浙江省2003年7月机电一体化系统设计试题
机电一体化系统设计考试试题及答案
《机电一体化系统设计》课程试卷1参考答案一.填空1.通常一个较完善的机电一体化系统包含：机械本体、动力与驱动装置、执行机构、传感与检测部分和控制与信息处理五部分。
2.结构设计中的自增强原则是指在正常工作条件下，辅助效应与初始效应的作用方向相同，总效应为两者之和；在力传递原则中，力流路线越短，零件的结构刚性__越好__；卸荷皮带轮就是结构设计中应用任务分配原则的实例。
3.系统的传递函数定义为当初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
4.传感器的静态特性指标主要有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和分辨力等。
5.电感式位移传感器是通过检测电感量的变化来检测被测量的位移。
6.滚珠丝杠副中采用双螺母是为了便于螺旋副轴向间隙的调整。
7.在光栅式位移传感器中，莫尔条纹对光栅的栅距起到了放大作用。
8.谐波齿轮传动的三个主要部件是：刚轮、柔轮和谐波发生器。
9.直流伺服电机的优点是稳定性好、可控性好、响应迅速和转矩大等；无刷直流伺服电动机的优点是无换向器、可控性好和稳定性好等。
二、简述题1.在机电一体化产品的设计中常常引入现代设计方法，简述你所熟悉的一种现代设计方法的基本思想。
2.比较滚珠丝杠副中单圆弧型滚道与双圆弧型滚道的优缺点。
3.简述机电一体化产品方案设计中黑箱法的基本原理。
答案：1、例如可靠性设计。
可靠性指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。
可靠性设计作为一种新的设计方法，只是常规设计方法的深化和发展，所以机械设计等相关课程所阐明的计算原理、方法和基本公式，对可靠性设计仍然适用。
但其又有别于传统设计方法，主要表现在以下几点：①可靠性设计法认为作用在零部件上的载荷（广义的）和材料性能等都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散性质，在数学上必须用分布函数来描述；②由于载荷和材料性能等都是随机变量，所以必须用概率统计的方法求解；③可靠性设计法认为所设计的任何产品都存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答产品在工作中的可靠程度，从而弥补了传统设计方法的不足。
机电一体化系统设计试题
习题七答案1、简述干扰的三个组成要素。
干扰的形成包括三个要素：干扰源、传播途径和接受载体.2、简述电磁干扰的种类。
（1）、静电干扰（2）、磁场耦合干扰（3）、漏电耦合干扰（4）、共阻抗干扰（5）、电磁辐射干扰3、简述干扰对机电一体化系统的影响。
在机电一体化系统的工作环境中，存在大量的电磁信号，如电网的波动、强电设备的启停、高压设备和开关的电磁辐射等，当它们在系统中产生电磁感应和干扰冲击时，往往就会扰乱系统的正常运行，轻者造成系统的不稳定，降低了系统的精度；重者会引起控制系统死机或误动作，造成设备损坏或人身伤亡。
4、什么是共模干扰？共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口断的共有的信号干扰。
如图7-3所示检测信号输入A/D转换器的两个输入端上的公有的电压干扰。
5、分析在机电一体化系统中常用的抗干扰措施。
抑制干扰的措施很多，主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等方法6、什么是屏蔽技术及其分类？屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。
按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。
7、机电一体化中隔离方法有哪些？隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法8、常用的滤波器有哪些并分析他们的适用场合？滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。
由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此，当接受器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。
这时，可以采用滤波的方法，只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加以抑制。
常用滤波器根据其频率特性又可分为低通、高通、带通、带阻等滤波器。
低通滤波器只让低频成分通过，而高于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。
高通滤波器只通过高频成分，而低于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。
带通滤波器只让某一频带范围内的频率成分通过，而低于下截止和高于上截止频率的成分均受抑制，不让通过。
第六章--机电一体化系统设计试题汇总
第六章10.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间( B )A.增大B.减小C.不变D.不定11.已知f(t)，则它的拉氏变换式为( B )a s B.2sbsa+ C. bsas+2D.asbs+311. 复合控制器必定具有( D )A. 顺序控制器B.C. 正反馈D. 前馈控制器13. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间( B )A. 产大B. 减小C. 不变D.10.一般来说，引入微分负反馈将使系统动态性能指标中的最大超调量( B )A.增加B.减小C.不变D.不定11.在采样—数据系统中，执行实时算法程序所花费的时间总和最好应小于采样周期的( A )A.0.1B.0.2C.0.5D.0.86.步进电机一般用于（A）控制系统中。
A.开环B.闭环C.半闭环D.前馈11称为（B）控制算法。
A.比例B.比例微分C.比例积分D.比例积分微分13.如果增加相位裕量φm，则动态性能指标中的最大超调量σ%为（C）。
A.增大B.不变C.减小D.不能确定10．若考虑系统抑制干扰的能力，选择采样周期的一条法则是：采样速率应选为闭环系统通频带的【D 】A．5倍 B．8倍 C．10倍D．10倍以上11．在数控系统中，软伺服系统的系统增益为【B 】A．(2～5)1／s B．(8～50)1／s C．(50～100)1／s D．(120～150)1／s 10．若考虑对系统响应速度的影响，采样－数据系统中的采样周期应选为系统最小时间常数的【 A 】A．(O.1～1)倍 B．2倍 C．5倍 D．10倍11．在串联校正的比例－积分－微分()控制器中，I的作用是【 C 】 A．改善稳定性B．加快系统响应速度C．提高无静差度 D．增大相位裕量10.在最佳阻尼比条件下，伺服系统的自然频率唯一取决于【 C 】A.速度环开环增益B.电动机机电时间常数C. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之比D. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之积11在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联【A 】校正校正校正校正7．控制器中，P的作用是【 A 】A．降低系统稳态误差 B．增加系统稳定性C．提高系统无静差度 D．减小系统阻尼7．采样一数据系统中，若考虑系统的抑制干扰能力时，采样速率应为闭环系统通频带的【 A 】 A .10倍以上 B ．5倍 C .2倍 D.(0.1～1)倍 8．控制器中，P 的含义是 【 D 】 A.前馈 B.微分 C.积分 D.比例(2011 07)9.在软伺服系统中，一般认为速度环的闭环增益最好为系统的 【 】 A.0.1倍 B.2～4倍 C.5倍 D.10倍 1．控制器中，I 的作用是 【 A 】A ．提高系统误差精度B ．增加系统通频带C ．加快系统调整时间D ．减小系统伺服刚度 2.要求系统响应应以零稳态误差跟踪输入信号可采用 （C ） A.前馈控制器 控制器 C.复合控制器 D.反馈控制器3.一般说来，如果增大自然频率ωn 的数值，则动态性能指标中的调整时间将 ( B ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定4. 在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联 【 A 】 校正 校正 校正 校正5. 伺服系统的输入可以为 （B ） A.模拟电流 B.模拟电压 C.控制信号 D.反馈信号6. 伺服系统一般包括控制器、受控对象、比较器和（D ）等部分 A.换向结构 B.转化电路 C.存储电路 D.反馈测量装置7. 下列那一项是反馈控制系统 （ ） A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人8. 称为（ B ）控制算法。
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案形成性考核作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（×）2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。
（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。
（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。
A．游标卡尺B．电话C．全自动洗衣机 D．非指针式电子表2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。
机电一体化系统设计试题及答案
机电⼀体化系统设计试题及答案机电⼀体化系统设计试题课程代码：02245⼀、单项选择题(本⼤题共14⼩题，每⼩题1分，共14分)在每⼩题列出的四个选项中只有⼀个选项是符合题⽬要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
1.受控变量是机械运动的⼀种反馈控制系统称( B )A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.⼯业机器⼈2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数( A )A.增加⽽减⼩B.增加⽽增加C.减⼩⽽减⼩D.变化⽽不变3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( D )A.内循环插管式B.外循环反向器式C.内、外双循环D.内循环反向器式4.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹⾓θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( C )A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm5.直流测速发电机输出的是与转速( C )A.成正⽐的交流电压B.成反⽐的交流电压C.成正⽐的直流电压D.成反⽐的直流电压6.电压跟随器的输出电压( C )输⼊电压。
A.⼤于B.⼤于等于C.等于D.⼩于7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为( B )A.1450［r/min］B.1470［r/min］C.735［r/min］D.2940［r/min］8.右图称( B )A.直流伺服电动机调节特性B.直流伺服电动机机械特性C.直流伺服电动机动态特性D.直流伺服电动机调速特性9.计算步进电动机转速的公式为( C )A. B.T sm cos C. D. 180°-10.⼀般说来，如果增⼤幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间t s( B )A.增⼤B.减⼩C.不变D.不定11.已知f(t)=a+bt，则它的拉⽒变换式为( B )A.+bB.C.D.12.连续路径控制类中为了控制⼯具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每⼀个轴的( C )使得它们同步协调到达⽬标点。
机电一体化系统设计试题_3答案
习题三答案1. 机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？主要包括传动、支承、导轨等2. 机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？(1)齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置它，在伺服运动中的主要作用是实现伺服电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。
(2)螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。
它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。
(3)滑动摩擦导轨直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动；滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动(体滚珠、滚柱、滚动轴承等)，使导轨运动时处于滚动摩擦状态。
3. 齿轮传动间隙对系统有何影响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？(1)偏心轴套调整法；(2)双片薄齿轮错齿调整法；(3)垫片调整法；(4)轴向压簧调整法；(5)周向弹簧调整法4. 消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？偏心轴套调整法:这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿双。
片薄齿轮错齿调整法: 这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。
5. 导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。
其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。
滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体(滚珠、滚柱、滚动轴承，等使)导轨运动时处于滚动摩擦状态。
滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为0.1〜0.2 M m,而滑动导轨的定位误差一般为0〜20|J m。
因此，当要求运动件产生精确微量的移动时，通常采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便：④结构较为复杂，加工比较困难，成本较高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。
液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小(起动摩擦系数可小至0.0005）,可使驱动功率大大降低运动轻便灵活，低速时无爬行现象;②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦发热小，导轨温升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。
浙江7月自考机电一体化系统设计试题及答案解析
浙江省2018年7月机电一体化系统设计试题课程代码：02245一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。
每小题1分，共14分)1. 滚珠丝杆螺母副结构有两类：内循环反向器式和( )A. 外循环插管式B. 外循环反向器式C. 内、外双循环D. 内循环插管式2. 已知f(t)=δ(t)+3，则它的拉氏变换为( ) A. 1+S 3 B. 2S 3S 1C. S 1D. 3S 33. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括( )A. 系统功能、性能指标、可靠性B. 性能指标、经济效益C. 系统功能、性能指标、使用条件、经济效益D. 系统功能4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用( )A. 单片机B. 2051C. PLCD. DSP5. 某光栅的条纹密度是50条/mm ，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是() A. 10mm B. 20mm C. 100mm D. 50mm6. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的()，使它们同步协调到达目标点。
A. 速度和加速度B. 位置和加速度C. 位置和方向D. 位置和速度7. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz ，转速为1470r/min ，则转差率为( )A. 0.01B. 0.03C. 0.02D. 0.048. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( )A. 有关B. 无关C. 在一定级数内有关D. 在一定级数内无关9. 下图( )表示逻辑函数“异或”功能。
10. 累计式定时器工作时有( )A. 1个条件B. 2个条件C. 3个条件D. 4个条件11. 复合控制器必定具有( )A. 顺序控制器B. CPUC. 正反馈D. 前馈控制器12. 钻孔、点焊通常选用( )类型。
A. 连续路径控制B. 简单直线运动控制C. 插补运动控制D. 点位控制13. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc 的数值，则动态性能指标中的调整时间t s ( )A. 产大B. 减小C. 不变D. 不定14. 加速度传感器的基本力学模型是( )A. 阻尼—质量系统B. 弹簧—质量系统C. 弹簧—阻尼系统D. 弹簧系统二、名词解释(每小题2分，共10分)1. 线性系统2. 滚珠丝杆螺母副的传动刚度3. 测量阀值4. 直流电动机的机械特性5. 伺服系统的刚度三、简答题(每小题5分，共15分)1. 步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?2. 谐波齿轮减速器的特点。
机电一体化系统设计试题-2答案
习题二答案2-1、如何保证机电一体化系统具有良好的伺服特性？在系统设计时，应综合考其性能指标，阻尼比一般取0.5< <0.8 的欠阻尼系统，既能保证振荡在一定的围，过渡过程较平稳，过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。
设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性和快速响应性。
机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料——金属滑动导轨、滚动导轨、滚珠丝杠、静、动压导轨；静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润滑。
转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态响应都有影响。
惯量大，系统的机械常数大，响应慢。
惯量大，值将减小，从而使系统的振荡增强，稳定性下降；惯量大，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度。
惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利。
因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。
应尽量减小或消除间隙，目前在机电一体化系统中，广泛采取各种机械消隙机构来消除齿轮副、螺旋副等传动副的间隙。
2-2、机电一体化对机械系统的基本要什么？机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。
2-3、机电一体化机械系统的三大主要机构是什么？（1）传动机构、（2）导向机构、（3）执行机构2-4 机械一体化系统中伺服机构的作用是什么？伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。
机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机构变换实现对输出的速度调节。
在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。
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浙江省2003年7月机电一体化系统设计试题
课程代码：02245
一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。
每小题1分，共14分)
1.‘机电一体化’与英文单词（ ）一致。
A. Mechanics
B. Electronics
C. Mechatronics
D. Electric-Machine 2.半导体应变片的灵敏度为（ ）。
A.1+2μ
B.1+μ
C.π1E
D.1+μ+π1E 3.各种车床主轴系统回转精度的数量级为（ ）。
A. mm
B. m
C. μm
D. nm
4.谐波齿轮波发生器固定时的速比计算公式为（ ）。
A.121Z -Z Z - B.1
22Z -Z Z C.12Z Z D.1
2Z Z - 5.下列公式（ ）为电动机电磁时间常数。
A.
a a R L B. e a K U C.t e a k k J R D. B
J 6.步进电机一般用于（ ）控制系统中。
A.开环
B.闭环
C.半闭环
D.前馈 7.滚动轴承精度分成（ ）级。
A.1
B.5
C.7
D.3 8.光电编码器可识别（ ）。
A.方向
B.加速度
C.启动加速度
D.停车加速度 9.对于交流感应电动机，其转差率s 的范围为（ ）。
A.1<s<2
B.0<s ≤1
C.-1<s<1
D.-1<s<0
10.PWM 指的是（ ）。
A.机器人
B.计算机集成系统
C.脉宽调制
D.可编程控制器
11.PD称为（）控制算法。
A.比例
B.比例微分
C.比例积分
D.比例积分微分
12.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（）方法实现。
A.插补
B.切割
C.画线
D.自动
13.如果增加相位裕量φm，则动态性能指标中的最大超调量σ%为（）。
A.增大
B.不变
C.减小
D.不能确定
14.下图（）表示逻辑函数"或"功能。
二、名词解释(每小题3分，共15分)
15.变频调速
16.FMS
17.上升时间
18.顺序控制系统
19.堵转力矩
三、简答题(每小题5分，共15分)
20.半导体功率放大器件分类。
21.为什么机电系统中低速轴的转矩大？高速轴的转矩小？
22.齿轮副间隙的调整方法。
四、计算题(每小题8分，共24分)
23.二阶系统结构图如图所示：
设k1=0.4,k2=1.0,T1=1
1）求系统固有频率，阻尼比；
2）求系统增益k s；
3）求系统灵敏度k。
24.考虑x-y 平面上的直线运动路径，起始点坐标为（5，-1），终点坐标为（1，-2），设两轴最大加速度6a a max max y x ±==，试设计三次多项式样条函数点位控制指令。
25.简化布尔代数方程：F ＝AB ＋AB —＋A —B —＋A —
五、简单应用题(每小题8分，共16分)
26.绘出由感应同步器等组成的工作台闭环伺服系统框图。
27.有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min ，已知转子有24个齿，求：
1）步进电机的步距角；
2）脉冲电源的频率。
六、综合应用题(第1小题10分，第2小题6分，共16分)
28.试用PLC 设计三相鼠笼式异步电机正、反转的控制图。
要求：
1）给出主电路
2）给出PLC 的实际接线图
3）给出PLC 的梯形图
29.如图所示的机电传动系统，减速机构为两级减速箱，已知齿轮齿数之比z 2/z 1=3，z 4/z 3=5，减速机构的效
率ηc ＝0.92，各齿数的惯量分为21J =29.4Nm 2，22J =78.4Nm 2，23J =49Nm 2，24J =196Nm 2，电动机的惯量
2m J =294Nm 2，负载惯量2l J =450.8Nm 2
，负载转矩T 2=470.4Nm ，试求： 1）折算到电动机轴上的负载转矩T z
2）折算到电动机轴上的系统惯量2z J `。