《机电⼀体化系统设计》期末复习题及答案
单选 (6)
问答题 (12)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？ (12)
2、机电⼀体化系统的主功能组成是那些？ (12)
3、机械电⽓化与机电⼀体化的区别 (12)
4、简要说明机电⼀体化系统组成要素及其功能？ (12)
5、传统机电产品与机电⼀体化产品的主要区别表现哪些⽅⾯？ (12)
6、机电⼀体化的关键⽀撑技术有哪些？它们的作⽤如何？ (13)
1、试论述机电⼀体化产品的概念设计步骤及过程？ (13)
2、产品的性能要求分类有哪些？简要分类说明。 (13)
3、什么是机电⼀体化产品概念设计的核⼼内容？ (14)
4、机电产品设计有哪些类型？试简要说明？ (14)
5、简述产品功能、⾏为和结构及其建模之间的关系？ (14)
6、传统机电产品设计与机电⼀体化产品设计的主要区别 (14)
7、试论述机电⼀体化功能设计的思想⽅法和特点？ (14)
8、简要说明机电⼀体化系统基本功能元的组成内容？ (15)
9、机电⼀体化的现代设计⽅法的有何特点？ (15)
10、优化设计的原理⽅法？ (15)
11、简要说明可靠性的原理及其设计⽅法？ (15)
1.机电⼀体化系统中的机械系统主要包括哪⼏部分？ (15)
2、滚动导轨预加负载的⽬的是什么？常⽤⽅法有哪些？ (16)
3、试述导轨的主要作⽤，导轨副的组成种类及应满⾜的要求？ (16)
4、滚珠丝杠副的组成及特点有哪些？ (16)
5、谐波齿轮传动有何特点？基本组成有哪些部件？ (16)
6、什么是低速爬⾏？造成的原因是什么？ (16)
7、机电⼀体化机械传动系统设计的特点？ (16)
1.某交流感应电动机，正常⼯作时实际转速1350r/min，电源频率50Hz，其转差率是多少？ (17)
2、已知某⼯作台采⽤步进电机丝杠螺母机构驱动，已知⼯作台的⾏程L=250mm,丝杠导程t=4mm,齿轮减速⽐为i=5，2/4相步进电机的步进⾓为1.8°，半步细分驱动时的⼯作台位移的脉冲当量为多少？ (17)3、感应电动机可采⽤什么调速⽅法？ (17)
《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
控制工程基础
1 §第一章：绪论
控制工程基础：输入R 输出C
现代控制原理：输入u输出y
§1-1 绪论
控制工程基础的性质和特点：控制工程是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立，分析与设计。他包含了电路理论，信号与系统，复变函数的拉普拉斯变换，模拟电子技术，线性代数，微积分（含微分方程），大学物理（力学与热学），电机与拖动，电路理论。
系统的广义性：经济，社会，工程，生物，环境，医学
讨论的对象：因果系统，工程系统
课程特点：世纪系统-物理模型-数学模型-方法（系统组成分析，设计）
什么是自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用外加设备或装置，使机器，设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
§1-2 自控系统的一般概念
1.基本概念
控制工程基础：也称控制理论基础，主要阐述的是自动控制技术的基础理论。
控制论(Cybernetics)：是研究生物体、机器及各种不同系统控制和调节规律的科学。它不仅是一门极为重要的科学，而且也是一门卓越的方法论，具有适用于各门科学的思想和方法
工程控制论：将控制论同工程实践结合在一起形成了工程控制论，因此，控制工程是一门研究控制论在工程中应用的科学。控制工程基础主要阐述自动控制技术的基础理论。
2.自动控制系统的组成和术语
前向通路：信号从我们系统输入端到达输出端所经历的传输通路。
反馈通路：返回到系统输入端的通道，分为两种：主反馈通道和局部反馈通道
主反馈通道：到达系统输入端
局部反馈通道：到达系统内部
主回路：由前向通道和反馈通道组成，通常选取一个主回路计算
反馈(Feedback)就是指输出量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。
负反馈(Negative Feedback)是指反馈信号与系统的输入信号的方向相反的反馈形式。
反馈控制原理：基于反馈基础上的“检测偏差用以纠正偏差”的原理
§1-3 自动控制系统的分类
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。求系统各环节的转动惯量（或质量）折算到轴I上的总等效转动惯量J。
