机电一体化技术应用 思考与练习参考答案 北邮.docx

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1、思考与练习参考答案绪论1.机电一体化的发展趋势是什么？答：1)智能化；2)模块化；3)网络化；4)微型化；5)绿色化；6)系统化。2机电一体化系统的组成是什么？答：1).机械本体。机械本体包括机架、机械连接、机械传动等；2).检测传感部分。检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路；3).电子控制单元。电子控制单元又称ECU(e1ectrica1contro1unit),是机电一体化系统的核心；4).执行器。执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动；5).动力源。动力源是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是按照系统控制要求向机器系统提供能量和动力使系统正常运行。3评价系统的主要

2、性能指标有哪些？答：1)稳定性。反映在某一个生产系统中则是生产产品的一致性，如果不稳定，产品随着时间变化而发生改变，或者随着某些条件变化，则系统不可靠，一般认为使用性能欠佳；2)快速性。快速性是指系统在一个信号输入以后能不能快速地运算并作出相应的响应，快速性体现了系统的反应能力，在工业生产过程中则为加工效率；3)准确性。准确性体现了系统加工信号的精确程度，准确性越好，则控制精度越好，反映在机床上则为加工精度提高。4说明图0-4的控制原理。输入量和输出量各是什么？答：由进水口输入水流，液面对浮球的浮力高度控制浮球高低，带动浮球上下摆动，从而控制阀门的开度，泄流一部分水，从而保持液面的高度不发生变

3、化，使系统达到平衡动态。系统的输入量是浮球的浮力，输出是液面的高度。项目一1说明光栅尺安装的注意事项。答：1）尽量选择加工面为安装面，即在安装时尽可能选择加工过的基准面作为安装面；2）安装时需要注意光栅尺开口方向避开铁屑、油污、水和粉尘，如果无法避免，则需要加装防尘盖，可避免污物直接进入光栅尺内部；3）信号线固定要可靠，在滑台全部范围内，信号线不能脱落或受力，一般在安装时将之固定于中央部位，然后使用扎带固定；4）在安装时应接地可靠，接地电阻要小于1Q;5）调校光栅尺时，必须以光栅尺的长度中心取两边对称点作为调校基准点。2编码器的主要作用是测量角度，其测量精度如何划定。答：编码器分为增量式和绝对

4、式。增量式编码器的精度是每一圈有多少线划分测量精度。绝对式编码器通过编码的位数，以每一圈的2位数次方分割。3总结编码器的使用场合。答：测速，计数，测量角位移和直线位移等。项目二1 .说明变送模块的主要性能特点。2 答：1）接口标准化。能够适应各种不同的信号控制方法；2）一体化结构减少了传输和变换误差；3）可以选择屏蔽不需要的其他干扰信号，隔离设计可以使得传感器和后续电路更为安全。3 .结合DAM-3035变送模块设计一个系统,使用P1C和485接口的显示器进行模拟量的测量显示。答：如题图所示，信号通过DAM变送器进行模拟量/数字量变换，然后通过2根485总线连接P1C和485显示屏，通过P1C

5、设计将特定地址也就是信号的位置传送给485显示屏，完成模拟量检测过程。题图项目三1 .步进电动机和伺服电动机都可以执行位置控制任务，它们之间的不同之处在哪里？举例说明各自的应用场合。答：步进电动机和伺服电动机的不同之处在于：1）控制精度不同。步进电机的步距角控制了其运转精度；交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证；2）低频特性不同。步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象；3）矩频特性不同。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定

6、转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出；4）过载能力不同。步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力：5）运行性能不同。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。6）速度响应性能不同。步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的

7、加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。2 .伺服电机一般还有速度模式和力矩模式，对比前述的调试步骤，写一个速度模式的调试过程。3 答：速度控制模式（S或SZ）应用于精密控速的埸合。一般速度模式可以采用模拟量输入方式，使用外界电压来控制电机转速。对于台达ASDA型伺服电机，控制的关键在于CN1信号线定义中SPdO和SPd1,如果2者均为断开的则为模拟量

8、输入方式。这时只需要在V-REF和GND之间有一个电压差即可控制输出速度，一般输入在-IOV和IoV之间，默认的转速是-60006000转范围，可以通过P1-09,PITO和PI-I1更改其范围。参数调节诸如振动控制和惯性特性与位置控制调节相类似4 .在伺服电机的位置控制方式中还有一种PR模式控制指令，用于循环动作控制，通过查询使用说明书（台达ASDA系列）解释其使用的基本过程。答：参考台达使用说明书中的PR章节。项目四1 .运动型P1C实际上是一个位置控制系统，说明P1C如何通过伺服电动机进行位置控制。答：由伺服电动机控制转动的位置，通过丝杆和导轨将转动变换成直线运动，行程一个直线轴，几个直

9、线轴共同工作形成空间上的位置控制。2 .一般来讲，运动型P1C可以通过步进电动机进行住置控制，试验步进电动机的住置控制？答：略。3 .通过网络查询如何选择丝杆和导轨。答：可以通过博士力士乐公司的网站进行丝杆和导轨副的计算和选择https:/WWw.boschrexroth.COm/irj/porta1/anonymous/eShop?guestuser=anonymousDE&diSPIay=cataIog&bridgeSeIectedCataIOg=BR1&bridgePageId=auswahIhiIfe项目五1 .现根据伺服电机转一圈需要有360,试说明数控系统和伺服电机驱动器的电子齿轮

10、比如何设置。答：假设伺服电机转动一圈的脉冲数是IOOOo个，数控系统旋转一圈的脉冲数是10000个，因此数控系统和伺服电机驱动器的串联电子齿轮比应该是IOOOO:360,可以设计数控系统的电子齿轮为100:60,而伺服电机的电子齿轮比为100:6o2 .变频器不但有速度控制模式，而且还有位置控制和力矩控制，如果进行1个点位置控制，如加工中心中需要的换刀点位置，寻找有关的变频器使用和实现方法。答：对于台达C2000型变频器，有一个单点致能的功能，即在速度模式下，使用设置输入输出端子功能的办法，将单点致能端子接入数控系统中的准停输输出端口,同样的将致能完成端子到数控系统的准停完成端口，同时设置准停

11、位置，也即主轴编码器的数值。即可完成1个点的位置控制。项目六1 .计算机控制的缺点是使用较为复杂，目前已经出现了简化编程的趋势，请上网查看1abV1EW图形化语言，说明利用图形化编程工具的优点。答：1）虚拟仪器用户可以才艮据自己的需要灵活地定义仪器的功能，通过不同功能模块的组合可构成多种仪器，而不必受限于仪器厂商提供的特定功能；2）虚拟仪器将所有的仪器控制信息均集中在软件模块中，可以采用多种方式显示采集的数据、分析的结果和控制过程。这种对关键部分的转移进一步增加了虚拟仪器的灵活性；3）由于虚拟仪器关键在于软件，硬件的局限性较小，因此与其他仪器设各连接比较容埸实现。而且虚拟仪器可以方便地与网络、

12、外设及其他应用连接，还可利用网络进行多用户数据共享；4）虚拟仪器可实时、直接地对数据进行编辑，也可通过计算机总线将数据传输到存储器或打印机。这样做一方面解决了数据的传输问题，一方面充分利用了计算机的存储能力，从而使虚拟仪器具有几乎无限的数据记录容量；5）虚拟仪器利用计算机强大的图形用户界面（GUI）,用计算机直接读数。根据工程的实际需要，使用人员可以通过软件编程或采用现有分析软件，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理；6）虚拟仪器价格低，而且其基于软件的体系结构还大大节省了开发和维护费用。2 .VB语言中有很多可以利用的资源,如研华很多外部开发的函数等，请查阅资料说明这些函数的使用方法和意义。答：查阅研华或者其他运动控制卡的说明书。