机电一体化系统设计试卷(整合版)
机电一体化系统设计试卷(整合版)
〔一〕一、填空〔每空2分,共20分〕1 .机电一体化产品按用途可以划分为办公机电一体化产品、产业机电一体化产品、民用机电一体化产品2 .限制及信息处理单元一般由限制计算机、限制软件和硬件接口组成.3 .在小功率传动链中,为使总的折算惯量最小,各级传动比分配应遵守前小后大原那么.4 .典型的可编程限制器由编程器、微处理器、贮存器、电源和输入/输出接口等局部构成.5 .传感器的静态特性能数主要有灵敏度、线性度迟滞和重复精度.二、简做题〔每题4分,共20分〕1 .为什么采用机电一体化技术可以提升系统的精度？答：机电一体化技术使机械传动局部减少,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,限制,补偿和校正因各种干扰因素造成的误差,从而提升精度.2 .机电一体化相关技术有哪些？答：机电一体化相关技术有：机械技术,计算机与信息处理技术,系统技术,白动限制技术,传感器测试技术和伺服驱动技术.3 .转动惯量对传动系统有哪些影响？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.4 .简述机电一体化产品设计中,详细设计的主要内容. 答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体及工具设计；限制系统设计：程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计.5 .简述A/ D> D/ A接口的功能. 答：A/ D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数字量. D/A接口是将二进制数字量转换成电压信号.三、分析题〔20分〕1 .数控机床限制系统如下图,试说明图中的各个局部属于机电一体化系统巾的哪一个根本要素？解答：图中各部可分为：〔1〕限制及信息处理单元：键盘、计算机、显示；〔2〕测试传感部分：光电编码器、信号处理；〔3〕能源：电源；〔4〕驱动局部：功放、电机；〔5〕执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台2 .试分析图示传动系统中,齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响？解答：齿轮传动链位于电机之后, 前向通道的闭环之外, 其传动误差的低频分量和高频分量都不能通过闭环限制来消除,都会影响输出精度.输;』I输入一变换k限制_,a伺服电机传感器四、计算题〔24分〕1.如下图电机驱动系统, 为10m/ s2',丝杠直径为工作台的质量为m=50kg负载力为F1= 1000N,最大加速度d=20mng导程t=4mm齿轮减速比为i=5,总效率为？=30%,忽略丝杠惯量的影响,试计算电机的驱动力矩.第ao、向服电机解：〔1〕计算负载力负载力由外负载力、惯性负载力两局部构成外负载力Fj - ICOON惯拄负载力尺久10aFOXIOFOON<2〕电机上的负载力矩为噌・(H + FG*1 w r4><y• <1000+500) * R乙TT U.3 63Nm2..2分)解:2.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动,工作台的行程L=250mm丝杠导程t = 4mm齿轮减速比为i=5 ,要求工作台位移的测量精度为o. 005mm忽略齿轮和丝杠的传动误差〕.〔1〕试采用高速端测量方法,确定旋转编码器的每转脉冲数解答：设传感器的每转脉冲数为, n,每个脉冲对应工作台的位移为AT 一〔工〞由测度4L=o. 005mm»那么 历会"品丽脉冲/转选取舞=200光电编码器,那么理论测量精度〔2〕假设将传感器与丝杠的端部直接相连, n o =500脉冲/转的旋转编码器是否合用.解答：传感器直接与丝杠连接,与减速比无关五、综合题〔16分〕电机驱动的三自由度位置限制系统, 单个自由度的驱动系统如下图,确定整系统的限制方案、画出限制系统原理图.〔至少提出两个方案〕〔1〕工业PC 机集中限制方案： 用一台工业PC 机对三个自由度实现集中限制, 包括任务治理和三个自由度的伺服限制,系统原理图如下., 4 △L=*^=0・°D4V0Q05满足题目要求. 筑村滚谎鬻舟"二五=靠砺=8.°脉冲/转可知〞.=500脉冲/转的编码器不合用.工业PC机(2)工业PC机、单片机分级限制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信,对三个单片机实现治理,每个单片机负责一个自由度的伺服限制,限制系统原理图如下.工业PC 机通信猥口单片机1 单片机2 弟片M3自由度1 自由度2 自由度3J(3)单片机、单片机分级限制方案：用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信,对三个从单片机实现治理,每个从单片机负责一个自由度的伺服限制,限制系统原理图如下.评分标准：正确答复出三种方案之中的任意两个即可得总分〔二〕一：名词解释1机电一体化机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术, 以系统为出发点的最正确功能价值的系统工程技术.2伺服限制伺服限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限制系统.3闭环限制系统闭环限制系统是指具有反应的限制系统.4逆变器逆变器是将直流电变成交流电的电路.5 SPWM SPWM^指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PW瞰形.6单片机它是把组成微机的CPU存储器I/O接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成芯片上构成一个完整的计算机.7 I/O接口I/O接口电路也简称接口电路.它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件〔电路〕.它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用.8 I/O通道也称为过程通道.它是计算机和限制对象之间信息传送和变换的连接通道.9串行通信串行通信是数据按位进行传送的.在传输过程中,每一位数据都占据一个固定的时间长度,一位一位的串行传送和接收.串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式.10直接存储器存取〔DMA硬件在外设与内存间直接进行数据交换〔DMA而不通过CPU五、简做题1 .试简述光电式转速传感器的测量原理. 光电式转速传感器是一种角位移传感器,由装在被测轴〔或与被测轴相连接的输入轴〕上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成.光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上.当缝隙圆盘随被测轴转动时,由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同,因此圆盘每转一周,光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲,根据测量单位时间内的脉冲数N,那么可测出转速为n〕皿Zt 式中Z ------------- 圆盘上的缝隙数；n ------- 转速〔r /min〕 ; t 测量时间〔s〕.2 .试述可编程限制器的工作原理. 可编程限制器有两种根本的工作状态,即运行〔RUN 和停止〔STOP状态.不管是在哪种状态, PLC都是反复不断地重复进行,直至PLC停机.在每次循环中,假设处于运行〔RUN状态,可编程限制器完成5个阶断.假设处于停止〔STOP 状态,PLC也要循环进行内部处理和通信效劳.3 .在模拟输入通道中,采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？为什么？由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作, 因此,在转换过程中,模拟量不能发生变化,否那么,将直接影响转换精度.采样/保持器〔SamPLE/Hold〕就是使在A/D转换时,保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化. 模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器.当输入的模拟量信号变化缓慢时,也可省去采样/保持器.4 .柔性制造系统的主要特点有哪些？〔1〕柔性高,适应多品种中小批量生产；〔2〕系统内的机床工艺水平上是相互补充和相互替代的；〔3〕可混流加工不同的零件；〔4〕系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；〔5〕多层计算机限制,可以和上层计算机联网；〔6〕可进行三班无人干预生产.5步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么？步进电动机又称电脉冲马达,是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机, 本钱较低,易于采用计算机限制, 且比直流交流电动机组成的开环限制系统精度高,因而被广泛应用于开环限制的伺服系统中.步进电动机驱动电路实际上是一个功率开关电路, 为使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作,提供的足够功率的限制信号.6.伺服限制系统一般包括哪几个局部？每局部能实现何种功能？伺服限制系统一般包括限制器、被控对象、执行环节、检测环节、比拟环节等个五局部. 比拟环节是将输入的指令信号与系统的反应信号进行比拟, 以获得输出与输入间的偏差信号, 通常由专门的电路或计算机来实现；限制器通常是计算机或PID限制电路；其主要任务是比照拟元件输出的偏差信号进行变换处理,以限制执行元件按要求动作；执行元件按限制信号的要求,将输入的各种形式的能量转化成机械能, 驱动被控对象工作,机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等.被控对象是指被限制的机构或装置, 是直接完成系统目的的主体,一般包括传动系统、执行装置和负载；检测环节指能够对输出进行测量,并转换成比拟环节所需要的量纲的装置,一般包括传感器和转换电路.六、解做题〔每题5分,共40分〕1 .简述一个典型的机电一体化系统的根本组成要素. 机械本体；动力与驱动；传感测试局部；执行机构；限制及信息处理单元.2 .直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？偏心轴套调整法；双片薄齿轮错齿调整法3 .简述机电一体化对机械系统的根本要求及机械系统的组成. 对机械系统的根本要求：高精度；快速响应；良好的稳定性. 机械系统的组成：传动机构；导向机构；执行机构.4 .简述在微机限制系统中I/O限制方式及I/O接口的编址方式.程序限制方式、中断限制方式、直接存储器存取方式. 独立编址；与储存器统一编址.5 .简述伺服系统的结构组成. 比拟环节；限制器；执行环节；被控对象；检测环节.6 . DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？输入工作方式：直通方式；单缓冲方式；双缓冲方式. 输出工作方式：单极性输出；双极性输出.7.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 ,转子有24个齿,求：1 〕步进电机的步距角；2 〕脉冲电源的频率.1）K=2; M=5, Z=24; a =360/2*5*24=1.5 o 2〕f=400Hz2〕七、计算题1 .某光栅传感器,刻线数为100线/mm,设细分时测得莫尔条纹数为400,试计算光栅位移是多少毫米？假设经四倍细分后,记数脉冲仍为400,那么光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？2 .假设12位A/D转换器的参考电压是±2 .5V,试求出其采样量化单位q .假设输入信号为1V,问转换后的输出数据值是多少.八、综合应用题〔每题15分,共30分〕分析下列图差动螺旋传动原理设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同,且导程分别为％和P h2.2为可动螺母当螺杆转动中角时,可动螺母2的移动距离为l-R-PJ 〔1〕如果P h1与4相差很小,那么L很小.因此差动螺旋常用于各种微动装置中.假设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反,那么当螺杆转动邛角时,可动螺母2的移动距离为. 中一,一、l = 2K〔Ph1 P12〕⑵可见,此时差动螺旋变成快速移动螺旋,即螺母2相对螺母1快速趋近或离开.这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中.〔三〕二、简做题〔本大题共8小题,每题4分,共32分〕1 .机电一体化的所谓“ 4A 革命〞是指什么？ 〔4分〕 工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、社会效劳自动化.2 .机电一体化设计中,“增强机械系统〞的设计思想是什么?将正常设计的机械与闭环限制回路相组合, 性,有关的部件可以做得更轻、惯量更小.3 .试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点. 滚珠丝杠螺母副是一种高精度的传动装置. 磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点.由于滚珠丝杠螺母副具有运动摩擦小,便于消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益处.缺点：不能自锁,用于升降传动时需另加锁紧装置. 4 .他励式直流电动机电枢接额定电压情况下空载运行, 如果励磁线圈忽然断线,电机是否会停转？为彳f 么？ 〔4分〕不会.假设励磁绕组断开,励磁电流为零,主磁通会迅速下降,因感应电动势很小,电枢电流 迅速增大,超过额定值,转速会迅速上升至非常大,造成“飞车〞 . 5 .怎样限制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向？〔4分〕步进电动机是脉冲电动机, 它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,输出轴转动一步.因此,输出的角位移正比于输入脉冲的个数,转速正比于输入脉冲的 频率,转向取决于各相绕组通电的顺序〔相序〕.6 .什么叫做步距角？它与哪些因素有关？假设系统的步进电动机选定以后, 还想进一步减小步距角,可采用何种方法？〔4分〕步进电动机每输入一个脉冲,转子转动一步,每步转过的角度称为步距角＜1分〕用公式表示为二=式中3为转子齿数,小为绕组相数一■为通电方式系数:单拍制1= 1,双拍制£ = 2.由 公式可知也与成反比.即4、阳一•越大山越小,电机运行越平稳＜2分〕当电机选 走以后,乙即固定不变.要想减小缶可选用双拍制3= 2〕运行,或进一步采用减速传 朗或细分驱动41分〕7 .在实际系统中,数字 PID 限制器的两种实现方式是什么？ 〔4分〕〔1〕在双传感器系统中, PI 由微处理机位置限制器实现, D 的作用由测速机负反应实现〔2〕在单个位置传感器的系统中,PID 由微型机单独实现.〔2分〕8 .机器人根据限制水平可以分为哪三种类型？哪一类机器人运动限制水平最高？ 〔4分〕第一类为点位限制机器人； 第二类为连续路径限制机器人； 第三类为限制路径机器人. 限制路径机器人代表最高运动限制水平.三、计算题〔本大题共4小题,每题5分,共20分〕1.题图所示为双波传动谐波齿轮减速器的原理图.：柔轮的齿数为200,刚轮的齿数为〔4分〕可以实现增强机械系统的运动速度、 精度以及柔 〔4分〕它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋, 具有202,波发生器的转速为 1280r/min .求：(1)刚轮固定、波发生器输入时,柔轮输出的传动比. (2)刚轮固定、波发生器输入时,柔轮输出的转速. (3)柔轮固定、波发生器输入时,刚轮输出的转速.(5分)(0刚轮固定,波发生器输入时,柔轮输出的传动比： i =--4 --------------------- - ------------- 100 HR Z 艮一注 200-202(2)刚轮固定、波发生器输入时,柔轮输出的转速：:依=岁------ -- =-12. 8(r/min)iHR - WO(3)柔轮固定、波发生器输入时,刚轮输出的转速：十==2..0° X 1280 4 12. 67(r/min) Z G iiiU a2题图所示,：Ui=12V ,R=9k Q ,电位器共长60mm ,现测出Uo(t)=4V,试问电位器活动 端现移动到什么位置？(5分)厂=里.•521口L ： 49 = = 2义9乂展=6(kC)18 6 •寸 60 X 6 小 、 品’又 - k =20(mm)电位器浩劫端移动到自左向右40mm 处a3 .四相步进电动机,转子 50个齿.假设单拍制的最大静转矩为 0.1N • m,试计算双拍制运行时的启动转矩Tst 和裕量角9r . (5分)ni = 4十乙= 50.丁加=0,1N - t = 2故起动转矩 T 然-1'° ■ = 0. Itos = o. 092N • mnit 4 X d 裕量角 A= 180"— 应=180" 一震g =180'-4S 6 = 13T?iu 4 X』4 . 〔5 分〕〔1分〕〔2分〕〔2分〕〔2分〕〔2分〕〔1分〕某直流电机伺服系统结构如题22图所示,巳知：丁附==0.05-K = 4R,K,Kt = 0. IN ・ m/A,K 【=0. IV ・ 5/Md,K p = WV/^d.求:〔1〕丁& = 0* D02N • m 时,系统的稳态误差;〔2〕伺服刚度K R O答23图〔2〕采样期间模式限制开关S 闭合7n 是高增益放大器,它的输出通过开关6给保持电容快速充电,使采样保持器的输出随输人变化.〔2分〕2.一台他励直流电动机,额定电压为 440V,额定电流为76.2A ,额定转速为1050r/min,电枢 绕组电阻为0.393 ◎试计算电动机白^堵转转矩 Tb 为多少〔N • m 〕 ? 〔6分〕l/Fv 0.002；( T M rFl) + K p /K f ,~^T \氏 K, K< K0.002 = ■反吗=0.0D8(md) U. J. X J. u〔2〕伺服刚度 K R ==%1 j.l .= 0. 2s 〔N • m/rad 〕四、简单应用题〔本大题共3小题,每题6分,共18分〕1.采样保持器的作用是在 A/D 进行转换期间保持采样输入信号大小不变. 试绘制出表示采样保持器的根本电路原理图并进行说明.〔6分〕〔3分〕〈2痴〔1〕采样器电路原理图〔4分〕⑴ T /(S )=反忆'KT*,) ； KjKjU =0-002模式限制所以比=4轨―76二2 =0. 39 X 察=3. 726( Vs/rad) (2 分) 1050 X 需2%故匕=3. 726(N ・m/A) (2 分)K =六4 =沼含乂4例=4171.6(N • m) (2 分) N .. 3933. (6 分)采用数字微分分折法产生某常速度分布情况的限制指令信号方案"立置存放器I 和速度存放器V的字长为16位带符号小数,V中的二进制小数为000000010100111^04 冲频率为10000Hz,『存放器的初始内容为0,试求：(15P存放器产生第一个溢出脉冲时所箫的加法次数.(2)完成58册〃次加法所输出的脉冲数.V = 00000D01010011k = 167 X 2-LS= 0.0050964356 脉冲/加P中产生第一个溢出脉冲所需加法次数为也=〔=0,005*64356 = 196.22N = 197完成$88647次加法所输出的脉冲数为X ZJ吸=588647 • V = 588647 X 0. 0050964356 = 3000. 002、=3000脉冲五、综合应用题(本大题共2小题,每题10分,共20分)1 .(10 分)某位置反应系统如题28图所示,：电动机时间常数T=0.2s,%=CUV")陨=400(r/min)/V = 0.57(£, miiT L♦3),求：一生=0时,系统的最大超调量3%和调整时间4侬A =±2%计算)；(2)欲使系统具有最隹阻尼比,增设转速负反应校正,确定〃的值；13)校正后,系统的开环增益K及单位速度输入时的稳态误差.口ISI 〔2分〕Q分〕〔1分〕〔1“、_ %〔工〕_ % K? R/ 1 _ 100 0〔0 / + VT+ K L KJ^/T*+5H+100Lth = 10〔5,］,2 行必—2 X X 10 —5 ,二W = 0. 25.% = 100^ 7~ = 100 X 八-=45%「i = 10 x\ 25 = L6〔s〕〔2〕增设转速负反应校正后,系统传递函数政_1= 风 &- = ____________________________________ 100________ J + 〔1 + M〞s/T+ K L IG K"T / + SCI + 400.、+ 100叫=106TJ,最正确阻尼比-：=0. 7072hn = 2 X 0. 707 X 1.= 14. 14 = 5〔1 + 40.2:.曰—04 00475 V/〔r * min'L〕〔3〕校正后,系统开环传递函数-KMGK"a 十小〕«_ <1+ T,s/<1 + J<2〕］Ki K? K3_ 0.1X400X65 _ ,凸“ 一人TT^7 = 1 + 0. 00475 X 40.=' 9°0〕单位速度输入时的稳态误差M = = =/=0.】4㈤2 .设计某机构按要求动作的PLC限制系统动作要求：按一次起动按钮,机构上升至限定位置,停3s,自动下降至原位后自动停. 〔提示；原位置,上升限定位置采用行程开关检测.〕设计任务：〔1〕列出PLC系统资源分配表；〔2〕画出梯形图.〔1〕资源分配表0.00起动按钮〔动合〕0.01上限位行程开关〔动合〕0.02原位行程开关〔动合〕10.00电机上升〔正转〕继电器10.01电机下降〔反转〕继电器〔1分〕〔2分〕〔1分〕〔1分〕〔2分〕开环增益K =〔四〕三、选择题 〔每题2分,共10分〕 4.顺序限制系统是根据预先规定的次序完成一系列操作的系统,顺序限制器通常用 〔C〕A.单片机B. 2051C. PLCD, DSP5、伺服限制系统一般包括限制器、被控对象、执行环节、比拟环节和 检测环节 等个五部分.〔D 检测环节〕6: 一个典型的机电一体化系统,应包含以下几个根本要素: 1 .A 机械本体 B 动力与驱动局部 C 执行机构 7、机电一体化系统〔产品〕开发的类型 〔A B C 〕A 开发性设计B 适应性设方fC 变参数设计 8、机电一体化系统〔产品〕设计方案的常用方法 〔A B CD 〕C 组合法D 其它. A B C D 〕C 高效率D 高可靠性.A B C D 〕C 滤波D 接地和软件处理等方法 11.受控变量是机械运动的一种反应限制系统称〔B.伺服系统 〕12 .齿轮传动的总等效惯量随传动级数〔A.增加而减小〕13 .滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和〔B.外循环反向器式 〕⑶梯形图 6分〕0W4HO11V1Till皿1. 小〕2. 3. 般说来,如果增大幅值穿越频率 加速度传感器的根本力学模型是 齿轮传动的总等效惯量与传动级数3 C 的数值,那么动态性能指标中的调整时间 〔A 阻尼一质量系统〕 〔C.在一定级数内有关ts 〔 B 减A B C D 〕D.限制及信息处理局部D 其它A 取代法B 整体设计法 9、机电一体化的高性能化一般包含〔 A 高速化 B 高精度 10、抑制干扰的举措很多,主要包括〔A 屏蔽B 隔离14 .某光栅条纹密度是100条/mm,光栅条纹间夹角0 =0.001孤度,那么莫尔条纹的宽度是〔C 〕A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm15 .直流测速发电机输出的是与转速〔C.成正比的直流电压〕16、伺服限制系统一般包括限制器、被控对象、执行环节、比拟环节和—D—等个五局部. A换向结构B转换电路C存储电路D检测环节17、检测环节能够对输出进行测量,并转换成比拟环节所需要的量纲,一般包括传感器和---------- B转换电路18、以下可对异步电动机进行调速的方法是__ B改变电动机的供电频率19、执行元件：能量变换元件,限制机械执行机构运动,可分为__A电气式―、液压式和气动式等.20、步进电动机,又称电脉冲马达,是通过—B脉冲的数量决定转角位移的一种伺服电动机. 21步进电动机,又称电脉冲马达, 是通过〔B脉冲的数量决定转角位移的一种伺服电动机.22对于交流感应电动机,其转差率s的范围为〔 B.0<s 1 〕.23 .PWM指的是〔 C.脉宽调制〕.24 . PD称为〔 C.比例积分〕限制算法.25 .在数控系统中,复杂连续轨迹通常采用〔A.插补〕方法实现.〔五〕判断题1、伺服限制系统的比拟环节是将输入的指令信号与系统的反应信号进行比拟,以获得输出与输入间的偏差信号. 〔V 〕2、电气式执行元件能将电能转化成机械力,并用机械力驱动执行机构运动.如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等. 〔X 〕3、对直流伺服电动机来说,其机械特性越硬越好. 〔V 〕4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移,步距角越小,位移的限制精度越低. 〔X 〕5、伺服电机的驱动电路就是将限制信号转换为功率信号,为电机提供电能的限制装置,也称其为变流器,它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换. 〔,〕6、变流器中开关器件的开关特性决定了限制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标. 〔V 〕7、伺服限制系统的比拟环节是将输入的指令信号与系统的反应信号进行比拟,以获得输出与输入间的偏差信号. 〔V 〕8、感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件,有直线和圆盘式两种,分别用作检测直线位移和转角. 〔V 〕9、数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等,它们的共同特点是利用自身的物理特征,制成直线型和圆形结构的位移传感器,输出信号都是脉冲信号,每一个脉冲代表输入的位移当量,通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸. 〔V 〕10、FMC限制系统一般分二级,分别是单元限制级和设备限制级. 〔V 〕11直线运动导轨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. 〔V 〕12 .滚珠丝杆不能自锁. 〔,〕13 .D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式. 〔V 〕14同步通信是以字符为传输信息单位.〔X 〕15异步通信常用于并行通道.〔X 〕16 .查询I/O方式常用于中断限制中.〔X 〕17 .串行通信可以分为以下四种方式：1〕全双工方式；〔V 〕2〕半双工方式；〔V 〕3〕同步通信；〔V 〕4〕异步通信. 〔, 〕18在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口. 〔X 〕19滚珠丝杆不能自锁.〔,〕20无论采用何种限制方案,系统的限制精度总是高于检测装置的精度.〔X 〕21异步通信是以字符为传输信息单位.〔V 〕22同步通信常用于并行通信.〔X 〕23无条件I/O方式常用于中断限制中.〔X 〕24从影响螺旋传动的因素看,判断下述观点的正确或错误〔1〕影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差〔V 〕〔2〕螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素〔V 〕〔3〕螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素〔V 〕〔4〕温度误差是影响传动精度的因素〔V 〕。
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基础试题
机电一体化系统设计基础试题一、填空题1.控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件电路接口组成。
2.机电一体化产品按用途可以划分为民用机电一体化、半工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先小后大原则。
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？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，使输到信息处理单元。
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）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型分析，总体方案设计，总体方案的评审和评价，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？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。
5.转动惯量对传动系统有哪些影响？在传动系统中，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。
6.为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？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。
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。
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。
机电一体化系统设计试题及答案
一、名词解释(每小题2分，共10分)1. 测量2.灵敏度3. 压电效应4. 动态误差5. 传感器二、填空题（每小题2分，共20分)1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：_内旋换和外循环2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___ _______，__________，__________ ，__________。
3. 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________。
4. 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_______________________。
5. 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。
6. 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_____________。
7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。
8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。
9. 复合控制器必定具有__________________________________。
10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。
三、选择题（每小题2分，共10分）1. 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ts ( )A. 产大B. 减小C. 不变D. 不定2. 加速度传感器的基本力学模型是A. 阻尼—质量系统B. 弹簧—质量系统弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统3. 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. PLC5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。
(完整版)机电一体化系统设计试题与答案
一、填空题(每空1分，共20分)1．滚珠丝杆中滚珠的循环方式有、两种。
2．机电一体化系统,设计指标和评价标准应包括、、、3．在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下,首先应保证系统的，并尽量高伺服系统的响应速度.4．。
实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是、、。
5．抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、、、、合理布局和软件抗干扰技术。
6．机电一体化系统一般由______________、_____________、接口、__________________、_____________、______________等部分组成.7．机电一体化系统(产品）设计类型大致可分为________________、适应性设计、________________。
二、简答题（每题5分,共30分）1、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电耦合器，光电耦合器的作用有哪些2、什么是三相六拍通电方式？3、简述PWM脉宽调速原理。
4、简述香农采样定理。
5、什么叫传感器？它是由哪几部分组成的？6、步进电动机常用驱动电路中功率放大电路有哪几种类型?三、计算题（共20分）(将本题答案写在答题纸上）（一）、（10分）三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电,要求电动机转速为120r/min ，输入脉冲频率为多少？步距角为多少?（二)、（10分） 光栅传感器,刻线数为100线/mm,设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位 移是多少毫米?若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？ 四、综合分析题(共30分)（一)、分析、说明如图所示计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理。
(二）、伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能?一、填空题（每空1分，共20分)1、内循环、外循环2、性能指标 系统功能 使用条件 经济效益3、稳定性4、 1）采用计算机软件分配器 2）小规模集成电路搭接的硬件分配器 3）专用模块分配器5、隔离 滤波 接地6、机械本体 动力与驱动 执行机构 传感器检测部分 控制及处理部分7、开发性设计 变参数设计二、简答(每题5分,共30分）1. （1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。
《机电一体化系统设计》试卷
XX大学XX学院XXXXX-XXXX学年第X学期《机电一体化系统设计》试卷班级学号姓名一、填空题：（每空1分，共20分）1、机电一体化是与有机结合的产物。
2、开发性设计是在既没有又没有的情形下，根据，按照要求进行的设计。
3、滚珠丝杠副的传动效率高达，为滑动丝杠副的倍。
4、启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的。
5、对步进电动机进给系统中齿轮传动装置进行传动比分配的原则是。
6、据齿轮系传动比最佳分配条件，简化的最佳速比分配关系为。
7、在开环步进电机-丝杠系统中，传动比大小与系统步进电机的有关。
8、滚珠丝杠螺母副的结构类型有和两类。
9、计算齿轮传动系统时非随机载荷的采用法。
10、数字式传感器检测系统的传感器输出信号为信号。
11、当传感器的输出信号是电参数形式时，需要采用电路，将其转换成形式。
12、采样信号变成连续信号必须经过和才能完成。
1、机电一体化与英文单词（）A.Mechanics一致B.Electronics一致C.Mechatronics一致D.Electric-Machine一致2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下（）A.对现有系统进行局部更改的设计B.根据抽象设计原理对系统性能要求进行设计C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计D.根据抽象设计原理进行局部更改的设计3、柔性化是在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，（）A.无须改变硬件只改变软件就可以B.无须改变软件只改变硬件就可以C.既要改变硬件又要改变软件才行D.既不改变硬件又不改变软件4、滚动直线导轨副的承载能力是平面滚道形式的（）A.23倍B.13倍C.4倍D.33倍5、齿轮传动的总等效惯量随传动级数( )A.增加而减小B.增加而增加C.减小而减小D.变化而不变6、在设计滚珠丝杠副时所要求的硬度HRC（）A.越小其硬度系数就越小B.越大其硬度系数就越小C.越大其硬度系数就越大D.大小与其硬度系数无关7、偏心轴套调整法是采用偏心轴套的旋转来改变（）A.两齿轮轴向位移量以消除齿侧间隙B.齿轮之间的中心距以消除齿侧间隙C.两齿轮相对旋转的角位移消除间隙D.两薄片齿轮之间垫片厚度以消除间隙8、滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，其动摩擦力与静摩擦力之差（）A.极大B.极小C.为零D.为无穷大9、齿轮传动机构采取消隙措施，可以消除齿侧间隙及其造成的（）A.换向误差B.换向死区C.换向冲击D.换向阻力10、滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截面形状有（）A.单圆弧型面和抛物线型面B.双圆弧型面和椭圆弧型面C.抛物线型面和椭圆弧型面D.单圆弧型面和双圆弧型面11、导轨截面为矩形截面的滚动导轨承载时其受力（ ）A .上下方向相等但左右不等B .上下左右各方向大小相等C .上下方向不相等但左右相等D .上下左右各方向大小均不相等12、滚珠丝杠副为单圆弧型面螺纹滚道时，其接触角随轴向负荷（ ） A .增大而减小 B .增大而增大 C .减小而增大 D .减小而减小13、为了提高齿轮传动系统度精度，并使机构紧凑，各级传动比（ ） A .应按“前大后小”次序分配 B . 应按“前小后大”次序分配 C . 必须相等 D .应与伺服系统匹配14、频率调制是让一个高频载波信号的频率随（ ）A .调制信号而变化的过程B .调幅信号而变化的过程C .载波信号而变化的过程D .调频信号而变化的过程15、滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（ ）A.K 2所对应的频率B.2K所对应的频率 C.2K所对应的频率 D.K 2所对应的频率16、调频波的解调可以先将调频波变换成（ ）A .调幅波后进行幅值检波B .调频波后进行幅值检波C .调频调幅波后进行幅值检波D .调相调幅波后进行幅值检波17、共模抑制比就是（ ）A .共模增益与差模增益之比B .闭环增益与开环增益之比C .开环增益与闭环增益之比D .差模增益与共模增益之比18、滤波器的带宽是指滤波器两（ ）A .固有频率之间的频率范围B .截止频率之间的频率范围C .谐振频率之间的频率范围D .穿越频率之间的频率范围19、为保证闭环数字控制系统的稳定性（ ）A .1－Φ（z ）的零点必须包含G （z ）的所有不稳定零点B .1－Φ（z ）的极点必须包含G （z ）的所有不稳定零点C .Φ（z ）的零点必须包含G （z ）的所有不稳定零点D .Φ（z ）的极点必须包含G （z ）的所有不稳定零点20、控制系统极点在z 平面单位圆外时，对应的暂态响应是（ ） A .衰减或振荡衰减的 B .发散或振荡发散的 C .不变或等幅振荡的 D .衰减或等幅振荡的三、简答题：（共30分）1、简述机电一体化的概念。
机电一体化系统设计试卷4+解答
《机电一体化技术》试卷 (四)考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共2页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释（每题2分共10分）1、机电一体化2、柔性制造系统3、静态设计4、系统软件5、感应同步器二、填空题（每空１分，共3０分）1、对伺服系统的技术要求是____________、____________、____________、___________。
2、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：____________、____________。
3、计算机控制系统的类型包括________________________、_______________________、监督控制系统、________________________。
4、拟定机电一体化系统（产品）设计方案的方法通常有____________、____________、____________。
5、接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。
6、对直线导轨副的基本要求是_________________________、_____________________、____________________、__________________和平稳。
7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理___________、_____________、____________、____________、并满足小型、轻量等要求。
8、伺服系统的基本组成包括______________ 、_____________________、检测装置、____________________。
9、工作接地分为_______________、______________。
10、STD总线的技术特点_________________、______________、______________________、高可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（一）一、填空(每空2分，共20分)1.机电一体化产品按用途可以划分为办公机电一体化产品、产业机电一体化产品、民用机电一体化产品2．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。
3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守前小后大原则。
4．典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、电源和输入／输出接口等部分构成。
5．传感器的静态特性能数主要有灵敏度、线性度迟滞和重复精度。
二、简答题(每题4分，共20分)1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?答：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。
2．机电一体化相关技术有哪些? 答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动控制技术，传感器测试技术和伺服驱动技术。
3．转动惯量对传动系统有哪些影响?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。
4．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。
答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体及工具设计；控制系统设计：程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。
5．简述A／D、D／A接口的功能。
答：A／D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数字量。
D／A接口是将二进制数字量转换成电压信号。
三、分析题(20分)1．已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的哪一个基本要素?)解答：图中各部可分为：（1）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示；(2)测试传感部分：光电编码器、信号处理；(3)能源：电源；(4)驱动部分：功放、电机；(5)执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台2．试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响?解答：齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低频分量和高频分量都不能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。
四、计算题(24分)1．如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=50kg负载力为F1＝1000N，最大加速度为10m／s2’，丝杠直径为d＝20mm，导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，总效率为ŋ=30％，忽略丝杠惯量的影响，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．已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm，丝杠导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的测量精度为o．005mm(忽略齿轮和丝杠的传动误差)。
(1)试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数解答：设传感器的每转脉冲数为，n，每个脉冲对应工作台的位移为满足题目要求。
(2)若将传感器与丝杠的端部直接相连，n。
=500脉冲／转的旋转编码器是否合用。
解答：传感器直接与丝杠连接，与减速比无关可知”。
＝500脉冲／转的编码器不合用。
五、综合题(16分)已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示，确定整系统的控制方案、画出控制系统原理图。
(至少提出两个方案)(1)工业PC机集中控制方案：用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制，系统原理图如下。
(2)工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。
(3)单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。
评分标准：正确回答出三种方案之中的任意两个即可得满分。
（二）一：名词解释1机电一体化 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，以系统为出发点的最佳功能价值的系统工程技术。
2伺服控制 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。
3闭环控制系统 闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。
4逆变器 逆变器是将直流电变成交流电的电路。
5 SPWM SPWM 是指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形。
6单片机 它是把组成微机的CPU 、存储器I/O 接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成芯片上构成一个完整的计算机。
7 I/O 接口 I/O 接口电路也简称接口电路。
它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。
它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。
8 I/O 通道 也称为过程通道。
它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。
9 串行通信 串行通信是数据按位进行传送的。
在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。
串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。
10直接存储器存取（DMA ）硬件在外设与内存间直接进行数据交换（DMA ）而不通过CPU五、简答题1. 试简述光电式转速传感器的测量原理。
光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。
光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。
当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N ，则可测出转速为 Zt Nn 60 式中 Z ——圆盘上的缝隙数； n ——转速(r ／min)；t ——测量时间(s)。
2. 试述可编程控制器的工作原理。
可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN ）和停止（STOP ）状态。
不管是在哪种状态，PLC 都是反复不断地重复进行，直至PLC 停机。
在每次循环中，若处于运行（RUN ）状态，可编程控制器完成5个阶断。
若处于停止（STOP ）状态，PLC 也要循环进行内部处理和通信服务。
3. 在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？为什么？由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。
采样/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。
模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。
当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。
4. 柔性制造系统的主要特点有哪些？（1）柔性高，适应多品种中小批量生产；（2）系统内的机床工艺能力上是相互补充和相互替代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；（5）多层计算机控制，可以和上层计算机联网；（6）可进行三班无人干预生产。
5 步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么?步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机，成本较低，易于采用计算机控制，且比直流\交流电动机组成的开环控制系统精度高，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。
步进电动机驱动电路实际上是一个功率开关电路，为使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，提供的足够功率的控制信号。
6. 伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能？伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等个五部分。
比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号，通常由专门的电路或计算机来实现；控制器通常是计算机或PID控制电路；其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作；执行元件按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体，一般包括传动系统、执行装置和负载；检测环节指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。
六、解答题(每小题5分，共40分)1．简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。
机械本体；动力与驱动；传感测试部分；执行机构；控制及信息处理单元。
2．直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？偏心轴套调整法；双片薄齿轮错齿调整法3．简述机电一体化对机械系统的基本要求及机械系统的组成。
对机械系统的基本要求：高精度；快速响应；良好的稳定性。
机械系统的组成：传动机构；导向机构；执行机构。
4. 简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。
程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。
独立编址；与储存器统一编址。
5．简述伺服系统的结构组成。
比较环节；控制器；执行环节；被控对象；检测环节。
6．DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？输入工作方式：直通方式；单缓冲方式；双缓冲方式。
输出工作方式：单极性输出；双极性输出。
7. 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。
1) K=2; M=5, Z=24; α=360/2*5*24=1.5º 2)f=400Hz2) 七、计算题1. 某光栅传感器，刻线数为100线/mm ，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？2. 若12位A/D 转换器的参考电压是 ± 2 .5V ，试求出其采样量化单位q 。
若输入信号为1V ，问转换后的输出数据值是多少。
八、综合应用题 (每小题15分，共30分)分析下图差动螺旋传动原理设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为P h1和P h2。
2为可动螺母当螺杆转动ϕ角时，可动螺母2的移动距离为)(212h h P P l -=πϕ （1）如果P h1与P h2相差很小，则 L 很小。
因此差动螺旋常用于各种微动装置中。
若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动ϕ角时，可动螺母2的移动距离为 )(212h h P Pl +=πϕ （2） 可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母1快速趋近或离开。