1．什么是传感器的静态特性和动态特性？
? 传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时，所表现出来的输出响应特性。需要了解的主要参数有：线性范围、线性度、灵敏度、精确度、分辨力、迟滞、稳定性。
? 传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。需要了解的主要参数有：幅频特性和相频特性。
2．什么是伺服系统？伺服系统的一般组成有哪几个部分？
伺服系统又称随动系统，它是以机械位置、速度和加速度为控制对象，在控制命令指挥下，控制元件的工作，使机械运动部件按照命令要求运动。
一般来说，伺服系统组成框图如图所示。
伺服系统组成框图
（1）控制器：伺服系统中控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略，控制器通常由电子线路或计算机组成。
（2）功率放大器：伺服系统中功率放大器的作用是将信号进行放大，并用来驱动执行机构完成某种操作，功率放大装置主要由各种电力电子器件组成。
（3）执行机构：执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。
（4）检测装置：检测装置的任务是测量被控制量，实现反馈控制。无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度，因此要求检测装置精度高、线性度好、可靠性高、响应快。
3．简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。
直流伺服电动机脉宽调制（PWM）的工作原理：假设输入直流电压U，可以调节导通时间得到一定宽度的与U成比例的脉冲方波，给伺服电动机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压，从而输出不同大小的电压Ua，使直流电动机平滑调速。
4．比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别。 电机 6 *~t38236 容量范围 955C 28329 6EA9 溩 调速原理 DC AC 调压 变频 大 中 大 中小 低 高 差(有摩擦粉尘) ]W u27351 6AD7 櫗+?E 良 四、计算题 简单 复杂 镜制动力矩 转速 耐环境能力 控制器 1．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？
解：（1）丝杠旋转一周有1024个脉冲，307200个脉冲对应于丝杠旋转307200/1024=300周，故刀架的位移量为300*2mm=600mm，
（2）丝杠的转速为300*2π//10=60π （弧度/ 秒）
2．如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动x向工作台的三相双三拍步进电机，转子齿数z为100。滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。已知传动系统的横向(x向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。试求：
（1）步进电机的步距角α； （2）减速齿轮的传动比i。
工作台 功放 电机 i
滚珠丝杠
图 电机驱动工作台示意图
解：（1）K=3相，N=3拍，z=100
步进电机的步距角α=360o/(z*m)= 360o/(z*K*N)= 360o/(100*3*3)=0.4 o K 32878 806E 聮]J36366 8E0E 踎.u
（2）由于一个脉冲，步进电机旋转0.4 o，工作台横向(x向)脉冲当量0.005mm，由于滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm，对应于丝杠转动一周360 o ，设一个脉冲丝杠转动的角度为x，则 6mm/360o=0.005/xo，得x=0.3o
故减速齿轮的传动比i=0.3/0.4=3/4 五、综合题
1．图示直射式光电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。试分析传感器的测量原理。
解：当装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘转动时，光敏元件接收到脉冲信号，若转动圆盘上缝隙是均匀刻制，总数量为N，则光敏元件每输出N个脉冲，就意味着圆盘转动一周360o；若输出M个脉冲，就意味着转过360*M/No，因此，该传感器可以用于测量角度。如果在T秒时间内转过输出M个脉冲，就意味着转速为360*M/N/T (o/s ) 因此，该传感器也可以用于测量角速度。
2．已知一个绳位移控制系统的两种驱动方案分别如图a和b所示。 （1）试分析两种方案的特点；
（2）画图说明方案（a）减速器滚筒驱动测量位移的方法。
（a）减速器滚筒驱动 （b）丝杠滑台驱动 解：（1）分析两种方案的特点：
（a） 电机经减速器带动滚筒转动，使驱动绳产生位移；
（b） 电机带动丝杠转动，丝杠上的螺母便产生直线运动，带动驱动绳产生位移。 （2）画图说明方案（a）减速器滚筒驱动测量位移的方法
作业3
一、判断题（正确的打√，错误的打×）
1．数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（√ ）
2．电液伺服系统的过载能力强，在强力驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。（√ ） 3．通常，步进电机的最高连续工作频率远大于它的最高启动频率。（√ ） }H29306
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4．脉冲分配器的作用是使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化。（√ ） 5．对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（√ ）
6．无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（× ）
7．一般说来，全物理仿真较之计算机仿真在时间、费用和方便性上都具有明显的优点，是一种经济、快捷与实用的仿真方法。（× ）
8．数字化物理样机就是一种结构设计软件，强调结构上的设计。（× ） 9．计算机控制系统的采样周期越小，其控制精度就越高。（√ ）
10．PLC采用扫描工作方式，扫描周期的长短决定了PLC的工作速度。（√ ）
11．通用型计算机系大多工作在为特定用户群设计的系统中，通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。（× ）
12．现代嵌入式系统的设计方法是将系统划分为硬件和软件两个独立的部分，然后按各自的设计流程分别完成。（× ） 二、单选题
1．下列哪个是传感器的动特性（D ）。
A．量程 B．线性度 C．灵敏度 D．幅频特性 2．在开环控制系统中,常用（B ）做驱动元件。 A．直流伺服电动机 B．步进电动机 C．同步交流伺服电动机 D．异步交流伺服电动机
3.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，此光栅传感器测量分辨率是（C ）mm。
A．1 B．0.1 C．0.01 D．0.001 26096 65F0 旰37621 92F5 鋵=30115 75A3 疣D#948 5D8C 嶌Y
4．计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（D ），具有实时性、针对性、灵活性和通用性。 A．实时软件 B．开发软件 C．系统软件 D．应用软件 5．以下除了（D ），均是由硬件和软件组成。
A．计算机控制系统 B．PLC控制系统 C．嵌入式系统 D．继电器控制系统
6．以下抑制电磁干扰的措施，除了（D ），其余都是从切断传播途径入手。
A屏蔽 B隔离 C滤波 D软件抗干扰
三、简答题
1． 机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么？
在系统实际运行前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便选择正确、高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的运行水平，采用仿真技术可以省时省力省钱地达到上述目的。
2．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计的哪个阶段？ 仿真根据采用的模型可以分为：计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真。 计算机仿真：应用于系统设计阶段； 半物理仿真：应用于部件及子系统研制阶段； 全物理仿真：应用于系统研制阶段。
3．PID控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？
比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；积分调节能消除静差，改善系统静态特性；微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。
4．系统采样周期的选择时，主要考虑的影响因素主要有哪些？
22524 57FC 埼20823 5157 兗d34218 85AA 薪ke20376 4F98 侘39045 9885 颅
（1）根据香农采样定理，确定采样周期：T??/?max，其中?max为被采信号角频率上限。 （2）采样周期应大于执行元件动态调节稳定时间。
（3）从系统随动性和抗干扰的角度，采样周期应尽可能小，这样时延小，反映迅速。
（4）在多回路控制中，由于采用巡检控制方式，采样周期应足够大，以确保在一个采样周期内，能处理完所有回路的算法计算。
（5）从计算机的精度上讲，采样周期不应太小。
5．简述下图所示梯形图的工作过程及逻辑关系，图中接线为：开关1（I0.0），开关2（I0.1），开关3（I0.2），红灯（Q0.0），绿灯（Q0.1）。
I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0
解：由图可知：开关1、开关2为常开，开关3为常闭，当开关1、开关2接通、开关3为常闭状态时，红灯能亮，同时启动定时器T0，沿时3Q0.0秒，3秒后如果开关T0 3为常闭状态，则绿灯亮。
398
四、计算题 53
I0.2Q0.1T0
1．某工作台采用如图所示的直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm，丝杠导程t=4mm，
（ ）
（ ）
齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的测量精度为0.005mm（忽略齿轮和丝杠的传动误差）。 图 梯形图
（1）若采用高速端测量方法，将旋转编码器安装在电机输出轴上，确定旋转编码器的每转脉冲数。 （2）若采用低速端测量方法，将传感器与丝杠的端部直接相连，ns=500脉冲/转的旋转编码器是否合用？
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案
