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二、简答题 4、机电一体化系统由哪五大内部功能？各功能的具体作用是什么？p7 主功能：对物质、信息、能量及其相互结合进行变换、传递和存储； 动力功能：向系统提供动力，使系统得以运转功能； 计测功能和控制功能是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，实现“目的功能”构造功能：使构成系统的子系统、元部件维持所定的时间和空间相互关系所必需的功能。 5、设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常提出哪些要求？ 低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。P23 6、各级传动比的分配作用则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ 输出轴转角误差最小原则：为了提高机电一体化系统齿轮传动系统的传递运动的精度，各级传动比应按先小后大原则分配，一遍降低齿轮加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。P39 7、简述滚动导轨副应满足的基本要求：导向精度、刚度、耐磨性和工艺性。P60 8、机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？ 惯量小、动力大；体积小、重量轻；便于维修和安装；宜于微机控制。P92 9、简述步进电机工作原理？ 如教材图例所示如果先将电脉冲加到A相励磁绕组定子A相磁极就产生磁通并对转子产生磁拉力使转子的1 3两个齿与定子的A相磁极对齐 而后再将电脉冲通入B相磁绕组B相磁极便产生磁通这时转子2 4两个齿与B相磁极靠的最近于是转子便沿着逆时针方向转过30度角使转子2 4两个齿与定子B相磁极对齐。如果按照A→C→B→A……的顺序通电步进电机讲沿顺时针方向一步步地转动。 答：（1）各组成部分的作用：? ??G1——前置放大；G2——功率放大，驱动?伺服电动机运转；? ??G3——伺服电动机，作为系统的执行元件，?带动工作台运动；? G4——齿轮传动装置，将电动机转子的运动以传动比i1传递给丝杠； ?G5——齿轮传动装置，将丝杆的运动以传动比i2传递给位置传感器的检测轴； ?G6——位置传感器，检测滚珠丝杠的角位移量，并反馈回系统输入端； ?G7——测速发电机，检测伺服电动机转子的转速，并反馈回功放输入端。??? （2）系统的传递函数数学模型 6试分析论述机电一体化系统稳态设计、动态设计的目的，重点研究哪些重要指标参数？ 答：（1）稳态设计的目的及重点研究指标参数? ??目的是保证系统达到功能要求，包括使系统的输出参数、执行元件（如电动机）的参数、功率（或）转矩的匹配、过载能力等达到技术要求。?重点研究的指标参数有负载的综合定量数值（如质量、转动惯量、力、转矩等）；执行元件的等效负载转矩、等效惯性负责转矩、电动机轴上的总负载转矩等；各级减速比；伺服系统放大器,输出级的输出阻抗、效率、时间常数，放大器的放大倍数等；系统各部分的传递函数；工作台进给系统的阻尼比、主谐振频率等。?（2）动态设计的目的及重点研究指标参数? ??目的是设计校正补偿装置，使系统满足动态技术指标要求。? ??可以根据系统传递函数分析系统的稳定性、系统的过渡过程品质（响应的快速性和振荡）及系统的稳态精度，从而研究系统的动态特性。具体表征系统动态特性好坏的定量指标就是系统过渡过程的品质指标，在时域内，这种品质指标一般用单位阶跃响应曲线中的参数来表示，即：???Ts—上升时间；Ty—延滞时间；Tt—调整时间；σ%—最大超调量。 7、在机电一体化系统的动态设计中，叙述所增加PID调节器内各环节的调节特点，试分析控制系统中增加PID调节器的主要作用是什么？ 答：（1）PID调节器各环节的调节特点:比例（P）环节使一阶滞后的时间常数减小，加快系统响应速度，比例调节作用的大小主要取决于比例系数，比例系数愈大调节作用愈强，动态特性也愈好，但存在调节误差，而且比例系数太大，会引起系统不稳定；?积分（I）环节可以减少或消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的控制量总是用来消除稳态误差的，直到积分的值为零，控制作用才停止。但它将使系统的动态过程变慢，而且过强的积分作用使系统的超调量增大，从而使系统的稳定性变坏；?微分（D）环节有微分作用，微分的控制作用跟偏差的变化速度有关，微分控制能够预测偏差，产生超前的校正作用，它有助于减少超调，克服振荡，使系统趋于稳定，并能加快系统的响应速度，减少调整时间，从而改善了系统的动态性能。微分作用的不足之处是放大了噪声信号。（2）控制系统中增加PID调节器的主要作用??作为系统的校正环节，主要起到改善系统的稳态性能和动态性能的 3、简述步进电机工作原理，并推导出步进当量的计算公式 答：（1）工作原理：?图示三相反应式步进电动机，定子有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即有A-A′、B-B′、C-C′三相，磁极上绕有励磁绕组。转子具有均匀分布的四个齿，当A、B