串联时，其等效电感量L顺=（）A、B、C、16、符合无损耗、K=1和自感量、互感量均为无穷大条件的变压器是（）A、理想变压器

B、全耦合变压器

C、空芯变压器

17、某三相四线制供电电路中，相电压为220V，则火线与火线之间的电压为（）A、220V

B、311V

C、380V

18、在电源对称的三相四线制电路中，若三相负载不对称，则该负载各相电压（）A、不对称

B、仍然对称

C、不一定对称

19、在换路瞬间，下列说法中正确的是（）

A、电感电流不能跃变

B、电感电压必然跃变

C、电容电流必然跃变 20、工程上认为R＝25Ω、L=50mH的串联电路中发生暂态过程时将持续（）A、30～50ms

B、37.5～62.5ms

C、6～10ms

四、简答题（每小题6分共18）

1、在8个灯泡串联的电路中，除4号灯不亮外其它7个灯都亮。当把4号灯从灯座上取下后，剩下7个灯仍亮，问电路中有何故障？为什么？

2、额定电压相同、额定功率不等的两个白炽灯，能否串联使用？

3、试述戴维南定理的求解步骤？如何把一个有源二端网络化为一个无源二端网络？在此过程中，有源二端网络内部的电压源和电流源应如何处理？

五、计算分析题（每小题8分共24分）

1、列出图2.5.4所示电路的结点电压方程。

2、某电阻元件的参数为8Ω，接在V的交流电源上。试求通过电阻元件上的电流i，如用电流表测量该电路中的电流，其读数为多少？电路消耗的功率是多少瓦？若电源的频率增大一倍，电压有效值不变又如何？（8分）

3、RL串联电路接到220V的直流电源时功率为1.2KW，接在220V、50Hz的电源时功率为0.6KW，试求它的R、L值。

第四篇：机电一体化技术基础

机电一体化技术基础

“机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等相关技术有机结合的一个新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。

第一章 概论

1、机电一体化的定义

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，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

2、机电一体化系统的基本构成

一般而言，一个较完善的机电一体化系统包括以下几个基本要素：机械本体、检测传感部分、电子控制单元（ECU）、执行器和动力源，各要素之间通过接口相互联系。

3、机电一体化的相关技术（1）机械技术（2）信息处理技术（3）系统技术（4）自动控制技术（5）传感检测技术（6）伺服驱动技术

4、机电一体化系统的分类

从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。

闭环控制的机电一体化系统的优点是高精度、动态性能好、抗干扰能力强，缺点是结构复杂、成本高、维修难度较大。

5、机电一体化系统开发的类型

机电一体化系统开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。

（1）开发性设计：是一种独创性的设计方式、在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利范畴。

（2）适应性设计：适应性设计是在参考同类产品的基础上，主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过技术更新和局部结构调整使产品的性能、质量提高或成本降低的产品开发方式。这一类设计属于实用新型专利范畴。

（3）变参数设计：变参数设计是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。

6、机电一体化系统设计方案的常用方法

（1）取代法：就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。

（2）整体设计法：整体设计主要用于新产品开发设计。在设计时完全从系统的整体目标出发，考虑各子系统的设计。

（3）组合法：就是选用各种标准功能模块组合设计成机电一体化系统。

7、机电一体化技术发展历程 机电一体化技术的发展也经历了一个较长期的过程，有学者将这一过程划分为萌芽阶段、快速发展阶段和智能化阶段。

8、机电一体化技术发展趋势（1）智能化（2）模块化（3）网络化（4）微型化（5）系统化

第二章 机械技术

1、机电一体化系统对机械传动系统的要求是什么（1）高精度

（2）快速响应性（3）良好的稳定性

2、同步带传动的优缺点是什么

（1）工作时无滑动，有准确的传动比（2）传动效率高，节能效果好（3）传动比范围大，结构紧凑（4）维护保养方便，运转费用低（5）恶劣环境条件下仍能正常工作

3、齿轮传动最佳传动比分配原则是什么（1）最小等效转动惯量原则（2）质量最轻原则

（3）输出轴转角误差最小原则

4、试述支承件设计的基本要求有哪些（1）应具有足够的刚度和抗振性（2）应具有较小的热变形和热应力（3）耐磨性

（4）结构工艺性及其他要求

5、支承件的材料选择（1）铸铁

（2）钢板与型钢

（3）天然和人造花岗岩（4）预应力钢筋混泥土

第三章 自动化控制技术

1、一般自动控制系统的组成（1）给定元件（2）检测元件（3）比较环节（4）放大元件（5）执行元件（6）控制对象（7）反馈环节

2、

第五篇：机电一体化《机械设计基础》课程设计计划

04机电一体化《机械设计基础》课程设计计划

一、设计时间

2005.12.15——2005.12.30，共二周。

二、设计地点

本班教室。

三、设计目的1、学生运用所学的机械设计课程的理论，以及有关先修课程的知识，进行一次较为全面的综合的设计练习，培养学生机械设计的技能，并加深对所学知识的理解。

2、通过课程设计这一环节，使学生掌握一般传动装置的设计方法、设计步骤，为后续专业课程及毕业设计打好基础、做好准备。

3、通过这一环节的教学，使学生具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，学会编写设计计算说明书，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。

四、设计的内容

1、定传动装置的传动方案。

2、电动机的选择。

3、传动装置的运动参数和动力参数的计算。

4、传动件及轴的设计计算。

5、轴承、键的选择和校核计算及减速器润滑和密封的选择。

6、减速器的结构及附件设计。

7、绘制减速器装配图、零件图。

8、编写设计计算说明书、准备答辩。

五、设计要求

1、课程设计前，学生应认真阅读任务书，了解设计题目及设计内容，搞清所设计的传动装置中包含哪些机构及传动路线。

2、认真阅读课程设计指导书有关总体设计及传动件设计计算斩章节，开始设计计算。

3、要树立正确的设计思想：机械设计过程本身就是一个反复推敲、反复修正的过程。故学生在整个设计过程中力求培养自己认真、踏实、一丝不苟的工作作风，认真对待每一个设计细节，要经得起反复的修正，不能敷衍塞责，必须树立优质、保量、按时完成任务的思想。

4、要有意识地复习先修课程中的有关知识，认真阅读各种有关资料，充分发挥自己的主观能动性和创造性，只有这样才能达到培养综合设计技能的要求。

机电系2005年9月29日2