驱动模块的定义：由电动机及其驱动电路组成的技术模块。作用：提供驱动力，改变系统包含速度和方向的运作时的状态，产生所希望的运动输出。

  伺服系统又称随动系统，是一种反馈控制管理系统，用来控制运动机械的输出位置紧紧跟随电的输入参考信号。

  系统的输入和输出不满足线性叠加原理的系统为非线性系统，数学模型中的系数为与时间有关的变量的系统为时变系统。

  机械受控模块的输入由驱动模块和环境参数定义的条件一起提供。输出由测量模块接受，并转换为相应的电信号。

  （1）概念设计的定义是在确定任务后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案。

  （2）主要特性：创新性，工艺可实现性、多样性、层次性、避免不良结构性、反复迭代性。

  “增强机械系统”的设计思想是将正常设计的机械与闭环控制回路相组合，能轻松实现增强机械系统的运动速度、精度以及柔性，有关的部件能做到更轻、惯性更小。

  （2） 功能：处理测量模块提供的信息，生成控制指令，输出给驱动模块的执行部件电动机。

  机械传动装置的作用是传递运动和动力，变换运动形式。如传递运动和负载、匹配转矩和转速、隔离环境和温度和震动等。

  在极端情况下，机械的功能能完全由微计算计和执行器取代，从而使机械产品变成电子产品。

  是机械与电子的集成技术，机电一体化是微电子技术、信息技术的加快速度进行发展并向传统机械产品渗透与融合的结果。

  18. 滚动摩擦支承轴系采用滚动轴承支承。举例说明滚动摩擦支承轴系有哪几种主要结构类型?P45

  (1)标注滚动轴承，如圆锥孔双列圆柱滚子轴承、角接触球轴承、双向推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承等。

  滚珠丝杠螺母副克服了普通螺旋传动的缺点，已发展成为一种高精度的传动装置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋，具有磨损小、传动平稳、寿命长、精度高、温度低等优点。由于滚珠丝杠螺母福具有运动摩擦小、便于清除传动间隙等突出优点，它给机电一体化系统的性能改善带来了巨大的溢出。但是，它不能自锁，用于升降传动时需要另加锁紧装置，结构较为复杂、成本偏高。

  （1） 液体动压支撑的工作原理是：斜板承载机理，若两平面之间的油液成楔形，两者相对运动时将产生压力，从而能够承载。

  （2） 液体静压支承的工作原理是：在油压的作用下，轴套内孔壁上的油腔与运动表面之间形成油膜。当轴的重量忽略不计时，油膜四周厚度相同，油腔没有压力差存在。当轴在径向载荷作用下，轴心下移，上油膜厚度大于下油膜，油腔产生压力差，将轴托起，使之回到平衡位置。

  21. 轴系分为一般传动轴和工作主轴。在物理运动链内，对工作主轴的主要要求是什么?☆☆P44-45

  液体动压支承的工作原理是斜板承载机理，若两平面之间的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而能够承载。

  谐波齿轮传动分单波和双波两种：当波发生器只有一个单滚子时，这种传动称为单啮合区（单波）谐波齿轮传动；当波发生器有两个滚子时，则称为双波传动。

  24. 简述单波谐波齿轮传动和双波谐波齿轮传动的含义，并说明为什么双波谐波齿轮传动被广泛采用。

  谐波齿轮传动分单波和双波两种：当波发生器只有一个单滚子时，这种传动称为单啮合区（单波）谐波齿轮传动；当波发生器有两个滚子时，则称为双波传动。

  由于双波传动有两个滚子对称安装，径向力相互抵消，而且柔轮和钢轮的齿数差为“2”，保证了柔轮变形的对称性，因而被广泛使用。

  25. 滚珠丝杠螺母副的支承要求是什么？有哪几种支承结构及形式？P36,P37

  支承结构及形式有：两端固定；一端固定一端游动；两端均为单向推力；一端固定一 端自由。

  26. 简述设计物理运动装置时，对机电一体化系统性能有重要影响的主要设计参数。

  足够高的谐振频率，高刚度和低转动惯量、适当的阻尼比、尽可能小的传动间隙、良好的摩擦特性。

  刚性消除齿轮副传动间隙的方法有调整中心距法、选择装配法、带锥度齿轮法以及斜齿轮法。

  柔性调整法主要通过在双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮齿的两侧，以消除啮合间隙。如拉簧消除间隙结构、压簧消除间隙结构。

  （1）标准滚动轴承。如：圆锥孔双列圆柱滚子轴承；角接触球轴承；双向推 力角接触球轴承；圆锥滚子轴承等。

  31. 随着微电子和信息技术的发展，传感器技术也得到迅速的发展，简述其发展的特点。P71

  A/D转换器的主要类型有：逐位比较（逐位逼近）型、积分型、计数型、并行比较型、电压——频率型(V/F型)。

  压电式传感器的工作原理是以压电元件的压电效应为基础的。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，电荷的极性取决于变形的形式。

  （2） 移动部件质量轻，可获得很高的动态特性，容易实现高速、高加速度的运动；

  电压跟随器的特点是输出电压等于输入电压，但输入阻抗高，而输出阻抗低。因此，他与传感器连接，能够直接进行阻抗变换，降低对传感器的负载效应，提高传感器的变换效率。

  机械传动装置的作用是传递运动和动力，变换运动形式，如传递运动和负载、匹配转矩和转速、隔离环境和温度和震动等。

  通过在规定条件下，使用规定方法，重复试验多次，精度由最大正误差和最大负误差确定。

  响应曲线从零时刻到达最大峰值的时间，即响应曲线从零上升到第一个峰值点所需要的时间。

  40. 传感器和测量系统工作特性指标中，零位漂移的含义是什么？零位漂移对特性曲线产生怎样的影响？☆☆P73

  零位漂移是规定时间内输入为零时的漂移。零位漂移使整个特性曲线. 采用差动技术能够改善传感器的哪些性能？

  可消除零位输出和偶次非线性项，，抵消共模误差，减小非线. 什么是直流伺服电动机？它有怎样的工作特点？P133

  (2) 堵转转矩与控制电压成正比，转速随转矩的增加而近似线性下降，调速范围宽，当控制电压为零时能立即停转。

  直流伺服电动机的调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机转速随控制电压变化的关系曲线. 简述直流伺服电动机的机械特性硬度的含义。P133

  直流伺服电动机的机械特性的硬度可用理想空载转速和堵转转矩的比值定义，数值越大，特性越软。

  45. 直流伺服电动机通常可近似为一阶惯性环节，其过渡过程的快慢主要根据机电时间常数，根据机电时间常数的定义，可从哪几个方面减小机电时间常数？P135

  46. 对于永磁同步（直流无刷）电动机和直流伺服电动机来说，哪种电动机可应用于易燃、易爆场合?为什么？P140

  永磁同步电动机可应用于易燃、易爆场合。它以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，不存在换向火花。

  47. 为什么永磁同步电动机又称无刷电动机？永磁同步电动机有哪两种驱动方式？P141

  永磁同步电动机以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，因此，又称为无刷电动机。永磁同步电动机有直流电动机驱动方式和同步电动机驱动方式两种驱动方式。

  48. PWM 放大器中，同一桥臂上的两个晶体管多工作在反向状态，为什么有可能造成桥臂直通？实际应用中，如何避免桥臂直通。P139

  实际上晶体管的开通、关断是有延时的，且关断延时一般比开通延时大，因此会造成桥臂直通。可采用开通延迟避免桥臂直通

  晶体管的开通、关断有延时，且关断延时一般比开通延时大，当晶体管开关控制信号跳变时，原来关断的晶体管很快开通，而原来导通的晶体管却不能立即关断，在这一瞬间两晶体管处于同时导通的状态，形成短路，可能损坏晶体管。

  51. PWM的控制回路是一个电压——脉冲变换装置，简称脉宽调制器，它是由哪些信号和部件组成的?P136

  （1） 开关频率应尽可能高。应该在所选频率下，使电枢电感的感抗远大于电枢电阻，以使电流变化尽可能小。这对希望低速轻载时电流也能连续尤为重要。

  （4） 在满足前三条的前提下，应尽可能地选择较低的开关频率，以降低开关元件的开关损耗。

  超声波电动机断电时由于定、转子间静摩擦力的作用，使电动机具有较大的静态保持力矩，实现自锁，省去制动闸保持力矩，简化定位控制。

  超声波电动机依靠摩擦驱动，无磁极和绕组，工作时无电磁场产生，也不受外界电磁场及其它辐射源的影响，非常适用于超精密仪器。

  超声波电动机是利用压电陶瓷逆压电效应产生超声振动，并将这种振动通过摩擦耦合来直接驱动转子或滑块的旋转。它具有低速转矩大、无电磁干扰、动作响应快、无输入自锁等特点。

  步进电动机在低频段起动，当输入脉冲频率等于步进电动机的自然频率时，则会出现转子振荡，且振幅慢慢的变大，产生电动机不能起动的现象，此现状称为低频共振。

  反应式步进电动机的优点是结构相对比较简单，启动和运行时频率较高。缺点是消耗功率较大，断电时无定位转矩。

  步进电动机运动控制管理系统由：运动控制软件、脉冲分配器、驱动电路、步进电动机以及传动装置。

  步进电动机采用变磁阻原理产生电磁转矩。将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。每输入一个脉冲，旋转式步进电动机的输出轴转动一步。因此，当输入一串脉冲序列时，输出轴就以等增量的转角响应该输入序列，输出步数等于输入脉冲个数。转速与输入脉冲频率成正比。

  在负载转矩小于起动转矩的条件下，步进电动机不失步启动的最高脉冲频率称为启动频率。

  62. 推导三相六拍控制三相反应式步进电动机的正向旋转(从C相开始)相电流接通的顺序以及真值表。

  63. 简述反应式步进电动机与永磁式步进电动机的优缺点。P166.P167

  反应式步进电动机结构相对比较简单，启动和运行时频率较高。缺点是消耗功率较大，断电时无定位转矩。永磁式步进电动机断电时有定位转矩，消耗功率小。但步距角较大（一般为7.5˚~18˚），启动和运行频率较低，并需要正、负脉冲供电。

  实现细分驱动，就是要在每一个步距角θs之内产生若干个合力矩为零的平衡点，能够最终靠改变电流的大小和通电相数、相序来实现，优点是既提高了步进电动机的分辨率，又能平滑步进运动，减弱甚至消除震荡。

  66. 步进电动机主要有哪几种驱动电路?通常反应式步进电机、混合式步进电动机分别采取了哪种驱动电路?P172,P173

  （2） 单极性驱动电路适用于反应式步进电动机，双极性驱动电路大多数都用在混合式步进电动机。

  67. 步进电动机单极性驱动电路中，为什么相绕组电阻上一般串联限流电阻？单极性驱动电路中续流二极管的作用是什么？P173

  限流电阻的作用是减小相绕组的电气时间常数。驱动电路要求当功率管截止期间必须有释放电流的回路，续流二极管作用是在功率晶体管关断时，为相绕组电流提供一条续流回路。

  68. 从启动频率、运行频率、运行平稳性、效率四方面对比分析单极性电路和斩波恒流驱动电路的差异。P173

  单极性驱动电路启动频率低，恒流斩波驱动电路启动频率高;单极性驱动电路运行频率低，恒流斩波驱动电路运行频率高；单极性驱动电路运行平稳性较差，恒流斩波驱动电路运行平稳性较好；单极性驱动电路效率低，恒流斩波驱动电路效率高。

  步进电动机的DDA运动操控方法是：采用数字量表达加速度、速度、即位置坐标，将加速度到速度和速度到位置的积分表达式，采用求和的办法来进行近似数值积分，由此产生增量式运动控制指令

  半闭环控制管理系统的定义：在位置伺服系统中，位置反馈传感器安装在伺服电动机轴（或滚珠丝杠）上，用以间接测量工作台位移的系统。特点：能够尽可能的防止传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行振荡，比全闭环系统容易实现，可节省投资。

  位置伺服系统中，位置传感器安装于输出轴（工作台）上时，传感器直接测量工作台位移，这种直接测量的系统称为全闭环系统。特点：对输出进行直接控制，可获得十分良好的控制精度。但受物理运动部件的非线性影响严重，只有在要求高精度的场合，才采用全闭环系统。

  采样——数据系统是指计算机参与闭环控制的伺服系统，其输入往往是上位机生成并经过精插补的参考指令，输出是转轴的角位移或工作台的线. 简述点位运动控制的含义。P232

  一切机器的传动系统都具有有限的速度和加速度。点位运动控制是在容许加速度条件下，尽可能以最大速度由源坐标位置运动到目的坐标位置，对两点之间的轨迹是没有精度要求的。

  74. 大多数都用在喷漆和弧焊作业的机器人按照控制水平分类属于哪类机器人?这类机器人的主要特征是什么？P234

  主要用于喷漆和弧焊的机器人是连续路径控制机器人，这类机器人的特征是预先由人工将机械手沿着期望轨迹移动并记录整个运动，所获得的完整轨迹按照时间顺序点列储存在计算机中，然后再回放出来控制机器人运动。为了记录轨迹上的许多点的数据，这类机器人需要足够大的存储器。

  75. 设xy平面中有一个半径为r，圆心在坐标原点的圆，试说明采用非参量方程描写该圆存在的问题。P234

  76. 简述采用参量方程描写空间曲线能够克服非参量方程所存在的问题。P234

  77. 按照控制水平分类，通用工业机器人一般属于哪一类?该类机器人通常具有多少个自由度?P234

  79. 点位控制的功能是什么？点位控制为什么对运动路径没有要求?P233

  点位控制的功能是将工具或零件由源点运动到规定的目标点，以便在该点来加工作业。因为从源点到目标点的运动过程中是不来加工的，所以对运动路径没有要求。

  插补的任务就是根据起点、终点、轨迹轮廓、进给速度，按数控系统的当量进行细化。插补精度和插补速度是插补的两项重要指标。

  81. 对具有位置环的伺服系统，位置环的反馈采样可有两种方式：（1）取自电动机上的编码器；（2）取自装在最后一级机械上的位置反馈元件。考虑传动链上存在间隙及误差等因素，试分析上述两种反馈采样方式对系统控制性能的影响。

  第一种方式对传动链上的间隙及误差不能补偿克服，只能形成半闭环的位置控制管理系统（2 分）。第二种方式能消除机械上存在的一切间隙，并且还可以对物理运动上出现的误差进行补偿，达到真正全闭环的功能，实现高精度的位置控制（3 分）。

  82. 对于具有位置环的伺服系统，位置环的采样可以有两种设计的具体方案：其一是取自伺服电动机轴上的编码器；其二是直接采自装在最后一级机械上的位置反馈元件，而电动机的编码器仅作为速度环的反馈。分析这两种方案中哪种可以在一定程度上完成高精度的位置控制?

  位置环的反馈采样取自伺服电动机轴上的编码器，对传动链上的间隙及误差不能补偿克服，这种系统为半闭环的位置控制管理系统。位置环的采样直接采自装在最后一级机械上的位置反馈元件，而电动机上的编码器此时仅作为速度环的反馈，这样就可以消除机械上存在的一切间隙，并且还可以对物理运动上出现的误差进行补偿，达到真正全闭环的功能，这种系统称为全闭环伺服系统，可以在一定程度上完成高精度的位置控制。

  采样—数据系统是指计算机参与闭环控制的伺服系统，其输入往往是上位机生成并经过插补的参考指令，输出是转轴的角位移或工作台的线. 为啥说插补器是整个数控系统控制系统软件的核心。

  插补精度和插补速度直接决定了数控系统的控制精度和加工速度，所以，插补器是整个数控系统控制系统软件的核心。

  85. 在机电一体化系统模块设计中，“路径”和“轨迹”这两个概念之间有什么区别？P234

  轨迹是代表在空间直角坐标系或机器人连杆坐标系统中坐标的位置——时间曲线。

  86. 除扫描工作机制外，PLC控制与通用微型计算机控制还有哪些区别。18.10 P263

  （2） 微型机与外部连接时，需要专门的接口电路板，而PLC带有各种专门的I/O模块；

  由服务程序、通信窗口、内部执行程序、逻辑方程求解、I/O扫描等个五部分组成。

  88. 简述OMRON C系列PLC的比较器指令是怎样进行两个数的比较操作的。P273

  当输入端为 ON 时，比较器开始工作（1 分），将比较后的结果输出至标志位（1 分）。 标志位包括大于、等于和小于三个（1 分），符合其中某一个条件的时候相应的标志 位置 ON（1 分），便于进行后续控制（1 分）

  西门子S7系列PLC具有体积小、速度快、通信能力强、可靠性高、功能全面等优点。

  由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）模块和受控机器或过程组成。

  PLC 一般会用扫描工作制，即：检测输入变量，求解当前的控制逻辑以及修正输出指令，都是按照定义和设计，连续和重复进行的。

  PLC描写顺序控制的编程方法有：语句表、流程图、顺序功能图、状态图、过程定时图以及逻辑语句。

  PLC是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用其内部存储器存放用户设计的程序指令，而这些指令用来实现逻辑运算、顺序操作、定时、计算及算术运算并通过数字或模拟输入/输出来控制各类型的机械和过程。

  1. 处理机与电关系常采用替代机械系统、简化机械系统、 增强 机械系统和综合机械系统的设计思想。

  2. 由计算机网络将计算机辅助设计、计算机辅助规划以及计算机辅助制造连成的系统称为计算机 集成制造 系统。

  3. 机械传动主要有齿轮、蜗杆传动， 丝杠螺母 传动和谐波传动三种形式。☆☆☆

  4. 根据传感器与被测对象之间的能量转换关系可将传感器分为能量转换型和能量控制型两类。热电偶温度计属于能量 转换 型传感器。

  7. 机电一体化系统的软件模块包括系统的操作指令和预先定义的各种算法，负责控制 微机算计 模块工作。

  9. 在选择PWM功率放大器的开关频率时，开关频率必须远大于各环节的 共振 频率。

  10. 系统输入和输出满足线性叠加原理的系统称为 线. 接口模块在系统内大多数都用在各级之间的 信息 传递。

  12. 液体动压支承工作原理是 斜板承载 机理；若两平面之间的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而能够承载。

  13. 感应同步器是一种应用电磁感应原理来测量 位移 的高精度检测元件。

  14. 在选择PWM功率放大器的开关频率时，开关频率必须比系统通频带大 10 倍以上。

  16. 机电一体化系统中测量模块输入参数是确定 机械受控 模块性能的物理变量。

  18. 在机电一体化系统中，被测量主要是一些 机械 量，如位移、速度、加速度、力(扭矩)等。

  20. 机电一体化产品设计中需要贯彻的设计思想是整体系统、机电融合 和注重创新。

  24. 在PWM放大器中，同一桥臂的两个晶体管多工作在 反 相状态，即当一个导通，另一个就关断。

  25. 步进电机按形状区分，有 旋转 式和 直线. 步进电动机又称为 脉冲 电动机。

  27. 柔性制造系统是指将计算机 数控 机床、工业机器人以及自动导引车连接起来的系统。

  28. 不满足线性叠加原理的系统称为 非线. 机电一体化系统对传感器的性能要求包括稳定性、 准确性 、快速性、可靠性以及经济性。

  31. 永磁式步进电动机由于转子为永久磁钢，所以断电有 定位 转矩，消耗功率小。

  34. 导轨副用于引导运动部件的走向，保证执行件的正确运动轨迹。导轨副包括运动导轨和 支撑 导轨两部分。

  35. 传感器和测量系统的性能由输出——输入关系特性描写。通常分为三类：

  36. 在力、扭矩和压力传感器中，首先，由 弹性敏感 元件把力、扭矩、压力等被测参量变换成相应的位移和应变，然后，再配合各种形式的转换原件转换成电信号输出。

  37. 不需要任何中间转换机构就可以将电能直接转换成直线运动的电磁驱动装置是 直线. 步进电动机单极性驱动电路中，单极性驱动电路中续流二极管的作用是在功率晶体管关断时，为相绕组提供一条 续流 回路。

  45. 距角特性是在不改变控制绕组通电状态下，电磁转矩与转子转角 之间的关系

  47. 线性系统的输入和输出满足线. 齿轮系经常用于伺服系统的 减速增矩 ，往往由数对啮合齿轮组成减速器。

  49. 在定义传感器的性能时，若被测量在量程范围内连续变化，输出不是连续地变化，而是以离散阶梯形式变化，则该阶梯定义为 分辨率 。

  50. 根据允许信号无畸变通过的频带，滤波器分为低通滤波、高通滤波、 带通 滤波及带阻滤波。

  52. 在负载转矩小于启动转矩的条件下，步进电动机不失步启动的最高脉冲频率称为 启动 频率。

  53. 步进电动机单极性驱动电路中，相绕组上一般串联限流电阻的作用是减少相绕组的 电气 时间常数。

  55. 伺服系统输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩定义为伺服系统的 刚度 。

  56. 闭环伺服系统由 控制器 、受控对象、反馈测量装置以及比较器等部分组成。

  58. 全闭环控制系统反馈测量元件通常采用直线感应同步器和直线. 位置反馈传感器安装在伺服电机轴上，用以间接测量工作台位置的系统是 半 闭环位置伺服系统。

  61. 数字控制机床工作台系统中，位置传感器安装在输出轴上，用于直接测量工作台移动的系统称为 全闭 环系统。

  63. 具有位置环的伺服系统中，其位置环的反馈采样取自伺服电动机轴上的编码器，对传动链上的间隙及误差不能补偿克服，只能形成 半 闭环的位置控制管理系统。

  64. 伺服系统输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩定义为伺服系统的 刚度 。

  65. 全闭环系统反馈元件是直线. 自动导引车在平面上运动，一般都具有 2 个运动自由度。

  67. 机电一体化系统中，“路径”和“轨迹”严格地说是有区别的，路径只代表与轨迹有关的 位置 信息。

  68. 对于机电一体化系统，理想的 运动 指令生成是很重要的。它常常代表一个系统的“智能”水平。

  70. 按照控制水平，通常用于物料搬运作业的机器人属于 点位 控制机器人。

  71. 按照所要完成的制造任务不同，机器运动控制分为点位控制和连续 路径 控制。

  73. 通用工业机器人通常具有6个自由度，一般要求 闭 环控制以实现和保持希望的直角坐标轨迹。