机电一体化系统设计_模拟试卷2及答案

2009年4月机电一体化系统设计试题一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10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.系统中用于提供驱动力改变系统运行状态，产生所希望运动的模块称为(A)错误！未找到引用源。

A：驱动模块错误！未找到引用源。

B：接口模块C：微计算机模块错误！未找到引用源。

D：测量模块2.根据传动轴的不同特点，可选用不同类型的传动部件。

要求传动轴相交的传动部件为(C) 错误！未找到引用源。

A：直齿圆柱齿轮错误！未找到引用源。

B：斜齿圆柱齿轮错误！未找到引用源。

C：直齿锥齿轮错误！未找到引用源。

D：蜗轮蜗杆3.齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是(D) (1分)错误！未找到引用源。

A：调整中心距法错误！未找到引用源。

B：选择装配法错误！未找到引用源。

C：带锥度齿轮法错误！未找到引用源。

D：压簧销隙结构4.某光栅的条纹密度是100条/mm,要用它测出1μm的位移，应采用的细分电路是(C)错误！未找到引用源。

A：四倍频B：八倍频错误！未找到引用源。

C：十倍频错误！未找到引用源。

D：十六倍频5.下列电动机中，没有绕组和磁极的电动机是(B)A：直流电动机错误！未找到引用源。

B：超声波电动机错误！未找到引用源。

C：永磁同步电动机错误！未找到引用源。

D：交流感应电动机6.下列操作中，可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是(C)错误！未找到引用源。

A：增大电枢电阻错误！未找到引用源。

B：减小电枢电压错误！未找到引用源。

C：增大电枢电压错误！未找到引用源。

D：减小电枢电阻7.采样-数据系统中，若考虑系统的抑制干扰能力时，采样速率应为闭环系统通频带的(A)错误！未找到引用源。

A：10倍以上错误！未找到引用源。

B：5倍错误！未找到引用源。

C：2倍错误！未找到引用源。

D：（0.1~1）倍8.自动导引车在平面上运动，一般具有的运动自由度是(A)错误！未找到引用源。

《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案形成性考核作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。

（×）2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。

（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。

（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。

（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。

（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。

（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。

（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。

（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。

（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。

（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。

（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。

（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。

A．游标卡尺B．电话C．全自动洗衣机 D．非指针式电子表2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。

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、组合设计：就是选用各种标准功能模块像搭积木一样组合成各种机电一体化系统（产品。

）6、灵敏度：灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志。

7、传感器：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。

8、线性度：所谓传感器的线性度是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。

9、全闭环控制系统：直接检测工作台的位移来控制系统。

10、PWM技术：控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。

11、SPWM技术：是指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。

二、填空题1、工业控制计算机分为单片机、 PLC 和总线工控机2、滚珠丝杆中滚珠的循环方式有内循环、外循环两种。

3、机电一体化系统（产品）设计类型大致可分为开发性设计、适应性设计、变参数设计。

机电一体化系统模拟试卷1一、判断题：14个题，每小题2分，合计28分。

1. 机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。

【A.】√【B.】×2. 无论哪类系统（或产品），其系统内部都必须具备五种内部功能，即：操作功能（主功能）、动力功能、检测功能、控制功能和构造功能。

【A.】√【B.】×3. 在机电一体化系统中，通过提高系统的阻尼能力不能有效提高系统的稳定性。

【A.】√【B.】×4. 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。

【A.】√【B.】×5. 模拟式传感器输出是以幅值形式表示输入位移的大小，如电容式传感器、电感式传感器等。

【A.】√【B.】×6. 机电一体化系统中使用的传感器，一般是将被测的电物理量转换成非电参量。

【A.】√【B.】×7. 直流伺服电动机稳定性高是指转速随转矩的增加而保持不变。

【A.】√【B.】×8. 工业控制计算机、各类微处理器、可编程序控制器、数控装置等是机电一体化系统中的核心和智能要素。

【A.】√【B.】×9. 在机电一体化系统中，多数以微型计算机为核心构成计算机控制系统。

【A.】√【B.】×10. 在串联机器人机械系统中，电动驱动器可以直接驱动负载。

【A.】√【B.】×11. 并联机构是一组由两个或两个以上的分支机构通过运动副，按一定的方式连接而成的开环机构。

【A.】√【B.】×12. FMS尽管具有高柔性，但是这种柔性仍然限于特定的范围，如加工箱体零件的FMS不能用于加工旋转体、冲压件等。

【A.】√【B.】×13. 加工系统在FMS中就像人的大脑，是实际完成改变物性任务的执行系统。

【A.】√【B.】×14. 非接触式测量不仅避免了接触测量中需要对测头半径加以补偿所带来的麻烦，而且可以对各类表面进行高速三维扫描。

习题二答案2-1、如何保证机电一体化系统具有良好的伺服特性？ξ<0.8的欠阻尼系统，既能保证在系统设计时，应综合考其性能指标，阻尼比一般取0.5<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。

设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性和快速响应性。

机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料——金属滑动导轨、滚动导轨、滚珠丝杠、静、动压导轨；静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润滑。

转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态响应都有影响。

惯量大，系统的机械常数大，响ξ值将减小，从而使系统的振荡增强，稳定性下降；惯量大，会使系统的固有应慢。

惯量大，频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度。

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。

应尽量减小或消除间隙，目前在机电一体化系统中，广泛采取各种机械消隙机构来消除齿轮副、螺旋副等传动副的间隙。

2-2、机电一体化对机械系统的基本要求是什么？机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。

2-3、机电一体化机械系统的三大主要机构是什么？〔1〕传动机构、〔2〕导向机构、〔3〕执行机构2-4 机械一体化系统中伺服机构的作用是什么？伺服控制系统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、速度及动力输出的自动控制系统。

机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机构变换实现对输出的速度调节。

在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。

《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案形成性考核作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。

（×）2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。

（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。

（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。

（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。

（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。

（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。

（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。

（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。

（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。

（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。

（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。

（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。

《机电一体化系统设计》习题2一、单项选择题1．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2．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（）等五个部分。

A、换向结构B、转换电路C、存储电路D、检测环节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．以下产品不属于机电一体化产品的是（）。

A、工业机器人B、电子计算机C、空调D、复印机5．多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（）设计的传动链。

A、最小等效转动惯量原则B、输出轴的转角误差最小原则C、重量最轻原则（小功率装置）D、重量最轻原则（大功率装置）6．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（）。

A、控制电路B、转换电路C、放大电路D、逆变电路7．幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（）。

A、静态特性指标B、动态特性指标C、输入特性参数D、输出特性参数=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则其折算到丝杠上8. 导程L的等效转动惯量为（）kg·mm2。

A、89B、97C、95D、94二、多项选择题1. 永磁同步电动机的基本组成部分包含（）。

A、定子和永久磁钢转子B、位置传感器C、电子换向开关D、电刷2. 下列干扰中属于传导耦合方式的是（）。

A、静电干扰B、磁场干扰C、漏电干扰D、共阻抗感应干扰E、电磁辐射干扰3. 串行通信可以分为（）几种方式。

A、全双工方式B、半双工方式C、同步通信D、异步通信三、判断题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。

机电一体化系统设计模拟试题（2）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。

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（）。

《机电一体化技术》试卷(二)一、名词解释(每小题2分，共10分)1、线性度2、伺服控制系统3、三相六拍通电方式4、传感器5、系统精度二、填空题（每小题2分，共20分)1、计算机在控制中的应用方式主要有_____________________________。

2. 滚珠丝杆螺母副结构有两类：_____________________________。

3、应用于工业控制的计算机主要有______________________________等类型。

4. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括________________________________。

5、可编程控制器主要由_____________________________等其它辅助模块组成。

6. 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_______________________________________________________。

7、现在常用的总线工控制机有________ 、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。

8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种_____________________________。

9. 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_______________________。

10. 采样/保持器在保持阶段相当于一个“_____________________________”。

三、选择题（每小题2分，共10分）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。

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。