国家开放大学《机电一体化系统综合实训》综合练习1-4参考答案.doc

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1、国家开放大学机电一体化系统综合实训综合练习1-4参考答案综合练习1一、名词解释 (每小题4分，共20分)1、闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。2、逆变器是将直流电变成交流电的电路。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。4、敏感元件是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。5、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。二、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型机总线? ( )A. 4位B. 8位C. 16位D. 32位 2、具有某种智能功能的工业机器人属于( )。 A. 第一代机器人B. 第

2、二代机器人 C. 第三代机器人D. 第四代机器人 3、计算机集成制造系统的英文缩写是( )。 A. CIMB. CIMSC. CAQD. 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. 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（ ）。 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（ ）、液压式和气动式等。 A 电气式B 电磁式 C 磁阻式D 机械式 7、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ ）决定转角位移的

3、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 8、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 9、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 10、机电一体化的核心是（ ） A. 动力部分B. 检测部分C. 控制器D. 接口 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。 3、在SPWM变频调速系统中，通

4、常载波是（等腰三角波）， 而调制波是（正弦波）。 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。6、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。 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）。 8、直接差分法有（向前差分法）和（向后差分法）两种。 四解答题 (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。参考答案：（1）机械本体（2）动力与驱动（3）传感测试部分（4

5、）执行机构（5）控制及信息处理单元2、简述伺服系统的结构组成。参考答案：（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？ 参考答案：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4、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?参考答案：系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。5、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？ 参考答案：（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。 （2）泄漏电流

6、低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。 （3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。 （4）利用光电耦合方式实现载波调制，可获得10kHz带宽，但其隔离性能不如变压器耦合6、DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？ 参考答案：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。 参考答案：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T，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

7、度为U、宽度为，如右图所示。电枢两端的平均电压为： 式中= /T=Ud/U，(0 1) 为导通率（或称占空比）。 当T不变时，只要改变导通时间为，就可以改变电枢两端的平均电压Ud。当为从0T改变时，Ud由零连续增大到U。8、用软件进行“线性化”处理时，采用计算法的原理是怎样的？ 参考答案：当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序，被测参数经过采样、滤波和标度变换后直接进入计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。 在实际工程上，被测参数和输出电压常常是一组测定的数据。这时如仍想采用计算法进行

8、线性化处理，则可应用数字上曲线拟合的方法对被测参数和输出电压进行拟合，得出误差最小的近似表达式。综合练习2一、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。2、测量是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。3、系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便 用户使用计算机的软件。4、永磁同步电动机以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机。5、伺服控制伺服

9、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。二、判断题 (每小题2分，共10分)1、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（） 2、伺服控制系统的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。（）3、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。（）4、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

10、位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（）5、FMC控制系统一般分三级，分别是单元控制级、整体控制级和设备控制级。（） 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）、（伺服传动技术）和（系统总体技术）六个方面。2、机电一体化产品中需要检测的物理量分成（电量）和（非电量）两种形式。3、机械结构因素对侍服系统性能的影响有（阻尼）、（摩擦）、结构弹性变形、（惯量）间隙的影响。 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。 5、伺服系统的基本组成包括（控制

11、器）、（执行环节）、（检测装置）、（比较环节）。 6、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。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)1、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?参考答案：系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。2、步进电动机常用的驱动

12、电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机?参考答案：单极驱动、双极驱动、高低电压驱动、斩波电路驱动。细分电路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？ 参考答案：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。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？ 参考答案：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确

13、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？ 参考答案：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

14、。五、综合应用题 (共15分)1、分析扩展的EPROM2764的地址范围及工作原理 参考答案：0000H1FFFH 由于EA接地故PC指针由外部0000H开始执行,74LS373为地址锁存器用于锁存来自P0口的EPROM的地址的低8位,P2口提供EPROM的地址的高5位.P0口分时用作数据传输口。综合练习3一、名词解释 (每小题4分，共20分)1、检测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。2、响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。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

15、一块集成芯片上构成一个完整的计算机。4、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。二、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）、（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

16、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），缺点：（接线多）、（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。 三、选择题 （每小题2分，共20分）1、机电一体化的核心是（ ） A. 动力部分B. 检测部分C. 控制器D. 接口 2、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. 微分部分B. 积分部分 D. 比例部分D. B和C3、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（ ）。 A. 加工系统B. 物料系统

17、C. 能量系统D. 信息系统 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、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（ ） 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、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( )A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm7、直流测速发电机输出的是与转速 ( )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 8、检测环节能够对输出进行测量，并转换成

18、比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和（ ）。 A 控制电路B 转换电路C 调制电路D 逆变电路9、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ ）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 10、STD总线是一个通用工业控制的多少位微型机总线? ( )A. 4位B. 8位C. 16位D. 32位 四、简述题 （每小题5分，共25分) 1、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。 参考答案：软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波软件“陷井”软件“看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用监控定

19、时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行 。2、机电一体化系统对支承部件的要求是什么？参考答案：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，应按伺服系统的具体要求来设计和选择支承部件。 机电一体化系统对支承部件的要求是：精度高、刚度大、热变形小、抗振性好、可靠性高，并且具有良好的摩擦特性和结构工艺性。3、简述开环控制伺服系统和闭环控制伺服系统的特征。参考答案：（1）开环伺服

20、系统，结构上较为简单，技术容易掌握，调试、维护方便，工作可靠，成本低。缺点是精度低、抗干扰能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的机电一体化系统。 （2）闭环伺服系统，采用反馈控制原理组成系统，具有精度高、调速范围宽、动态性能好等优点，缺点是系统结构复杂、成本高等。一般用于要求高精度高速度的机电一体化系统。4、计算机控制系统由哪两部分组成？参考答案：（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。5、提高系统可靠性，应从哪几个方面考虑？ 参考答案：（1

21、）提高系统各组成元、器件的设计、制造质量及系统的装配质量；（2）采用容错法设计；（3）采用故障诊断术，提高系统的可维护性。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。 参考答案：采样过程是用采样开关（或采样单元）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。量化过程（简称量化）就是用一组数码（如二进制码）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

22、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?参考答案：输入脉冲频率为：20KHz 步距角为：3.6综合练习4一、名词解释 (每小题4分，共20分)1、DMA外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU。2、中断为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费大量时间去查询各外围设备的状态了。而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，

23、CPU又返回来执行原来的程序。3、静压轴承静压轴承从外部油源给轴瓦提供压力油，使球磨机进、出料端的大轴在高压油膜的作用下浮起，与轴瓦无直接接触，处在液体磨擦状态，从而极大地降低了起动力矩和旋转阻力矩。4、感应同步器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。5、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。二、填空题 （每空分，共20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

24、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）。 3、计算机控制系统的类型包括（操作指导控制系统）、（直接数字控制系统）、监督控制系统、（监督计算机控制系统）、（分级计算机控制系统）。 4、实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1）（计算机软件），2）（硬件分配），3）（专用环形分配器）。 5、接口的基本功能主要有（变换）、放大、（耦合）。 6、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（摩擦小）、（度大）、（振性好）、（隙小）、并满足小型、轻量等要求。 7、拟定机电一体化系统的设计方案的方法有（取代法）、

25、组合法、（整体法）。 三、选择题(每小题2分，共20分)1、 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？（ ） 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 2、A/D转换接口属于( )。 A. 人机接口B. 检测通道 C. 控制通道D. 系统间通道 3、 STD总线是一个通用工业控制的多少位微型机总线? ( )A. 4位B. 8位C. 16位D. 32位 4、具有某种智能功能的工业机器人属于( )。 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 5、 目前大部分工业机器人都采用多少

26、级机器人控制？（ ） A. 一级B. 二级C. 三级D. 四级 6. 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称 ( )A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.工业机器人 7. 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 8. 以下可对异步电动机进行调速的方法是（ ）。 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 9. 执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为 ( )、液压式和气动式等。 A 电气式B 电磁式 C 磁阻式D 机械式 10. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（）。 A

27、.1s2B.0s 1C.-1s1D.-1s0四、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？ 参考答案：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

28、。 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?参考答案：步距误差：步距误差直接影响执行部件的定位精度。 最大静转矩：是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩，它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。 启动矩一频特性：空载时步进电动机由静止突然启动，并不失步地进入稳速运行所允许的最高频率称为最高启动频率。启动频率与负载转矩有关。 运行矩频特性：步进电

29、动机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定执行部件的最大运行速度。 最大相电压和最大相电流：分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。3、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？ 参考答案：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。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式、

30、螺纹调隙式、齿差调隙式。4、简述直流伺服电机两种控制的基本原理。参考答案：直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即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；另一种是励磁磁场控制，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。 采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额

31、定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。5、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。 参考答案：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。五、综合应用题(共15分)1、编写程序：单片机读P1.0的状态,把这个状态传到P1.7指示灯去，当P1.0为高电平时指示灯亮,低电平时指示灯不亮,采用中断完成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。 参考答案：ORG 0000HAJMP MAIN；上电自动转向主程序ORG 0003H；外部中断0入口地址AJMP WINT；指向中断服务子程序ORG 0100H；主程序MAIN：SETB IT0；选择边沿触发方式 SETB EX0；允许外部中断0 SETB EA；CPU允许中断HERE：AJMP HERE；主程序踏步以下是中断服务子程序；ORG 0200HWINT：MOV A，#OFFH MOV P1，A；设输入态 MOV A，P1；取开关数 RR A；PI.0送PI.7 MOV P1，A；输出驱动灯泡发光 RETI；中断返回 END