圣才电子书 www.100xuexi.com 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 第五章 机电一体化技术
1．机电一体化技术包括哪些相关技术？ 答：机电一体化技术包括：
（1）精密机械技术：减轻重量、缩小体积、提高刚度、提高精度、改善性能、提高可靠性；
（2）检测传感技术：对机械进行实时控制、监视、安全检查等，提高其自动化和智能化的程度；
（3）信息处理技术：提高信息处理速度、运行的可靠性和抗干扰能力； （4）自动控制技术：协调机械、电器各部分来正确地完成动作过程；
（5）传动技术：根据指令信号对动力和运动进行传递和控制，完成规定的动作并满足一定的技术要求；
（6）总体技术：控制系统方案的设计；硬件设计方案；软件设计方案。
2．举出两个机电一体化产品的例子。
答：（1）工业机器人：一种综合性的机电一体化技术产品，包括传动机构、伺服控制、数据处理、人机对话以及与机器人工作性质对应的控制功能等。
（2）数控机床：数控机床覆盖的领域有机械制造技术、信息处理、加工、传输技术、自动控制技术、伺服驱动技术、传感器技术和软件技术等。
3．试比较在机电控制系统中，交流伺服电机、直流伺服电机、步进电机和直线电机各有何优缺点。
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圣才电子书 www.100xuexi.com 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 答：（1）交流伺服电机：可靠性高、调速范围大、耐久性好；能将输入其控制绕组的电气（控制）信号转换成转轴上的角位移或角速度，并能带动一定负载，其功率范围为0.1～100W；最常用的在30W以下，工作频率有50（60）Hz和400Hz。
（2）直流伺服电机：通常用于功率稍大的系统，其输出功率为1～600W；控制用电机的特征是惯量小、启动转矩大、启动迅速、能承受频繁的加速和减速，设计时不存在散热、退磁等问题，在机械手、数控机床等许多机械中得到应用。
（3）步进电机：精度高、惯量小，特别适合数字控制系统；在要求不高的场合，步进电机可以开环使用，但在负载过大或速度过高时可能产生失步现象，从而产生系统误差；采用闭环控制可以弥补此缺点，但系统将变得较为复杂。
（4）直线电机：速度高、加速度高、精度高。
4．试分析步进电机的主要性能指标。 答：步进电机的主要性能指标：
（1）最大静转矩：步进电机在规定的通电相数下的转矩最大值。绕组电流越大，最大静转矩也越大。
（2）步距角：每输入一个电脉冲信号转子转过的角度。根据需要的脉冲当量和可能选择的传动比来选择步进电机的步距角。
（3）静态步距角误差：实际和理论步距角的差值，在空载情况下测量的，误差越小表示电机的精度越高。
（4）启动频率：在不失步时能启动的最高频率。
（5）运行频率：电机启动后，保证不失步运行的最高频率称为最高运行频率。 （6）额定电流：电机不动时，每一相绕组容许通过的最大电流。
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圣才电子书 www.100xuexi.com 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 （7）额定电压：驱动电源供给的电压
5．试比较直线电机与“旋转电机＋滚珠丝杠”传动的性能。
答：（1）定位精度：直线电机传动机构简单，减少了插补之后的问题，定位精度、重现精度、绝对精度，通过位置检测反馈控制都会较“旋转电机＋滚珠丝杠”高，且容易实现。
（2）重复精度：丝杆的间隙容易对精度产生影响，而直线电机因传动机构简单，减少了插补滞后的问题，因此更容易实现较高的重复定位精度。
（3）行程对比：从行程来看，直线电机的行程取决于定子与动子，理论上直线电机可以无限延长；而“旋转电机＋滚珠丝杠”由于承受负载、丝杆外径、精度等级等因素的影响，通常只能达到4m的长度。
6．试论述平板式永磁同步交流直线电机的工作原理和组成。
答：（1）工作原理：通入三相交流电流后，会在气隙中产生磁场，如果不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布，这个磁场是平移的。进而磁场与次级相互作用便产生电磁推力，使初级和次级产生相对运动。
（2）组成：初级由硅钢叠片、绕组和盖板所组成，次级由磁铁、电工纯铁底板和底座所组成，初级和次级通过两个直线滚动导轨连接在一起，位置由直线光栅尺检测，进行闭环控制。
7．试分析直线电机的定位力。
答：（1）定位力是永磁同步交流直线电机的齿槽力和端部力合称。
（2）齿槽力：由于铁心开槽导致磁路中磁导的变化，在铁心与永磁铁处于不同相对位
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圣才电子书 www.100xuexi.com 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 置时永磁铁的工作点将发生变化，向气隙提供的能量也随位置变化。而系统总是试图处于低能量的稳定状态，这样在高能量的位置将产生指向低能量位置的推力。
（3）定位力：由于直线电机的电枢铁心存在两个端部，铁心和永磁铁处于不同相对位置时会引起永磁铁工作点的变化，进而产生端部定位力。
8．试根据动圈式直流直线电机的传递函数，分析增大它的动圈复位弹簧的弹簧刚度对其动、静态性能的影响。
答：（1）传递函数：
X(s)=U(s)?La??m2c??s+1??s+s+1?k??Ra??kBL(kRa)
（2）加大动圈复位弹簧的弹簧刚度k可以提高动态性能，同时要增大电磁力。
9．请指出零漂、灵敏度漂移、非线性度、滞环等性能对传感器测量精度的影响。 答：（1）零漂：零漂是在输入量为零时，由于外部环境变化的影响，使传感器的零点发生漂移的现象。会使测量值与实际值产生一个固定偏差，不随测量值大小而改变。
（2）灵敏度漂移：灵敏度漂移会使测量结果与实际结果产生误差，随着测量值增大而线性累积。
（3）非线性度：使输出波形相对于输入波形发生畸变。 （4）滞环：影响传感器的测量精度。
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圣才电子书 www.100xuexi.com 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 10．用于位移测量的差动变压器和光电编码器是两种类型的位移传感器，试比较它们的优缺点和使用范围。
答：（1）差动变压器：结构简单、良好的环境适应性、灵敏度高、测量精度高、线性度好，但是动态性能不是很好。适用于线位移的检测。
（2）光电编码器：分辨率可以做得很高，但是没有固定的零点，遇到停电等故障所有信息会全部丢失。角速度过高会影响检测精度。适用于角位移的检测。
11．绘制一个液压系统图。此系统通过一个双出杆缸带动机床的工作台移动。机床的台面要求能完成停止、正反向运动，在正向动时，具有快速及两种不同的慢速度可供选择。
答：液压系统图如图5-1所示：
图5-1
三位四通换向阀可以控制停止、正反向运动。阀1可以控制是否连接节流阀，未连接节流阀时快速。阀2控制连接节流阀1或节流阀2，控制不同的慢速度。
12．用方块图表示电液伺服阀控制一双出杆液压缸，液压缸的负载为惯性负载和粘性负
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同等学力申硕《机械工程学科综合水平全国统一考试》章节题库-机电一体化技术(圣才出品)
