机电一体化系统设计试题及答案-----

中国石油大学（北京）远程教育学院《机电一体化系统设计》期末复习题第一章绪论判断（A对，B错）1.工业三要素是资金、人才、技术.2.机电一体化系统的执行机构功能是主操作功能.答案：B A单选1、机电一体化系统机械本体的功能是（)A执行机构B动力源C固定其它部件D主操作功能2、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3、机电一体化系统的主要构成装置不包含以下哪一项（)A电子装置B控制装置C驱动装置D机械装置答案：C B A问答题1、在机械工业中微电子技术应用有哪些方面，及其对机电一体化产品设计的意义？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产品设计的意义表现在：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、机电一体化系统的主功能组成是那些？物质、能量、信息(工业三要素）的变换（加工处理）、传递(移动、输送）、储存（保持、积蓄、记录）3、机械电气化与机电一体化的区别机械电气化–很少考虑电器与机械的内在联系;根据机械要求选用电气传动–机械电气界限分明，以机械联结为主，装置是刚性的–装置的控制属于强电范畴,支撑技术是电工技术（电磁学，输配电) 机电一体化产品的新功能、智能化进步：自动检测，自动显示，自动记录,自动信息处理，自动调节控制，自动诊断,自动保护4、简要说明机电一体化系统组成要素及其功能？五个方面，各组成及功能分别是：机械本体（构造功能:固定其它部件)；执行机构（主操作功能）;驱动部件（动力功能）;传感部件（信息检测）；控制部分（信息处理及控制）56、机电一体化的关键支撑技术有哪些？它们的作用如何?系统论、信息论、控制论是理论基础和方法论,具体来说有六个方面的关键技术:检测传感技术:是自动化、智能化、闭环控制基础信息处理技术:控制的基础，处理速度，可靠抗干扰自动控制技术：核心是计算机控制，关系着系统的静动特性和稳定性伺服传动技术：动力和运动控制实现包括电，液，气的伺服传动技术精密机械技术：基础技术涉及产品部件的模块化标准化规格化表现为减轻重量，缩小体积，提高精度，改善性能，提高可靠性系统总体技术:包括总体设计和接口设计;涉及到产品的功能分解与技术实现、系统总体综合与接口技术第二章系统总体设计判断（A对，B错）1、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。

《机电一体化系统设计》课程试卷1参考答案一.填空1.通常一个较完善的机电一体化系统包含：机械本体、动力与驱动装置、执行机构、传感与检测部分和控制与信息处理五部分。

2.结构设计中的自增强原则是指在正常工作条件下，辅助效应与初始效应的作用方向相同，总效应为两者之和；在力传递原则中，力流路线越短，零件的结构刚性__越好__；卸荷皮带轮就是结构设计中应用任务分配原则的实例。

3.系统的传递函数定义为当初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

4.传感器的静态特性指标主要有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和分辨力等。

5.电感式位移传感器是通过检测电感量的变化来检测被测量的位移。

6.滚珠丝杠副中采用双螺母是为了便于螺旋副轴向间隙的调整。

7.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。

8.谐波齿轮传动的三个主要部件是：刚轮、柔轮和谐波发生器。

9.直流伺服电机的优点是稳定性好、可控性好、响应迅速和转矩大等；无刷直流伺服电动机的优点是无换向器、可控性好和稳定性好等。

二、简述题1.在机电一体化产品的设计中常常引入现代设计方法，简述你所熟悉的一种现代设计方法的基本思想。

2.比较滚珠丝杠副中单圆弧型滚道与双圆弧型滚道的优缺点。

3.简述机电一体化产品方案设计中黑箱法的基本原理。

答案：1、例如可靠性设计。

可靠性指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

可靠性设计作为一种新的设计方法，只是常规设计方法的深化和发展，所以机械设计等相关课程所阐明的计算原理、方法和基本公式，对可靠性设计仍然适用。

但其又有别于传统设计方法，主要表现在以下几点：①可靠性设计法认为作用在零部件上的载荷（广义的）和材料性能等都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散性质，在数学上必须用分布函数来描述；②由于载荷和材料性能等都是随机变量，所以必须用概率统计的方法求解；③可靠性设计法认为所设计的任何产品都存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答产品在工作中的可靠程度，从而弥补了传统设计方法的不足。

机电一体化系统设计考试资料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.工业三大要素：物质、能量和信息3.机电一体化系统由机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统等五个子系统构成。

4.机电一体化系统设计流程：（1）根据目的功能确定产品规格、性能指标（2）系统功能部件、功能要素的划分（3）接口的设计（4）综合评价（5）可靠性复查（6）试制与调试5.机电一体化系统设计的考虑方法：（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：将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：将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。

6.机电一体化设计类型：（1）开发性设计：是没有产品的设计，仅仅是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系统。

（2）适应性设计：是在总的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机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，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。

（3）变异性设计：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要求。

7.机电一体化设计程序：（1）明确设计思想（2）分析综合要求（3）划分功能模块（4）决定性能参数（5）调研类似产品（6）拟定总体方案（7）方案对比定型（8）编写总体设计论证书8.设计准则：在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。

9.设计规律：根据设计要求首先确定离散元素间的逻辑关系，然后研究其相互间的物理关系这样就可根据设计要求和手册确定其结构关系，最终完成全部设计工作。

10.绿色设计：在新产品的开发阶段，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。

《机电一体化技术》试卷及答案(五)一、名词解释(每小题2分，共10分)1. 单片机2. I/O接口3. I/O通道4. 串行通信5.直接存储器存取（DMA）二、单项选择题(每小题2分，共10分)1. 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。

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（）。

A.1<s<2B.0<s 1C.-1<s<1D.-1<s<03.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4. 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5.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.自动三、简答题(每小题5分，共30分)1. 试简述光电式转速传感器的测量原理。

2. 试述可编程控制器的工作原理。

3. 在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？为什么？4. 柔性制造系统的主要特点有哪些？5 步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么?6.伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能？四、计算题(每小题10分，共20分)1. 某光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？2. 若12位A/D转换器的参考电压是±2 .5V，试求出其采样量化单位q 。

若输入信号为1V，问转换后的输出数据值是多少。

五、综合应用题(每小题15分，共30分)1.分析下图调整齿侧间隙的原理1、4－锥齿轮2、3－键5－压簧6－螺母7－轴2、周向弹簧调整法2. 分析下图差动螺旋传动原理设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为P h1和P h2。

机电专业一体化试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 机电一体化系统的基本组成包括：A. 机械系统B. 电子系统C. 控制系统D. 所有以上选项答案：D2. 下列哪个不是机电一体化系统的特点？A. 高精度B. 高可靠性C. 低效率D. 集成度高答案：C3. 伺服电机主要用于：A. 精确控制位置B. 产生大扭矩C. 快速启动和停止D. 所有以上选项答案：A4. PLC（可编程逻辑控制器）的主要功能是：A. 数据存储B. 逻辑控制C. 人机交互D. 所有以上选项答案：B5. 传感器在机电一体化系统中的作用是：A. 检测外部信号B. 转换信号C. 执行控制命令D. 所有以上选项答案：A6. 以下哪个不是机械传动元件？A. 齿轮B. 皮带C. 电机D. 轴承答案：C7. 以下哪个是机电一体化系统中常用的传感器类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 光敏传感器D. 所有以上选项答案：D8. 以下哪个不是机电一体化系统的执行元件？A. 电机B. 液压缸C. 传感器D. 气动缸答案：C9. 以下哪个是机电一体化系统中常用的控制策略？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 所有以上选项答案：D10. 以下哪个是机电一体化系统设计时需要考虑的因素？A. 成本B. 性能C. 可靠性D. 所有以上选项答案：D二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述机电一体化系统与传统机械系统的区别。

答案：机电一体化系统与传统机械系统的主要区别在于，机电一体化系统将机械系统与电子系统、控制系统相结合，实现了高度的集成和自动化。

它通过传感器检测外部信号，利用电子系统进行信号处理，并通过控制系统实现精确的控制，从而提高系统的精度、效率和可靠性。

2. 解释什么是伺服电机，并简述其工作原理。

答案：伺服电机是一种高精度的电机，它能够根据输入的控制信号精确地控制电机的转速和位置。

伺服电机的工作原理是，通过编码器检测电机的实际位置，将位置信号反馈给控制系统，控制系统根据位置误差调整电机的输入，从而实现精确控制。

4. 控制系统接地通的目的。

将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。

接地的目的有两个：一是为了安全，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等。

称为工作接地。

工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。

磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有24个齿，求：1）步进电机的步距角；2）脉冲电源的频率。

五、综合应用题(每小题15分，共30分)1. 三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，输入脉冲频率为多少?步距角为多少?2. 根据下面的电路图,编写利用该接口电路一次完成A/D转换,并把转换的结果的高8位放入R2中,低8位放入R3中的程序段。

《机电一体化技术》试卷(九) 答案考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1.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2. 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，其基本组成部分有：自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多层计算机控制系统等。

3. 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。

4. 敏感元件是直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。

5. 压电效应：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。

1.对于计算机控制系统，目前常用的有基于（）等多种类型的控制系统。

A.单片机B.单板机C.普通PC机D.工业PC机E.PLC [正确答案]：ABCDE2.计算机控制系统的设计思路过程包括（）。

A.确定系统的整体控制方案B.确定控制算法C.选择微型计算机D.系统总体设计E.软件设计F.系统调试[正确答案]：ABCDEF3.机电一体化系统对执行元件有（）基本要求。

A.惯量小、动力大B.体积小、重量轻C.便于维修、安装D.宜于计算机控制E.体积大、动力大[正确答案]：ABCD4.总体来讲，控制系统的设计要遵循（）步骤。

A.确定系统的总体方案B.建立数学模型确定控制算法C.控制系统的总体设计D.软件设计E.传感器的选型[正确答案]：ABCD5.以下( )是工控机与商用PC机之间的不同点。

A.能够提供各种数据实时采集和控制B.能够安装在机械结构里面，和机器成为一体C.能够和被控制对象的传感器、执行机构直接接口D.能够在苛刻的工作环境中可靠运行E.在计算和界面设计上没有不同[正确答案]：ACD6.嵌入式系统与通用计算机系统相比具有（）重要特征。

A.面向特定应用B.高度密集C.程序可擦写D.生命周期短E.生命周期长7.建立传递函数这样的数学模型步骤为（）。

A.第一步确定各系统的输入、输出量B.第一步是按信号的传递顺序遵循运动规律写出各环节微分方程C.第二步是进行拉斯变换求系统传递函数D.第二步是确定各系统的输入、输出变量E.第三步是进行拉斯变换求系统传递函数F.第三步是按信号的传递顺序遵循运动规律写出各环节微分方程[正确答案]：ADE8.齿轮侧隙调整法中（）能自动补偿间隙。

A.偏心套调整法B.双片薄齿轮错齿调整法C.轴向垫片法D.轴向压簧错齿调整法E.双螺母螺纹调整法[正确答案]：BD9.传感器由（）组成。

A.敏感元件B.转换器件C.信号调节电路D.辅助电源E.集成电路[正确答案]：ABCD10.机电一体化产品产品概念设计包含（）流程。

模拟试题一一、判断题（每题3分，共30分。

判断下列所述是否正确，正确填入“√”号，错误则填“×”号。

）1．机电一体化是以数学和物理学为主的多门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．机电一体化系统的精度是由机械装置的精度确定的。

（）3．系统的静摩擦阻尼越大，使系统的回程误差增大，定位精度降低。

（）4．位移传感器还可以分为模拟式传感器和数字式传感器，模拟式传感器输出是以幅值形式表示输入位移的大小，数字式传感器的输出是以脉冲数量的多少表示位移的大小。

（）5．气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。

（）6．.改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。

（）7．直流伺服电动机的机械特性是电机转速与其控制电压的关系。

（）8．在实际机电一体化系统中，很难建立严格的数学模型，因此建立描述模型。

（）9．用户可以按照自己的需要，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统，然后通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统。

（）10．.数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制系统，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。

（）二、单选题（每题3分，共30分）1．以下产品属于机电一体化产品的是（）。

【A.】通信机柜【B.】移动电话【C.】复印机【D.】非指针式电子表2．齿轮传动在输出轴上的等效转动惯量随传动比级数的（）。

【A.】增加而减小【B.】增加而增加【C.】减小而增加【D.】变化而不变3．机械传动部件的阻尼比和以下哪个因素无关（）。

【A.】粘性阻尼系数【B.】抗压刚度系数【C.】转动惯量【D.】质量4．下列哪项指标是传感器的动特性（）。

【A.】量程【B.】线性度【C.】灵敏度【D.】幅频特性5．全闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之内，所以它的（）。

【A.】回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度【B.】传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度【C.】回程误差和传动误差都不会影响输出精度【D.】回程误差和传动误差都会影响输出精度6．PWM指的是（）。

XX大学XX学院XXXX-XXXX学年第X学期《机电一体化系统设计》试卷班级学号姓名一、填空题：（每空1分，共20分）1、机电一体化是机械与电子技术有机结合的产物。

2、开发性设计是在既没有参考样板又没有具体设计方案的情形下，根据抽象原理，按照系统性能要求进行的设计。

3、滚珠丝杠副的传动效率高达0.90~0.95，为滑动丝杠副的3~4倍。

4、启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的失动量。

5、对步进电动机进给系统中齿轮传动装置进行传动比分配的原则是最小负载惯量原则。

6、据齿轮系传动比最佳分配条件，简化的最佳速比分配关系为22i 。

7、在开环步进电机-丝杠系统中，传动比大小与系统步进电机的步距角有关。

8、滚珠丝杠副可以将直线运动转变为为旋转运动。

9、计算齿轮传动系统时非随机载荷的采用峰值综合法法。

10、数字式传感器检测系统的传感器输出信号为增量码信号。

11、当传感器的输出信号是电参数形式时，需要采用基本转换电路，将其转换成电量形式。

12、采样信号变成连续信号必须经过D/A转换器和保持器才能完成。

二、选择题：（将答案填入表格，每题1.5分，共30分）A.Mechanics一致B.Electronics一致C.Mechatronics一致D.Electric-Machine一致2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下（C）A.对现有系统进行局部更改的设计B.根据抽象设计原理对系统性能要求进行设计C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计D.根据抽象设计原理进行局部更改的设计3、柔性化是在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，（A）A.无须改变硬件只改变软件就可以 B.无须改变软件只改变硬件就可以C.既要改变硬件又要改变软件才行 D.既不改变硬件又不改变软件4、滚动直线导轨副的承载能力是平面滚道形式的（B）A.23倍B.13倍C.4倍D.33倍5、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6、在设计滚珠丝杠副时所要求的硬度HRC（B）A.越小其硬度系数就越小B.越大其硬度系数就越小C.越大其硬度系数就越大D.大小与其硬度系数无关7、偏心轴套调整法是采用偏心轴套的旋转来改变（B）A.两齿轮轴向位移量以消除齿侧间隙 B.齿轮之间的中心距以消除齿侧间隙C.两齿轮相对旋转的角位移消除间隙 D.两薄片齿轮之间垫片厚度以消除间隙8、滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，其动摩擦力与静摩擦力之差（B）A.极大B.极小C.为零D.为无穷大9、齿轮传动机构采取消隙措施，可以消除齿侧间隙及其造成的（B）A.换向误差B.换向死区C.换向冲击D.换向阻力10、滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截面形状有（D）A.单圆弧型面和抛物线型面B.双圆弧型面和椭圆弧型面C.抛物线型面和椭圆弧型面D.单圆弧型面和双圆弧型面11、导轨截面为矩形截面的滚动导轨承载时其受力（B）A.上下方向相等但左右不等B.上下左右各方向大小相等C.上下方向不相等但左右相等D.上下左右各方向大小均不相等12、滚珠丝杠副为单圆弧型面螺纹滚道时，其接触角随轴向负荷（B）A.增大而减小B.增大而增大C.减小而增大D.减小而减小13、为了提高齿轮传动系统度精度，并使机构紧凑，各级传动比（B）A.应按“前大后小”次序分配 B.应按“前小后大”次序分配C.必须相等D.应与伺服系统匹配14、频率调制是让一个高频载波信号的频率随（A）A.调制信号而变化的过程B.调幅信号而变化的过程C.载波信号而变化的过程D.调频信号而变化的过程15、滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（B）A.K2所对应的频率B.2K所对应的频率C.2K所对应的频率D.K2所对应的频率16、调频波的解调可以先将调频波变换成（C）A.调幅波后进行幅值检波B.调频波后进行幅值检波C.调频调幅波后进行幅值检波D.调相调幅波后进行幅值检波17、共模抑制比就是（D）A.共模增益与差模增益之比B.闭环增益与开环增益之比C.开环增益与闭环增益之比D.差模增益与共模增益之比18、滤波器的带宽是指滤波器两（B）A.固有频率之间的频率范围B.截止频率之间的频率范围C.谐振频率之间的频率范围D.穿越频率之间的频率范围19、为保证闭环数字控制系统的稳定性（A）A.1－Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点B.1－Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点C.Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点D.Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点20、控制系统极点在z平面单位圆外时，对应的暂态响应是（B）A.衰减或振荡衰减的B.发散或振荡发散的C.不变或等幅振荡的D.衰减或等幅振荡的三、简答题：（共20分）1、简述机电一体化的概念。

《机电一体化系统设计》练习题参考答案一、填空题1. 开发性设计、适应性设计、变参数设计2. 转子惯量3. 滤波、电平变换、光电隔离、功率驱动4. 固有频率二、判断题题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答案√√√×√√√√××三、问答题1.答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使系统固有频率下降，容易产生谐振。

2.答：对控制及信息处理单元的基本要求：提高信息处理速度和可靠性，增强抗干扰能力，完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型化，轻量，标准化等。

3.答：减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有：适当提高零部件本身的精度；合理设计传动链，减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。

4.答：脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。

利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。

5.答：机电一体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳定性；快速响应性；还应满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。

6.答：机电一体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳定性；快速响应性；还应满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。

四、分析题1．如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=60Kg，负载力为NF,最大加速度为1200=l10m/s2，丝杠直径为d=16mm，导程t=4mm，齿轮减速比为i=5，总效率为%η，忽略丝杠惯量40=的影响，试计算电机的驱动力矩。

解：（1）计算负载力负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成2 外负载力 N F l 1200=惯性负载力m FN am F m 6001060=⨯=⋅=（2）电机上的负载力矩为NmF F t i T m l m 57.04.01)6001200(2104511)(213=⋅+⋅⨯⋅=⋅+⋅⋅=-πηπ 2. 解：（1）计算负载力负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成 外负载力 N F l1000=惯性负载力m F N am F m 5001050=⨯=⋅=（2）电机上的负载力矩为NmF F t i T m l m 63.03.01)5001000(2104511)(213=⋅+⋅⨯⋅=⋅+⋅⋅=-πηπ。

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。

习题四答案1、模拟式传感器信号处理过程包括哪些环节？对转换后的电信号进行测量，并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示等处理2、试简述光电式转速传感器的测量原理光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成，如图所示。

光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。

当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N，则可测出转速。

3、试简述加速度传感器的测量原理。

工作原理都是利用惯性质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种物理效应，进一步转化成电量，间接度量被测加速度。

最常用的有应变式、压电式、电磁感应式等。

4、描述传感器静态特性的主要技术指标是什么？传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输入/输出关系称为传感器的静态特性。

描述传感器静态特性的主要技术指标是：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂5、检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用？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传感元件是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。

6、热电偶回路中的热电势的组成。

两种不同材料组成的热电偶，其接点温度为T1和T2，两者之间的热电势E （1，2）等于热电偶在连接点温度为T1和T3的电势与T3和T2的电势之和。

即E(1,2)=E(1,3)+E(3,2)7、热电偶冷端的温度补偿方法？热电偶参比端（冷端）处理。

实际使用中给出的分度表里，热电势和温度的对应值是以冷端为零度时来制定的。

但在实际中冷端往往不为零度，这就要对冷端进行处理。

1冰点法精度最高，将冰水混合物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入冰水化合物中，在试管底部注入适量油类或水银。

一、填空题(每空1分，共20分)1．滚珠丝杆中滚珠的循环方式有、两种。

2．机电一体化系统,设计指标和评价标准应包括、、、3．在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下,首先应保证系统的，并尽量高伺服系统的响应速度.4．。

实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是、、。

5．抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、、、、合理布局和软件抗干扰技术。

6．机电一体化系统一般由______________、_____________、接口、__________________、_____________、______________等部分组成.7．机电一体化系统(产品）设计类型大致可分为________________、适应性设计、________________。

二、简答题（每题5分,共30分）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2、什么是三相六拍通电方式？3、简述PWM脉宽调速原理。

4、简述香农采样定理。

5、什么叫传感器？它是由哪几部分组成的？6、步进电动机常用驱动电路中功率放大电路有哪几种类型?三、计算题（共20分）(将本题答案写在答题纸上）（一）、（10分）三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电,要求电动机转速为120r/min ，输入脉冲频率为多少？步距角为多少?（二)、（10分） 光栅传感器,刻线数为100线/mm,设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位 移是多少毫米?若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？ 四、综合分析题(共30分)（一)、分析、说明如图所示计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理。

(二）、伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能?一、填空题（每空1分，共20分)1、内循环、外循环2、性能指标 系统功能 使用条件 经济效益3、稳定性4、 1）采用计算机软件分配器 2）小规模集成电路搭接的硬件分配器 3）专用模块分配器5、隔离 滤波 接地6、机械本体 动力与驱动 执行机构 传感器检测部分 控制及处理部分7、开发性设计 变参数设计二、简答(每题5分,共30分）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。

（一）一、填空(每空2分，共20分)1.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、民用机电一体化产品2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口组成。

3．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小后大原则。

4．典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、电源和输入／输出接口等部分构成。

5．传感器的静态特性能数主要有灵敏度、线性度迟滞和重复精度。

二、简答题(每题4分，共20分)1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。

2．机电一体化相关技术有哪些? 答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动控制技术，传感器测试技术和伺服驱动技术。

3．转动惯量对传动系统有哪些影响?答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使系统固有频率下降，容易产生谐振。

4．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。

答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体及工具设计；控制系统设计：程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。

5．简述A／D、D／A接口的功能。

答：A／D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数字量。

D／A接口是将二进制数字量转换成电压信号。

三、分析题(20分)1．已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的哪一个基本要素?)解答：图中各部可分为：（1）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示；(2)测试传感部分：光电编码器、信号处理；(3)能源：电源；(4)驱动部分：功放、电机；(5)执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台2．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：齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低频分量和高频分量都不能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。

《机电一体化系统设计》期末考试试卷附答案一、判断（每小题3分，共30分）1、机电一体化系统内部应具备五种功能：动力、控制、计测、操作、构造。

（）2、步进电机的种类有交流型和直流型。

（）3、导轨硬度越高，其耐磨性越差。

（）4、机电一体化系统中常用的执行元件是液压式。

（）5、执行元件的种类有：电磁式，液压式，气压式（）6、在输出功率相同的条件下，交流伺服电机的比功率最高，直流伺服电机次之，步进电机最低。

（）7、步进电机的工作状态只与控制脉冲的频率有关，与电压电流的变化无关。

（）8、用于滚珠丝杠支承的轴承有：止推轴承和深沟球轴承。

（）9、动态稳定区比静态稳定区的区域大大。

（）10、机电一体化系统中常用的间歇传动机构：棘轮、槽轮、蜗形凸轮机构。

（）二、选择（每小题4分，共40分）1、下列属于机械接口的是（）。

A.导线B.联轴器C.光电耦合器D.单片机2、常用的导轨间隙调整方法有。

（）A.双螺母调整式B.减小承重C.压板和镶条D.内循环3、三相步进电机以三相六拍顺序通电，转子的齿数为40，此时的步距角为：（）A.1°B.10°C.3°D.20°4、电度角为（）时，为静态稳定区。

A.-л<θ<+лB.0<θ<+лC.-л<θ<0D.2л5、把一个步距角分成若干个步距角的方法称为（）。

A.细分驱动B.脉冲C.梯形波D.正弦波6、利用压缩液体进行能量转换得执行元件类型是（）A.液压式B.电气式C.气压式D.动力用电机7、E2PROM存储器指的是（）的半导体存储器。

A.掩膜型B.紫外线擦除型C.电擦除型D.静态存储型8、三相六拍通电方式的步进电机距-角特性曲线族中，每一曲线依次错开的角度为（）A.2л/3B.л/6C.л/2D.л/39、系统的工作性能很大程度上取决于（）。

A.控制器B.电动机C.传感器D.接口性能10、可在使用中进行调整的预紧调整法是（）。

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( B )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 )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( 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( C )A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm5.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.电压跟随器的输出电压( C )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( B )A.1450［r/min］B.1470［r/min］C.735［r/min］D.2940［r/min］8.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9.计算步进电动机转速的公式为( C )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( B )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( B )A.+bB.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( C )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.(A+)·(+B)B.A·+·BC.(A+B)·(+)D.A·B+·14.累计式定时器工作时有( B )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)15.机电一体化16.轴系的动特性17.灵敏度(测量)18.永磁同步电动机19.复合控制器三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)20.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?21.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机?22.步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么?输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关?23.什么是PLC的扫描工作制?四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)24.已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数Z2=202，波发生器的转速n H=600r/min。

《机电一体化系统设计》一、填空题（每空1分，共20分）1. 机电一体化可靠性是指，系统（产品）在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

2.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3. 工业三大要素指物质、能量、信息。

4. 机电一体化系统传动机构的作用传递转矩和转速。

5. 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求：精密化，高速化，小型、轻量化。

6. 轴系部件设计的基本要求有：①旋转精度②刚度③抗震性④热变形⑤轴上零件的布置二、判断题（每题2分，共10分）1.机电一体化系统的接口功能有一种是变换、调整，另一种是输入/输出。

(√)2.谐波齿轮传动的波发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于中心轮。

（√）3.比例-积分（PI）调节克服了单纯比例环节有调节误差的缺点又避免了积分环节响应慢的弱点，既能改善系统的稳定性能能，又能改善其动态性能。

（√）4.组合法它是将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统）、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。

（√）5.机电互补法又称取代法。

该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。

√三、解释（每题3分，共9分）1． MCS一般将配有系统软件、外围设备、系统总线接口的微型计算机系统2． CPU微处理机简称 CPU，它是一个大规模集成电路器件或超大规模集成电路器件，器件中有数据有数据通道、多个寄存器、控制逻辑和运算逻辑部件，有的器件还含有时钟电路，为器件工作提供定时信号。

3．MC微型计算机简称MC。

它是以微处理机为中心，加上只读存储器，随机存取存储器，输入|输出接口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。

四、简答题（每题6分，共36分）1．机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么答: 1 惯量小、动力大 2 体积小、重量轻3 便于维修、安装4 易于微机控制2．直流伺服电机控制方式的基本形式是什么答: 直流伺服电机为直流供电，为调节电动机的转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。