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机电一体化系统设计基础课程作业解答（三）2003-12-08一、填空题1．数据总线地址总线控制总线2．S－100 Multi（或STD、STE）3．总线接口逻辑 I/O功能逻辑 I/O电气接口4．滤波电平变换光电隔离功率驱动5．多路开关采样保持器转换器总线接口逻辑6．采样精度采样速度成本7．D/A转换器通道选择器8．信号调理二、简答题1．试述可编程序控制器的功能和组成。
可编程序控制器可取代继电器控制，完成顺序和程序控制；可组成闭环系统，实现精确的位置和速度控制；可构成高速数据采集与分析系统，实现生产过程的完全自动化。
典型的可编程序控制器由电源、微处理器、存贮器、输入输出接口和编程器所组成。
2．开放式体系结构的主要特点是什麽？开放式体系结构是近年来在电子工业和计算机工业中流行的一种设计思想，它使得当代计算机测控系统的设计方法与传统方法有了很大区别。
开放式体系结构的主要特点是：向未来的VLSI开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要求开放；采用模块化结构。
3．采用STD总线的工业控制机有哪几种工作模式？由于STD总线的高度模块化和采用组合方法的特点，STD工业控制机可以灵活地组成各种系统。
其工作模式有三种：（1）独立工作模式即采用微机的基本系统与工业用I/O模板单独构成控制系统。
（2）作为前端控制机 STD工业控制机可作为其它微机（工业PC机）的前端控制机，完成实时在线控制，并把采集的数据和执行结果传送给上位机。
（3）构成分布式组合利用STD控制机的组合方法，可方便地进行各种分布式系统的组合。
4．简述STD总线微机控制系统的主要特点。
STD总线微机控制系统的主要特点：（1）采用小板结构，高度的模块化，其功能模板结构灵活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。
（2）模板设计具有严格的标准和广泛的兼容性。
（3）面向I/O的设计，具有强大的I/O扩展能力，使控制系统非常适合工业控制的应用。
（4）高可靠性。
5．STD总线系统的I/O子系统有哪些主要功能？在计算机工业过程控制系统中，I/O子系统是过程接口，其主要功能有：（1）开关量的输入输出用于I/O信号的测量与控制。
机电一体化系统设计自考题模拟3
第Ⅰ部分选择题
一、单项选择题
(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。
)
1. 连续路径控制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
答案：C
[考点] 本题主要考查的知1识点为连续路径控制的概念。
[解答] 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位置和速度，使得它们同步协调到达目标点。
这样的运动控制称为连续路径控制。
对于这类控制，机床必须同时控制两个或两个以上的轴。
不仅控制目标点，而且控制工具到达这些目标点的整个路径，以保证在整个加工过程中，工具始终接触工件并制造出希望的形状。
2. 自动导引车在平面上运动，一般具有的运动自由度是______
A.2个
B.3个
C.4个
D.6个
答案：A
[考点] 本题主要考查的知识点为自动导引车的运动自由度。
[解答] 自动导引车在平面上运动，不管是单驱动轮—驾驶机构，或者双驱动轮—小脚轮机构，一般都具有2个运动自由度。
习题三答案1. 机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？主要包括传动、支承、导轨等2. 机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？(1)齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置它，在伺服运动中的主要作用是实现伺服电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。
(2)螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。
它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。
(3)滑动摩擦导轨直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动；滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动(体滚珠、滚柱、滚动轴承等)，使导轨运动时处于滚动摩擦状态。
3. 齿轮传动间隙对系统有何影响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？(1)偏心轴套调整法；(2)双片薄齿轮错齿调整法；(3)垫片调整法；(4)轴向压簧调整法；(5)周向弹簧调整法4. 消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？偏心轴套调整法:这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿双。
片薄齿轮错齿调整法: 这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。
5. 导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。
其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。
滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体(滚珠、滚柱、滚动轴承，等使)导轨运动时处于滚动摩擦状态。
滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为0.1〜0.2 M m,而滑动导轨的定位误差一般为0〜20|J m。
因此，当要求运动件产生精确微量的移动时，通常采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便：④结构较为复杂，加工比较困难，成本较高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。
液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小(起动摩擦系数可小至0.0005）,可使驱动功率大大降低运动轻便灵活，低速时无爬行现象;②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦发热小，导轨温升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。
题目2计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（），具有实时性、针对性、灵活性和通用性。
正确答案是：应用软件题目3 SCARA机器人是指具有选择顺应性的装配机器人手臂，它在（）方向上具有顺应性，而在（）方向具有很大的刚性，因而最适合装配作业使用。
正确答案是：水平垂直题目4旋转变压器是喷漆机器人电液伺服系统中的（）。
能量元件, 检测元件题目5不进行参数的变换与调整，仅作为输入/输出的直接接口的是（）。
正确答案是：零接口题目6通常，数控精密镗铣床等高精度数控设备，其伺服系统的控制方式均采用（）。
正确答案是：闭环控制题目7（）的主要手段是建立系统数学模型，在计算机上确定出最佳的设计参数和系统结构，提高产品的设计水平。
正确答案是：优化设计题目8以下（）不属于系统功能结构图的基本结构形式。
正确答案是：星形结构题目9含有微处理器，可进行程序编制或适应条件变化的接口是（）。
正确答案是：智能接口题目10积分调节器的主要作用是（）。
正确答案是：消除静差题目13仿真根据采用的模型可以分为计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。
（）“对”题目15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。
（）错题目17半物理仿真和全物理仿真有实物介入，但是仿真系统具有构成复杂、造价高、准备时间长等缺点。
（）正确的答案是“对”。
题目18在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，一般由专用计算机（或通用计算机）、输入输出接口以及机床控制器等部分构成。
（）正确的答案是“对”。
题目19绿色设计是指考虑新产品的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。
（）正确的答案是“对”。
题目20PLC是一种专为工业环境下应用而设计的电子计算机系统。
（）正确的答案是“对”。
题目21计算机仿真有实物介入，具有较高的可信度、较好的实时性与在线等特点。
（）正确的答案是“错”。
题目22现场总线系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。
形考一一、判断题1.机电一体化系统是以机械装置为主体，微电子技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
（√）2.机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。
（√）3.机电一体化系统的主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。
（×）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.机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。
（√）6.产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）7.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。
（×）8.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。
（×）9.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。
（×）10.选择滚珠丝杠副的过程中，当系统的加工精度要求较高时，导程就大一点；加工精度较低时，导程就选小一些。
（×）11.滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）12.传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量。
（√）13.数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。
机电一体化系统课程设计一、概述机电一体化系统是指将机械、电子、控制等多学科有机地结合起来，形成一个具有机械、电气、电子等功能部分的新型产品或系统。
随着科学技术的不断发展，机电一体化系统在工业、交通、农业等领域的应用日益广泛。
为了培养学生的综合能力和实际操作能力，机电一体化系统课程设计成为一门重要课程。
本篇文章将介绍一篇免费的机电一体化系统课程设计范文，旨在帮助同学们更好地理解该课程的设计要求和实际操作过程。
二、课程设计内容1. 课程设计主题：基于PLC的自动化控制系统设计2. 设计要求：a. 选择一个具体的工业生产场景，例如流水线生产、自动包装、自动搬运等；b. 设计一个基于PLC的自动化控制系统，实现对该生产场景的自动控制和监测；c. 设计系统的硬件配置和接线图，包括传感器、执行器、PLC等设备的选型和连接方式；d. 编写PLC控制程序，实现对生产场景的自动化控制；e. 设计人机界面，实现对系统的监控和操作；f. 编写课程设计报告，包括设计思路、系统配置、程序代码等内容。
三、课程设计步骤1. 选择工业生产场景根据实际情况，选择一个具体的工业生产场景作为课程设计的基础，例如流水线生产。
2. 系统需求分析分析所选生产场景的具体要求，包括自动控制的功能需求、安全性要求、生产效率要求等。
3. 硬件配置和接线图设计根据系统需求，选择合适的传感器、执行器和PLC等硬件设备，并设计它们之间的连接方式。
4. PLC控制程序设计根据系统需求，编写PLC控制程序，实现对生产场景的自动化控制。
5. 人机界面设计设计一个直观简洁的人机界面，实现对系统的监控和操作。
6. 系统调试和实验验证将硬件设备和控制程序进行组装和调试，验证系统在实际场景中的性能和稳定性。
7. 课程设计报告撰写撰写课程设计报告，包括系统设计思路、硬件配置、程序代码、系统调试结果等内容。
四、课程设计范文（此处省略具体的课程设计范文，仅列出课程设计内容的大纲）1. 课程设计主题：基于PLC的自动化控制系统设计2. 设计要求：a. 选择流水线生产场景；b. 设计一个基于PLC的自动化控制系统，实现对流水线的自动控制和监测；c. 设计系统的硬件配置和接线图，包括传感器、执行器、PLC等设备的选型和连接方式；d. 编写PLC控制程序，实现对流水线的自动化控制；e. 设计人机界面，实现对系统的监控和操作；f. 编写课程设计报告，包括设计思路、系统配置、程序代码等内容。
中国石油大学北京网络学院
机电一体化系统设计-第三次在线作业
参考答案
1.（
2.5分）设某光栅的条纹密度是500条/mm，要用它测出1μm的位移，应采用几倍频细分电路
A、1倍频
B、2倍频
C、3倍频
D、4倍频
我的答案：B 此题得分：2.5分
2.（2.5分）哪一项不常用于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
我的答案：C 此题得分：2.5分
3.（2.5分）哪一项不是测速发电机的特点
A、内阻小
B、转动惯量小
C、模拟信号
D、适合高速
我的答案：D 此题得分：2.5分
4.（2.5分）绝对编码盘的道数为10道，能分辨的最小角度为多少
A、360。
/211
B、360。
/210
C、360。
/212
D、360。
/210
我的答案：B 此题得分：2.5分
5.（2.5分）那些不是结构型传感器
A、弹簧管。
机电一体化系统设计基础形考作业31.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如图所示，已知电机轴的转动惯量J m=4×10-4kg·m2，与电机输出轴相连的小齿轮的转动惯量J1=1×10-4kg·m2，大齿轮的转动惯量J2=1.8×10-4kg·m2，丝杠的转动惯量J s=3.8×10-4kg·m2。
工作台的质量m=50kg，丝杠导程t=5mm，齿轮减速比为i=5。
试求：（1）工作台折算到丝杠的等效转动惯量J G；（2）传动件折算到电机轴的等效转动惯量J e；（3）电机轴上的总转动惯量J。
解：（1）J G=m(t/2π)2=50*(0.005/2π）2=3.166*10-5kg.m2所以工作台折算到丝杠的等效转动惯量JG为3.166*10-5kg.m2（2）J e=J1+1/i2(J2+J s+J G)=1*10-4+1/25*(1.8×10-4+3.8*10-4+3.166*10-5)=1.236*10-4 kg.m2所以，传动件折算到电机轴的等效转动惯量J e为1.236*10-4 kg.m2（3）J=J m+J e=4×10-4+1.236*10-4=5.236*10-4 kg.m2电机轴上的总转动惯量J。
为5.236*10-4 kg.m22.已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.004弧度，各级减速比相同，即i1 = i2 =…= i4 =2，求该系统的最大转角误差Δφmax。
解：Δφmax=Δφ1/i+(Δφ2+Δφ3)/i2i3i4+(Δφ4+Δφ5)/i3i4+(Δφ6+Δφ7)/i4+Δφ8=0.004/16+(0.004+0.004)/8+(0.004+0.004)/4+(0.004+0.004)/2+0.004=0.01125答：求该系统的最大转角误差Δφmax为0.01125弧度。
