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为胀小? φmax

发布时间: 2019-09-28

机电一体化系统设想(修订版)课后谜底 张建平易近编_工学_高档教育_教育专区。机电一体化系统设想(修订版)课后谜底 张建平易近编

目 录 机电一体化手艺第 1 章习题-参考谜底 ................................................................................. 1 1-1 试申明较为人们接管的机电一体化的寄义。 ............................................................ 1 1-4 何谓机电一体化手艺? ........................................................................................ 1 1-7.机电一体化系统有哪些根基要素构成?别离实现哪些功能? ................................. 1 1-8.工业三大体素指的是什么? ........................................................................................ 1 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种? .................................................................. 1 1-16.什么是机电互补法、融、组? .................................................................. 1 机电一体化手艺第 2 章习题-参考谜底 ................................................................................. 2 2-1 设想机械传动部件时,为确保机械系统的传动精度和工做不变性,常常提出哪些 要求? ................................................................................................................................. 2 2-2 机电一体化系统传动机构的感化是什么? ................................................................ 2 2-3 机电一体化系统(产物)对传动机构的根基要求是什么? ..................................... 2 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠,其根基导程λ0=6mm、一端的齿轮齿 数为 100、另一端的齿轮齿数为 98,当其一端的外齿轮相对另一端的外齿过 2 个齿时,试问:两个螺母之间相对挪动了多大距离? ................................................... 2 2-16 各级传动比的分派准绳是什么?输出轴转角误差最小准绳是什么? ............... 2 2-17 已知:4 级齿轮传动系统,各齿轮的转角误差为?φ1=?φ2=?φ3=…=0.005 rad,各 级减速比不异,即 ?1=?2=…=?4=1.5。求:该传动系统的最大转角误差?φmax; 为缩小 ?φmax,应采纳何种办法?............................................................................................... 2 2-18 谐波齿轮传动有何特点?传动比的计较方式是什么? ....................................... 3 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100,柔轮齿数为 100.当刚轮固按时,试求该 谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的动弹标的目的(取输入轴的转向比拟较)......................... 3 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方式有哪些? ................................................................ 3 2-25.轴系部件设想的根基要求有哪些? .......................................................................... 4 机电一体化手艺第 3 章参考谜底 .......................................................................................... 5 3-1 简述机电一体化系统施行元件的分类及特点。 ........................................................ 5 I 3-2 机电一体化系统对施行元件的根基要求是什么? .................................................... 5 3-3 简述节制用电动机的功率密度及比功率的定义。 .................................................... 5 3—5 曲流伺服电机节制体例的根基形式是什么? .......................................................... 5 3-6 简述 PWM 曲流驱动调速,换向的工做道理。 ......................................................... 6 步进电机具有哪些特点? .................................................................................................. 6 简述步进电机三相单三拍的工做道理? .......................................................................... 6 3-11 简述步进电机步距角大小的计较方式? ................................................................. 7 3-12 简述三相步进电机的环形分派体例? ............................................................... 7 简述步进电机驱动电源的功率放大电道理. ................................................................. 7 机电一体化手艺第 4 章参考谜底 .......................................................................................... 9 试申明 CPU、MC 和 MCS 之关系。 .................................................................................. 9 4-3、正在设想微机节制系统中起首会碰到的问题是什么? ............................................. 9 4-17 试申明光电耦合器的光电隔离道理。 ...................................................................... 9 4-20 试申明检测传感器的微机接口根基体例。 .............................................................. 9 机电一体化手艺第 5 章参考谜底 ........................................................................................ 11 5-2 简述采样? ......................................................................................................... 11 5-3 简述数字节制系统 A/D 转换过程。.......................................................................... 11 5-5 简述多输入多输出系统的静力学方程。 .................................................................. 11 5-6 简述两度机械人逆动力学方程。 ...................................................................... 12 机电一体化手艺第 7 章参考谜底 ........................................................................................ 13 7-3 机电一体化系统中的典型负载有哪些?申明以下公式的寄义: ........................... 13 7-4 设有一工做台 x 轴驱动系统,已知参数为下表中所列,已知 mA=400 ㎏, Ph=5mm,Fl 程度=800N,Fl 垂曲=600N,工做台取导轨间为滑动摩擦,其摩擦系数为 0.2,试求转换到电动机轴上的等效动弹惯量和等效转矩。 ........................................ 13 7-5.简述机电一体化系统的数学模子成立过程。比例环节(P)、积分环节(I)、比例积分环节(PI)和比例-积分-微分调理(PID)各有何优错误谬误? ............................................. 14 7-8 何谓机电一体化系统的“靠得住性”? ...................................................................... 17 II 机电一体化手艺第 1 章习题-参考谜底 1-1 试申明较为人们接管的机电一体化的寄义。 答:机电一体化乃是正在机械的从功能、动力功能、消息功能和节制功能上引进微电子技 术,并将机械安拆取电子安拆用相关软件无机连系而形成系统的总称。 1-4 何谓机电一体化手艺? 答:将微型计较机等微电子手艺用于机械并给机械以“智能”的手艺改革潮水可称 “机电一体化手艺” 。 1-7.机电一体化系统有哪些根基要素构成?别离实现哪些功能? 答: 机电一体化系统(产物)要素 节制器(计较机等) 检测传感器 施行元件 动力源 机构 功能 节制(消息存储、处置、传送) 计测(消息收集取变换) 驱动(操做) 供给动力(能量) 构制 1-8.工业三大体素指的是什么? 答:物质、能量、消息。 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种? 答:一种是变换、调整; 另一种是输入/输出。 1-16.什么是机电互补法、融、组? 答:机电互补法又称代替法。该方式的特点是操纵通用或公用电子部件代替保守机械产物 (系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统,以填补其不脚。 融它是将各构成要素无机连系为一体形成公用或通用的功能部件(子系统) ,其要 素之间机电参数的无机婚配比力充实。 组它是将结制成的公用或通用功能部件(子系统) 、功能模块,像积木那样组 合成各类机电一体化系统(产物) ,故称组。 1 机电一体化手艺第 2 章习题-参考谜底 2-1 设想机械传动部件时,为确保机械系统的传动精度和工做不变性,常常提 出哪些要求? 答:常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频次、恰当的阻尼比等。 2-2 机电一体化系统传动机构的感化是什么? 答:传送转矩和转速。 2-3 机电一体化系统(产物)对传动机构的根基要求是什么? 答:细密化,高速化,小型、轻量化。 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠,其根基导程λ0=6mm、一端的 齿轮齿数为 100、另一端的齿轮齿数为 98,当其一端的外齿轮相对另一端的外 齿过 2 个齿时,试问:两个螺母之间相对挪动了多大距离? 答:Z1 =100,Z2 =98,ΔS=(2/Z1)* λ0=0.02*6 mm=0.12 mm。 2-16 各级传动比的分派准绳是什么?输出轴转角误差最小准绳是什么? 答: (1)各级传动比的分派准绳是: ? ? ? 分量最轻准绳 输出轴转角误差最小准绳 等效动弹惯量最小准绳 (2)输出轴转角误差最小准绳是: 为提高机电一体化系统齿轮传动的精度,各级传动比应按先小后大的准绳分派,以 便降低齿轮的加工误差、安拆误差以及反转展转误差对输出转角精度的影响。总转角误差次要 取决于最未一级齿轮的转角误差和动弹比的大小,正在设想中最未两级传动比应取大一些, 并尽量提高最未一级齿轮的加工精度。 2 - 17 已知: 4 级齿轮传动系统,各齿轮的转角误差为 ? φ1= ? φ2= ? φ3= … =0.005 rad,各级减速比不异,即?1=?2=…=?4=1.5。求:该传动系统的最大转 角误差?φmax; 为缩小?φmax,应采纳何种办法? 解: (1) ?φmax= ?? 1 ?? 2 ? ?? 3 ?? 4 ? ?? 5 ?? 6 ? ?? 7 + + + +?φ8 i i 2i 3i 4 i 3i 4 i4 =0.005/1.5 +0.01/1.5 +0.01/1.5 +0.01/1.5+0.005 =0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005 =0.02006 rad 4 3 2 2 =1.1499 o (1) 总转角误差次要取决于最未一级齿轮的转角误差和传动比的大小,所以,为缩小? φmax,正在设想中最未两级的传动比应取大一些,尽量提高最未一级轮副的加工精 度。 2-18 谐波齿轮传动有何特点?传动比的计较方式是什么? 答: (1)谐波齿轮传动特点有:布局简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声 低、传动平稳、承载能力强、效率高档特点。 谐波齿轮传动的波发生器相当于轮系的转臂,柔轮相当于轮,刚轮则相当于 核心轮。故谐波齿轮传动安拆的传动比能够使用轮系求传动比的体例来计较。设 H irg ? ? g、?r、?H 别离为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度,则 ?r ? ? H Z g ? ?g ? ?H Z r 。 当柔性轮固按时, irg ? H Zg ??H ? ?g ? ?H Z r ?g Z g ? Zr Z ? 1? r ? ?H Zg Zg iHg ? Zg ?H ? ?g Z g ? Z r 当刚性轮固按时, ?r ? ? H Z g ? 0 ? ?H Zr 1? ?r Z g ? ?H Z r iHr ? ?H Zr ? ?g Z r ? Z g 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100,柔轮齿数为 99 当刚轮固按时, 试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的动弹标的目的(取输入轴的转向比拟较) 答:按照公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知: 当 iHr=100 时,Zg=99,(但一般刚轮齿数比柔轮齿数多,所以舍去) 当 iHr=-100 时,Zg=101; 故该谐波减速器的刚轮齿数为 101,(柔轮)输出轴标的目的取(波发生器)输入轴转向相反。 (提醒:一般来说,刚轮仅比柔轮多几个齿;刚轮固按时,柔轮取输出轴固联;柔轮固定 时,刚轮取输出轴固联,两种环境下,波发生器均取输入轴固联) 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方式有哪些? 答(1)圆柱齿轮传动:1 偏疼套(轴)调整法;2 轴向垫片调整法;3 双片薄齿轮错齿调整法。 (2)斜齿轮传动:错齿调整法,用两个薄片齿轮取一个宽齿轮啮合,只是正在两个薄片斜齿轮 的两头离隔了一小段距离,如许它的螺旋线)锥齿轮采用弹簧调整体例。 3 2-25.轴系部件设想的根基要求有哪些? 答:①扭转精度 ②刚度 ③抗震性 ④热变形 ⑤轴上零件的安插 4 机电一体化手艺第 3 章参考谜底 3-1 简述机电一体化系统施行元件的分类及特点。 答: 种 类 电 动 式 特点 可利用商用电源;信号 取动力的 传动标的目的不异;有交换 和曲流之 别,应留意电压之大小 长处 操做简洁;编程容易;能 实现 定位伺服;响应快、能取 CPU 相接;体积小、动力较 大;无污 染 气源便利、成本低;无泄 漏污染 速度快、操做比力简单 输出功率大,速度快,动 做平稳,可实现定位伺 服;易于 CPU 相接;响应 快 错误谬误 瞬时输出功率大;过载能力 差,出格是因为某种缘由而 卡住是,会惹起变乱, 易受外部噪声影响 气 动 式 液 动 式 空气压力源的压力为 5 ( 5-7 ) × 10 Pa ; 要 求 操做人员手艺熟练 要求操做人员手艺熟 练 ; 液 压 源 压 力 ( 205 80)×10 Pa 功率小,体积大,动做不敷 平稳,不易小型化,远距离 传输坚苦,工做噪声大,难 于伺服 设备难于小型化,液压源或 液压油要求(杂质、温度、 油量、质量)严酷;易泄露 且有污染 3-2 机电一体化系统对施行元件的根基要求是什么? 答: 1 惯量小、动力大 3 便于维修、安拆 2 体积小、分量轻 4 易于微机节制 3-3 简述节制用电动机的功率密度及比功率的定义。 答:电动机的功率密度 PG=P/G.电动机的比功率 dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dtt=tn=Tn /Jm 此中 Tn----电动机的额定转矩,N*M Jm——电动机转子的动弹惯量,kg*m 2 2 3—5 曲流伺服电机节制体例的根基形式是什么? 答: 曲流伺服电机为曲流供电,为调理电动机的转速和标的目的,需要对其曲流电压的大小和 标的目的进行节制。目前常用晶体管脉宽调度驱动和晶闸管曲流调速驱动两种体例。 晶闸管曲流驱动体例,次要通过调理触发安拆节制晶闸管的触发延迟角(节制电压的大 小)来挪动触发脉冲的相位,从而改变整流电压的大小,使曲流电动机电枢电压的变化易 于滑润调速。 脉宽调制(PWM)曲流调速驱动系统当输入一个曲流节制电压 U 时,就可获得必然宽度取 U 成比例的脉冲方波给伺服电机电枢回供电,通过改变脉冲宽度来改变电枢回的平均电 压,从而获得分歧电压的电压值 Ua ,使曲流电动机滑润调速。 5 3-6 简述 PWM 曲流驱动调速,换向的工做道理。 答:通过电源的通断来获得电压脉冲信号,节制通断的时间比来获得分歧的电压脉冲,通 的时间越长,获得的平均电压越大,电机转的就快,反之,电机转的就慢。电机的换向是 通过桥式电来实现的,它是由四个大功率的晶体管构成,通过正在分歧晶体管的基极加正 负脉冲从而实现电机的转向节制。为使其实现双向调速,多采用桥式电,其工做道理取 线性放大桥式电类似。 电桥由四个大功率的晶体管组 成。别离记做 1.2.3.4.若是正在 1 和 3 的基极上加以正脉冲的同 时,正在 2 和 4 的基级上加以负脉 冲,这时 1 和 3 导通,2 和 4 导 通。设此时的电动机转向为正; 反之,则为负。电流的标的目的取前 一环境相反,电动机转向,显 然,若是改变加到 1 和 3,2 和 4 这两组管子基极上节制脉冲的正 负和导通率就能够改变电动机的 转向和转速。 步进电机具有哪些特点? 答: 1 步进电机的工做形态不易受各类干扰要素(如电源电压的波动、电流的大小取波形 的变化、温度等)的影响,只需正在他们的大小惹起步进电机发生“丢步”的现象之 前,就不影响其一般工做; 2 步进电机的步距角有误差,转子转过必然步数当前也会呈现累计误差,但转子转过 一转当前,其累计误差变为“零” ,因而不会持久累积; 3 节制机能好,正在起动、遏制、反转时不易“丢步” 因而,步进电机普遍使用于开环节制的机电一体化系统,使系统简化,并靠得住地获得 较高的精度。 简述步进电机三相单三拍的工做道理? 答:如教材图例所示:若是先将电脉冲加到 A 相励磁绕组,定子 A 相磁极就发生磁通,并 对转子发生磁拉力,使转子的 1 3 两个齿取定子的 A 相磁极对齐, 尔后再将电脉冲通入 B 相磁绕组,B 相磁极便发生磁通,这时转子 2 4 两个齿取 B 相磁极靠的比来,于是转子便 沿着逆时针标的目的转过 30 度角,使转子 2 4 两个齿取定子 B 相磁极对齐。若是按照 A→C→B →A……的挨次通电,步进电机讲沿顺时针标的目的一步步地震弹。 6 3-11 简述步进电机步距角大小的计较方式? 答: a=360/(K*M) 式中:Z=转子齿数。 M=运转拍数。凡是等于相数或相数整数倍,即 M=K*N (N 为电动机的相 数,单拍是 K=1,双拍时 K=2) 。 3-12 简述三相步进电机的环形分派体例? 答:1.采用计较机软件,操纵查表式计较方式来进行脉冲的环形分派,简称软环分。2.采 用小规模集成电搭接而成的脉冲分派器。3.采用公用环形分派器件。 简述步进电机驱动电源的功率放大电道理. 答: 单电压功率放大电 如图所示 ABC 别离为步进电机的三相,每一项由一组放大器驱动。没有脉冲输入时 3DK4 和 3DD15 功率晶体管截止,绕组中无电畅通过,电机不转。当 A 相得电时,步进电灵活弹一 步,当脉冲顺次加到 ABC 三个输入端时,三组放大器别离驱动分歧的绕组,是电机一步一 步的动弹。电终究绕组并联的二极管 VD 其续流感化记正在功率截至时,是储存正在绕组中的 能量通过二级管构成续流回泄放,从而功放管。 凹凸压功串放大电(一) 无脉冲输入时,VT1、VT2、VT3、VT4 均截止,电动机绕组 W 无电畅通过,电动机不转。有 脉冲通过时,VT1、VT2、VT3、VT4 饱和导通,正在 vt2 有截止到饱和期间,其集电极电流, 敏捷上升。当 vt2 进入稳态后 t1 一次测电流临时恒定,无磁通变化二次侧的电压为 零,vt3 截止。12v 低电压经 vd1 加到电动机绕组我 w 上并维持绕组中的电流。输入竣事后 vt1、vt2、vt3、vt4 又都截止,储存正在 w 中的能量通过 18 欧姆的电阻和 vd2 放电,电阻 的感化时间小放电回的时间,改善电流波形的后沿。 7 8 机电一体化手艺第 4 章参考谜底 试申明 CPU、MC 和 MCS 之关系。 答:微处置机简称 CPU,它是一个大规模集成电器件或超大规模集成电器件,器 件中无数据无数据通道、多个寄放器、节制逻辑和运算逻辑部件,有的器件还含有时钟电 ,为器件工做供给按时信号。 微型计较机简称 MC。它是以微处置机为核心,加上只读存储器,随机存取存储器,输 入输出接口电、系统总线及其他支撑逻辑电构成的计较机。 上述微处置机、微型计较机都是从硬件角度定义的,而计较机的利用离不开软件支 持。一般将配有系统软件、外围设备、系统总线接口的微型计较机系统,简称 MCS。 4-3、正在设想微机节制系统中起首会碰到的问题是什么? 答: 正在设想微机节制系统时,起首会碰到公用取通用的抉择和硬件取软件的衡量问题。 4-17 试申明光电耦合器的光电隔离道理。 答:光电隔离电次要 由光电耦合器的光电 转换元件构成,如下 图所示. 节制输出时,从上图 a 可知,微机输出的控 制信号经 74LS04 非门 反相后,加到光电耦 合器 G 的发光二极管 正端。当节制信号为 高电日常平凡,经反相后,加到发光二极管正端的电平为低电平,因而,发光二极管不导通, 没有光发出。这光阴敏晶体管截止,输出信号几乎等于加正在光敏晶体管集电极上的电源电 压。当节制信号为低电日常平凡,发光二极管导通并发光,光敏晶体管领受发光二极管发出的 光而导通,于是输出端的电平几乎等于零。同样的事理,可将光电耦合器用于消息的输 入,如上图 b 所示。 4-20 试申明检测传感器的微机接口根基体例。 答:①模仿量接口体例:传感器输出信号→放大→采样/连结→模仿多开关→A/D 转换→ I/O 接口→微机 ②开关量接口体例:开关型传感器输出二值式信号(逻辑 1 或 0) →三态缓冲器→微机 9 ③数字量接口体例:数字型传感器输出数字量(二进制代码、BCD 代码、脉冲序列等) →计数器→三态缓冲器→微机 10 机电一体化手艺第 5 章参考谜底 5-2 简述采样? 若是 是无限带宽信号,即 时,E(j )=0。而 是 e(t)的抱负 采样信号,若采样频次 e(t) 。也就是说,若 ,那么必然能够有采样信号 ,则由 独一地决定出原始信号 能够完全地恢复 e(t) 。 5-3 简述数字节制系统 A/D 转换过程。 模/数转换安拆每隔 T 秒对输入的持续信号 e(t)进行一次采样,采样信号为 e*(t) ,如 图 a 所示。该采样信号是时间上离散而幅值上持续的信号,它不克不及间接进入计较机进交运 算,必需经量化后成为数字信号才能为计较机所接管。将采样信号经量化后成为数字信号 的过程是一个近似过程,称量化过程。现对量化过程做简单的申明:将采样信号 e*(t) 的变化范畴分成若干层,每一层都用一个二进制数码暗示,这些数码可暗示幅值最接近它 的采样信号。如图 b 所示,采样信号 A1 为 1.8V,则量化值 A1 为 2V,用数字 010 来代表; 采样信号 A2 为 3.2V,则量化值 A2 为 3V,用数字量 011 代表。如许就把采样信号变成了数 字信号。 ‘ ’ a b 5-5 简述多输入多输出系统的静力学方程。 答:设对细小输入位移 有细小的输出位移 ,则输入功的总和和输出功的总和别离为: 11 此中 忽略机构内部机械丧失时,两式相等。因为 个输入有 用 暗示输入力(或转矩)时,写成 彼此,则对第 i 式中 ——力(或转矩)的变换系数,是 n*m 矩阵。 5-6 简述两度机械人逆动力学方程。 答:起首操纵逆活动学方式将轨迹{x(t),y(t)}变换成为关节活动φ1(t)、φ2(t),然后 从φ1 和φ2 导出计较关节力矩 T1、T2 的计较公式。由平面几何学学问,可得逆活动学解为 = = 式中 则 = ]*[ ]+ p= ,q= 。 , 逆活动学解可由 Lagrange 公式解出。设想器人得负载只要各臂端部的质量 式中第一项相当于惯性项,第二项相当于离心力取哥氏力。 12 机电一体化手艺第 7 章参考谜底 7-3 机电一体化系统中的典型负载有哪些?申明以下公式的寄义: n ?v ? ? ?j ? J ? ? mi ? i ? ? ? J j ? ? i ?1 ? ?k ? i ?1 ? ?k ? m k cq 2 2 答:典型负载是指惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载(滑动摩擦负载、粘性摩擦 负载、滚动摩擦负载等) 。对具系统统而言,其负载可能是以上几种典型负载的组合,纷歧 定均包含上述所有负载项目。 第一式暗示等效动弹惯量。该系统活动部件的动能总和为 E ? 设、等效到元件输出轴上的总动能为 E ? n ?v ? ? ?j ? 故 J ? ? mi ? i ? ? ? J j ? ? i ?1 ? ?k ? i ?1 ? ?k ? m k cq 2 2 k 1 m 1 n 2 m v ? J j? 2 ? i i 2? j 2 i ?1 i ?1 1 k 2 J cq?k ,由能量守恒:E =Ek 2 1 用工程上常用单元时,可将上式改写为 J ? 4? 2 k cq n ? vi ? ? nj ? m ? ? ?Jj ? ? ? i? i ?1 ? nk ? i ?1 ? nk ? m 2 2 第二式暗示等效负载转矩。设上述系统正在时间 t 内降服负载所做的好事总和为: m i ?1 n j ?1 W ? ? Fi vi t ? ? T j? j t , 同 理 , 执 行 元 件 输 出 轴 正在 时 间 t 内 的 转 角 为 k ?k t ,由 WK ? W 得: ?k ? ?k t 则,施行元件所做的功为 WK ? Teq m i ?1 n j ?1 k k Teq ? ? Fi vi / ?k ? ? T j? j / ?k ,或 Teq ? 1 2? m i ?1 n j ?1 ? Fi vi / nk ? ? T j n j / nk 7-4 设有一工做台 x 轴驱动系统,已知参数为下表中所列,已知 mA=400 ㎏, Ph=5mm,Fl 程度=800N,Fl 垂曲=600N,工做台取导轨间为滑动摩擦,其摩 擦系数为 0.2,试求转换到电动机轴上的等效动弹惯量和等效转矩。 答: 1 (1)由公式: J ? 4? 2 k cq n ?v ? ? nj ? mi ? i ? ? ? J j ? ? ? i ?1 ? nk ? i ?1 ? nk ? m 2 2 可得:v1=n 丝*Ph/1000(和转速 n 的单元要同一所以不必算出最终值) Jkeq =1/4л2ma(v1/nk)2+JG1(nG1/ nk)2+JG2(nG2/ nk)2+JG3(nG3/ nk)2+JG4(nG4/ nk)2+JⅠ(nⅠ/ nk)2+JⅡ(nⅡ/ 13 nk)2+J 丝(n 丝/ nk)2+Jm=0.0508( (2)当工做台向左时: ) F=F*u- FL 程度=( FL 垂曲+G)*u- FL 程度=(600+400*9.8)*0.2-800=104(N) m n 由 Teq ? k ? Fi vi / ?k ? ? T j? j / ?k 得 : TK= i ?1 j ?1 F*V/nk/ ( 2*pi ) =F* ( n 丝 *Ph/1000 ) /nk/ (2*pi)=104*(180*5/1000)/*720/(2*3.14)= 0.0207( N*m)。 (3)当工做台向左时: F=( FL 垂曲+G)*u+ FL 程度=(600+400*9.8)*0.2+800=1704(N) TK= ( F*V/nk) Matlab 法式: n1=720;n2=360;n3=360;n4=180;n11=720;n22=360;ns=180;nd=720;ph=5;pi=3.1415927; j1=.01;j2=.016;j3=.02;j4=.032;j11=.024;j22=.004;js=.012;jd=.004; v1=ns*ph*.001; a=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2) b=j1 c=j2*(n2/nd)^2 d=j3*(n3/nd)^2 e=j4*(n4/nd)^2 f=js*(ns/nd)^2 g=j11*(n11/nd)^2 h=j22*(n22/nd)^2 J=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)+j1+j2*(n2/nd)^2+j3*(n3/nd)^2+j4*(n4/nd)^2+js*(ns/nd)^2+j11*(n11/ nd)^2+j22*(n22/nd)^2+jd fs=800;fc=600;ma=400; fiz=fs+(fc+ma*9.8)*0.2; fiy=-fs+(fc+ma*9.8)*0.2; tiz=fiz*v1/nd /(2*pi); tiy=fiy*v1/nd /(2*pi); /(2*pi)==0.339 (N*m) 7-5.简述机电一体化系统的数学模子成立过程。比例环节(P) 、积分环节(I)、 比例-积分环节(PI)和比例-积分-微分调理(PID)各有何优错误谬误? 答:正在稳态设想的根本上,操纵所选元部件的相关参数,能够绘制出系统框图,并按照自 动节制理论根本课所学学问成立各环节的传送函数,进而激励系统传送函数。 以闭环节制体例为例: 图(1)为检测传感器拆正在丝杆端部的半闭环伺服节制系统。它的系统框图如图(2)所 示。该图的传送函数为 14 G(s)= = = = 式中:K= (1) 用滚珠丝杠传动工做台的伺服进给系统 (2)系统框图 -前置放大器增益; -速度反馈增益; -功率放大器增益; -曲流伺服电机增益; -减速比; -曲流伺服电机时间; -检测传感器增益; (s)-输入电压的拉氏变换; -丝杠输出转角的拉氏变换 当系统遭到外扰动转矩 时,图(2)就变为图(3)。为阐发便利起见,见图(3)改画成 图(4)所示,则传送函数为: G(s)= = 15 (3)附加扰动力矩(以电压 -曲流伺服电机的转矩; -功率放大器的输出; 暗示)的系统框图 -曲流伺服电机转子的绕组; -对应于扰动力矩的等效扰动电压的拉氏变换 (4)附加扰动力矩的等效电压后的框图 比例调理(P) 、积分调理(I) 、比例-积分调理(PI)和比例-积分-微分调理(PID)各自 的优错误谬误 (1)比例(P)调理 Gc(s)=–Kp 式中 Kp=R2/R1 它的调理感化的大小次要取决于增益 Kp 的大小。Kp 越大,调理感化越强,可是存正在调 节误差。并且 Kp 太大会惹起系统不不变。 (2)积分(I)调理 式中 Ti=RC。 系统中采用积分环节能够削减或消弭误差,但因为积分环节效应慢,故很少零丁使 用。 (3)比例-积分(PI)调理 式中 Kp=R2/R1;Ti=R2C。 这种轮回既降服了纯真比例环节有调理误差的错误谬误,又避免了积分环节响应慢的弱 其收集如图(c)。他的传送函数为 Gc(s)=–[ KP(1+1/(Tis) )] 积分调理收集图如图(b),其传送函数为 Gc(s)=1/(Tis) 比例调理收集图如图(a) ,其传送函数为 16 点,既能改善系统的不变机能能,又能改善其动态机能。 (4)比例-积分-微分(PID)调理 这种调理收集的构成如图(d) ,其传送函数为 Gc(s)=–Kp[1+1? (Tis)+Tds ] 式中 Kp=(R1C1+R2C2)/ (R1R2);Ti=R1C1+R2C2;T=R1C1R2C2 ? (R1C1+R2C2)。 这种校正环节不单能改善系统的不变机能,也能改善其动态机能。可是,因为它含有 微分感化,正在噪声比力大或要求响应快的系统中不宜采用;PID 调理器能使闭环系统愈加 不变,其动态机能也比用 PI 调理器时好。 7-8 何谓机电一体化系统的“靠得住性”? 答:机电一体化靠得住性是指,系统(产物)正在前提下和时间内完成功能的能 力。 ?v ? ?n ? ?n ? ?n ? ?n ? ?n ? 1 J ? 2 mA ? A ? ? J1 ? 1 ? ? J 2 ? 2 ? ? J 3 ? 3 ? ? J 4 ? 4 ? ? J si ? si ? ? J D 4? ? nk ? ? nk ? ? nk ? ? nk ? ? nk ? ? nk ? k cq 2 2 2 2 2 2 17