2004年4月自考全国机电一体化系统设计试卷
(课程代码 2245)
一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内，错选、多选或未选均无分。
1．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 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 【 】 2．易产生低速爬行现象的导轨是
A ．滚柱导轨
B ．静压导轨
C ．滑动导轨
D ．气浮导轨 【 】 3．谐波齿轮演变自
A ．直齿锥齿轮传动
B ．斜齿锥齿轮传动
C ．蜗杆副传动
D ．行星齿轮传动 【 】
4．机床的调速方法很多，其中最有利于实现自动化，并可简化机械结构的方法是 A ．机械方法 B ．液压方法
C ．电气方法
D ．气动方法 【 】
5．码盘式转速传感器采用增量式编码器直接连接到转轴上，产生一系列脉冲，从而得到 A ．电压信号 B ．数字式电流信号
C ．电流信号
D ．数字式速度信号 【 】 6．若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用 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 【 】 7．交流感应电动机，对应s=1的转矩称
A ．堵转转矩
B ．最大转矩
C ．额定转矩
D ．负载转矩 【 】 8．直流电动机系统中，
B
J 称
A．电动机电磁时问常数B．电动机机电时间常数
C．机械系统时间常数D．电动机反电势系数【】
9．某步进电动机，三相，转子40个齿，欲使其步距0.5°，应采用的通电方式为
A．单拍制B．双拍制
C．单双拍制D．细分电路【】
10．若考虑系统抑制干扰的能力，选择采样周期的一条法则是：采样速率应选为闭环系统通频带的
A．5倍B．8倍
C．10倍D．10倍以上【】
11．在数控系统中，软伺服系统的系统增益K a为
A．(2～5)1／s B．(8～50)1／s
C．(50～100)1／s D．(120～150)1／s 【】
12．考虑多轴系统的运动，若每一根轴都按最快速度运动，其结果必是各轴有先后地到达各自的终点坐标，所形成的轨迹是一条
A．直线B．曲线
C．圆弧D．折线【】
14．梯形图中两触点并联，采用的助记符指令为
A．OR B．AND
C．OR STR D．AND STR 【】
二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)
15．柔性制造系统
16．开式导轨
17．闭环技术
18．直流伺服电动机的机械特性
19．采样——数据系统
三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)
20．机电一体化设计中，增强机械系统的思想是什么?
21．简述步进电动机双极性驱动电路的组成及原理。
22．根据数控机床加工作业任务不同，其运动控制分为哪几种类型?并说明其功能。
23．描写事件驱动过程常用什么方法?
四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)
24．若根据滚珠丝杠副的结构参数，查表得系数3=st b ，试计算当外部轴向力
N F a s p 15000=，轴向预载荷力为5000N 时，该滚珠丝杠副的传动刚度是多少。
25．若某一光栅的条纹密度为100条／mm ，现利用光栅莫尔条纹的放大作用，把莫尔条纹
的宽度调成10mm ，求光栅条纹间的夹角。
26．某三相感应电动机空载转速1485r ／min ，电源频率50Hz ，额定转差率0.04。 ①该电机为几极，额定转速为多少?
②额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率各为多少?
③电机空载时转子绕组电势频率较额定状态时变化如何?
27．三相变磁阻式步进电动机，转子60个齿。
①若单拍制通电的最大转矩为1N·m，计算单双拍制时的启动转矩。
②若要求电机转速为240r／min，计算单拍制通电的输入脉冲频率。
五、简单应用题（本大题共4小题，每小题6分，共24分)
28．要求将电荷放大器与压电传感器组合。使电荷放大器的输出电压与压电传感器的电荷成正比，与反馈电容成反比。
试画出压电传感器与电荷放大器的组合电路图。
29．某直流电动机电枢电阻100Ω，作电动机使用时，电枢加110V电压，空载电枢电流
0.1 A，空载转速4000r／min。(励磁保持额定状态)
①若用该电机做发电机，仍保持4000 r／min，空载输出电压为多少?
②该电机空载损耗为多少?
③作发电机时，若转速为2000r／min，外接400Ω负载电阻，则电枢电流为多少?
六、综合应用题(本大题共2小题，每小题8分，共16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：_内旋换和外循环 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___ _______，__________， __________ ，__________。 3. 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________。 4. 某光栅的条纹密度是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是 A. 阻尼—质量系统 B. 弹簧—质量系统弹簧—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 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和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、波形和相数的变换。（? ） 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. 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。
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、
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。
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：
JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月
目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。
------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.
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。
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。
第一章 绪论 一、机电一体化产品 1、按机电结合程度和形式分类 （1）、功能附加型 （2）、功能替代型 （3）、机电融合型 2、机电系统的构成要素 机电一体化系统功能组成：系统必须具有以下三大“目的功能”：变换(加工、处理)功能、传递(移动、输送)功能和储存(保持、积累、记录)功能。 不管哪类系统（或产品），其系统内部必须具备如所示的五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。 机电一体化系统的构成要素 1. 机械本体: 机身、框架、等。 2. 动力系统：电源、电机及电路等。 3. 传感与检测装置：传感器及检测电路 4. 信息处理及控制系统：计算机硬件、软件 5. 执行装置：机械传动、操作机构 相互补充，相互协调，共同完成产品功能。 3、传感检测技术 主要技术： (1)、可靠性、抗干扰性 (2)、提高灵敏度和精度 (3)、集成化 (4)、智能化 (5)、微型化 4、伺服驱动技术 伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。 能源部 信息处理信息驱动部执行元机械本 检测部
执行元件分为电动、气动、液压等多种类型，机电一体化产品中多采用电动式执行元件． 驱动装置指各种电动机的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。 所谓“伺服”（Servo）即“伺候服侍”的意思。 机械动作 在控制指令的指挥下，控制执行元件，使机械运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 液压、气动驱动系统比较复杂。包括：泵、阀、油缸（气缸）、过滤器、管路等。目前存在着功能、可靠性、标准化以及减轻重量、减小体积等问题。电机作为驱动机构已被广泛采用。 5、机电一体化的特点 机械部分：可承受较大载荷；实现微小运动和复杂运动困难。 电子部件：利用传感器和计算机可实现复杂检测与控制；无法承受较大载荷。机电结合：可在重载条件下实现微小运动和复杂运动。 特点（1）体积小、质量轻 （2）速度快、精度高 （3）可靠性高 （4）柔性好 第二章机电一体化系统传感器与检测系统 1、传感器基本概念 传感器是借助检测元件将一种形式的信号转换成另一种形式的信号的装置。 2、相关概念 敏感元件：是一种能够将被测量转换成易于测量的物理 量的预变换装置。如弹性敏感元件将力转换 为位移或应变输出。 传感元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号 （如电阻、电感、电容等）形式。 基本转换电路：将电信号量转换成便于测量的电量, 如电压、电流、频率等。 3、分类： 1)、按被测物理量的性质分; 位移传感器、温度传感器、压力传感器等等； 2)、按工作机理分；电阻式、电感式、电容式、光电式； 3)、按照输出信号的性质分类；可分为开关型(二值型) 、数字型和模拟型.
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 机电一体化系统设计试题 课程代码：02245 一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.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 2.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 3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( ) 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 4.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( ) A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5.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 6.电压跟随器的输出电压( )输入电压。 A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于 7.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］ 8.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 9.计算步进电动机转速的公式为( ) A. B.T sm cos C. D. 180°- 10.一般说来，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t s( ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定 11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为( ) A.+b B. C. D. 12.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 13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( ) A.(A+)2(+B) B.A2+2B C.(A+B)2(+) D.A2B+2 14.累计式定时器工作时有( ) A.1个条件 B.2个条件 C.3个条件 D.4个条件 二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分) 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 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 宜宾职业技术学院 《典型机电一体化控制系统分析与设计》 试题库 课程代码：1311303S 课程性质：专业必修课 适用专业：机电一体化技术 学分：4 负责人：温洪昌 参与人：杨阳熊平 二0一五年三月 典型机电一体化控制系统分析与设计知识点 课程试题库规划（B类） 专业：机电一体化课程：典型机电一体化控制系统分析与设计负责人：温洪昌课程类别：B类 主要知识点1：一个机电一体化系统组成结构划分(103) 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 【代码】10341018 【答案】A、B、C、D 2、机电一体化系统（产品）开发的类型（）。 A 开发性设计 B 适应性设计 C 变参数设计 D 其它 【代码】10331028 【答案】A、B、C 3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法（）。 A 取代法 B 整体设计法 C组合法 D其它 【代码】10331038 【答案】A、B、C 4、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。 【代码】10341048 【答案】A、B、C、D 5、抑制干扰的措施很多，主要包括（）。 A屏蔽 B隔离 C滤波 D接地和软件处理等方法【代码】10341058 【答案】A、B、C、D 6、柔性制造系统的英文缩写是（）。 A FMS B CIMS C CAPP D MEMS 【代码】10311068 【答案】A 7、微电子机械系统的英文缩写是（）。 A FMS B CIMS C CAPP D MEMS 【代码】10311078 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 数控工作台机电系 统设计 广西工学院机械工程系 《数控机床》课程设计说明书 设计题目: X-Y数控工作台机电系统设计 班级: 姓名: 指导教师: 广西工学院 机电一体化教研室 6 月 目录 一、《数控机床》课程设计目的……………………………………………… 3 二、设计任 务 (3) 三、设计主要步 骤 (3) 1、确定设计总体方 案 (4) ( 1) 、机械传动部件的选 择 (4) ( 2) 、控制系统的设 计 (4) 2、机械传动部件的计算与选 型 (5) ( 1) 、导轨上移动部件的重量估 算 (5) ( 2) 、计算切削力 (5) ( 3) 、滚珠丝杠传动的设计计算及校 验 (6) ( 4) 、步进电机的传动计算及电动机的选 用 (9) ( 5) 、滚动导轨的设计计 算 (15) 3、其余附件的选 择 (16) 四、控制系统的设 计 (17) 五、机械部分装配图的绘 制 (19) 六、参考文 献 (20) 七、总结体 会 (20) 一、设计的目的 《数控机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节, 要求学生综合的运用所学的理论知识, 独立进行的设计训练, 主要目的: 1、 经过设计, 使学生全面地、 系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知识, 学习总体的方案拟定、 分析与比较的方法。 2、 经过对机械系统的设计, 掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、 设计计算及选用的方式 3、 经过对机械系统的设计, 掌握常见伺服电机的工作原理、 计算控制方法与控制驱动方式 4、 培养学生独立分析问题和解决问题的能力, 学习并树立”系统设计”的思想 5、 锻炼提高学生应用手册和标准、 查阅文献资料及撰写科技论文的能力 二、 设计任务 设计一套供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台, 主要参数如下: 1、立铣刀最大直径的d=15mm, 立铣刀齿数 Z=3, 最大铣削宽度c a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm, 加工材料为碳素钢或有色金属。 2、 X 、 Z 方向的定位精度均为±0.02mm 。 3、 工作台面尺寸为230mm 230mm ?, 加工范围为250mm 250mm ?; 4、 工作台空载进给最快移动速度: max max 3000mm /min x y V V ==, 工作台进给最快移动速度:max ymax 400mm /min x f f V V ==, 加减速0.4s 。 三、 设计主要步骤 1、 确定设计总方案 填空题： 1、机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术，其主要的相关技术可以归纳成机械技术、传感检测技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术和系统总技术。 3、摩擦对伺服系统的影响有引起动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统误差和产生系统误差。 4、谐波齿轮传动机械系统中，设柔轮为固定件，波发生器为输入，刚轮为输出，则包含输入与输出运动方向关系在内的传动比计算式为)/(1 2r g g H Z Z Z i -=。 7、机电一体化系统中，在满足系统总传动比不变的情况下，常采用等效转动惯量最小原则、重量最轻原则和输出轴转角误差最小原则。 9、机电一体化机械系统主要包括以下三大机构传动机构、导向机构、执行机构。 10、机械传动系统的特性包括运态响应特性和伺服特性。 11、标准滚动轴承接其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，可分为 圆柱滚子轴承 、 圆锥滚子轴承 。 13、为了避免外部设备的电源干扰，防止被控对象电路的强电反窜，通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上隔离的方法，称为光电隔离。 14、用软件进行“线性化”处理，方法有三种：计算法、查表法和插值法。 15、在机电一体化测控系统中，传感器的输出量与被测物理量之间的关系，绝大部分是非线性的。造成非线性的原因主要有两个：一是许多传感器的转换原理并非线性；二是采用的测量电路也是非线性的。 16、算术平均滤波Y=X i N i N ∑=11 ，N 的选取应按具体情况决定，N 越大，则平滑度高，滤波效果越好。对于流量信号N= 8～16 ；压力信号N= 4 。 18、传感器与前级信号的放大与隔离装置有运算放大器、测量放大器、程控测量放大器、 隔离放大器。 20、伺服系统因被控对象的运动、检测部件以及机械结构等的不同而对伺服系统的要求有差异，但所有伺服系统的共同点是带动控制对象按指定规律作机械运动。 25、把微机系统后向通道的弱电控制信号转换成能驱动执行元件动作的具有一定电压和电流的强电功率信号或液压气动信号，称为脉冲功率放大器。 27、从系统的控制结构看，闭环伺服系统可以看作为以位置控制为外环，速度调节为内环的双闭环自动控制系统。 机电系统设计课程设计任务书 一、课程设计教学计划 1、基本要求 课程设计是“机电系统设计”课的实践教学环节，在教学计划中单独考核。要求学生按照老师的要求，认真完成课程设计每个环节布置的任务，按时参加课程设计辅导，做好设计笔记。严禁在课程设计中抄袭他人的设计，否则课程设计以零分计。 2、课程设计时间安排 课程设计分收集资料和准备阶段、方案设计阶段、详细设计阶段和答辩等四个阶段。机电系统课程设计从第13周开始，第15周截至。其中，第13周是准备周，第14-15周是设计周。 3、辅导时间及地点 辅导采取集中辅导和个别辅导的方式。集中辅导时间：周1下午7-8节、周3上午1-2节、周5下午5-7节。辅导地点：学院办公室 二、课程设计题目 题目一钢瓶生产线控制系统设计 钢瓶生产线是洁净能源汽车用天然气钢瓶的机加工生产线。生产线控制系统实现对钢瓶输送过程的自动控制。生产线的输送机构由三相异步电机驱动；钢瓶输送至下一工序的加工设备处，采用气缸驱动的翻转机构实现钢瓶的自动装、卸。生产线由各工序操作人员通过操作按钮控制。要求：根据提供的钢瓶生产线方案，确定控制要求，设计钢瓶生产线控制系统的电气原理图和控制程序。 题目二全自动洗衣机控制装置设计 全自动洗衣机的控制要求：按下启动按扭及水位选择开关，进水量达到要求后关水；暂停后开始洗涤；洗涤过程分正转、暂停两步，如此循环多次，然后排水；排水结束后开始清洗，清洗完成报警并自动停机。此外，按下停车按扭可手动排水和手动脱水。根据以上要求，设计全自动洗衣机的PLC控制装置，选择PLC和有关的液位检测元件，分配PLC的I/O点，绘制PLC接口线路图、设计PLC 控制程序。 题目三模压机控制系统设计 模压机用于塑料制品的生产。主要执行机构包括3个气缸和1个吹风装置，分别实现对制件的推进、模压、顶出和吹风。为保证正常运行，需采用检测装置检测推进器、模压器和顶出器的工作初始位置和到位位置，以及成型后的制件是否吹送到收集箱中。该机应具有手动操作和自动操作方式。要求：采用PLC为控制装置，设计模压机电气控制系统系统，绘制电气原理图、编写控制程序。 题目四定长切割设备控制系统设计机电一体化系统设计试题及答案
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