机电系统组成原理形成的作业答案
名词解释
1机电一体化：从系统的观点出发，将机械技术 、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。
2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。
3总线：为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。
4故障覆盖率：即被检测的故障数与所有检测的故障数之比的百分数表示，又称为故障被测度。
5压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。
6三相六拍工作方式：每转换六次为一循环，各拍交替出现单双相通电的模式,定子绕组通电次序为A-AB-B-BC-C-CA-A。
7位置随动系统：位置输出量以一定的精度复现输入量变化的自动控制系统，称为位
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置随动系统，也称为伺服系统。
8“浴盆”曲线：实质上是一条瞬变故障曲线，它描述了机电一体化系统瞬时故障随时间变化的关系。
9 FMS系统：即柔性制造系统，是以数控机床为基础发展起来的一种高效率、多品种、小批量生产系统。一般来说，一个典型的 FMS 主要由四个子系统组成。它们是：自动加工系统、刀具系统物流系统以及控制与管理系统。
10 D/A转换器：即数字－模拟信号转换器，其功能是将计算机输出的数字信号转换为模拟的电压信号。
填空题
1机电一体化系统的基本组成要素有 （1） ， （2） ， （3） ， （4） ， （5） 。（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）
2伺服传动包括 （6） ， （7） ， （8） 等传动装置。（电动，气动，液压）
3机电一体化机械系统的基本组成机构有 （9） ， （10） ， （11） 。（传动机构，执行机构，导向机构）
4机电一体化系统对机械传动总传动比确定的最佳选择方案有 （12） ， （13） ， （14） 。（转动惯量原则，输出轴转角误差最小原则，质量最
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小原则）
5传感器的基本构成有 （15） ， （16） ， （17） 三部分。（敏感元件，传感元件，信号调节与转换电路）
6测速发电机和一般的发电机相比有如下特点: （18） ； （19） 。（输出电压与转速严格地呈线性关系，输出电势斜率大）
7感应同步器的两种工作方式为 （20） ， （21） 。（相位工作方式， 幅值工作方式）
8在SPWM变频调速系统中，通常载波是 （22） ， 而调制波是 （23） 。（等腰三角波，正弦波）
9交流电动机变频调速：
1） 基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于 （24） 调速方式。
2） 基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于 （25） 调速方式。
（恒转矩，恒功率）
10根据接口的结构形态，可以将接口为 （26） ， （27） ， （28） 。（机械接口，电气接口，电气机械接口）
11 A/D转换器的性能指标 （29） ， （30） ,
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（31） ， （32） 。（分辨率和量化误差，转换精度，转换时间和转换速率，失调温度系数）
12神经元模型的基本类型有 （33） ， （34） ， （35） 等。（阈值型，分段线性型，S型）
13构建专家系统的步骤 （36） ， （37） ， （38） 。（设计初始知识库，原型机的开发与实验，知识库的改进与归纳）
14干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以 （39） 或 （40） 的形式，通过金属导体传递。（电压，电流）
15机电一体化对机械系统的基本要求 (1) ， (2) ， (3) 。（高精度，快速响应，良好的稳定性）
16传感器的基本构成有 (4) ， (5) ， (6) ,三部分。（敏感元件，传感元件，信号调节与转换电路）
17测速发电机是一种把 (7) 转变为 (8) 的传感器，它和一般的发电机相比有如下特点: (9) ； (10) 。（机械转速，电信号，输出电压与转速严格地呈线性关系，输出电势斜率大）
18接近式位置传感器分为 (11) ， (12) ,
(13) ， (14) ， (15) ， (16) 六种。（电磁式，光电式，静
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电容式，气压式，超声波式，光电断续器式）
19直流动机的调速指标为 (17) ， (18) ， (19) 。（调速范围，静差度，调速的平滑性）
20根据接口的结构形态，可以将接口分为 (20) ，
(21) ， (22) 。（机械接口，电气接口，电气机械接口）
21 A/D转换器的性能指标 (23) ， (24) ,
(25) ， (26) 。（分辨率和量化误差，转换精度，转换时间和转换速率，失调温度系数）
22设计人机接口时需要考虑 (27) ， (28) ， (29) 等基本因素。（专用性，低速性，高性价比）
23可编程控制器的基本结构为 (30) ， (31) ，
(32) ， (33) 四部分。（中央控制单元，输入/输出电路，电源部件，编程器）
24神经元模型的基本类型有 (34) ， (35) ，
(36) 等。（阈值型，分段线性型，S型）
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25控制系统自诊断测试码的求取方法有 (37) ， (38) ， (39) ， (40) 。（通路敏化法，D算法，状态表分析法，功能故障诊断法）
第二次形成作业答案
问答题
1机械传动系统设计中传动链的级数和各级传动比的分配的基本原则有哪些？它们的选用原则是什么？
答：基本原则：（1）等效转动惯量最小原则；（2）质量最小原则；（3）输出轴转角误差最小原则。
选用原则：（1） 对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按输出轴转角误差最小原则设计。（2） 对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链,可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小原则设计。（3） 对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按质量最小原则设计。
2简述可编程控制器的工作原理
答：可编程序控制器的输入电路是用来收集被控设备的输入信息或操作命令的；输出电路则是用来驱动被控设备的执行机构的。而执行机构与输入信号或操作命令之间的控制逻辑则靠微处理器执行用户编制的控制程序来实现。
可编程序控制器一般采用对用户程序循环扫描的工作方式。扫描工作方式分三个阶段
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进行。
( 1 ）输入采样阶段。当 PLC 开始工作时，微处理器首先按顺序读入所有输入端的信号状态，并逐一存入输入状态寄存器中。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。这些变化只能在下一个工作周期的输人采样阶段才被读入。
( 2 ）程序执行阶段。组成程序的每条指令都有顺序号，在 PLC 中称步号。指令按步号依次存入储存单元。程序执行期间，微处理器将指令顺序调出并执行。执行时，对输入和输出状态进行“处理”，即按程序进行逻辑、算术运算，再将结果存入输出状态寄存器中。
( 3 ）输出刷新阶段。在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态通过输出锁存电路转换成被控设备所能接收的电压或电流信号，以驱动被控设备。
可编程序控制器经过这三个阶段的工作过程为一个扫描周期。可见全部输 入输出状态的改变需一个扫描周期，也就是输入、输出状态的保持为一个扫描周期。可编程序控制器执行程序就是一个扫描周期接着一个扫描周期，直到程序停止执行为止。
3简述直流电动机两种控制的基本原理
答：直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩，定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。由于电动机在额定运行条件
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下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。
4人工神经网络的类型有哪些？
答：( l ）神经元层次模型。研究单个神经元的动态性能和自适应特性，探索神经元对输入信息有选择的响应和某些基本存储功能的机理，如 Adaline 模型。
( 2 ）组合式模型。它由多个相互补充、相互协作的神经元组成，用以完成某些特定的任务，如模式识别和机器人控制等。
( 3 ）网络层次模型。它是由许多相同的神经元相互连接而成的网络，从整体上研究网的特性。
( 4 ）神经系统层次模型。它由多个不同性质的神经网络构成，以模拟生物神经的复杂性质，如自动识别、形成概念、全局稳定控制等。
( 5 ）智能型模型。这是最抽象的层次，用语言的形式模拟人脑信息处理的运行、过程、算法和策略，试图实现机器感知、思维和问题求解。
5如何理解系统可靠性定义？
答：所谓可靠性，即产品或系统在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。它包括四项内容。
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① 产品。即可靠性研究的对象，它可以是一个零件、一部设备或一个由若干零部件或设备组成的系统。
② 规定的条件。这些条件包括运输条件、储存条件和使用条件，如载荷、温度、压力、湿度、辐射、振动等．此外，使用方法、维修方法和操作人员的技术水平等对设备或系统的可靠性也有很大的影响。任何产品的误用或滥用都可能引起损坏。
③ 规定的时间。可靠性是有时间要求的，产品只能在一定的时间内达到目标可靠度。规定时间长短不同，产品的可靠性也就不同。
④ 规定的功能。产品的可靠性不能脱离“规定的功能”。“完成规定的功能”就是能够连续地保持产品的工作能力，使各项技术指标符合规定值。如果产品不能完成规定的功能，就称之为失效；对于可修复的产品，这种失效也称之为故障。
6简述机电一体化系统的相关技术以及系统的基本组成。
答：相关技术：检测传感技术；信息处理技术；自动控制技术；伺服传动技术；精密机械技术；系统总体技术
系统的基本组成：动力系统；传感系统；控制系统；驱动系统；机械系统
7压力传感器一般的基本类型有哪几种？它们各自的工作原理是什么？
答：压力传感器常分为压阻式压力传感器；应变式压力传感器；压电式压力传感器。
工作原理：
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（1） 压阻式：利用半导体材料的电阻率随其所受压力变化而变化的特性；
（2） 应变式：利用压力的作用使电阻或应变片发生形变，致使它们的电阻发生变化的特性制成，通过检测电阻的变化便可检测压力的变化；
（3） 压电式：利用电介质在受压力作用时产生电极化现象，并在表面产生电荷的压电效应来测量压力
8简述步进电动机的特性与特点。
答：（1)步进电动机的工作电流就是脉冲电流，周期性地接通和切断。（2）步进电动机的工作电流就是启动电流。（3)步进电动机铭牌上的参考电流和电压是可变的。（4）步进电动机的电压或线路电压是指施加在电动机一相绕组，大功率管和外界电阻上的总电压。（5) 步进电动机是同步电动机的范畴，工作时伴有铁损和铜损，运动时有机械损耗，会发热。
9人工神经网络的哪些特点使得控制器更易实现智能化？
答： ( l ）并行分布处理。( 2 ）非线性映射。( 3 ）通过训练进行学习的能力。( 4 ）适应与集成。( 5 ）硬件实现。由此可见，人工神经网络具有学习和适应、自组织、函数逼近和大规模并行处理等特点，因而具有用于智能控制系统的潜力
综合分析
1简要分析压电式压力传感器的电荷放大器和电压放大器的特性和特点。
答：电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器，若放大器的开环增益A0足
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够大，并且放大器的输入阻抗很高，则放大器输入端几乎没有分流，运算电流仅流入反馈回路CF与RF。电荷放大器具有抑制共模电压干扰的能力。
电压放大器是提高信号电压的装置。对弱信号，常用多级放大，级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合，要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。当负载为谐振电路或耦合回路时，要求在指定频率范围内有较好幅频和相频特性以及较高的选择性。
2简要分析直流电动机驱动电源的单相半波整流电路与单相桥式全控整流电路的电路特性和优缺点。
答：单相半波可控整流电路：经过晶闸管的输出电压是一个极性不变但幅值变化的脉动直流电压，它的波形只在电源电压的正半周出现。优点：线路简单，只用一个晶闸管，调整方便。缺点：输出电流脉动大，变压器的容量不能充分利用。单相半波可控整流电路只适用于负载小、对电流平稳性要求不高的装置。
单相桥式全控整流电路：由于负载在两个半波中都有电流流过，属全波整流。优点：输出电压的脉动程度比半波时小，一个周期内整流电压脉动两次，没有直流磁化问题，变压器的利用率较高。
3简要分析说明传感器的静态特性和动态特性。
答：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。
静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状
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态下输入输出的关系。传感器的输入-输出关系:输入（外部影响：冲振、电磁场、线性、滞后、重复性、灵敏度、误差因素）—传感器—输出（外部影响：温度、供电、各种干扰稳定性、温漂、稳定性（零漂）、分辨力、误差因素）。
传感器静态特性的主要指标有：线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、漂移、稳定性等。
动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 设计 传感器时要根据其动态性能要求与使用条件选择合理的方案和确定合适的参数；使用传感器时要根据其动态特性与使用条件确定合适的使用方法，同时对给定条件下 的传感器动态误差作出估计。总之，动特性是传感器性能的一个重要方面，对其进行研究与分析十分必要。总的来说，传感器的动特性取决于传感器本身，另一方面 也与被测量的形式有关。
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