机电一体化系统设计基础试题及答案
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《机电一体化系统设计基础》形成性考核册学生姓名：陶奇学生学号： 1161101206761班级： 11春机械专业：机械制造与自动化机电一体化系统设计基础课程作业（一）一、填空题1．控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口电路组成。
2．机电一体化产品按用途可以划分为民用机电一体化、办公机电一体化和产业机电一体化产品。
3．机电一体化系统设计的质量管理主要体现在质量目标管理、实行可行性设计和进行设计质量评审三个方面。
4．市场预测主要包括定期预测和定量预测方法。
5．机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、稳定性和快速响应性等方面的要求。
6．在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守前小后大原则。
7．当负载折算到电机轴上的惯量等于转子惯量时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。
8．机械传动系统中，影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程误差两种。
二、简答题1．机电一体化系统中，传感测试部分的作用是什么？机电一体化系统中传感测试部分的作用是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变为可识别的信号，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。
2．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）：拟定产品开发目标和技术规范；收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方案设计；总体方案的评审和评价；详细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机实验，测试；技术评价与审定；小批量生产；试销；正常生产；销售。
3．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。
4．影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些？影响系统传动机构动力学特性的主要因素有系统的负载变化；传动系统的惯性；传动系统的固有频率；传动系统中的摩擦与润滑。
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。
国家开放大学2022年春季学期期末统一考试机电一体化系统设计基础试题(试卷代号：1118)
试卷代号:1118国家开放大学2022年春季学期期末统一考试机电一体化系统设计基础试题一、单选题(每小题3分,共24 分)1.以下产品属于机电一体化产品的是( )A.游标卡尺B.移动电话C.3D 打印机D.数字电子表2.在机电一体化系统中,以下哪个机构不能够将旋转运动转换为直线运动?( )A.丝杠螺母B.直齿轮对C.曲柄滑块D.齿轮齿条3.需要消除斜齿轮传动的齿侧间隙，采取（）调整法使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙。
A.偏心套B.轴向垫片C.双薄片齿轮D.轴向压错齿4.幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（）A.静态特性指标B.动态特性指标C.输入特性参数D.输出特性参数5.半闭环伺服驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（）A.回程误差不影响输出精度,但传动误差影响输出精度B.传动误差不影响输出精度,但回程误差影响输出精度C.回程误差和传动误差都不会影响输出精度D.回程误差和传动误差都会影响输出精度6.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,已知转子有24 个齿,步进电机的步距角是( )A.0.6°B.1.2°C.1.5°D.2°7.采用脉宽调制(PWM)进行比例阀的控制时,是通过改变( )来控制阀门的开度A.脉冲的宽度B，脉冲的频率C.脉冲的正负D.脉冲的幅值8.智能机器人中的旋转变压器属于系统中的( )A.传感部分B.能源部分C.控制器D.执行机构二、判断题(正确的打✓,错误的打✕,每题3分共30 分)9. 机电一体化系统是在实现系统主功能的基础上,将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统。
（）10.典型的机电一体化系统应包括以下几个基本要素:械本体、动力系统检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系统,各要素和环节之间通过接口相联系。
( )11.机械传动系统的阻尼越小越好,避免系统产生振荡而失去稳定性。
国开电大2022年春季期末考试《机电一体化系统设计基础》试题及答案(试卷代号1118)
试卷代号：1118国家开放大学2022年春季学期期末统一考试机电一体化系统设计基础试题2022年7月一、单选题（每小题3分，共24分）1.以下不属于机电一体化系统主要功能的是（）。
A.控制功能B.检测功能C.电气功能D.动力功能2.为了提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应该（）。
A.增大系统刚度B.增大系统转动惯量C.增大系统的驱动力矩D,减小系统的摩擦阻力3.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm,当经八倍细分后记数脉冲为400时，光栅位移是（）mm。
A. 0. 5B. 1C. 2D. 44.以下不能实现交流异步伺服电动机调速的方法是（）。
A.改变电动机的转差率B.改变供电电压的大小C.改变电动机的供电频率D.改变电动机定子极对数5.在机电一体化系统设计开发过程中，需要编写（），实现系统功能,满足系统性能要求。
A.平台软件B.开发软件C.系统软件D.应用软件6.PID控制算法中,积分调节器的主要作用是()。
A.消除静差B.加快响应C.减小振荡D.提高稳定性7.含有微处理器,可进行程序编制或适应条件变化的接口是()。
A.物理接口B.电子接口C.主动接口D.智能接口8．在小型智能机器人的伺服驱动系统设计中应该采用的伺服技术为()。
A．液压伺服B.气动伺服C.电动伺服D.电液伺服二判断题(正确的打√,错误的打×,每题3分,共30分)9．机电一体化系统具有“智能化”的本质特征,决定了机电一体化系统的功能与结构组成。
()10.机电一体化系统的精度是由机械装置的精度确定的。
()11.虚拟样机技术采用计算机模型代替物理样机,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。
()12.传感器的敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,而转化元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号的部分。
()13.迟滞是传感器的一种静态误差,是由于在传感器的正反行程中的输出输入特性曲线不重合引起的。
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》练习题参考答案
《机电一体化系统设计》练习题参考答案一、填空题1. 开发性设计、适应性设计、变参数设计2. 转子惯量3. 滤波、电平变换、光电隔离、功率驱动4. 固有频率二、判断题题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答案√√√×√√√√××三、问答题1.答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使系统固有频率下降，容易产生谐振。
2.答：对控制及信息处理单元的基本要求：提高信息处理速度和可靠性，增强抗干扰能力，完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型化，轻量，标准化等。
3.答：减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有：适当提高零部件本身的精度；合理设计传动链，减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。
4.答：脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。
利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。
5.答：机电一体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳定性；快速响应性；还应满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。
6.答：机电一体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳定性；快速响应性；还应满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。
四、分析题1．如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=60Kg，负载力为NF,最大加速度为1200=l10m/s2，丝杠直径为d=16mm，导程t=4mm，齿轮减速比为i=5，总效率为%η，忽略丝杠惯量40=的影响，试计算电机的驱动力矩。
解：（1）计算负载力负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成2 外负载力 N F l 1200=惯性负载力m FN am F m 6001060=⨯=⋅=（2）电机上的负载力矩为NmF F t i T m l m 57.04.01)6001200(2104511)(213=⋅+⋅⨯⋅=⋅+⋅⋅=-πηπ 2. 解：（1）计算负载力负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成 外负载力 N F l1000=惯性负载力m F N am F m 5001050=⨯=⋅=（2）电机上的负载力矩为NmF F t i T m l m 63.03.01)5001000(2104511)(213=⋅+⋅⨯⋅=⋅+⋅⋅=-πηπ。
中央电大机电一体化系统设计基础考试题库
（二）选择题★开放式体系结构中的 VLSI 是指（超大规模集成电 路） ★以下移动电话不属于机电一体化产品。
★数控机床需要进行抗干扰设计。
★幅频特性和相频特性（或频率响应函数）是传感 器动态特性指标★丝杠螺母机构在闭环外，所以它回程误差和传动 误差都影响输出精度★闭环控制，齿轮减速器在前向通道，它回程误差 不影响输出精度，但传动误差影响★步进电机转动后，其输出转矩所工作频率增高而 下降 ★采用脉宽调制进行直流电动机调速驱动是，通过（一）填空题★机电一体化系统常用的能源有电源、气压源和液 压源。
★市场预测的方法主要有定期预测和定量预测。
★机电设计的质量管理主要体现在质量目标管理、 实行可行性设计和进行手机质量评审★控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软 件和硬件接口组成。
★在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分 配应遵守先小后大原则。
★机电系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、 稳定性和快速响应性等方面的要求。
★影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程 误差两种 ★对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时 减小定位时间，则必须提高系统的固有频率。
提高 固有频率和阻尼可以提高闭环系统的稳定性。
★液压系统的伺服控制元件主要有电液伺服阀和电 液比例阀 ★典型开关量 I/O 模板的 I/O 电气接口的主要功能有 滤波、电平变换、光电隔离和功率驱动。
★计算机的指令进行 D/A 转换后，需经过信号调理 环节才能驱动执行机构。
★传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路组 成。
★传感器的静态特性参数主要有灵敏度、线性度、 迟滞和重复精度。
★传感器输入特性的主要参数是输入阻抗或静态刚 度。
★执行机构，选择较大传动比可使系统的相对阻尼 系数增大，有利系统稳定。
★机电产品设计类型可分为开发性设计、适应性设 计、变参数设计三类。
★当负载折算到电机轴上的惯量等于转子质量时， 系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。
《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 ）。
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机械专业机电一体化系统设计基础试题
一、判断题(判断下列所述是否正确，正确填入“+”。
错误则填“一”号。
每题2分，共24分)
1．接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分的可靠连接。
( ) 2．数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。
( )
3．机电一体化产品的变参数设计是指改变部分结构尺寸而形成系列产品的设计。
( )
4．驱动元件的选择及动力计算是机电一体化产品开发过程理论分析阶段的工作之一。
( )
5．传动轴在单向回转时，回程误差对传动精度没有影响。
( )
6．按输出轴的转角误差最小原则，减速链传动中，从输入到输出端的各级传动比应按“前大后小”分配。
( )
7．与交流同步伺服电机一样，笼型交流异步伺服电机也可由PWM变频技术实现速度的调节。
( )
8．微机系统中，在任何给定时刻，数据流都允许沿数据总线双向传输。
( )
9．STD总线可采用总线复用技术，但不支持多处理机系统。
( )
10．TTL电平接口不能用于驱动带电气隔离的继电器。
( )
11．重复性是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。
( )
12．增量式光电编码器的输出量为脉冲信号，可以同时用于位置和速度测量。
( )二、简答题(每题6分。
共30分)
1．机电一体化系统的基本结构要素有哪些?喷漆机器人的电液伺服系统和手臂手腕分别属于其中的哪个结构要素?
2．影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些?
3．什么是步进电机的步距角?它是由哪些参数确定的?
4．简述开关量输入模板的基本组成。
5．工业PC机与个人计算机的主要差别是什么?
三、分析题(15分)
系统如图昕示．试分析齿轮机构、传感器及丝杠螺母机构的误差对输出精度的影响。
四、计算题(15分)
伺服电机驱动系统如图所示，已知齿轮减速比i=5；丝杠螺距气t s=5mm；丝杠直径d=20mm；工作台的质量为m=200kg；工作台最大线速度v=0．025m／s；最大加速度a=10m／s2，工作台与导轨之间的摩擦系数为f=0．1，传动效率η=0·7。
试求：
(1)电机的负载力矩
(2)折算到电机轴上的转动惯量(g·cm2)；(3)电机的最小额定转速。
五、综合题(16分)
采用直流电机驱动的机器人关节有两种转角和转速测量方案，方案a和方案b如图所示，传感器采用光电编码器。
试比较两种测量方案的优缺点。
机械专业机电一体化系统设计基础
试题答案及评分标准(供参考)
一、判断题(每题2分，共24分)
1．+ 2．一3．+ 4．+ 5．一6．一7．+ 8．一9．一l0．一ll．+ 12．+
二、简答题(每题6分，共30分)
1．答：机电一体化系统的基本结构要素有机械本体，能源，测试传感部分，执行机构，驱动部分，控制及信息处理单元等6项。
喷漆机器人的电液伺服系统属于驱动部分，而手臂手腕则属于机器人执行机构的一部分。
2．答：影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有：
(1)负载变化；(2)传动系统的惯性；(3)传动系统的固有频率；(4)传动系统中的摩擦与润滑。
3．答：步进电机在每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。
它由步进电机的相数、电机转子的齿数和电机的通电方式所决定。
4．答：开关量输入模板的基本组成：
外部开关设备、输入信号调理电路、输入缓冲器、输入端口译码、(STD总线)。
5．答：工业PC机与个人计算机的主要差别是：
(1)大母板改为功能插板，具有丰富的过程输入输出功能。
(2)具有良好的时实性，能够对生产过程工况变化实时监控。
(3)抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。
(4)具有丰富的应用软件。
五、绿合题(16分)解：
方案a为高速端测量方案，结构简单、易实现。
同样的测量精度要求，对编码器的测量精度要求较低。
减速器包括在闭环之外，传动误差直接影响输出精度，传动误差无法通过控制进行补偿，因此对减速器的精度要求较高。
传感器在电机尾部，布置容易，外观较好。
方案b为低速端测量方案，同样的测量精度要求，对编码器的精度要求较高，成本比方案a高；但减速器包括在闭环内，从而通过闭环来消除传动误差，对减速器的精度要求较低。
传感器安装在关节部位，布置较困难，外观蓼差。
，
在实际应用中，多采用方案a。
(3)电机最小额定转速(2分)
(2)折算到电机轴上的转动惯量(5分)
驱动力矩
摩擦负载
二、分析题(15分)
解答：
齿轮减速器位于前向通道，误差的低频分量不影响输出精度，因此允许有一定的间隙误差；而误差的高频分量影响输出精度，因此应尽量减小传动误差。
传感器位于反馈通道，误差的低频分量会影响输出精度，因此对静态精度有较高要求；而误差的高频分量对输出精度几乎没有影响，允许存在一定程度的高频噪声。
丝杠螺母机构位于闭环之后，其误差的低频分量和高频分量都会影响输出精度，因此要尽量消除传动间隙和传动误差。
四、计算题(15分)
解：(1)电机驱动力矩(8分) 惯性负载。