机电一体化系统设计试题C卷

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机电一体化系统设计试题C卷
班级              学号            姓名             成绩        
一、问答简述题（共10小题，每题3分，共30分）
1．解释“机电一体化”概念，并根据概念列出三种典型的机电一体化产品。
2．机械传动部件的主要功能有哪些？
3．爬行现象产生的原因是什么？解决的措施有哪些？
4．请列出减小或消除机械传动系统结构谐振的三个主要措施？
5．防止从接地系统传来的干扰，通常采用哪三种主要措施来切断接地环路？
6．微机控制系统中硬件和软件的关系如何权衡，何时采用硬件，何时采用软件？
7．什么是电气控制系统图？电气控制系统图主要包括哪些内容？
8．解释南京工艺装备制造厂标记的滚珠丝杠“CMFZD40×8-3.5-C3／1400×1000”中字母数字的含义。
9．丝杠螺母机构的传动形式有哪些类型？
10．交流异步伺服电机的调速有哪些方法?
二、填空题（每空1分，共25分）
1．行列式键盘的编程扫描过程包括四个步骤：                               ；
                       ；                        和                     。
2．步进电动机的驱动电源（驱动器）由            和            两部分组成。
3．           是用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动控制电器，它由           、           和           部分组成。
4．光栅是利用光的衍射产生的             现象进行位移测量的，它对光栅条纹具有放大作用，若直线光栅每毫米刻线数为250,主光栅与指示光栅的夹角q =0.01弧度，则分辨力为           ，莫尔条纹的宽度约为           。
5．电气原理图上所有按钮、触点均按                                状态画出。
6．在伺服电动机驱动负载的传动系统中，常采用                 确定最佳总传动比。
7．机电一体化的设计思想包括           、           和           三种。
8．内循环滚珠丝杠副可分为                    和                    两种。
9．滑动导轨中常见的导轨截面形状有四种，分别为             、             、
             、            、其中          截面形状的导轨磨损后不能补偿。
三、分析设计题（15分）
题图是80C51单片机对直流电动机控制的简图，据图回答：
(1) 2764和6264的片选端都接到74LS138的Y1输出端，因此，二者有相同的地址范围，该范围为_________，单片机在读取2764的内容时使用读信号________；在读取6264的内容时使用读信号_________。（3分）。
(2)图中的LED显示器是共________极的，若要显示“7”，则单片机应往8255的B端口发送的数据内容为________，该端口数据称为________码。（3分）
(3)解释步进电动机功率放大电路的工作原理，并分析其中的二极管D的作用？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（3分）
(4)系统通过软件进行步进电动机控制脉冲环形分配，PA3、PA2、PA1和PA0高电平时对应相绕组通电，完成四相步进电动机四相八拍控制的软环分表，将通电相绕组及控制代码填写在表内。（6分）
通电相绕组        控制代码
A        01H
AB        03H
四、计算题（30分）
1．（15分）图示为直流电动机PWM控制原理框图，直流电动机可实现正反向控制。给定控制电压Ui通过跟恒频率三角波进行比较，得到脉冲宽度可调的控制信号，经脉冲分配器电路形成控制信号Ug1=Ug4，Ug2=Ug3，Ug1和Ug2反相。当电动机绕组平均电压Udb>0时电动机正转；Udb=0时，电动机静止 ；Udb<0时，电动机反转。电动机的额定数据：UN=200V，nN=3000r/min，IN=20A，电枢电阻Ra=0.1Ω。
计算：
（1）功率晶体管VT1~VT4的开关频率至少为多少才能达到开关周期T=0.05ms？（2分）
（2）在额定电压下该直流电动机的理想空载转速和堵转电流各为多少？（5分）
（3）仅考虑电枢电阻的影响，计算该直流电动机在额定负载下的静态速降△nN。（4分）
（4）要求静差率s=10%，系统能达到的调速范围D为多少？（4分）
2．(10分)如图所示为五相步进电动机驱动的开环系统，齿轮Z1的齿数为18；齿轮Z2的齿数为36；工作台的质量M=400kg，行程L=400mm，丝杠导程l=6mm，步进电动机的转子齿数为40。
计算：
(1)        步进电动机工作在五相十拍控制方式时的步距角α为多少？（2分）
(2)        步进电动机工作在五相十拍控制方式时的脉冲当量δ为多少？（2分）
(3)        工作台最大工进速度为360mm/min时，控制脉冲的频率f为多少？ （3分）
(4)工作台进行切削加工时所承受切削力的水平分量为1500N，垂直分量为3000N，假设工作台与导轨间的滑动摩擦系数为0.1，重力加速度g=10m/s2，计算折算到电动机轴上的等效负载转矩Teq。（3分）
3．(5分)图示为T法测转速的测量原理图，电动机上装有增量编码器，增量编码器每转有2000条刻线，PA为增量编码器输出的脉冲，PB为高频计数时钟脉冲，时钟频率为8MHz，假设在PA的一个编码器脉冲间隔的时间内，PB共输出2500个高频计数时钟脉冲，试计算电动机的转速（单位：转／每分钟）。