《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
9. 信号调理电路
10.数据采集系统的分类和数据采集系统的主要组成
第四章电机及其驱动电路（重点章节）
本章知识要点：
1. 电动机的分类及特点
2. 直流电动机的结构与工作原理
3. 直流电动机的静态和动态特性
4. 直流电动机的驱动电路：线性直流功率放大器和PWM功率放大器的工作原理
5. 交流感应电动机的结构与工作原理
6. 交流感应电动机的机械特性
7. 交流变频调速（恒压频比调速和转差频率控制）的原理
8. 超声波电动机的工作原理及特点
9. 电动机的选择
第五章步进电动机运动控制系统（重点章节）
本章知识要点：
1. 步进电动机运动控制系统的组成
2. 步进电动机的分类及各自的工作原理
3. 步进电动机的特性及主要技术指标
4. 步进电动机驱动电路（单极性驱动电路、双极性驱动电路、斩波恒流驱动电路）的原理
5. 步进电动机细分驱动原理和细分驱动电路
6. 步进电动机脉冲分配器
7. 步进电动机DDA法运动控制原理
第六章闭环伺服控制系统
本章知识要点：
1. 闭环伺服系统组成方案
2. 闭环伺服系统的数学模型（电流环、速度环、位置环）
3. 闭环伺服系统的性能（静态性能、动态性能）分析及改进性能的措施
4. 模拟伺服系统的主要技术指标
5. 数字PID控制算法
6. 计算机控制的位置伺服系统的组成
第七章数控机器运动控制指令生成
本章知识要点：
1. 运动控制分类（点位控制、连续控制）
2. 插补的概念
3. DDA法插补原理和DDA法插补
4. 数据采样法插补原理
5. 直线与圆弧轨迹插补的实现
第八章顺序控制系统
本章知识要点：
1. 顺序控制系统的组成、工作原理
2. PLC的定义和顺序控制原理
3. PLC控制和通用计算机控制的区别
4. 常用PLC（西门子S7系列PLC、欧姆龙C系列PLC）及编程软件
5. 顺序逻辑表示法（布尔代数方程、梯形逻辑图）
6. 常用PLC编程指令
第二部分复习题练习
一、单项选择题
1. 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
2. 某4极（极对数为2）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
3. 由计算机网络将计算机辅助设计、计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称
【D 】
A. 顺序控制系统
B. 自动导引车系统
C. 柔性制造系统
D. 计算机集成制造系统
4. 谐波齿轮演变来自于【D 】
A. 直齿锥齿轮传动
B. 蜗杆副传动
C. 斜齿锥齿轮传动
D. 行星齿轮传动
5. 某光栅条纹密度为100条/mm，光栅条纹的夹角为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度为【C 】
A. 0.1mm
B. 1mm
C. 2mm
D. 5mm
6. 利用几个传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这些单元输出的总和，这种测量技术被称
为【A 】
A. 平均技术
B. 开环技术
C. 差动技术
D. 闭环技术
7. 滚珠丝杆副的基本导程减少，可以
【 D 】
A. 加大螺旋升角
B. 提高承载能力
C. 提高传动效率
D. 提高精度
8. 某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相双三拍运行时步距角为
【 A 】
A. 3°
B. 6°
C. 1.5°
D. 7.5°
9. 某交流感应电动机，实际转速1350r/min，电源频率50Hz，则其极对数为
【 B 】
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
10. MEMS的意思是【A 】
A. 微机电系统
B. 柔性制造系统
C. 计算机集成制造系统
D. 微电子系统
11. 直流电动机机械特性的硬度与【D 】
A. 电枢电阻成反比
B. 反电动势系数成正比
C. 转矩系数成正比
D. 电枢电阻成正比
12. 低频信号可以通过，高频信号不能通过的滤波器是
【C 】
A. 高通滤波器
B. 带通滤波器
C. 低通滤波器
D. 带阻滤波器
13. 某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距1.5，应采用的通电方式为【C 】
A. 单拍制
B. 双拍制
C. 单双拍制
D. 细分电路
14. “机电一体化”含义是【 C 】
A. 以机为主加点电
B. 机械部与电子部合并
C. 机械与电子的集成技术
D. 以电淘汰机
15. 在机电一体化系统设计中，齿轮系常用于伺服系统传动机构中，作用是
【A 】
A. 减速，增矩
B. 增速，增矩
C. 增速，减矩
D. 减速，减矩
16. 某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。该传感
器为
【A 】
A. 旋转变压器
B. 感应同步器
C. 光栅
D. 磁栅
17. 易产生低速爬行现象的导轨是【C 】
A. 滚动导轨
B. 静压导轨
C. 滑动导轨
D. 气浮导轨
18. 机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机和负载之间经常需要【A 】
A. 匹配转矩和转速
B. 增加传动功率
C. 缩小传动功率
D. 维持转速恒定
19. 若从系统抑制干扰的能力考虑，采样速率应选为闭环系统通频带的
【D 】
A. 5倍
B. 10倍
C. 8倍
D. 10倍以上
20. PWM指的是【B 】
A. 机器人
B. 脉宽调制
C. 计算机集成系统
D. 可编程控制器
21. 若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用
【B 】
A. 莫尔条纹的作用
B. 细分技术
C. 数显表
D. 计算机数字处理
22. 交流感应电动机，对应s=1的转矩称【A 】
A. 堵转转矩
B. 最大转矩
C. 额定转矩
D. 负载转矩
23. 使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是【C 】
A. 双推－简支
B. 单推－单推
C. 双推－双推
D. 双推－自由
24. 与旋转变压器输出电压大小有关的因素是【A 】
A. 转子位置
B. 转子材料
C. 转子直径
D. 转子长度
25. 用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统称【D 】
A. 伺服系统
B. 自动引导车
C. 工业机器人
D. 数控系统
26. 若两平面之问的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。利用这一原理设计
出各种形式的滑动摩擦支承轴系为
【C 】
A. 液体静压支承
B. 气体静压支承
C. 液体动压支承
D. 气体动压支承
27. 三相交流感应电动机中，定子三相对称绕组中接入三相对称交流电源后，三相绕组中的电流在
定子与转子之间的气隙中产生的磁场是
【C 】
A. 脉动磁场
B. 静止磁场
C. 圆形旋转磁场
D. 无磁场
28. 在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供信息的模块称【D 】
A. 软件模块
B. 通信模块
C. 驱动模块
D. 微计算机模块
29. 在满量程范围内由同一方向趋近同一个输入，连续几次测量所得输出之间的最大差值称【B 】
A. 可复现性
B. 重复性
C. 误差
D. 精度
30．齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是【D 】A．调整中心距法B．选择装配法
C．带锥度齿轮法D．压簧消隙结构
31. 在采样数据系统中，若考虑对系统响应速度的影响时，采样周期应选为系统最小时间常数的
【D 】
A.10倍
B.5倍
C.2 倍
D.（0.1~1）
32. SIMATIC S7-200 PLC的编程软件是【A 】
A.STEP7-Micro/WIN
B.CX-Programmer
C.ProTool
D.WINCC
33. 交流感应电动机正常工作时，其转差率s的范围为【B 】
A. 1＜s＜2
B. 0＜S＜1
C. -1＜s＜1
D. -1＜s＜0
34.DDA插补法称为【B 】
A. 逐点比较法
B. 数字微分分析法
C. 数字积分分析法
D. 数据采样插补法
35. 描写静态系统的数学模型是【A 】
A. 代数方程
B. 微分方程
C．状态空间方程 D. 逻辑方程
36. 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。
【 B 】
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
37. 测得码盘式转速传感器发出500个脉冲所用的时间为10s，码盘每转脉冲数为20，则转速为
【D 】
A. 25r/min
B. 30r/min
C. 50r/min
D. 150r/min
38. 步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域称
为
【C 】
A. 死区
B. 振荡区
C. 动稳定区
D. 平衡区
39. 输入和输出满足线性叠加原理的系统称为【A 】
A. 线性系统
B. 定常系统
C. 时变系统
D. 随机系统
40. 复合控制器的反馈控制是【A 】
A. 误差控制
B. 串级控制
C. 闭环控制
D. 开环控制
41. 按照预先规定的次序完成一系列操作的系统称【A 】
A.顺序控制系统
B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
42. 一般说，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
43. 滚珠丝杠螺母副结构类型主要有两类：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
44. 某光栅的条纹密度是200条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.005孤度，则莫尔条纹的宽度是【D 】
A.100mm
B.20mm
C.10mm
D. 1mm
45. 以下传感器中测量的是相对角位移的是【C 】
A. 旋转变压器
B. 绝对式编码器
C. 增量式编码器
D. 都不正确
46. 加速度传感器的基本力学模型是【C 】
A. 质量-阻尼系统
B. 弹簧-阻尼系统
C. 质量-弹簧-阻尼系统
D. 都不正确
47. 直流电动机的反电动势与【C 】
A. 电枢电流成正比
B. 电枢电流成反比
C. 转子转速成正比
D. 转子转速正反比
48. PLC适合于【B 】
A. 数据采集为主
B. 顺序控制为主
C. 科学计算为主
D. 管理为主
49. 利用三次多项式样条函数生成控制指令加速度最大值在【A 】
A. 运动的起点和终点
B. 运动的中间点
C. 常加速度
D. 以上都不正确
50. 电动机中引入电流环后的伺服系统,下列叙述正确的是【A 】
A. 电流环实质上是转矩控制回路
B. 电流环可以稳定转速
C. 电流环可以等价成一个积分环节
D. 都不正确
51. 某光栅的条纹密度是l00条/mm，要用它测出1μm的位移，应采用的细分电路是【C 】
A．四倍频B．八倍频
C．十倍频D．十六倍
52. 下列操作中．可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是【C 】
A. 增大电枢电阻
B. 减小电枢电压
C．增大电枢电压 D. 减小电枢电阻
53. DDA法生成的直线、圆弧都是有一系列的组成。【C 】
A. 弧线
B. 抛物线
C．折线 D. 渐开线
54. PD控制器称为控制器。【B 】
A. 比例
B. 比例微分
C．比例积分 D. 积分微分
55. 直流测速电动机的输出是与转速【B 】
A. 成正比的交流电压
B. 成正比的直流电压
C．成反比的交流电压 D. 成正比的交流电流
56. 描写动态系统的数学模型是【B 】
A. 代数方程组
B. 微分方程组
C．逻辑方程组 D. 以上都正确
57. 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和等五个部分。
【D 】
A. 换向结构
B. 转换电路
C. 存储电路
D. 检测环节
58. 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
59. 滚珠丝杠螺母副的精度根据使用范围及要求，可分为个等级。【C 】
A. 3
B. 5
C. 7
D.9
60. 压电式传感器产生的电荷极性为【D 】
A. 正电荷
B. 正电荷和负电荷
C. 负电荷
D. 正电荷或负电荷
二、多项选择
1. 伺服系统通常是一个闭环的位置控制系统，其输入信号可以是
【ABD 】
A. 模拟电压信号
B. 脉冲信号 C．开关量信号 D. 二进制数字信号
2. 下列选项中，属于超声波电动机特点的选项有
【BCD 】
A. 输出功率大
B. 动态响应快 C．运行无噪声 D. 低速大转矩
3. 以下选项中，能反映传感器工作特性的性能指标有
【ABC 】
A. 灵敏度
B. 量程
C. 分辨率
D. 可靠性
4. 以下选项中，属于谐波齿轮传动特点的选项有【ABCD 】
A. 小体积，大速比
B. 运动平稳
C．齿面磨损小 D. 可实现差速传动
5. 机电一体化的设计依据及评价指标包括【BCD 】
A. 系统功能
B. 使用条件
C. 性能指标
D. 社会经济效益
6. 机电一体化系统设计依据和评价标准大体上应包括。【ABCD 】
A. 系统功能
B.性能指标
C.使用条件
D.经济效益
7. 以下关于步进电动机叙述正确的是【ABD 】
A. 脉冲分配器可以由逻辑电路硬件实现
B. 脉冲分配器可以由软件实现
C. 步进电动机的转速由脉冲数决定
D. 步进电动机的转速由脉冲频率决定
8. 消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙的措施有【ABCD 】
A. 双螺母齿差式预紧
B. 双螺母垫片式预紧
C. 双螺母螺纹式预紧
D. 单螺母变导程预紧
9. 以下选项中，能反映传感器静态特性的性能指标有【ABD 】
A. 线性度
B. 重复性
C.最大超调量
D. 可复现性
10. 在实际应用中，可以提高传感器性能的技术有
ABCD 】
A. 差动技术
B. 平均技术
C. 闭环技术
D. 屏蔽、隔离抗干扰技术
11. 下列关于步进电动机驱动电路叙述正确的是【ABD 】
A. 双极性驱动电路适合于驱动混合式步进电动机
B. 单极性驱动电路适合于驱动反应式步进电动机
C. 驱动直流电动机的电路也能驱动步进电动机
D. 细分电路可以提高步进电动机的分辨率
12. 在机电一体化系统设计中，处理“机”和“电”的关系时所遵循的设计思想有【ABCD 】
A. 替代机械系统
B. 简化机械系统
C. 增强机械系统
D. 综合机械系统
13. 以下选项中，能反映传感器动态特性的性能指标有【BCD 】
A. 线性度
B. 最大超调量
C. 调整时间
D. 上升时间
14. 描写顺序控制的方法有【 ABCD 】
A. 梯形图
B. 顺序功能图
C. 流程图
D. 状态图
15. 以下选项中，能够测量速度的传感器有【 ACD 】
A. 测速发电机
B. 光栅
C. 码盘式转速传感器
D. 感应同步器
三、填空题
1. 直流电动机的驱动电路主要有线性直流功率放大器和脉宽调制（PWM）放大器。
2. 闭环伺服系统可分为三个控制环路：电流环，速度环及位置环。
3. 步进电动机的转速与输入的脉冲频率成正比。
4. FX系列PLC是（日本）三菱的产品。
5. 闭环伺服系统中的电流环以直流电动机的电枢电流作为反馈量，以实现对转矩的控制。
6. PID控制器中，I的作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个无静差度。
7. PID控制器中，P的作用是增加开环增益，降低系统误差，增加系统通频带。
8. 直流伺服电动机的机械特性是指电枢电压恒定情况下，电动机转矩与转速
的关系。
9. 旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的测量装置。
10. 滚动轴承的精度分为B、C、D、E、G五级。其中 B 级精度最高。
11. 伺服系统的刚度是指输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩。
12. 两个动合触点串联，可以表示（逻辑）与的逻辑关系。
13. 输入和输出满足线性叠加原理的系统，称为线性系统。
14. 某光电编码器作为系统的位置反馈，若系统中丝杠的螺距为4mm，光电编码器的分辨率为
600脉冲/r，参考输入脉冲为1800脉冲/s，则该工作台的运动速度为
12mm/s。
15. 超声波电动机是利用压电陶瓷的逆压电效应产生的超声振动来驱动转子转动的。
16. 感应同步器是一种利用电磁感应原理来测量位移的检测装置。
17. 某五相步进电动机转子有36个齿，采用二相三相运行方式，则其步距角为 1 度。
18. 按滚珠的循环方式不同，滚珠丝杠螺母副有内循环和_外循环子___ ______两种结构。
19. 描述决定系统输入与输出之间的数学方程式，称为系统的数学模型。