機(jī)電一體化1118歷年分析題匯總

1、綜合題+分析題題1：請(qǐng)制訂一套典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的流程。題2：假定你在設(shè)計(jì)一套典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，比如數(shù)控機(jī)床，請(qǐng)制訂出該數(shù)控機(jī)床概念設(shè)計(jì)的流程。解：產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)將決定性地影響產(chǎn)品創(chuàng)新過(guò)程中后續(xù)的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)、產(chǎn)品市場(chǎng)開發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。包含以下流程：求總功能總功能分解評(píng)價(jià)與決策功能逐級(jí)分解創(chuàng)造性方法、目錄法、調(diào)查分析法形態(tài)學(xué)矩陣法黑箱法各種評(píng)價(jià)方法概念產(chǎn)品明確設(shè)計(jì)任務(wù)尋找子功能解原理解組合分析評(píng)價(jià)決策綜合（1）首先是將設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能；（2）根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進(jìn)行總功能分解，劃分出各功能模塊，將總功能分解為子功能，

2、直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系；（3）對(duì)各功能模塊輸入/輸出關(guān)系進(jìn)行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)；（4）尋找子功能（功能元）的解，并將原理解進(jìn)行組合，形成多種原理解設(shè)計(jì)方案，（5）以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計(jì)組討論、審定。由于體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作原理，（6）方案進(jìn)行整體評(píng)價(jià)：對(duì)不同的方案進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品。（注：繪制出流程圖或文字作答均可。）題目2：根據(jù)下圖所示氣體壓力傳感器的原理圖，分析該傳感檢測(cè)系統(tǒng)的原理組成及各部分的作用。氣體疆力傳燎器答：氣體壓力傳感器

3、的工作原理是膜盒2的下半部與殼體1固接，上半部通過(guò)連桿與磁心4相連，磁心4置于兩個(gè)電感線圈3中，后者接入轉(zhuǎn)換電路5。該傳感檢測(cè)系統(tǒng)由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成：(1)敏感元件。膜盒2就是敏感元件，其外部與大氣壓pa相通，內(nèi)部感受被測(cè)壓力P，當(dāng)少變化時(shí)，引起膜盒上半部移動(dòng)，即輸出相應(yīng)的位移量。(2)轉(zhuǎn)換元件。可變電感3是轉(zhuǎn)化元件，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。(3)基本轉(zhuǎn)換電路。5即為轉(zhuǎn)換電路。某部門欲開發(fā)一款用于焊接印刷電路板芯片的機(jī)械手，請(qǐng)制訂出該款機(jī)械手產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)流程。解：機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)流程分為五個(gè)階段：產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)實(shí)施和設(shè)計(jì)定型階段

4、。第一階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段：進(jìn)行需求分析和需求設(shè)計(jì)，以明確設(shè)計(jì)任務(wù)。比如，可以明確：機(jī)械手的用途：焊接芯片。工作方式：手動(dòng)、自動(dòng)方式。主要技術(shù)參數(shù)：自由度、定位精度、運(yùn)行速度等。使用環(huán)境要求：生產(chǎn)線。第二階段：概念設(shè)計(jì)階段：在功能分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化篩選取得較理想的工作原理方案。第三階段：詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。對(duì)各功能模塊進(jìn)行細(xì)部設(shè)計(jì)，繪制相應(yīng)的工程圖。該階段的工作量既包括機(jī)械、電氣、電子、控制與計(jì)算機(jī)軟件等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，又包括總裝圖和零件圖的繪制。第四階段：設(shè)計(jì)實(shí)施階段。首先根據(jù)機(jī)械、電氣圖紙和算法文件，制造、裝配和編制各功能模塊；然后進(jìn)行模塊的調(diào)試；最后進(jìn)行系統(tǒng)整體的安裝調(diào)試，復(fù)核系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性

5、。第五階段：設(shè)計(jì)定型階段。對(duì)調(diào)試成功的系統(tǒng)進(jìn)行工藝定型，整理設(shè)計(jì)資料。小批量生產(chǎn)，試銷。六、綜合題(16分)已知一個(gè)繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動(dòng)方案分別如圖a和b所示，試分析兩種方案的特點(diǎn)；并畫圖說(shuō)明方案(b)絲杠滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的方法。解：1驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：方案a結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)。繩的位移叫以很大但繩在滾筒方向會(huì)產(chǎn)生橫向位移。需要采用制動(dòng)器或者止逆型減速器才能防止繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。方案b結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單成本與方案。相當(dāng)。繩的位移要受到絲杠長(zhǎng)度的限制，普通絲杠具有止逆功能，無(wú)需增加制動(dòng)器即可防上繩對(duì)電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)。無(wú)橫向位移。2方案1，的測(cè)量方法(如圖所示)(1)電機(jī)軸安裝編碼器間接測(cè)量繩的位移；(2)滑臺(tái)

6、安裝直線傳感器直接測(cè)量繩的位移。已知一個(gè)繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動(dòng)方案分別如圖a和b所示，試分析兩種方案的特點(diǎn)；并畫圖說(shuō)明方案(a)減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的方法。作業(yè)2已知五自由度機(jī)器人，采用直流電機(jī)控制，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的測(cè)量采用增量式編碼器，具有手動(dòng)示教和再現(xiàn)功能，試確定其控制計(jì)算機(jī)及控制方案。提示：畫出控制方案原理圖，并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。解： 控制系統(tǒng)原理圖如下：手動(dòng)示教盒是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，它由單片機(jī)、RAM、串行通信口、鍵盤、LED顯示器等組成。它承擔(dān)命令輸入、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通過(guò)與關(guān)節(jié)控制單片機(jī)通信給關(guān)節(jié)單片機(jī)發(fā)送控制命令等任務(wù)。每個(gè)關(guān)節(jié)控制單片機(jī)分別負(fù)責(zé)單個(gè)關(guān)節(jié)直流電機(jī)的位置伺服控制，由單片機(jī)

7、、PWM驅(qū)動(dòng)接口、編碼器接口和串行通信口等組成。PC具有與手動(dòng)示教盒同樣的功能。不同的是，狀態(tài)顯示及命令輸入由顯示器和PC鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)。分析題在使用光電編碼器測(cè)量位移或轉(zhuǎn)速時(shí)，什么是高速端測(cè)量方案，什么是低速端測(cè)量方案?各有什么特點(diǎn)?答：使用光電編碼器測(cè)量位移或轉(zhuǎn)速有高速端測(cè)量和低速端測(cè)量?jī)煞N方案。(1)高速端測(cè)量：將編碼器安裝在電機(jī)軸上的測(cè)量方案。高速端測(cè)量的特點(diǎn)：同樣的測(cè)量精度要求較低，傳動(dòng)鏈包括在閉環(huán)之外，傳動(dòng)誤差直接影響輸出精度，傳動(dòng)誤差無(wú)法通過(guò)控制進(jìn)行補(bǔ)償，因此對(duì)傳動(dòng)鏈的精度要求較高。(2)低速端測(cè)量：將編碼器安裝在負(fù)載軸上的測(cè)量方案。低速端測(cè)量的特點(diǎn)：對(duì)編碼器的精度要求較高，傳動(dòng)鏈包

8、括在閉環(huán)之內(nèi)，從而通過(guò)閉環(huán)來(lái)消除傳動(dòng)誤差，對(duì)傳動(dòng)鏈的精度要求較低。試分析比較直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和光電編碼器做轉(zhuǎn)速測(cè)量的特點(diǎn)。解答：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)由永久磁鐵與感應(yīng)線圈組成，用電樞獲取速度信號(hào)。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與永磁式直流電動(dòng)機(jī)組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號(hào)，信號(hào)幅度大，信號(hào)調(diào)理電路簡(jiǎn)單。由于輸出電壓信號(hào)有波紋，一般需要配置濾波電路。光電編碼器(增量式)主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。它具有體積小、使用方便、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，常與直流電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。增量式光電編碼器輸出的是與轉(zhuǎn)角成比例的增量脈沖信號(hào)，可以通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)獲得角位置信號(hào)，也可以定時(shí)取樣脈沖數(shù)的增量實(shí)現(xiàn)角速度測(cè)量。因此，可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。試分析圖示傳動(dòng)系統(tǒng)中，信號(hào)變換電路、傳感器及絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響。解答：信號(hào)變換電路位于輸入通道，誤差的低頻分量會(huì)影響輸出精度，因此對(duì)靜態(tài)精