机电一体化技术

机电一体化技术(高起专)阶段性作业1

总分: 100分 考试时间:分钟

填空题

说明:

1. 机电一体化产品中需要检测的物理量分成___(1)___ 和___(2)___ 两种类型。(6分)

2. 检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括___(3)___ 和___(4)___ 。(6分)

3. 在机电一体化系统中，传感器输出电信号的形式可以分为___(5)___ ，___(6)___ 和___(7)___ 等三种。(6分)

4. 传感器的灵敏度反映了被测量的数值处在稳定状态时，___(8)___ 的变化量与___(9)___ 的变化量的比值。(6分)

5. 光电编码器按结构原理可分为___(10)___ 和___(11)___ 两种。(6分)

6. 感应同步器按其结构形式可分为___(12)___ 和___(13)___ 两种。(6分)

7. 电容式位移传感器是将被测物理量转换为___(14)___ 变化的装置。(6分)

8. 常用传感器的输出信号类型包括___(15)___ 、___(16)___ 、___(17)___ 等三种。 (6分)

9. 电感式传感器是一种把微小位移变化量转变成___(18)___ 的位移传感器。(6分)

10. 热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的___(19)___ 。(6分)

11. 热电偶温度传感器的工作原理是基于物体的___(20)___ 。(5分)

12. 测速发电机的负载电阻越大，其线性度___(21)___ 。(5分)

13. 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___(22)___ mm。(5分)

14. 设某光栅的条纹密度是250条/mm，要用它测出1μm的位移，应采用的细分电路倍频数为___(23)___ 倍频。(5分)

15. 采样/保持器在保持阶段相当于一个___(24)___ 。(5分)

16. 隔离放大器中采用的耦合方式主要有___(25)___ 和___(26)___ 两种。(5分)

17. 接口的基本功能主要有___(27)___ 、放大、___(28)___ 。(5分)

18. 根据频率特性解释下列滤波器的作用：①低通滤波器：只让___(29)___ 通过，而高于___(30)___ 受到抑制衰减，不让通过。②带通滤波器：只让___(31)___ 通过，而高于___(32)___ 部分和低于___(33)___ 部分受到抑制衰减，不让通过。(5分)

机电一体化技术(高起专)阶段性作业2

总分: 100分 考试时间:分钟

填空题

说明:

1. 伺服系统的基本组成包括___(1)___ 、___(2)___ 、___(3)___ 和___(4)___ 等四大部分。(6分)

2. 对伺服系统的技术要求是___(5)___ 、___(6)___ 、___(7)___ 和___(8)___ 。(6分)

3. 伺服系统的基本组成包括___(9)___ 、___(10)___ 、___(11)___ 、___(12)___ 等四部分。(6分)

4. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的___(13)___ 和___(14)___ ，并尽量提高伺服系统的响应速度。(6分)

5. 执行元件又称能量变换元件，用以控制机械执行机构的运动，可分为 ___(15)___ 、___(16)___ 、___(17)___ 等三种类型。(6分)

6. 步进电机的步距角指在___(18)___ 的作用下，电机转子转过的角位移。(5分)

7. 步进电机的工作方式有___(19)___ 和___(20)___ 等两种方式。(5分)

8. 开环步进电动机控制系统，主要由___(21)___ 、___(22)___ 、___(23)___ 等三部分组成。(5分)

9. 环形分配的三种常用方法是___(24)___ 、___(25)___ 、___(26)___ 。(5分)

10. 步进电动机常用的驱动电路有___(27)___ 、___(28)___ 、___(29)___ 等三种类型。(5分)

11. 步进电机根据作用原理和结构，可分为___(30)___ 、___(31)___ 、___(32)___ 等三类。(5分)

12. 目前普遍采用的环形分配器主要有___(33)___ 、___(34)___ 两种。(5分)

13. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的___(35)___ 、___(36)___ 决定；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用___(37)___ 来提高控制精度。(5分)

14. 伺服电机在PWM功率放大器驱动下可以处于___(38)___ 、___(39)___ 、___(40)___ 等三种状态。(5分)

15. PWM功率放大器由___(41)___ 、___(42)___ 等两部分组成。(5分)

16. 直流伺服电动机的控制方式主要有___(43)___ 、___(44)___ 两种方式。(5分)

17. 直流伺服电机的机械特性指当___(45)___ 一定时，___(46)___ 与___(47)___ 之间的关系。(5分)

18. 交流伺服电机可采用___(48)___ 、___(49)___ 、___(50)___ 三种控制方式。(5分)

19. 目前直流稳压电源中常采用的小功率单相整流电路有三种，即___(51)___ 、___(52)___ 、___(53)___ 。(5分)

机电一体化技术(高起专)阶段性作业3

总分: 100分 考试时间:分钟

填空题

说明:

1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式有___(1)___ 、___(2)___ 两种。(8分)

2. 齿轮传动的总等效惯量随着传动级数的___(3)___ 。(8分)

3. 滚珠丝杆螺母副结构有两类：___(4)___ 、___(5)___ 。(7分)

4. 机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：___(6)___ 、___(7)___ 。(7分)

5. 对直线导轨副的基本要求是___(8)___ 、___(9)___ 、___(10)___ 、___(11)___ 。(7分)

6. 机电一体化系统中常见的轴承包括___(12)___ 、___(13)___ 、___(14)___ 和磁轴承等。(7分)

7. 机械结构因素如___(15)___ 、___(16)___ 、___(17)___ 和间隙等对伺服系统对性能具有影响。(7分)

8. 斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法是___(18)___ 、___(19)___ 。(7分)

9. 机电一体化机械系统包括___(20)___ 、___(21)___ 、___(22)___ 等三大机构。(7分)

10. 锥齿轮传动侧隙调整措施主要有___(23)___ 、___(24)___ 。(7分)

11. 滚珠丝杠副的支承按其限制丝杠副的轴向窜动情况，可分为___(25)___ 、___(26)___ 、___(27)___ 等三种。(7分)

12. 导轨刚度主要是指___(28)___ 、___(29)___ 、___(30)___ 。(7分)

13. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有___(31)___ 、___(32)___ 、___(33)___ 等三种形式。(7分)

14. 在进行机械系统负载和转动惯量的等效中，遵循的基本原则是___(34)___ 。(7分)

机电一体化技术(高起专)阶段性作业4

总分: 100分 考试时间:分钟

填空题

说明:

1. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___(1)___ 、___(2)___ 、___(3)___ 、___(4)___ 等。(6分)

2. 从控制角度讲，机电一体化可分为___(5)___ 和___(6)___ 两种控制系统。(6分)

3. 定机电一体化系统（产品）设计方案的方法通常有___(7)___ 、___(8)___ 、___(9)___ 。(6分)

4. 机电一体化是从系统的观点出发，将___(10)___ 、___(11)___ 、___(12)___ 、___(13)___ 等在系统工程的基础上有机集成，实现整个系统的最佳性价比。(6分)

5. 机电一体化系统（产品）设计类型大致可分为___(14)___ 、___(15)___ 、___(16)___ 等三类。(6分)

6. 在优化设计方法中，机电一体化系统设计的三个阶段分别是：___(17)___ 、___(18)___ 、___(19)___ 。(5分)

7. 机电一体化系统产品的可靠性是指在___(20)___ 、___(21)___ 内，完成规定功能的概率。(5分)

8. 按需要屏蔽的干扰场的性质，屏蔽可分为___(22)___ 、___(23)___ 、___(24)___ 等三类。(5分)

9. 交流电源引进外部干扰的耦合途径有___(25)___ 、___(26)___ 两种。(5分)

10. 多点接地的优点是：___(27)___ ；缺点是：___(28)___ 。(5分)

11. 从电路上隔离干扰的三种常用方法是: ___(29)___ 、___(30)___ 、___(31)___ 。(5分)

12. 产生电磁干扰的三个条件是：___(32)___ 、___(33)___ 、___(34)___ 。(5分)

13. 干扰传播途径有两种方式：①传导耦合方式：干扰信号能量以___(35)___ 的形式，通过金属导体传递；②幅射耦合方式：干扰信号能量以___(36)___ 的形式，通过空间感应传递。(5分)

14. 常见的干扰类型中，___(37)___ 、___(38)___ 属于传导耦合方式；___(39)___ 、___(40)___ 属于幅射耦合方式。(5分)

15. 磁场屏蔽方法中，对高频交变磁场应采用___(41)___ 的金属材料作屏蔽体；对低频交变磁场应采用 ___(42)___ 的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。(5分)

16. 电场屏蔽方法中，通常采用___(43)___ 的金属材料作屏蔽体，并应保持良好___(44)___ 。(5分)

17. 一点接地方法中，串联接地的优点是：___(45)___ ，缺点是：___(46)___ 。并联接地的优点是：___(47)___ ，缺点：___(48)___ ，仅适用于___(49)___ 电路。(5分)

18. 工作接地分为___(50)___ 、___(51)___ 。(5分)

19. 抑制电磁干扰的常用方法有___(52)___ 、___(53)___ 、___(54)___ 、___(55)___ 合理布局和软件抗干扰技术等。(5分)

机电一体化技术(高起专)综合测试2

总分: 100分 考试时间:分钟

名词解释

说明:

1. 伺服控制系统(5分)

参考答案：伺服控制系统：伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。

解题思路：

2. 柔性制造系统(5分)

参考答案：柔性制造系统：柔性制造系统简称ＦＭＳ，是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成，在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。

解题思路：

3. 脉冲当量(5分)

参考答案：脉冲当量：用步进电机驱动进给装置，其进给方式是步进式的，一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。

解题思路：

4. 看门狗(5分)

参考答案：看门狗：是一种监控定时器，当系统因干扰或瞬时故障等原因出现异常时，如程序飞跑或程序进入死循环等，“看门狗”可以使系统自动恢复正常的运行，从而提高系统的可靠性。

解题思路：

简答题

说明:

5. 机电一体化传动系统有哪几种类型，各有什么作用？(10分)

参考答案：(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。

解题思路：

6. 滚珠丝杠副传动的轴向间隙对系统有何影响？消除措施有哪几种？(10分)

参考答案：滚珠丝杠副传动的轴向间隙对系统有何影响？消除措施有哪几种？
滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。
消除措施包括：（1）双螺母齿差式；（2）双螺母垫片式；（3）单螺母变位导程自预紧式。

解题思路：

7. 试简述光电式转速传感器的测量原理。(10分)

参考答案：光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N，则可测出转速为：
                          式中：   Z——圆盘上的缝隙数；
                                   n——转速(r／min)；
t——测量时间(s)。

解题思路：

8. 什么是接地，控制系统接地的目的是什么？(10分)

参考答案：将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。接地的目的有两个：一是为了安全，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等。称为工作接地。工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。

解题思路：

9. 说明PWM脉宽调速的基本原理。(10分)

参考答案：
图中的开关S周期性地开关，在一个周期T内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U被按一定的频率开闭的开关S加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U、宽度为，如右图所示。电枢两端的平均电压为： 

式中   =/T=Ud/U，(0<<1)   为导通率（或称占空比）。
当T不变时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压Ud。当从0～T改变时，Ud由零连续增大到U。

解题思路：

分析题

说明:

10. 某光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？(15分)

参考答案：（1） 100：1=400：х
         得 x=4 mm
（2） 四细分：400：1=400：х
               得x=1mm
（3） 分辨率：1÷400=2.5(μm)

解题思路：

11. 试绘制闭环控制系统的组成框图，并分析各部分的功能。(15分)

参考答案：
闭环控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等个五部分。
（1）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，通常由专门的电路或计算机来实现；
（2）控制器通常是计算机或PID控制电路；其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作；
（3）执行元件按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
（4）被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体，一般包括传动系统、执行装置和负载；
（5）检测环节指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。

解题思路：

机电一体化技术(高起专)综合测试1

总分: 100分 考试时间:分钟

名词解释

说明:

1. 系统精度(5分)

参考答案：指输出量复现输入信号要求的精确程度。

解题思路：

2. 传感器(5分)

参考答案：是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。

解题思路：

3. 灵敏度(5分)

参考答案：指在稳态下，传感器的输出变化量ΔY与输入变化量ΔX的比值，也即
                 S=dy/dx=ΔY/ΔX

解题思路：

4. 线性度(5分)

参考答案：是指传感器的输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称   为非线性误差。

解题思路：

简答题

说明:

5. 一个典型的机电一体化系统应包含哪些几个基本要素？(10分)

参考答案：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。
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。

解题思路：

6. 什么是爬行现象，避免爬行现象的措施包括哪些？(10分)

参考答案：当运动速度低于某一数值之后，尽管原动部件的速度是恒定的，从动部件仍然要出现忽快忽慢，甚至忽走忽停的现象，影响或破坏了系统的工作性能，这就是“爬行现象”。
避免爬行现象的措施包括：
（1）减少静、动摩擦力的差别；
（2）提高传动件（系统）的刚度；
  （3）尽量缩小从动件的质量。

解题思路：

7. 步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型？(10分)

参考答案：   （1）单电源驱动电路；（2）双电源驱动电路；（3）斩波限流驱动电路。

解题思路：

8. 机电一体化系统中伺服机构的作用是什么？(10分)

参考答案：伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机构变换实现对输出的速度调节。在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。由于机电一体化系统对快速响应指标要求很高，因此机电一体化系统中的机械传动装置不仅仅是解决伺服电机与负载间的力矩匹配问题。而更重要的是为了提高系统的伺服性能。为了提高机械系统的伺服性能，要求机械传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性好、间隙小，并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求。

解题思路：

9. 机电一体化系统接口中常使用光电耦合器，其作用有哪些？(10分)

参考答案：   （1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。
   （2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。
（3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。

解题思路：

分析题

说明:

10. 刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，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？(15分)

参考答案：10s内转轴转了多少转： 307200÷1024=300（转）
位移量（螺距 T=2mm）： 300×2=600 (mm)
转速： 300÷10=30（转/秒）

解题思路：

11. 分析下图差动螺旋传动原理。

（图中，设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为Ph1和Ph2。2为可动螺母）(15分)

参考答案：当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为：
    
如果Ph1与Ph2相差很小，则 L很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。
若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动角时，可动螺母2的
移动距离为：
             
可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母1快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。

解题思路：

机电一体化技术(高起专)综合测试3

总分: 100分 考试时间:分钟

名词解释

说明:

1. 计算机集成制造系统(5分)

参考答案：计算机集成制造系统：简称CIMS（Computer Intergrated Manufacturing System），是一种集市场分析、产品设计、加工制造、经营管理、售后服务与一体，借助于计算机的的控制与信息处理功能，使企业运作的信息流、物质流、价值流和人力资源有机融合，实现产品快速更新、生产率大幅提高、质量稳定、资金有效利用、损耗降低、人员合理配置、市场快速反馈和良好服务的全新的企业生产模式。

解题思路：

2. 开环控制系统(5分)

参考答案：开环控制系统：指无反馈的控制系统。

解题思路：

3. 传感器的静态特性(5分)

参考答案：传感器的静态特性：传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输入/输出关系称为传感器的静态特性。描述传感器静态特性的主要技术指标是：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂。

解题思路：

4. 步进电机(5分)

参考答案：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。步进电机在驱动器作用下每接收到一个脉冲信号，它就按设定的方向转动一个固定的角度，即为“步距角”，其旋转是以固定的角度一步一步运行的。

解题思路：

简答题

说明:

5. 传动间隙对系统性能的影响有哪些？(10分)

参考答案：（1）闭环之外的齿轮齿隙，对系统稳定性无影响，但影响伺服精度。由于齿隙的存在，在传动装置逆运行时造成回程误差，使输出轴与输入轴之间呈非线性关系，输出滞后于输入，影响系统的精度。
（2）闭环之内传递动力的齿轮齿隙，对系统静态精度无影响，这是因为控制系统有自动校正作用。又由于齿轮副的啮合间隙会造成传动死区，若闭环系统的稳定裕度较小，则会使系统产生自激振荡，因此闭环之内动力传递齿轮的齿隙对系统的稳定性有影响。
(3）反馈回路上数据传递齿轮齿隙既影响稳定性，又影响精度。

解题思路：

6. 为什么机电一体化系统中的测试过程往往要进行非线性补偿？试说明非线性补偿常采用哪些方法。(10分)

参考答案：很多检测元件如热敏电阻、光敏管、应变片等具有不同程度的非线性特性，这使较大范围的动态检测存在着很大的误差，因此必须进行非线性补偿。方法有以下三种：
（1）计算法：当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序，被测参数经过采样、滤波和标度变换后直接进入计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。
2）查表法：把事先计算或测得的数据按一定顺序编制成表格，查表程序的任务就是根据被测参数的值或者中间结果，查出最终所需要的结果。
（3）插值法计算法： 依据传感器输出的特性曲线列出插值计算公式，利用这个公式求取传感器输出信号与被测物理量之间的关系。

解题思路：

7. 在计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护？(10分)

参考答案：（1）软件滤波：用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波；
（2）软件“陷井”；将程序存储器空白的单元填充复位代码，一旦系统受干扰程序跑飞时便被俘获，从而使系统复位；
（3）软件“看门狗”（WATCHDOG）：用硬件（或软件）的办法要求使用监控定时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行。

解题思路：

8. 导向机构有哪几种类型，各有什么特点？(10分)

参考答案：（1）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。
（2）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。
（3）液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系数可小至0.0005），可使驱动功率大大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象；②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦发热小，导轨温升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易掌握，调整较困难，这些都影响静压导轨的广泛使用。气体静压导轨是由外界供压设备供给一定压力的气体将运动件与承导件分开，运动件运动时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于精密、轻载、高速的场合，在精密机械中的应用愈来愈广。

解题思路：

9. 说明PID控制的含义。(10分)

参考答案：PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。其中，P代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速；积分I代表了过去积累的信息，能够消除静差，改善系统静差特性；微分D代表了将来的环节，在信号变化之前有超前控制的能力，有利于克服震荡，提高系统的稳定性，加快系统过渡的过程。

解题思路：

分析题

说明:

10. 步进电动机控制系统中，电动机通过丝杠螺母带动工作台运动。已知：步距角为θ，发出的脉冲个数为 N ，发出脉冲的频率为 f ，丝杠导程为 p ，试求执行部件：
（1）脉冲当量（即单个脉冲的位移量）ΔL= ? 
  （2）工作台的位移量L= ?
（3）工作台的移动速度 V=?(15分)

参考答案：结果：（1）ΔL=(θp)/360°；（2）L= (θp/360°)N；（3）V =(θp/360°)f

解题思路：

11. 说明交流变频调速系统有哪几种类型，各有什么特点？(15分)

参考答案：（１）开环控制
开环控制的通用变频器三相异步电动机变频调速系统控制框图如图（1）所示。该控制方案结构简单，可靠性高。但是，由于是开环控制方式，其调速精度和动态响应特性并不是十分理想。尤其是在低速区域电压调整比较困难，不可能得到较大的调速范围和较高的调速精度。异步电动机存在转差率和转速随负荷力矩变化而变动，即使目前有些变频器具有转差补偿功能及转矩提升功能，也难以达到0.5%的精度，所以采用这种V/F控制的通用变频器异步机开环变频调速适用于一般要求不高的场合，例如风机、水泵等机械。
图（1）开环异步电动机变频调速
                      VVVF—通用变频器， IM—异步电动机
（2）无速度传感器的矢量控制
无速度传感器的矢量控制变频器异步电机变频调速系统控制框图如图（2）所示。对比图（1），两者的差别仅在使用的变频器不同。由于使用无速度传感器矢量控制的变频器，可以分别对异步电动机的磁通和转矩电流进行检测、控制，自动改变电压和频率，使指令值和检测实际值达到一致，从而实现了矢量控制。虽说它是开环控制系统，但是大大提升了静态精度和动态品质。转速精度约等于0.5%，转速响应也较快。
 如果生产要求不是十分高的情形下，采用矢量变频器无传感器开环异步电机变频调速是非常合适的，可以达到控制结构简单，可靠性高的实效。
图（2） 矢量控制变频器的异步电动机变频调速
VVVF—矢量变频器
（3）带速度传感器矢量控制
带速度传感器矢量控制变频器的异步电机闭环变频调速系统控制框图如图（3）所示。矢量控制异步电机闭环变频调速是一种理想的控制方式。它具可以从零转速起进行速度控制，即甚低速亦能运行，因此调速范围很宽广，可达100:1或1000:1；可以对转矩实行精确控制；系统的动态响应速度甚快；电动机的加速度特性很好等优点
图（3） 异步电机闭环控制变频调速 PG-速度脉冲发生器

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