机械专业机电一体化系统设计基础试题

中央广播电视大学2003—2004学年度第一学期“开放本科”期末考试

机械专业机电一体化系统设计基础试题

2004年1月一、填空(每空2分，共20分)

L机电一体化产品按用途可以划分为

和

2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、——和——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

————原则。

4．典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、——和

——等部分构成。

5．传感器的静态特性能数主要有——、——二——————、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?

2．机电一体化相关技术有哪些?

3．转动惯量对传动系统有哪些影响?

4．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。

5．简述A／D、D／A接口的功能。

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?

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?

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。

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‘

(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。

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)

中央广播电视大学2003—2004学年度第一学期“开放本科”期末考试

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)

2004年1月一、填空[每空2分，共20分)

L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．控制软件硬件接口

3．前小后大

4．电源输入／输出接口

5．灵敏度线性度

二、简答题(每题4分，共20分)

1．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．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．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．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．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.(10分)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．(10分)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．(12分)解：

(1)计算负载力(4分)

负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成

(1)高速端测量

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)低速端测量

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)

解：可以使用工业PC机或者单片机完成系统的控制。具体可以有下三种方案：

(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。

试卷代号：1118

中央广播电视大学2003—2004学年度第二学期“开放本科”期末考试

机械(过)专业机电一体化系统设计基础试题

2004年7月一、填空(每空2分，共20分)

1．机电一体化系统常用的能源有——、——和——。

2．市场预测的方法主要有——和——。

3．在小功率传动链中，为使总的重量最小，各级传动比分配应遵守——原则。

4．典型的可编程控制器由编程器、——、——、电源和输入／输出接口等部分构成。

5．传感器的静态特性参数主要有灵敏度、线性度、——和——。

二、简答题(每题4分，共20分)

1．测试传感部分的作用是什么?

2．对控制及信息处理单元的基本要求是什么?

3．机电一体化产品对机械传动系统有哪些要求?

4．简述STD总线的工作模式。

5．简述机电一体化产品设计的工程路线(主要步骤)。

三、分析题(20分)

1．1．画出工业PC机基本组成框图，并说明工业PC机与普通信息处理计算机的主要区别。

(12分)

2．2．如图所示的系统，试分析传感器的误差对输出精度的影响。(8分)

四、计算题(24分)

1．1．已知图示丝杠螺母驱动系统，工作台的质量m=100kg，丝杠螺距t＝8mm，丝杠长度L＝0．5m，中径为d＝48mm，材料密度为P=7．8X103kg／m3，齿轮传动比i＝2，两齿轮的转动惯量分别为了J z1=1．2X10-4kg·m2，J z2＝1．9X10-3kg·m2。试求折算到电机轴上的总等效惯量了。?(14分)