机电一体化系统设计期末复习题
一、选择题（每题2分，共50分）
1.那些不是结构型传感器
A.弹簧管
B.双金属片
C.水银温度计
D. 电感电容
2.那些不是物理型传感器的特点
A.无中间转换机构
B.固体传感
C.集成
D.体积大
3.哪一项不是传感器指标
A.类型
B. 容量
C.体积 B.线性度
4.下列哪项对热电偶的说法不正确
A.不能测量绝对温度
B.利用的是温差效应
C.铂电阻属于热电偶
D.需要冷端补偿
5.传感器的环境参数不包括什么
A.环境温度
B.湿度
C.冲击
D.噪音
6.传感器的基本性能参数不包括什么
A.量程
B. 灵敏度
C.动态特性
D.尺寸
7.半闭环伺服结构的特点不包括：
A.系统简单
B.稳定性好
C.调试困难
D.成本较低
8.际转速1350r/min、电源频率50Hz的交流感应电动机，其转差率是多少？
A.0.05
B.0.1
C.0.15
D.0.2
9.某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相六拍运行时步距角是多少？
A. 3°
B. 6°
C. 2°
D.1.5°
10.采用PWM驱动系统的优点不包括
A.频率高、频带窄
B.电流脉动小
C.电源的功率因数高
D.动态硬度好
11.设丝杠导程5mm，2/4相步进电机的步距角为1.8度，半步驱动时的脉冲当量为多少？
A. 0.00625mm
B.0.0125mm
C.0.025mm
D.0.05mm
12.下列哪一项不是机电一体化系统的主要构成装置
A.电子装置
B.控制装置
C.驱动装置
D.机械装置
13.下列把一项是出现低速爬行现象不稳定的主要原因
A.电压不稳定
B.非线性摩擦力
C.负载扭矩不稳定
D.润滑不良
14.滚动导轨预加负载的目的是什么
A.防止超速
B.消除间隙
C.降低噪音
D.提高刚度
15.哪项不是滚珠丝杠副的主要尺寸参数
A.公称直径
B.长度
C.导程
D.行程
16.哪项不是机械传动要满足伺服控制的主要要求
A.传动精度
B.寿命长
C. 稳定性
D.快速响应性
17.下列哪一项属于变异性设计
A.没有参照样板的设计
B.根据故障查找故障原因
C.部更改，适应性变动
D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变
18.哪项不是机电一体化产品概念设计的核心内容
A.功能
B.原理
C.结构
D.模式
19.传统的机电产品的设计注重
A.安全系数设计
B.功能设计
C.机械设计
D.电路设计
20.PI称为（）控制算法。
A.比例
B.比例微分
C.比例积分
D.比例积分微分
21.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
22.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
23、哪项不是串行通讯的特点（）。
A．数据位传送B．传输按位顺序进行
C．只需要两根传输线D．成本低但送速度慢
24、哪项不是传动机构的本质（）。
A．速度变换B．转速变换C．力矩变换D．转角控制25、开关缓冲电路使用的二极管是（）。
A．普通整流二极管B．检波二极管
C．快速二极管D．大电流功率二极管
26.下列哪一项不是DCS分布式控制系统的特点
A.具有三层结构
B.系统控制危险性分散
C.集中监视、操作和管理
D.布线简洁，系统开放
27.哪项不是固态继电器SSR的特点
A.高寿命
B.开关速度快
C.电磁兼容性好
D.有噪音
28、测速发电机在机电一体化系统中主要用作测量（）
A、交流电压
B、直流电压
C、位移量
D、转速
29、在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的三个主要要求是（）。
A．传动精度、稳定性、快速响应性B．传动精度、稳定性、低噪声
C．传动精度、高可靠性、小型轻量化D．传动精度、高可靠性、低冲击振动
30. .使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是（）
A、一端装止推轴承
B、一端装化推轴承，另一端装向心球轮承
C、两端装止推轴承
D、两端装止推轴承及向心球轮承
31. 信号采样频率Ws，信号有效频带Wc和抗混叠滤波频率Wf应满足如下关系( )
A、Wc B、Wc C、Ws < Wc < Wf D、Wf < Ws < Wc 32、直流电动机电枢绕组的阻值小说明电机（） A、特性硬 B、始动电压低 C、特性软 D、启动电流大 33、步进电动机转速与脉冲电源的关系是( ) A、与电源脉冲频率成正比 B、与电源脉冲数成正比 C、与电源脉冲宽度成正比C、与电源脉冲幅值成正比 34、绝对码盘码道数越多,则（） A、能分辨的角度越大 B、能分辨的角度越小 C、测量精度降低 D、能分辨的角度不变 35. 进行行为、结构的映射是（）设计过程, A．功能建模 B. 行为建模 C. 结构建模 D. 评价决策 36.下列哪一项不是机电产品设计的类型, A.开发性设计 B. 可靠性设计 C.适应性设计 D. 变异性设计 37.下列哪一项属于适应性设计 A.没有参照样板的设计 B.根据故障查找故障原因 C.局部更改，适应性变动 D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 38.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 A.前大后小 B.前小后大 C.前后相等 D.平方关系 39.哪项不是谐波传动部件基本组成部件 A.刚轮 B.柔轮 C.波发生器 D.行星轮 40.全闭环系统的优点是 A.精度高 B. 系统简单 C.成本较低 D.调试简单 41.如忽略电机电磁时间常数, 电压为输入量，转角为输出量时，直流伺服电机数学模型是 A.比例环节 B.一阶系统 C.二阶系统 D.积分环节 42.滚珠丝杠副的基本导程减小，可以（） A、提高精度 B、提高承载能力 C、提高传动效率 D、加大螺旋升角 43. 下列哪一项不是机电一体化系统的主功能组成（）。 A．物质、能量、信息的变换B．物质、能量、信息的传递 C．物质、能量、信息的存储 D．物质、能量、信息的融合 44. 下列哪一项是机电一体化的特性（）。 A．装置的控制属于强电范畴B．自动信息处理, C．支撑技术是电工技术 D．以机械联结为主 45.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( ) A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 46.右图称( ) 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 47.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 得它们同步协调到达目标点。 A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向 48.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( ) A.(A+A)·(B+B) B.A·B+A·B C.(A+B)·(A+B) D.A·B+A·B 49.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 50.PD称为（）控制算法。 A.比例 B.比例微分 C.比例积分 D.比例积分微分 51.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 52.步进电机一般用于（）控制系统中。 A.开环 B.闭环 C.半闭环 D.前馈 53.下列哪个不是传感器的动特性( ) A.临界速度 B.临界频率 C.稳定时间 D.分辨率 54.感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( ) A.代数和 B.代数差 C.矢量和 D.矢量差 55.在直流电机速度控制中改变电枢供电电压U(保持励磁磁通Φ不变)属于( )调速 A.恒功率 B.变功率 C.恒转矩 D. 变转矩 56、输入电压量程为-10V～+10的10位AD转换器的转换公式，-5V对应的AD输出值是（）。 A．100H B．200H C．1FFH D．7FH 57、设某光栅的条纹密度是250条/mm，要用它测出1um的位移，应采用（）细分电路。 A．1倍频B．2倍频C．3倍频D．4倍频 58、哪一项不是机电一体化系统中的测速元件（）。 A．测速发电机B．光电编码器C．应变片D．涡流传感器 59、绝对编码盘的道数为10道，则位数为10，能分辨的最小角度为（）。 A．360。/211B．360。/210C．360。/212D．360。/210 60、对RS-232C通讯方式描述正确的是（）。 A．接口的信号电平值较低，不易损坏接口电路的芯片 B．传输速率较高，在异步传输时，波特率为200Kbps C．其传输距离有限 D．只用两根线即可实现 二、判断题（本大题共10个小题，每题2分，共计20分，请使用“A对B错”答案形式）。 1.功能的等效性、各环节的互补性是机电一体化优化设计的条件。 2.系统可靠性是各组成环节可靠性的逻辑或。 3.可靠性原理是指规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。 4.工业三要素是资金、人才、技术。 5.全闭环数控机床上位置传感元件是装在执行机构上。 6.逻辑功能元包括:与、或、非、加、减、乘、除。 7.现代设计方法强调产品全寿命周期最优化。 8.机电一体化设计以强度和低压控制为中心，强调功能设计。 9.液压伺服的缺点是效率低,保养麻烦,漏油污染环境，运动形式少，成本高，有附加装置。 10.直流伺服电动机的空载转速n0与堵转矩Tb之比的绝对值越小，则电机特性越软。 11.RS-232接口在总线上允许连接多个收发器 12.为了防止采样过程信号发生频率混叠可以在采样前设置一个高通滤波器 13.液压马达为得到合适的运动速度和负载能力，一般要使用较大传动比的减速器，传动机构的尺 寸较大 14.串口通讯至少要包含物理层（硬握手电气特性）和协议层（软握手） 15.DCS分布式控制系统具有集中管理和分散控制的特点。（） 16.采用惠斯登电桥结构传感检测时，为消除温度干扰应采用的激励电源为恒压源。（） 17.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大后小原则。（） 18.电气伺服驱动装置包括直流伺服和交流伺服。（） 19.传动出现低速爬行现象不稳定的主要原因是摩擦系数和转动惯量。（） 20.连续控制系统与点位控制系统之间最主要的区别在于点位控制系统有一个插补器 21.机电产品的功能可以划分原理、结构、行为。 22.能实现顺序控制的基本功能是组合逻辑，计数器，定时器。 23.规划一个PLC控制系统的步骤为,分解被控对象和机器；建立功能规范,安全电路设计, 详细说 明操作功能，建立PLC配置图, 建立符号名表。 24.顺序控制包括以状态控制为主和以时间控制为主两类。 25.测速发电机的原理与直流电机相同 26.对于传感器的非线性，可以通过标定采用曲线拟合和线性插值的方法来提高数据精度。 27.常用的测温传感器中Pt热电阻和热电偶测量的是相对温度。 28.电液比例阀是用比例电磁铁来代替手动调节。 29.开环控制系统中，多数采用步进电机作为伺服电机。 30.产品的功能、原理、结构设计，是机电一体化产品概念设计的核心内容。 三、分析题计算题 1. 机械工业中微电子技术应用有哪些方面，及其对机电一体化设计的意义？ 2. 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0.005mm，采用高速端测量方法，采用绝对旋转编码器，则绝对码盘最少要求的道数为多少？（忽略齿轮和丝杠的传动误差）。 3．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?=30％，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。 4. 数字采样闭环控制中误差En（n=1,2,3,…），输出控制量Un（n=1,2,3,…），比例系数为Kp，微分时间常数为Td，积分时间常数Ti，采样周期为Ts，试写出数字PID调节时的控制算式？ 5. 画出集电极开路输出（OC方式）驱动继电器的电路图和相应的缓冲电路，试分析采用OC驱动的特点。 6、丝杠导程6mm，3相步进电机的步距角为1.2度，3相6拍驱动时的脉冲当量为多少？(15分)？ 7. 设直流电机电枢感抗为La，电枢内阻为Ra，转动惯量为Jm，速度电势常数Kb，电流力矩常数Ki，电压u(t)为输入量，速度w(t)为输出量时，求直流电机的传递函数？（15分） 8. 分别说明相对旋转光电编码器的A、B相和Z相表示意义，请设计旋转方向鉴别电路？ 参考答案： 一、CDCCD DCBDA BABBB BDDAC BACDC DDDAC BAABC BCBDA CADBB BCAAB CADCC ADCBC 二、ABABA BABBB BBBAA BBBBB BAAAA ABAAA 三、 1.应用方面： 1）对机器或机组系统运行参数进行巡检传感或控制 2)对机器或机组系统工作程序的控制 3)用电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构 4)节约材料 5)节能降耗 对机电一体化设计的意义： 功能模块化；封装模块化；电路（板）器件微型化；可靠性高；抗干扰能力强；结构一体化；机电产品体小、性优、价廉。 2、电机每转的工作台位移量为： 4mm/5=0.8mm 要求的每转脉冲数为： 0.8/0.005=160 27<160<28 答：绝对码盘的道数至少是8道。 3、计算负载力 负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成 （1）外负载力Fl ＝100N （2）惯性载力m F ＝ma ＝50×10＝500N 电机的驱动力矩为 N Fm Fl t i Tm 63.03 .01)5001000(2004.0511)(21=?+??=?+??=πηπ 4. 根据PID 的控制算式 dt t e K dt de K t e K t U i d p n ?++=)(/)()( 可以得到绝对算式：initial n k k i s n n s d n p n U e T T e e T T e K U ++-+=∑=-11)( 或者是增量算式： 121()(2)d s p n n n n n n s i T T Un K e e e e e e T T ---=-++-+ 5．OC 方式驱动继电器电路图和相应的缓冲电路图： 缓冲电路方式可采用并联二极管、并联RC 电路和并联压敏电阻等方法。 交流开关的缓冲主要使用并联一个RC 串连电路和并联压敏电阻的方法。 缓冲过程，例如并联二极管的缓冲电路：晶体管关断时，负载电流通过二极管续流，减轻了晶体管的负担，抑制了du/dt 和过电压。 采用集电极OC 输出的特点： 相当于开关输出。有较大电流驱动能力；能够实现“线与”功能；能够实现不同电路的接口。 6、3相6拍驱动时步进电机的脉冲当量角＝1.2／2＝0． 6。 反映在丝杠上的脉冲当量＝6／【360／0．6】＝0．01mm 7、设电机输出力矩为Mm(t)， 那么 E a (t)=K b ωm (t)； E a (s) =K b ωm (s) 整理并消去中间变量得： 1 1 )()(2++=s T s T T K s U s m m a b ω ，其中，电磁时间常数a a a R L T =，机电时间常数i a b m m K R K J T ?= ()()()()a a a a a b U s R I s L sI s E s =++()()()() m i a m i a M t K i t M s K I s =?=()()()()m m m m m d t J M t J s s M s dt ωω=?= 8. A、B两相是两组检测窄缝群，节距同光电脉冲发生器圆盘上节距相等的窄缝，但两组检测缝与圆盘上窄缝的对应位置错开1/4节距，其目的是使a,b两个光电变换器的输出信号相位上相差90。Z相是零点脉冲，可以提示被测轴已经旋转一周。 顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B波形90°；逆时针旋转时，通道A输出波形滞后通道B波形90°；光电编码器每旋转一圈，Z相输出一个基准脉冲，基准脉冲的波形中心对准通道A输出的波形中心。 采用D触发器即可实现方向鉴别，D触发器的D端和时钟端分别接A、B相信号，输出端Q 输出0和1分别对应逆时针和顺时针的旋转方向。 机电一体化系统设计期末复习题 机电一体化系统设计期末复习题 一、选择题（每题2分，共50分） 1.那些不是结构型传感器 A.弹簧管 B.双金属片 C.水银温度计 D. 电感电容 2.那些不是物理型传感器的特点 A.无中间转换机构 B.固体传感 C.集成 D.体积大 3.哪一项不是传感器指标 A.类型 B. 容量 C.体积 B.线性度 4.下列哪项对热电偶的说法不正确 A.不能测量绝对温度 B.利用的是温差效应 C.铂电阻属于热电偶 D.需要冷端补偿 5.传感器的环境参数不包括什么 A.环境温度 B.湿度 C.冲击 D.噪音 6.传感器的基本性能参数不包括什么 A.量程 B. 灵敏度 C.动态特性 D.尺寸 7.半闭环伺服结构的特点不包括： A.系统简单 B.稳定性好 C.调试困难 D.成本较低 8.际转速1350r/min、电源频率50Hz的交流感应电动机，其转差率是多少？ A.0.05 B.0.1 C.0.15 D.0.2 9.某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相六拍运行时步距角是多少？ A. 3° B. 6° C. 2° D.1.5° 10.采用PWM驱动系统的优点不包括 A.频率高、频带窄 B.电流脉动小 C.电源的功率因数高 D.动态硬度好 11.设丝杠导程5mm，2/4相步进电机的步距角为1.8度，半步驱动时的脉冲当量为多少？ A. 0.00625mm B.0.0125mm C.0.025mm D.0.05mm 12.下列哪一项不是机电一体化系统的主要构成装置 A.电子装置 B.控制装置 C.驱动装置 D.机械装置 13.下列把一项是出现低速爬行现象不稳定的主要原因 A.电压不稳定 B.非线性摩擦力 C.负载扭矩不稳定 D.润滑不良 14.滚动导轨预加负载的目的是什么 A.防止超速 B.消除间隙 C.降低噪音 D.提高刚度 15.哪项不是滚珠丝杠副的主要尺寸参数 A.公称直径 B.长度 C.导程 D.行程 16.哪项不是机械传动要满足伺服控制的主要要求 A.传动精度 B.寿命长 C. 稳定性 D.快速响应性 17.下列哪一项属于变异性设计 A.没有参照样板的设计 B.根据故障查找故障原因 C.部更改，适应性变动 D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 18.哪项不是机电一体化产品概念设计的核心内容 第1章概论 一、选择题 1 一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素（）。 A：机械本体B：动力与驱动部分 C：执行机构D：控制及信息处理部分 2、机电一体化的高性能化一般包含（）。 A：高速化B：高精度 C：高效率D：高可靠性。 3．机电一体化系统的核心是（）。 A：动力部分B：执行机构 C：控制器D：接口 4．机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（）。 A：机械本体B：动力部分 C：控制器D：执行机构 二、填空题 1、在未来机电一体化系统发展呈现，、、，、趋势 三、论述题 举例说明光机电一体化系统和机电一体化技术含义 光机电一体化系统的主要组成要素 机电一体化系统的关键技术有那些 机电一体化系统的未来发展趋势？ 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度? 四、判断题 1．机电一体化系统就是机械系统和电子系统简单合于一起的系统。 第2章机电一体化系统分析基础一多项选择题 1．光机电一体化的系统设计原则主要包括（）。 A. 机电互补原则 B. 功能优化原则 C. 自动化原则 D. 效益最大原则 E．开放性原则 2. 模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行（）处理。 A. 量化处理 B.采样离散化处理 C. 编码处理 D. 调制处理3．PCM是指（）。 A. 脉幅调制 B. 脉宽调制 C.脉位调制 D. 脉冲编码调制 4. 经采样后的信息属于（）。 A. 数字信号 B.离散化的模拟信号 C. 连续模拟信号 D. 调制信号 5. 数字信号是对时间离散模拟信号进行（）处理后得到的。 A. 量化处理 B.采样离散化处理 C. 编码处理 D. 调制处理 三填空题 1．光机电一体化的理论基础主要涉，和。 2．光机电一体化系统所涉及的信号有两类和。 四综合题 1．模拟信号与数字信号的特点是什么？ 2．论述机电一体化系统信息传输过程。 3．论述模拟信息数字化的基本原理。 第3章机电一体化系统建模与仿真 一、选择题 1. 在机械系统运动学模型建立过程中，惯性力与质量体运动的（）成正比，弹簧力与质量体运动的（）成正比，阻尼与质量体运动的（）成正比。 A.位移 B. 速度 C. 加速度 D. 摩擦 2、电路系统的动态模型建立主要是基于如下定理（）。 A：奈奎斯特定理 B：基尔霍夫电压定理 C：欧姆定理D：基尔霍夫电流定理 E：终值定理 3、机械系统动态模型建立主要是基于如下定律（）。 填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械技术和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、能源系统、传感信息系统、执行控制系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为外循环和内循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推——单推式、双推——双推式、双推——简支式、双推——自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩工作阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式（变磁阻式）步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 机电一体化复习题(附答案) 机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 SPWM 6单片机 7 I/O接口 8 I/O通道 9 串行通信 10直接存储器存取（DMA） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。 （×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件I/O方式常用于中断控制中。（×）7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（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√） （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（√）（4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 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 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 机电系统设计提纲 第1章概述 1 机电一体化概念 以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。 2 机电一体化共性关键技术 （1）精密机械技术（2）信息处理技术（3）自动控制技术（4）检测传感技术（5）伺服驱动技术（6）系统总体技术 3 机电一体化的作用及目的 作用： （1）机电一体化技术可为改造传统设备开辟新的发展途径 （2）机电一体化技术将加快机电工业赶超国际水平的步伐 （3）机电一体化技术将加速改善我国的出口产品结构 （4）机电一体化可增强企业的生产经营能力 目的： 机电一体化的目的是使产品多功能化、高效率化、高智能化、高可靠化、省材料省能源化、并使产品的结构向轻、薄、细、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化要求和生产的省力化、自动化需求。 4 机电一体化系统的基本组成要素 机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。 第三章机电一体化系统中的机械设计 1 精度（静刚度、动刚度、定位精度等）、误差概念 精度的概念 （1）准确度：用系统误差大小来表示，反映了测量值偏离真值的程度。（2）精密度：用随机误差大小来表示，反映了测量值与真值的离散程度。（3）精确度：系统误差和随机误差大小的综合反映。 （4）设计精度：指在设计时要求达到的精度。 （5）零件精度：包括零件制造的几何尺寸误差和形状位置误差。 （6）运动精度：指设备主要零部件在以工作速度运动时的精度，常用运动误差来表示。 （7）装配精度：指零部件装配后零部件或设备的尺寸和相对位置误差，包括 外形尺寸、作业位置尺寸。 （8）定位精度：指机床或仪器重要部件在运动终点所能达到的实际位置的精度，是一个评价综合性能的精度指标。 （9）重复定位精度：指运动部件沿某个坐标轴向规定位置移动，作多次双向或单向定位时，其实际位置和规定位置的偏差。 （10）几何精度：指机床、仪器在不运动或运动速度较低时的精度。综合反映零部件和组装后设备的几何形状误差和相对位置误差。 （11）传动精度：指机械传动链单向传动时，其输入端与输出端瞬时传动比的实际值与理论值之差。通常是以传动误差和空程误差来衡量。 （12）测量精度：指计量仪器或测量系统的使用精度，是一个综合性的精度指标，常用测得值与被测值的偏差程度来衡量。 （13）重复精度：指在同一测量方法及测试条件下，在不太长的时间间隔内，连续多次测量同一个物理参数，所得数据的分散程度。 （14）复现精度：指在不同的测量方法和测试条件下，以较长的时间间隔对同一物理参数作多次测量所得数据的接近程度。 （15）动态精度：指系统的动态参数误差。 误差的概念 （1）误差：对某个物理量进行测量时，所测得的数值与真值之间的差值。反映了测量值对真值的偏离程度。 （2）真值理论真值约定真值相对真值 （3）绝对误差：测得值与被测值的真值之差。 （4）相对误差：绝对误差与被测量真值之比。 （5）随机误差：在多次测量中，大小和符号都不可预定的误差。 （6）系统误差：系统误差对的大小和方向在多次测量过程中是不变的，或者是按一定规律变化的。 （7）粗大误差：在系列测得值中有个别数值明显过大，超出在正常条件下随机误差应有的范围的误差。 （8）静态参数误差：测定静态参数所得的误差。 （9）动态参数误差：测定动态参数所得的误差。 （10）原理误差：在设计过程中，因拟定系统工作原理而作的近似假定，或采用近似理论，以及为使结构简单而采用近似的简化机构和电路等，都会使实际的作用效果与理论上出现差异，所造成的误差。 （11）制造误差：包括零件制造误差、电子元器件误差和零部件、产品的装配调整误差等。 （12）运行误差：指设备在工作过程中，由于各种原因产生的误差。 （13）传动误差：指输入轴单向回转时，输出轴转角的实际值相对于理论值的变动量。 （14）空程误差：输入轴由正向回转变为反向回转时，输出轴在转角上的滞后量。 2 齿轮传动的作用及其优缺点 作用：用来传递转矩和转速。 ------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 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_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 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. 收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A. 《机电一体化概论》期末模拟试题 一、单项选择题 1.“机电一体化”与英文单词（ C ）一致。 A. Mechanics B. Electronics C. Mechatronics D. Electric-Machine 2.下列哪个不是传感器的动特性（ D ） A.临界速度 B.临界频率 C.稳定时间 D.分辨率 3.感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( C ) A.代数和 B.代数差 C.矢量和 D.矢量差 4.光栅莫尔条纹宽度的计算公式是（B 表示莫尔条纹的宽度，W 表示栅距，θ表示两光栅线纹夹角） ( A ) A.W B θ = B. cos W B θ = C. sin W B θ= D. tan W B θ = 5.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.下列哪项不是齿轮传动的优点（ D ） A.传动效率高 B.传动比准确 C.结构紧凑 D.制造成本低 7.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 8. 不变)属于（ C ）调速 A.恒功率 B.变功率 C.恒转矩 D. 变转矩 9.步进电机一般用于（ A ）控制系统中。 A.开环 B.闭环 C.半闭环 D.前馈 10.计算步进电动机步距角的公式为( A ) A. 360KmZ ? B. 180cos sm T Km ? C. 60f KmZ D. 360180Km ? ?- 11.步进电动机三相六拍通电方式为（ B ） A.A-B-C-A B.A-AB-B-BC-C-CA-A C.AB-BC-CA-AB D.AC-CB-BA-AC 12.对于交流感应电动机，其转差率s 的范围为（ B ） A.1 “机电一体化技术与系统”复习题 （一）第一章复习题 1．机电一体化包括哪六大共性关键技术？（P1） 2. 机电一体化产品（P1） 3. 机电一体化系统的基本功能要去？（P2） 4. 机械本体包括机械传动装置和。（P2） 5. 接口的三个基本功能？（P3） 6. 接口的作用是将各要素或子系统连接成为一个有机整体，它的基本功能主要有：交换、放大和（）。（P3） 6. 机电一体化系统的伺服传动技术？伺服传动包括各种类型的传动装置，主要的有：电动、气动和（）（P4） 7. 机电一体化系统中的信息处理技术？（P4） （二）第二章复习题 1. 机械移动系统的基本元件？（P9） 2. 建立机械移动系统数学模型的基本原理是（）？（P9）已知一个单自由度隔振系统，质 f t。绘出系统力学模型，并推导系统的量为m，刚度为k，粘性阻尼系数为c,外力为() 传递函数？（P10） 3. 单轮汽车支承系统的力学模型如图1所示，根据该力学模型推导传递函数并画出简化框图？（P10-P11） 图1 单轮汽车支承系统 4. 求解图2所示机床进给系统的当量扭转角度θ？（P12-13） 3 k 11 轴I 轴轴 图2 数控机床进给系统 5. 影响机电一体化系统传动链的动力学性能的因素？（P21） 6. 传动的主要性能取决于传动类型、传动方式、传动精度、动态特性及（ ）。（P21） 7. 典型形状转动物体的2 GD ？（P22） 8. 摩擦力有哪三类？（P24） 9. 粘性摩擦力的概念？（P24） 10. 库仑摩擦力的概念？（P24） 11. 静摩擦力的概念？（P24） 12. 机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为：静摩擦力尽可能小，动摩擦力应为尽可能小的（ ）。（P24） 13. 对于质量大、刚度低的机械系统，为了减小振幅、加速振动的衰减，通常采取的措施是（ ）。（P25） 14. 为能保证振荡在一定的范围内过渡过程较平稳、过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度，一般取ζ（ ）。（P25） 15. 刚度、动刚度和静刚度的概念？（P25） 16. 谐振频率的两个表达式？（P25） 17. 间隙的主要形式有哪些？（P26） 18. 什么是刚性间隙？（P26） 20. 什么是柔性间隙？（P27） 21. 丝杠螺母间隙的调整方式有哪两种？（P29） 一、填空题（每空1分，共25分） 1、按机电设备的用途可分为三大类：类机电设备、类机电设备和民生类机电设备。 2、车床、钻床、镗床、铣床、刨床和磨床的类代号分别为、、、、、。 3、电梯主要是由、、和层（厅）四部分组成。 4、液压传动是以为工作介质，依靠密封容器的变化传递运动，依靠油液的压力传递动力。 5、自动化生产线由基本工艺设备、_ _、_ _和辅助系统组成。 6、滑动轴承常用的润滑方式有和两种。 7、带传动的类型有、、、。 8、静电复印机基本结构由、、、 四部分组成。 二、单项选择题（每小题3分，共30分） 1、现代机电设备使用_____提供动力。（） 2、下列对带传动的描述中，错误的一项是_____ （） 3、载货电梯属于_____电梯（） 4、银行和税务部门打印发票的打印机属于_____ （） 5、下列对传真机的描述中，错误的一项是_____ （） 6、下列哪一项不属于设备润滑“五定”中的内容？（） 7、我国一些企业实行的“设备三级保养，大修制”属于_____ （） 8、下列哪一项不属于起重设备的基本类型？（） A、千斤顶 B、轻小型起重设备 C、起重机 D、升降机 9、下列关于液压传动系统的各部分说法正确的是（） A．液压缸是将原动机输出的机械能转换为液体的压力能 B．液压马达是将原动机输出的机械能转换为液体的压力能 C．液压泵是将原动机输出的机械能转换为液体的压力能 D．控制阀是将原动机输出的机械能转换为液体的压力能 10、下列属于液压元件的是（） A．控制阀 B、电位器 C、活塞 D. 液压缸 三、简答题：（共30分） 1、型号解释（每小题3分，共15分） （1）CA6140B （2）Z3040×16 （3）CQM6132 （4）CKA6130 （5）CW6140 2、试分析CA6140型卧式车床在加工时，为何有时会发生闷车现象，如何解决？（5分） 3、设备使用前应做哪些准备工作？（5分） 4、什么是自动化生产线？（5分） 四、识图题（5分） 1、完成下图CA6140型卧式车床各部分结构的名称。（5分） 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: _内旋换与外循环 2、机电一体化系统,设计指标与评价标准应包括___ _______, __________, __________ , __________。 3、顺序控制系统就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、某光栅的条纹密度就是50条/mm,光栅条纹间的夹角θ=0、001孤度, 则莫尔条纹的宽度就是_______________________。 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就是( ) 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( ) 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、顺序控制系统就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、2051 C、PLC D、DSP 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节与检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题(每小题2分,共10分) 1、伺服控制系统的比较环节就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。( ) 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。( ) 3、对直流伺服电动机来说,其机械特性越硬越好。( ) 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移,步距角越小,位移的控制精度越低。( ) 5、伺服电机的驱动电路就就是将控制信号转换为功率信号,为电机提供电能的控制装置,也称其为变流器,它包括电压、 电流、频率、波形与相数的变换。( ) 五、问答题(每小题10分,共30分) 1、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2、什么就是步进电机的使用特性? 3、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、就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。 2、指在稳态下,输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3、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。 4、动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。 《机电一体化系统》复习题集参考教材：梁景凯编《机电一体化技术与系统》 汤定德 （机电教研室） 江西科技学院机械工程学院 2013年12月 1 第一章绪论 1、什么是机电一体化？ 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，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 2、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。 机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 3、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 4、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 5、试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。 6、机电一体化的智能化趋势体现在哪些方面。 （1）诊断过程的智能化、（2）人一机接口的智能化、（3）自动编程的智能化、（4）加工过程的智能化 7、机电一体化的发展趋势体现在哪些方面。 高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展 8、机电一体化系统中的接口的作用。 接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等 9、试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别。 机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以计算机为手段，其设计步骤通常如下：设计预测一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→创造设计一→选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）一→机电一体化系统设计质量的综合评价 10、机电一体化技术与自动控制技术的区别。 自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动控制系统的构造等。机电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。 11、机电一体化技术与计算机应用技术的区别。 机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图象处理等广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。 12、如何保证机电一体化系统的高性能？ 高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。 《机电一体化系统设计》复习大纲 第一章概论 本章知识要点： 1. 机电一体化系统的基本概念：系统、机电一体化、机电一体化系统和系统的数学模型 2. 典型机电一体化系统的几种形式：机械关节伺服系统、数控机床、工业机器人、自动引导车、顺序控制系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统、微机电系统 3. 典型机电一体化系统功能模块的构成：机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微计算机模块、软件模块、接口模块 4. 典型机电一体化系统组成模块的作用 5. 机电一体化系统设计依据与评价标准 6. 机电一体化系统的设计过程 第二章机械受控模块（重点章节） 本章知识要点： 1. 齿轮的分类及选用 2. 齿轮系传动比最佳分配条件及最小等效转动惯量原则 3. 齿轮副间隙的消除方法 4. 滚珠丝杠螺母副的结构类型 5. 滚珠丝杠螺母副间隙的消除及预紧方法 6. 滚珠丝杠螺母副的支撑形式 7. 谐波齿轮减速器的工作原理及结构 8. 谐波齿轮的传动特点 9. 谐波齿轮传动速比的计算 10. 轴系的组成和分类，轴系的技术要求 11. 导轨的用途及分类 12. 滚动导轨的结构、工作原理 13. 数学模型的物理意义 第三章测量模块（重点章节） 本章知识要点： 1. 机械量传感器的分类 2. 传感器的性能指标（工作特性、静态特性和动态特性） 3. 传感器的性能要求和改善措施 4. 位移传感器（旋转变压器、感应同步器、增量式光电编码器、光栅）的结构和工作原理 5. 速度传感器（直流测速发电机、码盘式转速传感器）的结构和工作原理 6. 加速度传感器的分类及特点 7. 力、转矩和压力传感器的结构和特点 8. 霍尔式电流传感器工作原理和特性 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 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。 （2）泄漏电流低，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。 2、什么是三相六拍通电方式 2. 如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A → AB → B → BC →C → CA →… 3、简述PWM 脉宽调速原理。 3. 在一个周期T 内闭合的时间为τ，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τ，如右图所示。电枢两端的平均电压为： U U Udt U T T T d ρτ=== ?01 式中 ρ=τ/T=U d /U ，(0<ρ<1) ρ为导通率（或称占空比） 。 当T 不变时，只要改变导通时间τ，就可以改变电枢两端的平均电压Ud 。当τ从0~T 改变时，Ud 由零连续增大到U 。 5．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。敏感元件、转换元件、基本电路。 2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响如何处理 答。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 螺纹调隙式 齿差调隙式 答。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基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System ）是由两台或两台以上加工 中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化 5、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。 ２、伺服电动机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 力输出电动机 1．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： 第1章绪论 1.1 机电一体化技术的产生与发展 机电一体化技术的产生： 机械化技术的发展：工业革命开始…… 控制技术发展：20世纪30年代，开始快速发展，以军工技术为载体…… 信息处理技术的发展：20世纪60年代，开始快速发展，以大规模集成电路为载体… 机电一体化技术的产生：自从控制技术快速发展，就…… 20世纪70年代，60年代提出，70开始快速发展 机电一体化技术的发展： 自动化技术发展的必然产物：各个学科综合结果，尤其自动化技术+计算机技术。 （日本：机械制造领域：为提高生产效率，自动化生产、生产过程信息化控制； 美国：主动将自动化技术（正像乔布什说的“人们并不清楚自己需要什么，需要你来告诉他们”）、信息化技术推广到工程技术的各个领域； 英国学者：各个领域发展过程中的自然渗透，涉及大量学科。 中国：国家9.5开始大力支持；各个高校对机电一体化的理解） 1.2 机电一体化的相关技术 图1控制系统的基本组成 图2 机电一体化技术体系 传感器技术、自动控制技术、精密机械技术、伺服传动技术、系统总成技术 1.2.1 传感器技 传感器：能检测各种物理量，将测得的各种参量转换为电信号，并输送到信息处理部分的功能器件。 完成对各种信息的检测、收集，这些信息包括： 位移、位置、速度、加速度、力； 压力、流量、温度； 电压、电流 因此传感器首先需要有敏感元件部分。 输出量通常为 模拟电流、电压、数字量，因此传感器通常配有专用的信号处理电路。 1.2.2 信息处理技术 完成对信息的输入、输出、计算、分析、存储。通常为专用控制装置，以及计算机、单片机、A/D、D/A 完成上位机的信息交换功能。 1.2.3 自动控制技术 各种控制单元，以自动化过程为控制目的的各种逻辑控制；以某些参数值为控制目的的各种参数控制；以某些综合指标为控制目标的最优化控制。等等。 高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。 各种控制理论、特殊控制策略、专用算法 1.2.4 伺服传动技术 电机拖动技术 液压传动及伺服控制技术 气压传动技术 1.2.5 精密机械技术 为更好地与控制技术结合，精密机械技术较一般的同类机械精度要求更高，要有更好的可靠性及维护性，同时要有更新颖的结构。 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，实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。 3、传感器：传感器适机电一体化系统中不可缺少的组成部分，能把各种不同的非电量转换成电量，对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变成系统可识别的电信号，传递给控制单元。 4、伺服电动机：伺服电动机又称控制电机，其起动停止、转速或转角随输入电压信号的大小及相位的改变而改变。输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以改变电动机的转速及转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。 5、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。 6、人机接口：人机接口（HMI）是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工作。 7、PLC：可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC.是一种在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各种生产机械和生产过程的自动控制中。 8、变频器：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素以及过流/过压/过载保护等功能。 9、通信协议：通信协议是指通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程，包括逻辑电平的定义、应用何种物理传输介质、数据帧的格式、通信站地址的确定、数据传输方式等。 10、MPS系统：模块化生产加工系统（Modular Production System）简称MPS系统，它是德国FESTO公司结合现代工业的特点研制开发的模拟自动化生产过程，集机械、电子、传感器、气动、通信为一体的高度集成的机电一体化装置。 二、填空题 1、电感式传感器是一种把微小位移变化量转变成电感变化量的位移传感器。 2、光电编码器根据结构可分为增量式和绝对式。 3、热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的热电阻效应。 4、热电偶温度传感器的工作原理是基于物体的热电效应。 5、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。 6、液压系统一般包括动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件四个部分。 7、典型的气动驱动系统由气源装置、执行元件、控制元件和辅助元件组成。 8、机电控制系统的机械装置主要包括传动机构、导向机构和执行器三个部分。 9、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：静态设计、动态设计。 10、欠电流继电器利用其常开触点串接在被控线路中起欠流保护。 11、过电流继电器利用其常闭触点串接在被控线路中起过流保护。 12、接口的基本功能主要有数据格式转换、放大、通信联络。 13、伺服系统的基本组成包括控制器、执行环节、检测装置、比较环节。 14、工作接地分为一点接地、多点接地。 15、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和民 1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化产品？ 答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出 2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石 第1章机电一体化概论1 1.1 机电一体化的概念1 1.1.1 机电一体化的发展历史1 1.1.2 机电一体化系统的特征2 1.1.3 机电一体化的意义5 1.2 机电一体化的技术基础6 1.2.1 机械设计和制造技术6 1.2.2 微电子技术6 1.2.3 传感器技术6 1.2.4 软件技术7 1.2.5 通信技术7 1.2.6 驱动技术7 1.2.7 自动控制技术7 1.2.8 系统技术8 1.3 机电一体化的发展及应用概况8 习题与思考题10 第2章精密机械技术11 2.1 概述11 2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求11 2.1.2 机械系统的主要组成12 2.2 传动机构12 2.2.1 传动机构的性能要求12 2.2.2 精密传动机构——滚珠丝杠副12 2.2.3 齿轮传动18 2.2.4 同步带传动20 2.2.5 间歇传动22 2.3 导向机构23 2.3.1 导轨副的组成及种类23 2.3.2 导轨的基本要求24 2.3.3 滑动导轨副27 2.3.4 滚动直线导轨副和圆柱直线滚动导轨副31 2.3.5 静压导轨副33 2.4 执行机构34 2.4.1 执行机构及其技术特点34 2.4.2 电磁执行机构34 2.4.3 压电驱动器与超声电机39 2.4.4 微动机构47 2.4.5 液压机构51 2.4.6 气动机构57 习题与思考题62 第3章工业控制计算机64 3.1 概述64 3.1.1 机电一体化对控制系统的基本要求64 3.1.2 机电一体化控制系统的类型、特点与选用64 3.2 工控机的特点、组成及总线67 3.2.1 工控机及其特点67 3.2.2 工控机的组成67 3.2.3 工控机的ISA总线和PCI总线69 3.3 工控机的主板79 3.4 工控机的接口卡79 3.4.1 模拟量输入/输出卡79 3.4.2 数字量输入/输出卡85 3.4.3 运动控制卡85 3.4.4 RS-232/RS-485模块89 3.4.5 CAN总线接口卡91 3.5 工业组态软件94 3.5.1 工业组态软件简介94 3.5.2 工业组态软件设计的基本步骤96 3.5.3 工业组态软件的设备连接与测试96 3.5.4 工业组态软件的报警显示97 3.5.5 工业组态软件实现实时数据、历史数据、实时曲线与历史曲线的显示97 3.5.6 工业组态软件的工程安全机制97 3.6 工控机与组态软件的应用98 习题与思考题99 第4章基于单片机的控制器101 4.1 MCS-51单片机101 4.2 模拟数据采集101 4.2.1 传感器102机电一体化系统设计期末复习题
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