一、单项选择题
1. 机电一体化这一名词产生于20世纪，其产生的年代为（A ）
A 70年代
B 50年代
C 40年代
D 80年代
2. 对于交流感应异步电动机，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
3. 机电一体化在国外被称为（ C ）
A Machine
B Electronics
C Mechatronics
D A和B
4. 用数学的方法阐述系统中输入、输出及各变量之间相互关系的模型称为系统的（ A ）
A 传递函数
B 数学模型
C 关系模数
D 几何模型
5. 时域函数f(t)=e-at 的拉普拉斯变换为 ( C )
A 1/S
B a/s+a
C 1/s+a
D 1/a
6. 在周转轮系中，转臂（系杆）的回转轴线与中心轮的回转轴线是（ C ）
A 垂直
B 相交
C 重合
D 交错
7. 滚珠丝杠副在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径称为（ B ）
A 中径
B 公称直径
C 内径
D 大径
8. 在同步齿型带传动中，同步带节线的长度在工作过程中（ B ）
A 伸长
B 不变
C 缩短
D A 和C
9. 步进电机的转速（r/min）与输入脉冲频率(Hz)之间的关系为（ A ）
A n=β.f/6
B n=β.f/60
C n=β.f/360
D n=β.f
10. 在MCS-51单片机中，用于对外部数据存储器读的信号是（ A ）
A RD
B PSEN
C ALE
D RST
11. Mechatronics是两个不同学科领域名称的组合，这两个不同的学科是（ B ）
A 机械学与信息技术
B 机械学与电子学
C 机械学与自动化技术
D 机械学与计算机
12. 遵循质量最轻原则的小功率两级齿轮传动。其传动比的分配方案是（ A ）
A i
1 = i
2
B i
1
＜ i
2
C i
1
＞ i
2
D i
2
=2i
1
13. 时域函数 f(t) = sinωt的拉普拉斯变换为（ C ）
A 1/ S2+ω
B ω/ S+a
C ω/ S2+ω2
D S/ S2+ω2
14. 在机电一体化系统数学模型建立的过程中经常会采用力—电压等效法，此时机械系统的阻尼
等效于电系统的（ C ）
A 电容
B 电荷
C 电阻
D 电感
15. 与渐开线齿轮传动相比，圆弧齿轮传动的承载能力（ A ）
A 高
B 低
C 相同
D 几乎相同
16. 周转轮系中的行星轮系和差动轮系的自由度分别为（ A ）
A 1 ，2
B 2,1
C 1,1
D 2,2
17. 滚珠丝杠副的公称直径指（ D ）
A 丝杠的中径
B 丝杠的外径
C 螺母的内径
D 包络滚珠球心的圆柱直径
18. 谐波齿轮传动中的柔轮相当于行星轮系中的（ D ）
A 中心轮
B 行星轮
C 基架
D 系杆
19. 每输入一个脉冲步进电机的转子转过的角度称为步进电机的（ C ）
A 角位移
B 转速
C 歩距角
D 脉冲当量
20. 直流伺服电动机的电磁转矩与输出转速之间的函数关系式称为其 ( A )
A 机械特性
B 调节特性
C 动力特性
D 转速特性
21. 机电一体化这一名词产生于20世纪，其产生的年代为（ A ）
A 70年代
B 50年代
C 40年代
D 80年代
22. 控制电压一定时，直流伺服电机的输出转矩与转速的关系曲线是 ( A )
A 双曲线
B 抛物线
C 直线
D 三次曲线
23. 滚珠丝杠副中滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径称为（ B ）
A 成反比
B 与a2成反比 C与a2成正比 D 成正比
25. 卸荷皮带轮的设计运用了结构设计原理中（ A ）
A 任务分配原理
B 力传递原理
C 力平衡原理
D 等强度原理
26. 时域函数f(t) = t n的拉普拉斯变换为（ B ）
A 1/S2+1
B n! / S n+1
C 1
D n!/ S n
27. 在力—电压等效法中，此时电系统的电荷等效于机械系统的（ A ）
A 位移
B 速度
C 质量
D 弹簧刚度
28.在MCS-51单片机中，ALE 信号的功能是（ A ）
A 锁存P2口的地址信号 B锁存P0口的地址信号 C锁存P0口的数据信号 D锁存P1口的数据信号
29. 若△max是传感器的最大非线性误差，yFS为输出量的满刻度值，则其线性度γL为（ A ）
A γL= ±（△max/yFS）x100% BγL= ±（△max/yFS） C BγL= △max/yFS D BγL=±( yFS/△max)
30. 行程开关可用于检测（ D ）
A 加速度
B 位移
C 速度 D位置
31. 机电一体化这一名词产生于20世纪，其产生的年代为（ A ）
A 70年代
B 50年代
C 40年代
D 80年代
32. 控制电压一定时，直流伺服电机的输出转矩与转速的关系曲线是 ( C )
A直线 B 抛物线 C双曲线 D 三次曲线
33. 滚珠丝杠副中滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径称为（ B ）
A 中径
B 公称直径
C 节圆直径 D内径
34. 压电式加速度传感器中压电元件变形后所产生的电荷q与加速度a 的关系式（ D ）
A 成反比
B 成正比
C 与a2成正比 D与a2成反比 \
35. 卸荷皮带轮的设计运用了结构设计原理中（ A ）
A 任务分配原理
B 力传递原理
C 力平衡原理
D 等强度原理
36. 时域函数f(t) = t n的拉普拉斯变换为（ B ）
A 1/S2+1
B n! / S n+1
C 1
D n!/ S n
37. 在机电一体化系统数学模型建立的过程中经常会采用力—电压等效法，此时电系统的电荷等
效于机械系统的（ A ）
A 位移
B 速度
C 质量
D 弹簧刚度
38. 在MCS-51单片机中，ALE 信号的功能是（ C ）
A 锁存P0口的地址信号 B锁存P0口的数据信号 C锁存P2口的地址信号 D锁存P1口的
数据信号
39. 若△max是传感器的最大非线性误差，yFS为输出量的满刻度值，则传感器的线性度γL可表示为（ A ）
A γL= ±（△max/yFS）x100% BγL= ±（△max/yFS） C BγL= △max/yFS D BγL=±( yFS/△max)
40. 行程开关可用于检测（ A ）
A 位置
B 位移
C 速度
D 加速度
二、填空题
1. 直流伺服电动机的电磁转矩与输出转速之间的函数关系式称为电动机的机械特性。
2. 在光栅式位移传感器中，莫尔条纹对光栅的栅距起到了放大作用。
3. 在周转轮系中，差动轮系的自由度为2 。
4. 自增强原则是指在正常工作条件下，总效应为辅助效应与初始效应之和】
5. 串联环节的传递函数等于各环节传递函数的乘积。
6. 同步带的节距指同步带上相邻两齿对应点沿节线上度量的距离。
7. 每接受一个电脉冲步进电动机转过的角位移称为步进电机的歩距角。
8. 谐波齿轮传动的三个主要部件是钢轮、谐波发生器和柔轮。
9. 在反应式步进电机中，施加在定子绕组上的信号是脉冲信号。
10. 在MCS-51单片机中，访问外部程序存储器的高8位地址由P2口提供。
11. 在周转轮系中，转臂（系杆）的回转轴线与中心距的轴线是重合的。
12. 若某光栅的条纹密度是50/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001弧度，则莫尔条纹的宽度是20mm。
13. 在钢丝软轴中，相邻钢丝层的缠绕方向相反，以使各层钢丝间趋于压紧，传递转矩。
14. “Mechatronics”在国内被称为机电一体化。
15. 结构设计中的自保护原则是指系统在超载工作时，其结构元件产生保护效应，使系统免于受损。
16. 若系统总传递函数为其各环节传递函数之和，则这些环节一定是并联。
三、简答题
1、传感器的静态特性指标主要有哪些？
答：线性度，灵敏度，精确度，分辨力，零漂，迟滞，重复性
2、简述在机电一体化产品功能原理方案设计的步骤？
答：1设计任务书，2求总功能，3总功能分解，4寻求分功能解，5原理解组合，6评价与决策，7最佳原理方案。
3、比较滚珠丝杠副中单圆弧型与双圆弧型滚道的优缺点？
答：单圆弧型滚道接触角增大时，传动效率、轴向刚度以及承载能力也随之增大，由于加工用砂轮成型较简单，故容易得到较高的加工精度。
双圆弧型滚道接触角在工作过程中基本保持不变，具有承载能力强，传动精度高等特点，但检验加工困难，制造成本高。
4、简述为什么直流伺服电机具有良好的机械特性？
答：因为直流伺服电机的转速与电枢电磁转矩的关系式n=
从公式中可以看出，在控制电压一定的条件下，转速与转矩成线性关系（斜向下的直线），当载荷突然增加时，随着转速的下降，电磁转矩的增加，与外载荷相平衡，使电机在另一个工作点稳定运转。
5、为什么在绝对式编码器中，人们常选用循环码盘而非二进制码盘？
答：循环码的特点是从任何数转变到相邻数时只有一位发生变化，其编码方法与二进制不同。利用循环码的这一特点编制的码盘即使码盘制作、安装不准，产生的误差也不会超过一个最低单位数，与二进制码盘相比制造和安装就要简单得多了。
6、简述机械传动装置的作用。
答：机械传动装置的作用时传递运动的动力，变换运动形式，如传递运动和负载，匹配转矩和转速等。
7、简述在MCS-51单片机存储器扩展中，与线选法相比，片选信号采用译码法的优点。
答：译码法的优点是可以利用有限的P2口引脚线扩充尽可能多的芯片，并且能使得扩展的存储空间连续。
8、何谓结构设计变元和结构设计变元法，并举出一种采用结构设计变元法设计的实例？
答：结构设计变元：指机械结构可以改变的基本元素，例如材料数量形状
结构设计变元法：运用变形原理和组合原理对机械结构变元进行组合，从而产生一种新结构的创新设计方法。
9、为什么机电一体化产品具有高可靠性？
答：由于电子技术的发展，传感器和驱动控制器等装置采用非接触式代替接触式减少了装置的可动部件和磨损部件。机电一体化产品同时具有自诊断，自检测功能，当系统出现某些故障时，能进行自我保护防止出现事故，因此产品的可靠性得到提高。
10、机电一体化系统设计时应如何处理机与电的关系？
答：替代机械系统，简化机械系统，增强机械系统和综合机械系统
11、简述光电式旋转编码器的类型和工作原理？
答：按照工作原理光电式旋转编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器的工作原理是将位移转换成周期性变化的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用计数脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的工作原理是其每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
12、为什么在可编程控制器构成的控制方案中，输出继电器的线圈不能重复使用？
答：因为当同一个线圈放在两个以上的支路上时，若其中一条支路使该线圈得电而另外的支路又使该线圈失电，那么该线圈的触点的状态将不确定，从而使控制程序的运行状态不确定，无法满足要求的控制功能。
13、为什么要消除齿轮副的齿侧间隙？常用什么方法消除间隙？
答：因为齿侧间隙会使得在传动过程中，主动轮突然改变旋转方向时,从动轮不能立即随之旋转，而是有一个滞后量，造成齿轮传动的回差。这种非线性误差将会影响全闭环系统的稳定性，消除齿轮副间隙通常采用刚性调整法和柔性调整法。
14、步进电动机是如何实现速度控制的？
答：步进电动机的运动是由输入的电脉冲信号控制的。每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的频率成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此通过控制输入脉冲的频率就可以控制其转速，通过改变绕组的相序就可以改变其转向。
15、简述滚珠丝杠螺母副的优缺点是什么？
答：滚珠丝杠螺母副的优点为轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损和使用寿命长，缺点：由于不能自锁，具有传动的可逆性，故在用做升降传动机构时，需要采取制动措施。
四、分析计算题
1、对于如图所示的两级齿轮减速器，已知齿轮1连同电机转子的转动
惯量J 1=4kgm 2,转速为n 1；齿轮2的转动惯量J 2=5kgm 2；齿轮3的转动
惯量J 3=3kgm 2；齿轮4的转动惯量J 4=7kgm 2；各轴的转动惯量忽略不
计，i 1=1.25，i 2=2，求等效到电机轴上的等效转动惯量J eq 。
解：
2121241:??
? ???+??? ???=∑∑==n n J n V M J j n j j i m
i i π根据2144213321221:???? ?
??+???? ???+???? ???+=n n J n n J n n J J J e 得2
24.10kgm J eq
=
2、求如图所示电路网络的传递函数（设u i 为输入，u 0为输出）
解：根据复阻抗概念及基尔霍夫电压定律得：
RS C R R IR U R LS I U i 1
1'')'(+==+?=；； R LS LRS C R U U i ++=2
1
个方程得：联立解上述3 3、对于如图所示的三相反应式步进电机示意图，说明其工作原理。
答：工作原理：假定首先A 相带电，则A 相
绕组产生的磁拉力使得转子的1、3齿与A 相
绕组对齐；其次让B 相绕组通电，则B 相绕
组产生的磁拉力使得转子的2、4齿与B 相绕
组对齐；最后让C 相绕组通电，则C 相绕组
产生的磁拉力使得转子的1、3齿与C 相绕组
对齐；如果按照A-B-C-A 顺序通电，转子将按
逆时针方向一步一步转动，通电顺序改变，转子的转向也发生改变。
4、求已知某工作台采用直流电机丝杆螺母机驱动，已知工作台的行程L=250mm ，丝杆导程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 ，采用高速测量方法，试确定旋转编码器的每转脉冲数。（忽略齿轮和丝杆的转动误差）。
解：设传感器的每脉冲数为n s ，每个脉冲对应工作台位移为s
in t l =?，则编码器每转脉冲数为：
160005
.054=?=?=L i t n ，选取n=200光电编码器，则测量精度为： 4
5、画出图示机械系统的力————电压相似模拟电路
6、对于如图所示的二级减速传动，已知电动机的转动惯量为J=294kgm 2,各齿轮的转动惯量分别为：J 1=8kgm 2、J 2=8kgm 2、J 3=6kgm 2、J 4=20kgm 2，Z 2/Z 1=1、Z 4/Z 3=2，若不计轴和轴承的转动惯量，求等效到电机轴上的等效转动惯量J e 解：
2144213321221???? ???+???
? ???+???? ???++=n n J n n J n n J J J J e 21112
1
11212112=??=====4343Z Z Z Z n n n n n n Z Z n n ，，而： 2321420688294kgm J e =++++=故：
7、有一台交流电动机，技术数据表明空载转速为1400r/min ，电源频率为50Hz 。问这是几级电动机？空载转差率是多少？ 解：21400
50606060=?==∴=n f p p f Qn 即：该电机为四极电机 空载时转差率为：067.050
60214001601=??-=-=f np S 8、对于如图所示的两级齿轮减速器，已知负载转矩
T L =10Nm,i 1=1.25,i 2=2,若不计摩擦，求等效到电机轴上的等效负载转
矩T 。 解：Nm i i T T n n T n V F T L
f n j j i m i i 4225.110//212
111=?=?=?+?=∑∑==得：根据π
9、已知双谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200，刚轮齿数Z2=202，谐波发生器的转速Nh=600/min ，试求： （a ）柔轮固定时刚轮的转速； （b ）刚轮固定时柔轮的转速；
解：（a ）柔轮固定时：
min /941.5101600,101200202202600,2
2122
2r n n z z z n n H ===-=-= （b ）刚轮固定时：
min /6100600,100200202200600,1
1121
1r n n z z z n n H ===-=-= 五、综合应用题
1、对于如图所示的存储器扩展连接图，要求补充其未连接部分，并分析该扩展存储器芯片的地址范围。（设8051未连接的地址线接地）
答：连接线如上图所示，左片存储器的地址范围为：００００Ｈ～１ＦＦＦＨ；右边存储器的地址范围为：８０００Ｈ～９ＦＦＦＨ
2、设计一个电机的延时启动和延时停止控制电路，条件如下：
（1）电机启动由按钮X1控制，停止由按钮X2控制；
（2）按下按钮X1 后，点击延时3秒运行；按下X2后电机延时5秒停止，画出梯形图。
解：梯形图如下：
3、试用PLC 完成如下控制：两台电动机A 和B ，只能启动其中一台工作，当按下A 启动开关时，A 工作，B 停止；当按下B 启动开关时，B 工作，A 停止。并且每台电动机都可以单独停止。绘出其梯形图。设输入/输出点的分配情况是： 电机A ：启动X1，停止X2，输出继电器Y1 电机B ：启动X3，停止X4，输出继电器Y2
答：梯形图如下：
4、图为欲用可编程控制器控制的天塔闪光灯示意图。控制要求是：按下启动按钮后，L2、L4、L6、L8亮，1秒后灭；接着L3、L
5、L7、L9亮，1秒后灭；再接着L2、L4、L
6、L8亮，1秒后灭，如此循环下去。根据上述描述写出用PLC 控制的梯形图。 解：PLC 控制的梯形图如下图所示：
机电一体化考试试卷 A卷 一. 名词解释 1. 接口——机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件。 2. 连续控制系统——信号在时间上是连续变化的系统。 3. 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。 5. 直流伺服系统——采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统。 8. 同步调制——在改变正弦调制波的频率f的同时成正比的改变三角载波的频率f c，使载频比N保持不变，则称为同步调制。 9. 异步调制——在改变正弦调制波的频率f的同时，三角载波的频率f c的值保持不变,使载频波比N值不断变化，则称为异步调制。 11. 抗干扰技术——研究电子设备及系统抵抗外部和内部电磁干扰，保证其正常工作的具体措施。 12. 工业机器人——一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操作工具，用以完成各种作业。 二. 填空 1. 接口的基本功能有三个，一是交换，通过接口完成信号模式或能量的统一，二是放大，达到能量的匹配，三是传递，遵循协调一致的时序，信号格式和逻辑规范将放大后的信号可靠.快速.精确地交换。 3. 在机电一体化系统中，机械结构主要用于执行机构、传动机构和支承部件，用以完成规定的动作；传递功率、运动和信息；起支承连接作用等。通常，它们是微机控制伺服传动系统的有机组成部分。 4. 对机电一体化系统中的机械传动系统建模一般分两步进行，首先把机械系统中各基本物理量折算到传动链中的某个元件上，然后，再根据输入量和输出量的关系建立它的数学模型。 6. 由于非线性摩擦的存在，机械系统在低速运行时，常常出现爬行现象，导致系统运行不稳定。爬行一般出现在某个临界转速以下，而在高速运行时并不出现。 7. 惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利。因此，机械设计时，在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。 10. 一般来说，伺服系统的基本组成可包括控制器、功率放大器、执行机构和检测装置等四大部分。 11. 常用的伺服电动机有直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机三种。 14. 若系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，就可以实现对系统的速度控制，这种控制系统称为速度伺服控制系统。 17. 单片微计算机是将CPU 、RAM 、ROM 、定时/计数、多功能I/O(并行、
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。
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：
第一章作业解答 1、机电一体化系统包括那些关键技术？机电一体化系统发展趋势是什么? 答：机电一体化系统包括的关键技术有：机械技术，检测与传感技术，计算机与信息处理技术，自动控制技术，伺服驱动技术，系统总体技术。 机电一体化系统发展趋势是：1）智能化。模拟人类智慧，具有推理、逻辑思维、自主决策的能力。2）网络化。利用网络将各种独立的机电一体化系统联系起来。3）微型化。4）系统化、复合集成化。 2、试列举10种常见的机电一体化产品，并对其中一种分析其所构成的5大要素。 常见的机电一体化产品有：数控机床，机器人，全自动洗衣机，傻瓜照相机，自动物料搬运机，自动取款机，自动售货机，智能水表，电子调速器，智能冰箱等。（一般的洗衣机、冰箱、电风扇、电子秤、电脑、空调不是机电一体化产品，因为它们不包含机电一体化系统所包括的6项关键技术及5个构成要素。） 第二章作业解答 1、机电一体化系统对机械部分的要求是什么？ 答：机电一体化机械系统除了应具备普通机械系统的要求外,还有如下要求：1）高精度；2）快速响应性，即，机械系统从接到指令到执行指令任务的时间应短；3）稳定性要好。 2、齿轮传动为何要消除齿侧间隙？ 答：机电一体化系统对机械部分的要求是必须具备高精度，以满足自动控制的需要。消除齿轮的齿侧间隙就是为了保证双向传动精度。 3、滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响？采用什么办法消除它？ 答：滚珠丝杠副轴向间隙影响反向传动精度。消除滚珠丝杠副轴向间隙通常采用的方法有：1）采用双螺母结构调整两螺母轴向相对位置实现预紧消除间隙。具体措施有：垫片调隙，螺纹预紧调隙，齿差预紧调隙等方式。2）采用单螺母结构用增大钢球直径的方式实现预紧以消除间隙。
《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 第一章 1、机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与微电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。可以说，机电一体化是机械技术、微电子技术及信息技术相互交叉、融合（有机结合）的产物。 2、机电一体化系统的五大要素及其相应的五大功能 3、机电一体化的目的是提高系统（产品）的附加价值，所以附加价值就成了机电一体化系统（产品）的综合评价指标。 4、机电一体化系统的设计类型:（1）开发性设计它是没有参照产品的设计，仅仅根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品（系统）。（2）适应性设计它是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。（3）变异性设计它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。 5、机电一体化系统的设计准则主要考虑人、机、材料、成本等因素，而产品的可靠性、适用性与完善性设计最终可归结于在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。 6、并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行系统（产品）设计，就是说，在设计过程中对系统（产品）生命周期内的各个阶段的要求要尽可能地同时进行交互式的协调。 7、简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD的研究成果。2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。6、反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的系统进行剖析、重构、再创造的设计。 7、网络合作设计是现代设计最前沿的一种方法。其核心是利用网络工具来汇集设计知识、资源以及知识获取的方法进行设计。 第二章 1、机械传动部件通常有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动 习题一答案 1-1、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。 1-2、什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 1-3、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。 1-4、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。 1-5、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。 1-6、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。1-7、机电一体化系统（产品）开发的类型。 第一部分复习要求 课程的有关内容主要按“了解、掌握和熟练掌握”三个层次要求，具体要求如下： 第一章绪论 第一节机电一体化的产生和发展 1．掌握机电一体化的基本概念和涵义 2．掌握机电一体化的发展趋势 第二节机电一体化的相关技术 1．掌握机电一体化的相关技术及其内容 第三节典型机电一体化系统 1．掌握机电一体化系统的基本功能要素 2．掌握有关控制系统的分类及其概念 3．了解机电一体化产品和系统的分类 第四节机电一体化系统设计简介 1．掌握拟定机电一体化系统设计方案的常用方法及其适用场合 2．掌握机电一体化系统（产品）设计的类型 3．掌握机电一体化系统设计的概念、基本原则 4．掌握系统设计的过程，现代设计方法的步骤 5．了解机电一体化系统（产品）开发的工程路线 第二章机械传动与支承技术 第一节机械传动系统数学模型的建立 1．掌握数控机床进给传动系统建模的步骤、方法 第二节机械结构因素对伺服系统性能的影响 1．掌握阻尼、摩擦、结构弹性变形、惯量及间隙对伺服系统性能的影响 第三节机械传动 1．掌握机电一体化系统对机械传动的要求 2．掌握总传动比的确定 3．掌握传动链的级数和各级传动比的分配原则和方法 4．掌握各种机械传动装置的特点 第四节支承部件 1．掌握机电一体化系统对支承部件的要求 2．了解机电一体化系统中常见的轴承及其特点 3．掌握常用导轨及其特点 4．掌握机身的特点及结构设计主要考虑的因素 第三章伺服传动技术 第一节概述 1．掌握伺服系统的结构组成及分类 2．了解伺服电动机应符合的基本要求、各种伺服电动机的特点及应用场合 3．了解功率放大器的种类 第二节直流伺服系统 1．了解直流伺服系统的各组成环节及其工作原理 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、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 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、信息与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。 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内循环和外循环两类。 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。 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，应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 1、机电一体化：在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。 2、机电一体化目的提高机械系统的附加价值（多功能，高效率，高可靠性，省材料省能源）附加价值是机电一体化系统的综合评价指标。 3、机电一体化发展条件：短期或中期普遍需要，具有显著的经济效益，具备或经过短期努力能具备必须的物质技术基础。 4、五个子系统：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 5、从自发状况想自为方向发展。 6、接口的分类：1）变换、调整：零接口、无源接口、有源接口、智能接口。 2）输入、输出：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7、1）机电互补法：利用通用或专用电子部件取代传统机械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统。 2）结合法：各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件。 3）组合法：用结合法制成的功能部件、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化产品。 8、机电一体化系统的功能：变换、传递、存储。工业三大要素：物质、能量、信息。 9、接口的性能决定了机电一体化系统的性能。 10、机械部分具备要求：低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高的消振频率、适当的阻尼比、高的定位精度。措施：低摩擦、短传动链、最佳传动比、反向死区小、高刚性。 11、传动机构的作用：传递转矩与转速。使执行元件与负载之间在转矩与转速得到最佳匹配。 传动机构的要求：精密化、高速化、小型轻量化；转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。 12、滑动丝杠：结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁；摩擦阻力距大，传动效率低。 13、滚动丝杠：摩擦阻力距小，传动效率高，轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长；结构复杂，制造成本高，不能自锁，具有运动可逆性，便于消除轴向间隙。 14、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 内循环：滚珠循环过程中始终与丝杠表面保持接触，滚珠循环回路短，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸较小，但反向器加工困难，装配调整也不方便。 外循环：螺旋槽式、插管式、端盖式；滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹轨道，在螺母体内或体外循环运动。 主要尺寸参数：公称直径d o、基本导程P o、行程λ 精度等级：1、2、3、4、5、7、10七个等级，1级最高，10级最低。 15、滚珠丝杠副在负载时，滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形，换向时其轴向间隙会引起空回，这种空回是非连续性既影响传动精度又影响系统的稳定性，单螺母丝杠副的间隙消除相当困难。 预紧方法有：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。 16、齿轮传动间隙调整：偏心套调整、轴向垫片调整、双片薄齿轮错齿调整。 17、滚珠丝杠副的支承方式：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 18、导轨的主要作用：支承和导向（限制运动部件按给定运动要求和规定的运动方向运动。） 基本要求：导向精度高、刚性好、精度保持性好（耐磨性）、运动轻便平稳、温度变化影响小以及结构工艺好。（常用材料：铸铁、钢、有色金属、塑料、复合材料。）导轨精度：在水平、垂直平面内的直线度及两导轨面间的平行度。（压板、镶条） 耐磨性：合理的导轨材料及热处理；减小导轨面压强；保证良好润滑；提高导轨精度。 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。 机电一体化复习题 机电一体化复习题 1.简述机电一体化技术的基本概念和涵义。 答：机电一体化技术是从系统的观点出发，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.机电一体化技术的发展趋势可概括为哪三个方面? 答：机电一体化技术的发展趋势可概括为以下三个方面： (1)性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展； (2)功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展； (3)层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。 3.机电一体化的优势是什么? 答：机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长，且综合利用各学科并加以整体优化。因此，在机电一体化技术的研究与生产应用过程中，特别强调技术融合、学科交叉的作用。机电一体化技术依赖于相关技术的发展，机电一体化技术的发展也促进了相关技术的发展。 4.机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为哪六个方面? 答：机电一体化技术主要的相关技术可以归纳为以下六个方面：(1)机械技术，(2)检测传感技术，(3)信息处理技术，(4)自动控制技术，(5)伺服传动技术，(6)系统总体技术。 5.机电一体化系统应具有哪六个基本功能要素? 答：机电一体化系统应具有以下六个基本功能要素(即六个子系统)：(1)机械本体，(2)动力部分，(3)检测部分，(4)执行机构，(5)控制器，(6)接口。 6.何谓机电一体化系统中的接口?接口的作用和基本功能是什么? 答：机电一体化系统中的接口，是机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件。接口的作用使各要素或子系统联接成为一个整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。接口的基本功能有三个：一是交换，通过接口完成使各要素或子系统之间信号模式或能量的统一；二是放大， 目录 机电一体化复习题 (2) 机电一体化复习题参考答案 (6) 机电一体化技术试题 (11) 答案及评分标准 (14) 机电一体化复习题 (18) 一、名词解释 (18) 二、填空题 (19) 三、简答题 (20) 四、选择题。（无答案） (23) 五、应用题 (24) 《机电一体化技术》试卷（一） (27) 《机电一体化技术》试卷(一)答案 (29) 《机电一体化技术》试卷(二) (31) 《机电一体化技术》试卷(二) 答案 (34) 《机电一体化技术》试卷(三) (37) 《机电一体化技术》试卷(三)答案 (39) 《机电一体化技术》试卷(四) (42) 《机电一体化技术》试卷(四) 答案 (44) 《机电一体化技术》试卷(五) (47) 《机电一体化技术》试卷(五) 答案 (48) 机电一体化系统设计试题 (52) 一、填空题（每空1分，共20分） (53) 二、简答题（每题5分，共30分） (53) 三、计算题（共20分）（将本题答案写在答题纸上） (53) 四、综合分析题（共30分） (54) 机电一体化系统设计试题答案 (54) 一、填空题（每空1分，共20分） (54) 二、简答（每题5分，共30分） (55) 三、计算题（共20分） (55) 四、综合分析题（30分） (55) 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。（3） 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。（3） 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。（3） 6 无条件I/O方式常用于中断控制中。（3） 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 名词解释 1.三相六拍通电方式：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→… 2.伺服电动机：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，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3.伺服控制技术：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.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 5.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。 6.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，CPU又返回来执行原来的程序。 7.动态误差: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。 1.机电一体化技术是以（电子）技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合 性技术。 2.以下除了（继电器控制系统），均是由硬件和软件组成。 3.机电一体化技术是以（机械）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合 性技术。 4.在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的基本要求足( 精度、稳定性、 快速响应性 )。 5.在机械传动系统中，用于加速惯性负载的驱动力矩为( 电机力矩与折算负载力矩 之差)。 6.在下列电机中，( 交流同步伺服电机 )既可通过闭环实现速度或位置控制，又可 作步进方式运行，且电机转速不受负载影响，稳定性高。 7.在开环控制系统中,常用（步进电动机）做驱动元件。 8.导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则工作台与工件折算到丝 杠上的等效转动惯量为（ 97 ）kg?mm2。 9.导程L0=8mm的丝杠的总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（ 1200 ） kg·mm2。 10.机械系统的刚度对系统的动态特性主要影响表现为( 固有频率、失动量、稳定性 ) 等方面。 11.为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法( 增大系统刚度 )。 12.传动系统的固有频率对传动精度有影响，(提高 ) 固有频率可减小系统地传动误 差， ( 提高)系统刚度可提高固有频率。 13.多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按( 重量最轻原则(小功率装 置) )设计的传动链。 14.多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按( 重量最轻原则(大 功率装置) )设计的传动链。 15.闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的( 回程误差不影响 输出精度，但传动误差影响输出精度 )。 16.闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的( 回程误差和传 动误差都会影响输出精度 )。 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 第一章绪论 ●机电一体化是指机械装置和电子设备适当地组合起来，构成机械产品或机电一体与机信一体的新趋势。 ●机电一体化是把机械学和电子学有机地结合起来，提供更加优越技术的一种技术。 ●机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。机电一体化的目的是使产品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又能节省材料、省能源，使产品向轻、薄、细、小、巧的方向发展，以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。 机电一体化基本结构要素： 1．机械本体包括机身、框架机械联接等在内的产品支持结构属于基础部分，实现产品的构造功能。 2．动力源向系统提供能量，并将输入的能量转换成需要的形式，实现动力功能。 3．检测与传感装置包括各种传感器及其信号检测路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功能。4．控制与信息处理装置主要是指由计算机及其相应硬、软件所构成的控制系统。 5．执行机构包括机械传动与操作机构，在控制信息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。是机电一体化产品中最重要的组成要素之一。 机电一体化产品可划分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。1．功能附加型产品：主要特征是在原有机械产品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增强，性能得到适当的提高。经济型数控机床、电子秤、数显量具、全自动洗衣机等都属于这一类机电一体化产品。 2．功能替代型产品：主要特征是采用电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品结构简化，性能提高。柔性增加，如电子缝纫机、自动照相机等用微电于装置取代了原来复杂的机械控制机构；线切割加工机床、激光手术器等则用因微电子技术的应用而产生的新功能，取代了原来机械的主功能。 机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了最伟大的成功[1]。进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国家对服务机器人的认识不同。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作[3]，即除了手术机器人、诊断机器人、护理机器人、康复机器人等医用机器人外，也包括各种家用机器人、娱乐机器人、体育机器人、玩具机器人、导游机器人、保安机器人、排险机器人、清洁机器人、秘书机器人、建筑机器人、邮拾和送信机器人以及加油机器人等。随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难 中国机器人专家、工程院院士徐扬生教授说：“只要10年时间，机器人将在世界范围内，普及到每个人的日常生活之中。这将是一个巨大的市场，预计将比现在的汽车市场还要大。”②韩国科学家预测：到2015年至2020年，每个韩国家庭将拥有一个机器人。③日本专家估计：到2020年日本将有25%的人口年龄超过65岁，护理型机器人将供不应求。④德国科学家预计：将在未来的几十年间，家庭生活中将出现的最大变化就是机器人的普及，家庭服务机器人将在日常家庭生活中扮演越来越重要的角色，承担越来越多的工作从二十世纪八十年代中期开始，机器人已从工厂的结构化环境进入人的日常生活环境—医院、办公室、家庭和其它杂乱及不可控环境，成为不仅能自主完成工作，而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务的智能服务机器人，特别是最近几年，对会清洁地面、割草或充当导游、保姆和警卫等自主移动机器人技术上的进步，大家都有目共睹日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，一方面和他们的机器人文化也有关，在日本，有一种“让机器人成为人”的氛围，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化；另一方面，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金，为了攻克更关键的服务机器人技术，日本在2006 年至2010 年间，每年投入1000 万美元用于研发服务机器人。 韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，他们已经把服务型机器人作为国家的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。韩国信息通信部官员表示，虽然韩国的机器人技术起步比美国、日本和欧洲的竞争者要晚，但是有望在未来5～10年内迎头赶上 美国是机器人的发源地，尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。例如：专治中风的机器人医生将在密歇根州圣约瑟夫默西奥克兰医院率先上岗，这种机器人头部是一个显示屏，能显示网络另一端医生的形象和声音，显示屏上方安装了一个摄像头，可以把医院现场的图像和声音传回给医生，有了这种机器人，医生在机电一体化期末复习资料
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