机电一体化复习资料(修改).doc

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1、综合练习 (一)一、名词解释(每小题4分，共20分)1. 机电一体化: 从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。2. 传感器 : 是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。3. 伺服控制系统 : 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。4. 可靠性 : 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。二、填空题 （每小题1分，共20分)2.伺服系统中，通常采用 负载角加速度最大 原则选择总

2、传动比，以提高伺服系统的 响应速度。3机身结构设计中，肋板的布置形式可分为 纵向肋板 、横向肋板和斜置肋板三种。4某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角=0.001孤度， 则莫尔条纹的宽度是_20mm_。 5柔性制造系统可分为四个系统，分别为 加工系统 、物料系统 、能量系统 和 信息系统 。 6从电路上隔离干扰的三种常用方法是: 光电 隔离，变压器 隔离，继电器 隔离。 7工作接地分为_一点接地 、多点接地。8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_0.02_。 三、选择题 （每小题2分，共20分） 1. STD总线是一个通用工业控制的多少位微

3、型机总线? ( B ) A. 4位 B. 8位 C. 16位 D. 32位 2. 加速度传感器的基本力学模型是 ( A )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3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数 ( C ) 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. A/D转换接口属于( B )。 A. 人机接口 B. 检测通道 C. 控制通道 D. 系统间通道 5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（ D ） 等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路 D检测环节 6受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称

4、 ( B )A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 7滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( B )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 8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 9具有某种智能功能的工业机器人属于( B )。 A. 第一代机器人 B. 第二代机器人 C. 第三代机器人 D. 第四代机器人 10由存储、输送和装卸三个子系统组成的系统属于柔性制造系统中的（ B ）。 A. 加工系统 B. 物料系统 C. 能量系统 D. 信息系

5、统 四、简述题 （每小题5分，共25分) 1步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?答：单电源驱动电路 双电源驱动电路 斩波限流驱动电路2机电一体化系统应包括的基本要素有哪些？并指出各要素所对应的功能。 答：机械本体：使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。 动力部分：按照机电一体化系统的要求为系统提供能量和动力使系统正常运行。 检测部分：把系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，送往控制装置，经过信息处理后产生相应的控制信息。 执行机构：根据控制信息和指令完成所要求的动作。 控制器：根据系统的状态信息和系统

6、的目标，进行信息处理，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行。 接口：各子系统之间进行物质、能量和信息的交换、放大、传递。 4何为“可靠性指标”？如何衡量它？机电一体化系统及产品常用的可靠性指标有哪些？ 答：“可靠性指标”是可靠性量化分析的尺度。衡量可靠性高低的数量指标有两类，一类是概率指标，另一类是寿命指标 5斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？ 1）垫片调整法 2）轴向压簧调整法 综合练习 (二)一、 名词解释 (每小题4分，共20分)1、线性度 ：所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线 的程度。又称 为非线性误差。

7、2、系统精度 ：指输出量复现输入信号要求的精确程度3、自动控制 ：自动控制由控制装置自动进行操作的控制。4、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。5、霍尔效应 ：压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。二、 填空题 （每空1分，共20分)1、可编程控制器主要由_ CPU_、_存储器_ 、_接口模块_等其它辅助模块组成。 2、 采样

8、/保持器在保持阶段相当于一个“_模拟信号存储器_”。 3、按控制方法划分，伺服系统可分为开环伺服系统和闭环伺服系统系统。4、直接差分法有向前差分法 和向后差分法 两种。5、衡量机电一体化系统可靠性高低的数量指标有概率指标 和寿命指标 。6、微机控制系统中的输入与输出通道一般包括 模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道四种通道。 7、一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式 、液压式 、 气压式 和其他等四大类型。 8、STD总线的技术特点_模块化设计 、系统组成、 修改和扩展方便 、高可靠性。 三、 选择题 （每小题2分，共20分） 1、机电一体化的核心是（A ） A

9、. 动力部分 B. 检测部分 C. 控制器 D. 接口 2、在设计齿轮传动装置时，对于要求运转平稳，启动频繁和动态性能好的降速传动链，可按什么原则设计？（D ） A. 输出轴转角误差最 B. 等效转动惯量最小 C. 质量最小 D. A和B两者 3、产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率为（A ） A. 可靠度 B. 失效率 C. 平均寿命 D. 平均维修时间 4、目前大部分工业机器人都采用多少级机器人控制？（B ） A. 一级 B. 二级 C. 三级 D. 四级 5、下列不属于机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法（D ） A 取代法 B 整体设计法 C 组合法 D 个别设计法

10、 6、抑制干扰的措施很多，下列不属于的是那一项？（C ） A屏蔽 B隔离 C过滤 D接地和软件处理等方法 7、PD称为（C）控制算法。 A.比例 B.比例微分 C.比例积分 D.比例积分微分 8、对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1s2 B.0s 1 C.-1s1 D.-1s09、以下可对异步电动机进行调速的方法是（B ）。 A 改变电压的大小 B 改变电动机的供电频率 C 改变电压的相位 D 改变电动机转子绕组匝数 10、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（B ） 决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 四、 简述题

11、 （每小题5分，共25分) 1、工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。对于数据处理量大的系统，则往往采用基于各类总线结构的工控机。对于多层次、复杂的机电一体化系统，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。 3、模拟式传感器信号处理过程包括哪些环节？模拟式传感器信号处理过程包括:将非电物理量转换成电量，并经放大、滤波等一系列处理后，需经模/数变换将模拟量变成数字量，才能送入计算机系统

12、。模/数转换过程包括信号的采样/保持、多路转换（多传感器输入时）、A/D处理等过程。 4、什么是PLC的扫描工作制?即检测输入变量求解当前控制逻辑以及修正输出指令,重复进行。5、PWM的工作原理?斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制，将直流电压断续加到负载（电机）上，利用调节通、断的时间变化来改变负载电压平均值。五、综合应用题 (共15分)1、某数控机床位置控制系统的参数如下：K=35N.M/rad；fm=8N.M；f=12N.M；J=21Kg.M2；Ts-Tc=1.5N.M；求其临界转速c。（已知出现爬行时系统的临界初始相位c为70）解：根据 求得 根据则 综合练习 (三)一、

13、名词解释 (每小题4分，共20分)3、分辨力 : 传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。二 判断题 (每空2分，共20分)1、 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。（） 2、 滚珠丝杆不能自锁。（） 3、 D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（） 4、 同步通信是以字符为传输信息单位。（） 5、异步通信常用于并行通道。（） 6、 查询I/O方式常用于中断控制中。（） 7、 串行通信可以分为以下四种方式： 1）全双工方式；（） 2）半双工方式；（） 3）同步通信； （ ） 4）异步通信。 （ ） 三 填空题：(每空1分，共20

14、分)2、在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为: 电压输出 ； 电流输出 ； 频率输出 三种形式。 3、一般来说，伺服系统的基本组成为 控制器 、 功率放大器 、 执行机构 和 检测装置 等四大部分组成。 4、 在SPWM变频调速系统中，通常载波是 等腰三角波 ，而调制波是 （三相）正弦波 。 5、 实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：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。 6、 指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式： C , D ; 哪几种属于幅射耦合方式： A , B , E 。 A.静电干扰 B.磁场干扰 C.漏电干扰 D.共阻

15、抗感应干扰 E.电磁辐射干扰。 7、工业机器人的发展可划分为 三 代。 四、 简答题 (每小题4分，共20分)1、在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？数据信息、状态信息和控制信息 2、数据信息可分为哪几种？ （1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量3、有一变化量为0 16V的模拟信号，采用4位A/D转换器转换成数字量，输入到微机控制系统中，试求其量化单位q？，量化误差最大值emax？ 量化单位q1V， 量化误差最大值emax0.5V。4、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，PL

16、C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，如图所示。若处于停止（STOP）状态，PLC也要循环进行内部处理和通信服务。 5、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。 五、计算题 (每小题10分，共20分)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

17、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？ 1、 100：1=400： x=4 mm 四细分：400：1=400： x=1mm 分辨率：1400=2.5(m)2、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?K=1; M=3, Z=100; =360/1*3*100=1.2 f=600Hz综合练习 (四)一、 名词解释 （每题4分共20分）3、灵敏度 ：指在稳态下，输出的变化量Y与输入的变化量X的比值。即为传感器灵敏 度。 S=dy/dx=Y/X4、传感器 ：是一种以一定的精确度把

18、被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。二、填空题（每空分，共2分） 1、对伺服系统的技术要求是 系统精度、稳定性、响应特性、工作频率。 2、计算机控制系统的类型包括 分级计算机控制系统、直接数字控制系统、 监督控制系统、操作指导控制系统。 3、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 阻尼合理、 刚度大、 抗振性好、 间隙小、并满足小型、轻量等要求。 5、计算机在控制中的应用方式主要有 操作指导控制系统、分级计算机控制系统、监督计算机控制系统（SCC）、直接数字控制系统。 6、滚珠丝杆螺母副结构有两类：外循环插管式、 内循环反向

19、器式。三、选择题 （每小题2分，共10分） 3、某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是_C_ A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm5、检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和 _B_。 A 控制电路 B 转换电路 C 调制电路 D 逆变电路三、简答题 （每小题5分，共25分） 3、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

20、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。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、测量某加热炉温度范围为1001124，线性温度变送器输出05V，用ADC0809转换器输入到微机控制系统中，试求测量该温度环境的分辨率和精度。4 ; +2。 综合练习 (五)一、名词解释 (每小题4分，共20分)3、变频调速 : 采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式二、选择题：(每小题2分，共20分)3、计算

21、机集成制造系统的英文缩写是(B )。 A. CIM B. CIMS C. CAQ D. CAPP4、数字PID调节器中，哪部分的调节作用并不很明显，甚至没什么调节作用？（A ） A. 微分部分 B. 积分部分 D. 比例部分 D. B和C5、由存储、输送和装卸三个子系统组成的系统属于柔性制造系统中的（B ）。 A. 加工系统 B. 物料系统 C. 能量系统 D. 信息系统 6、执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为（A ）、液压式和气动式等。 A 电气式 B 电磁式 C 磁阻式 D 机械式 8、PWM指的是（C）。 A.机器人B.计算机集成系统 C.脉宽调制 D.可编程控制器 9

22、、在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（A）方法实现。 A.插补 B.切割 C.画线 D.自动 三、填空题 (每小题1分，共20分)1、在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为 ： 串行通信 和 并行通信。 2、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 稳定性 和 精度 ，并尽量高伺服系统的响应速度。 4、开环步进电动机控制系统，主要由环形分配器、功率驱动器和 步进电机 等组成。 5、应用于工业控制的计算机主要有： 1）单片机，2）PLC，3）总线工控机 等类型。 7、柔性制造系统可分为四个系统，分别为 加工系统、物料系统、能量系统和信息系统。 四解答题 (每小题5分，共

23、40分)2、简述伺服系统的结构组成。 1) 比较环节；2) 控制器；3) 执行环节；4) 被控对象；5) 检测环节。3、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：（1）直通方式 （2）单缓冲方式（3）双缓冲方式 输出工作方式：（1）单极性输出 （2）双极性输出 7、PWM脉宽调速原理。 图中的开关S周期性地开关，在一个周期T内闭合的时间为，则一个外加的固定直流电压U被按一定的频率开闭的开关S加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U、宽度为，如图所示。电枢两端的平均电压为： 式中 =/T=Ud/U，(01) 为导通率（或称占空比）。 当T不变

24、时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压Ud。当从0T改变时，Ud由零连续增大到U。综合练习 (六)一、 名词解释 (每小题4分，共20分)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。5、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。三、填空题 (每空1分，共30分)1、机电一体化技术归纳为 机械技术、 检测传感技术、 信息处理技术、 自动控制技术、 伺服传动技

25、术和 系统总体技 术六个方面。 4、对直线导轨副的基本要求是 导向精度高、 耐磨性好、 足够的刚度 、对温度变化的不敏感性和平稳。 7、按干扰的耦合模式干扰可分为静电干扰、 磁场耦合干扰、漏电耦合干扰 、 _、_等干扰类型。 8、用软件识别有用信号和干扰信号、并滤去干扰信号的方法称为 软件滤波 、识别信号的原则有 时间原则 、空间原则、 属性原则。 9、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_PLC_。四、简答题 (每小题5分，共25分)4、什么叫传感器？传感器的功用是什么？它是由哪几部分组成的？各部分的作用及相互关系如何？ 传感器是一种以一定的精确度把被测量转

26、换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。 传感器的功用是：一感二传。组成：传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。 敏感元件：直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电路参量。 基本转换电路：上述的电路参量进入基本转换电路中，就可以转换成电量输出。 传感器只完成被测参数到电量的基本转换。5、何谓计算机控制系统？采用计算机作为控制器的控制系统即为计算机控制系统，又被称为离散控制系统。计算机控制系统（离散控制系统），即系统中某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式，信号在时间上是离散的系统。

27、综合练习 (七)一、 名词解释 (每小题4分，共20分)3、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。4、静压导轨：静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，以保证两导轨面间处于液体或气体摩擦状态下工作。 5、屏蔽：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。五、 填空题（每小题分，共20分） 1、机电一体化系统中常见的轴承包括滚动轴承、 滑动轴承、 静压轴承 、磁轴承。 2、机电一体化系统一般由 机械本体

28、、 动力与驱动 、接口、执行机构、传感器检测部分、控制及处理部分 等部分组成。 3、应用于工业控制的计算机主要有单片机、 PLC 、总线工控机等类型。 4、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种 变压器隔离、 光电隔离。 5、多点接地：优点：互不干扰、接线多，缺点：复杂。 6、开环步进电动机控制系统，主要由 环形分配器、功率放大器 和 步进电动机 等组成四、简述题 （每小题5分，共25分) 2、机电一体化系统对支承部件的要求是什么？机电一体化系统中的支承部件不仅要支承、固定和联接系统中的其它零部件，还要保证这些零部件之间的相互位置要求和相对运动的精度要求，而且还是伺服系统的组成部分。因此，应按伺

29、服系统的具体要求来设计和选择支承部件。4、计算机控制系统由哪两部分组成？计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。 （1）硬件组成，计算机控制系统的硬件主要是由主机、外围设备、过程输入与输出设备、人机联系设备和通信设备等组成。 （2）软件组成，软件是各种程序的统称，软件分为系统软件和应用软件两大类。五、综合应用题 (共15分) 1、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。 答：采样过程是用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机，故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。量化

30、过程就是用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的处理方法。信号进入计算机后经其处理经D/A转换后输出。2、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?20KHz 3.6 综合练习 (八)二、填空题 （每空分，共2分） 1、机电一体化是从系统的观点出发 机械技术、 检测技术 、伺服技术信息技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统 协调工作 而建立的一门新的科学技术。 2、接口的基本功能主要有 数据格式转换、放大、通信联络。

31、三、选择题(每小题2分，共20分)2、A/D转换接口属于(B )。 A. 人机接口 B. 检测通道 C. 控制通道 D. 系统间通道 四、简答题(每小题5分，共25分)1、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

32、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。 2、什么是步进电机的使用特性?最大静转矩 启动矩一频特性 运行矩频特性 最大相电压和最大相电流 3、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。 4、简述直流伺服电机两种控制的基本原理。电枢电压控制：在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；励磁磁场控制：即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。