第四章 机电一体化系统的执行元件(一)

机电一体化系统设计期末试卷第一部分选择题（共30分，每小题2分）1.下列哪个单元不属于机电一体化系统？A. 电机B. 传感器C. 伺服控制器D. 气压缸2.以下哪个操作系统不能用于机电一体化系统的编程？A. WindowsB. LinuxC. macOSD. Android3.哪个传感器可以用于测量摩擦力？A. 压力传感器B. 加速度传感器C. 频率传感器D. 接触式传感器4.以下哪个元器件不是机电一体化系统的执行器？A. 气缸B. 伺服电机C. 变频器D. 步进电机5.什么是PLC？A. 可编程逻辑控制器B. 电子计算机C. 云计算技术D. 数控设备6.哪个元器件可以用于控制气缸的行程？A. 位置传感器B. 温度传感器C. 液位传感器D. 光电开关7.哪个电机可以使精度达到0.1um的高精度加工？A. 步进电机B. 直流无刷电机C. 直流有刷电机D. 同步电机8.在机电一体化系统中，什么控制技术可用于实现位置闭环控制？A. PWM调制技术B. 超声波技术C. PID控制技术D. 模糊控制技术9.哪个气动元件可以把液体压缩为高压气体？A. 气缸B. 液压缸C. 气泵D. 真空泵10.什么系统可以用于多机器人协作？A. 嵌入式系统B. 控制系统C. 开放式系统D. 人工智能系统第二部分填空题（共30分，每小题2分）1.机电一体化系统的主要特点是__________。

2.包括伺服电机、运动控制卡、变频器、编码器在内的元器件可用于_______________的控制。

3.能够把气压缸的动力转换为力矩和运动速度的是____________。

4.____________通常被用于运动平台的角度测量。

5.在气动系统中，工作压力已经可以达到_____________，并能够代替液压系统。

6.在机电一体化系统的设计中，____________可以用于系统的信号调理和控制。

7._____________是通过变换直流电机的运行速度来控制量产线速度的一个装置。

机电一体化复习内容第一篇：机电一体化复习内容第一章绪论1、机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？(1)、机械本体其主要功能是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，传输到控制信息处理单元，经过分析处理产生相应的控制信息。

(4)、执行单元根据控制信息和指令完成所要求的动作。

(5)、驱动单元在控制信息作用下，驱动各执行机构完成各种动作和功能。

(6)、控制与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、储存、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，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的的运行，并达到预期的性能。

(7)、接口将各要素或子系统连接成一个有机整体。

2、机电一体化的相关技术有哪些？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伺服驱动技术⑥系统总体技术第二章机械系统设计1、分析各种机械特性对系统性能是如何影响的。

答：摩擦（稳态精度、低速爬行原因）、阻尼（欠阻尼、阻尼比不同时的影响）、间隙（G1—G4）、转动惯量（过大、过小）。

Ⅰ、摩擦特性对性能的影响分析（1）引起动态滞后和稳态误差，如果系统开始处于静止状态，当输入轴以一的角速度转动时,由于静摩擦力矩T的作用,在一定的转角θi范围内, 输出轴将不会运动,θi值即为静摩擦引起的传动死区。

在传动死区内,系统将在一段时间内对输入信号无响应,从而造成误差。

（2）引起低速抖动或爬行—导致系统运行不稳定当输入轴以恒速ω继续运动后,输出轴也以恒速ω运动, 但始终滞后输入轴一个角度θss,（θss为系统的稳态误差）。

Ⅱ阻尼（1）当阻尼比ξ＝0时，系统处于等幅持续振荡状态，因此系统不能无阻尼。

二级考试答案机电一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 以下哪个选项是机电一体化系统的基本组成？A. 机械系统B. 电气系统C. 控制系统D. 所有选项答案：D2. 机电一体化系统中的传感器主要作用是什么？A. 测量温度B. 测量压力C. 转换非电信号为电信号D. 转换电信号为非电信号答案：C3. 以下哪个不是机电一体化系统的控制方式？A. 开环控制B. 闭环控制C. 手动控制D. 自适应控制答案：C4. 机电一体化系统中，伺服电机的作用是什么？A. 驱动机械部件B. 测量机械部件的位置C. 转换电能为机械能D. 所有选项5. 以下哪个不是机电一体化系统的执行元件？A. 电机B. 气缸C. 传感器D. 液压缸答案：C6. 机电一体化系统中，PLC的主要功能是什么？A. 信号放大B. 信号转换C. 逻辑控制D. 数据存储答案：C7. 以下哪个不是机电一体化系统的检测元件？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 位移传感器D. 电机答案：D8. 机电一体化系统中，变频器的作用是什么？A. 改变电压B. 改变电流C. 改变频率D. 改变电阻答案：C9. 以下哪个不是机电一体化系统的驱动元件？B. 气缸C. 传感器D. 液压缸答案：C10. 机电一体化系统中，机器人的主要功能是什么？A. 搬运物品B. 焊接C. 喷涂D. 所有选项答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 机电一体化系统的设计原则包括哪些？A. 模块化设计B. 可靠性设计C. 经济性设计D. 安全性设计答案：ABCD2. 以下哪些是机电一体化系统的组成要素？A. 机械部件B. 电子部件C. 控制部件D. 软件部件答案：ABCD3. 机电一体化系统中，传感器的作用包括哪些？A. 检测温度B. 检测压力C. 检测位移D. 检测速度答案：ABCD4. 以下哪些是机电一体化系统的控制方法？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 遗传算法控制答案：ABCD5. 以下哪些是机电一体化系统的执行元件？A. 电机B. 气缸C. 液压缸D. 传感器答案：ABC三、判断题（每题2分，共10分）1. 机电一体化系统可以实现精确的控制和操作。

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。

第一章绪论1.机电一体化的2个狭义概念、1个广义概念狭义：（1）机电一体化是利用计算机的信息处理功能对机械进行各种控制的技术。

（2）机电一体化是利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）技术使机械柔性化和智能化的技术。

广义上可以简要概括为“机械工程与电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装路”。

2.机电一体化系统的基本组成与控制方式（1）机电一体化系统的基本组成①机械部分（机构要素）：像机器人的机械手那样实现目标动作。

②执行装路（能量转换要素）：将信息转换为力和能量，驱动机械部分运动。

③传感器（检测要素）：对机械运动结果进行测量、监控和反馈。

④控制装路（控制要素）：对控制信息和反馈信息进行处理，向执行装路发出动作指令。

（下面的图要求会画）控制器IT ----------- L |11，显示務I1—II卫幫机：—o 一!巾‘一执行養置I—「持动机构］一0—》------------------------- 传感毒＜--------------------------图2.2机电一怵化系统的组成（2）控制方式:开环：系统中无位路反馈，也没有位路检测元件。

②闭环：电动机带有速度反馈装路，被控对象装有位移测量元件。

③半闭环：这类系统的位路检测元件不是直接安装在进给系统的最终运动部件上，而是经过中间机械传动部件的位路转换，称为间接测量。

3.对比分析机械调速器与电子调速器(1)机械式调速器利用了著名的离心力原理，完全由机械零件构成，必须在准确得知各零件的重量和摩擦系数的基础上，通过选择和调整重锤及弹簧来进行精确控制。

优点：简单易制，调整及维护比较方便；但是灵敏度和调节特性较差。

且柔性差；(2)电子调速器：与机械调速器相比，电子调速器调速精度高，灵敏度也高，易实现自动化等优点，只要改变设定值和电路或者改变软件就可以选择采用P、I、D PI、PID，甚至更高级的控制，对于实现最佳控制具有很好的柔性。

第二部分各章作业答案第一章绪论★1、机电一体化的基本概念和涵义是什么？★机电一体化的英文名词如何拼合？(P1) 【参考答案】机电一体化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。

机电一体化在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。

★2、机电一体化的发展趋势包括哪几个方面？(P2)【参考答案】机电一体化的发展趋势可概况为以下三个方面：(4-3-2)（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、一个较完善的机电一体化系统包括哪几个基本要素？★其核心部分是什么？（P4-P5) 【参考答案】一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、检测部分、执行机构、控制器和接口。

其核心部分是控制器。

★4、什么是接口？接口的功能有哪些？(P5)【参考答案】为实现各子系统或要素之间物质、能量或信息交换而进行的连接就是接口。

接口的基本功能有交换、放大、传递。

5、机电一体化的相关技术有哪些？(P2-P4)【参考答案】机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、系统总体技术。

第二章机械传动与支承技术1、熟练掌握以数控机床进给传动为例说明机械传动系统建模的步骤、方法。

重点在传动惯量折算的推导过程。

(P13-P15)★【举例说明】在图1所示的数控机床进给传动系统中，电动机通过两级减速齿轮Z1、Z2、Z3、Z4及丝杠螺母副驱动工作台作直线运动。

设J l为轴I部件和电动机转子构成的转动惯量；J 2、J 3为轴Ⅱ、Ⅲ部件构成的转动惯量；K1、K2、K3分别为轴I、Ⅱ、Ⅲ的扭转刚度系数；K为丝杠螺母副及螺母底座部分的轴向刚度系数；m为工作台质量；C为工作台导轨粘性阻尼系数：T1、T2、T3分别为轴I、Ⅱ、Ⅲ的输入转矩。

机电一体化专业知识题库（277题）（注*的不适于中、初级职称）1、什么是机电一体化？机电一体化技术是由机械技术、计算机技术、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，有机融合而成的一种综合性技术。

2、什么是机械设计技术？机械设计技术是机电一体化的基础。

机电一体化产品中的主功能和构造功能，往往是以机械技术为主实现的。

3、什么是计算机与信息处理技术？信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储和输出技术，它们大都倚靠计算机来进行，因此，计算机技术和信息处理技术是密且相关的。

计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络通信技术、数据库技术等。

机电一体化系统中主要用工业控制机（包括PLC，单片机等）进行信息处理。

机电一体化产品中，计算机和信息处理装置指挥整个产品的运行。

4、什么是自动控制技术？自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定规律运行。

自动控制技术的范围很广，包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。

机电一体化系统中5、什么是传感与检测技术？以决67将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单然后再把功能和技术方案组合成总体设计方系统总体设计技术包含内容很多，其中接口技术是重要内容之一。

接口技术将机电一体化产品的各个部分有机连成一体。

8、什么是温度传感器？分为几类？温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，用于测量温度和热量，也叫做热电式传感器。

一般分为两大类：接触式和非接触式。

9、什么是光栅？常见的光栅有几种？光栅是一种高精度的直线位移传感器，光栅是通过在玻璃或金属基体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。

常见的光栅种类有透射光栅、反射光栅和定向光栅。

10、什么是电阻应变计？电阻式应变计是根据应变——电阻效应，将被测件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件，除直接作为应力、应变测量传感器外，还可以与弹性元件组合构成力、压力、称重、位移、扭矩、振动、加速度等多种专用式传感器。

目录机电一体化技术第1章习题-参考答案 (1)1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。

(1)1-4 何谓机电一体化技术革命？ (1)1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ (1)1-8.工业三大要素指的是什么？ (1)1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？ (1)1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？ (1)机电一体化技术第2章习题-参考答案 (2)2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些要求？ (2)2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ (2)2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ (2)2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？ (2)2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ (2)2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=...=0.005 ra d,各级减速比相同，即ί1=ί2=...=ί4=1.5。

求：该传动系统的最大转角误差∆φmax;为缩小∆φmax，应采取何种措施？ .. (2)2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ (3)2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100，柔轮齿数为 100.当刚轮固定时,试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) (3)2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? (3)2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？ (4)机电一体化技术第3章参考答案 (5)3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。

(5)I3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？ (5)3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。

第一章：1 试说明机电一体化的涵义。

2 什么是工业三大要素？3 机电一体化系统的主要组成、作用是什么？4 机电一体化系统的构成要素是什么？它们各有什么作用？其主体和核心技术是什么？5 传统机电产品与机电一体化产品的主要区别是什么？6 机电一体化各要素及其与外界是通过什么连接的？有什么重要性？7 为什么说精密机械技术是机电一体化的基础？8 发展机电一体化的共性关键技术有那些？它们的作用如何？9 试举出几个机电一体化的家电产品。

10 试论述机电一体化的发展趋势。

第二章：1 简述机电一体化系统设计流程。

2 简述开发性设计、适应性设计、变型设计的异同？3 何谓概念设计？简述概念设计的具体设计步骤。

4 简述功能—行为—结构三者的关系。

5如何进行设计任务的抽象化，其作用是什么？6总功能为什么要分解，应如何进行分解？7什么是功能结构，三种基本结构形式是什么？7 何谓功能元，常用的基本功能元有哪些？8 举例说明什么是物理效应和功能载体？9 什么是艺术造型三要素？10 人机接口和机电接口各有哪些分类？并举例说明。

11 为什么要进行系统的评价？简述其步骤。

12 为什么要进行系统的决策？简述其步骤。

13 如何确定系统的评价指标体系？14 常用的系统评价方法是什么？15 系统调试的一般规律是什么？16 简述各种现代设计方法的内涵。

17 如何进行机电一体化系统的可靠性设计？18 传统产品设计与绿色产品设计有何区别与联系？第三章：1 试对数控机床的主轴功能进行分解，列出其形态学矩阵。

2 试以一种你熟悉的机电一体化产品为例，对其总功能进行分解。

第四章：1机电一体化的机械系统主要内容有哪些？2对机械传动机构的性能要求是什么？3常用无侧隙齿轮传动机构有哪几种？4滚珠丝杠副有哪些特点？5滚珠丝杠副常用的支承方式有哪几种？各有什么特点？6滚珠丝杠副为何要预紧？预紧力常为多少？7常用的直线运动导轨有哪些？8对机座机架的基本要求是什么？9简述花岗岩的特点及应用？10 当工作台重量为400kg，夹具和工件重量为400kg，最大工作行程为1000mm，其它条件和4.5.2节相同时，试选择设计滚珠丝杠副。

开期末考试【机电■体化系统】机考满分试题(第2套)(整套相同,祝同学们取得优异成绩!)一、判断题(每题2分，共28分)⑴、机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科(V)(2)、PWM三个自由度关节坐标式机器人一定具有三个转动关节并且三个关节轴线是平行的(X)(3)、PWM执行机构是机器人完成作业的机械实体，具有和手臂相似的动作功能,是可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置(V)(4)、PWM铳削加工中心可完成键、铳、钻、攻螺纹等工作，与普通数控像床和数控铳床的区别之处主耍在于,它附有刀库和自动换刀装置(V)(5)、FMS通过简单的软件系统变更，便能制造出某一零件族的多种零件(V)(6)、FMS三维扫描仪是融合光、机、电和计算机技术于一体的高新科技产品(V)(7)、在机电一体化系统中，通过提高系统的阻尼能力可有效提高系统的稳定性(V)(8)、滚珠丝杠副在使用过程中，除了要求本身单一方向的传动精度较高以外,还对其轴向间隙有着严格的要求,从而保证其反向的传动精度。

(V)(9)、敏感元件不可直接感受被测量，以确定关系输出某一物理量，如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出(X)(10)、灵敏度(测量)是传感器在静态标准条件下输入变化对输出变化的比值(V)(11)、PWM信号一般可由单片机产生(V)(12)、PWM伺服控制系统的比较环节是将系统的反馈信号与输入的指令信号进行比较，以获得输出与输入之间的偏差信号(V)(13)、PWM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(X)(14)、PWM计算机控制系统由硬件和软件两大部分组成。

其中，硬件主要由计算机主机、接口电路、输入/输出通道及外部设备等组成(V)二、单项选择题(每题3分，共30分)(15)、机电一体化系统的基本功能要素之一接口的基本功能是(B)[A]、传递[B]、以上三者[C]、交换[D]、放大(16 ) (D)测距是借助三角形几何关系,求得扫描中心到扫描对象的距离, 激光发射点和电荷耦合元件(CCD )接收点位于高精度基线两端，并与目标反射点构成一个空间平面三角形。

机电一体化系统复习资料概念部分1、机电一体化系统基本要素机电一体化系统一般包括七个基本结构要素：机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、驱动部分、控制部分及信息处理单元。

2、机电一体化系统各元素功能3、执行机构含义、种类机械本体含机械传动装置和机械结构装置——人的身体,骨骼（数控的工作台,丝杆等）机械系统内涵：起传递功率，支承连接、执行功能。

机械系统种类和作用1、传动机构：机电一体化系统中传动机构的主要功能是传递转矩和转速，实际上它是一种转矩、转速变换器。

机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。

2、导向机构：其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。

该机构应能保证安全准确。

3、执行机构：用来完成操作任务，执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下完成预定的操作，一般要求它具有较高的灵敏度、精确度、良好的重复性和可靠性等。

动力单元1、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。

2、机电一体化的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。

传感控制单元1、自动检测——人的五官、皮肤（感应同步器,光栅）。

2、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，传输到控制信息处理单元，经过分析、处理产生相应的控制信息。

执行和驱动单元1、驱动单元:是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。

2、机电一体化技术一方面要求驱动单元具有高频率和快速响应等特性，同时又要求其对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性；另一方面由于受几何上动作范围狭窄等限制，还需考虑维修方便，并且尽可能实行标准化、系列化、通用化。

3、常见执行和驱动单元：机械、电磁、电液执行机构和步进电机、交直流伺服电机驱动系统。

控制与信息处理单元机电一体化系统的核心单元，其功能是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，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。