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： 11 )()(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（）。 1. 机电一体化的定义。 机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现系统整体的最佳化。 2. 简述机电一体化系统的组成及各组成部分的功能。 机电一体化系统的组成：A机械本体、B动力单元、C传感检测单元、 D执行单元、E驱动单元、F控制及信息处理单元这六部分组成。 各成分的功能如下： 1、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（装配连接）在一定位置上，并保持特定的关系。 2、动力单元：按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。 3、传感检测单元：对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，并转换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。 4、执行单元：根据控制信息和指令在驱动单元的驱动下完成所要求的动作。 5、驱动单元：在控制信息作用下，在动力单元的支持下，驱动各种执行机构（执行单元）完成各种动作和功能。 6、控制及信息处理单元：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往驱动单元和执行机构，控制整个系统有目的地运行。 3. 机电一体化系统有哪些设计方法？分别举例。 机电一体化系统有以下三种设计方法： A.取代法，如用电气调速系统取代机械式变速机构等； B.整体设计法，如某些激光打印机的激光扫描镜； C.组合法，如设计数控机床时使各个单元有机组合融为一体。 4. 转动惯量、刚度、阻尼的折算公式。 另附资料。 5. 传动链精度对开环伺服系统、闭环伺服系统精度的影响。 开环伺服系统中，传动链的传动精度不仅取决于组成系统的单个传动件的精度，还取决于传动链的系统精度。 闭环伺服系统中的传动链，虽然对单个传动件的精度要求可以降低，但对系统精度仍有相当高的要求，以免在控制时因误差随机性太大不能补偿。 6. 举例说明缩短传动链的三种方式。 A. 伺服电动机； B.直线电机； C.电主轴。 7. 简述传动系统的转动惯量、摩擦、阻尼比、刚度、谐振频率、间隙对机电一体化系统性能的影响。 1、转动惯量：在满足系统刚度的条件下，机械部分的质量和转动惯量越小越好。转动惯量大会使机械负载增大，系统响应速度变慢，灵敏度降低，固有频率下降，容易产生谐振。同时，转动惯量增大会使电器驱动部分的谐振频率降低而阻尼比增大。 2、摩擦：引起动态滞后和稳态误差，同时还会造成低速爬行。 3、阻尼比：实际应用中一般取0.4--0.8的欠阻尼，既能保证振荡在一定的范围内过渡过程比较平稳、过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。 4、刚度：对于伺服系统的失动量来说，系统刚度越大，失动量越小，对于伺 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。 《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） 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 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） 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。 《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 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。 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 )。 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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