《机电一体化系统设计》期末考试题

2020年7月电大本科《机电一体化系统设计基础》期末考试试题及答案说明：试卷号：1118课程代码：00707适用专业及学历层次：机械设计制造及自动化；本科考试：形考（纸考、比例30%）；终考：（纸考、比例70%）一、单选题1．以下产品不属于机电一体化产品的是(D)。

A．工业机器人 B．打印机C．空调 D．计算机2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法(A)。

A．增大系统刚度 B．增大系统转动惯量C．增大系统的驱动力矩 D．减小系统的摩擦阻力3．下列哪项指标是传感器的动特性？(D)A．量程 B．线性度C．灵敏度 D．幅频特性4．在开环控制系统中，常用(B)做驱动元件。

A．直流伺服电动机 B．步进电动机C．同步交流伺服电动机 D．异步交流伺服电动机5．采用脉宽调制(PWM)进行直流电动机调速驱动时，通过改变(A)来改变电枢回路的平均电压，从而实现直流电动机的平滑调速。

A．脉冲的宽度 B．脉冲的频率C．脉冲的正负 D．其他参数6．PID控制算法中，积分调节器的主要作用是(A)。

A．消除静差 B．加快响应C．减小振荡 D．提高稳定性7．不进行参数的变换与调整，即输入与输出的直接连接的接口是(C)。

A．机械接口 B．被动接口C．零接口 D．物理接口8．HRGP-1A工业机器人中的旋转变压器属于系统中的(B)。

A．能源部分 B．测试传感部分C．控制器 D．执行机构二、判断题9．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。

(对)10.现代系统论、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。

(对)11．在进行机电一体化机械系统设计时，应减少齿轮传动机构的摩擦，减少转动惯量，提高传动效率等措施，从而提高机电一体化系统的响应速度。

(对)12.双螺母消除滚珠丝杆轴向间隙的机构结构紧凑，工作可靠，调整方便，能够精确调整。

(错)13.选择传感器时，如果测量目的是定性分析，则选用重复度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，就需选用精度等级能满足要求的传感器。

机电一体化系统设计 —期末复习题A. 0.00625mmB.0.0125mmC.0.025mmD.0.05mm 12. 下列哪一项不是机电一体化系统的主要构成装置A. 电子装置B.控制装置C.驱动装置D.机械装置 13. 下列把一项是出现低速爬行现象不稳定的主要原因A. 电压不稳定B.非线性摩擦力C.负载扭矩不稳定D.润滑不良14. 滚动导轨预加负载的目的是什么A.防止超速B.消除间隙C.降低噪音D.提高刚度 15. 哪项不是滚珠丝杠副的主要尺寸参数 A.公称直径B.长度C.导程D.行程16. 哪项不是机械传动要满足伺服控制的主要要求C.稳定性D.快速响应性B. 根据故障查找故障原因D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 18. 哪项不是机电一体化产品概念设计的核心内容 A.功能B.原理C.结构D.模式19. 传统的机电产品的设计注重一、选择题（每题 2分，共50分） 1. 那些不是结构型传感器A.弹簧管B.双金属片 2. 那些不是物理型传感器的特点A.无中间转换机构B.固体传感3. 哪一项不是传感器指标A.类型B.容量C.体积 4. 下列哪项对热电偶的说法不正确A.不能测量绝对温度B.利用的是温差效应C.铂电阻属于热电偶D.需要冷端补偿5. 传感器的环境参数不包括什么A.环境温度B.湿度C. 6. 传感器的基本性能参数不包括什么A.量程B.灵敏度7. 半闭环伺服结构的特点不包括：A.系统简单B.稳定性好 8. 际转速1350r/min 、电源频率A.0.05B.0.1C.水银温度计D.电感电容C.集成D.体积大B.线性度冲击 D.噪音C.动态特性D.尺寸调试困难D.成本较低 50Hz 的交流感应电动机，其转差率是多少? C.0.15C. 9. 某步进电动机三相单三拍运行时步距角为A. 3 °B. 6 °C. 2 °10. 采用PWM 区动系统的优点不包括A.频率高、频带窄B.电流脉动小 D.0.23°,三相六拍运行时步距角是多少? D.1.5 °C.电源的功率因数高D.动态硬度好 11.设丝杠导程5mm 2/4相步进电机的步距角为 1.8度，半步驱动时的脉冲当量为多少?A.传动精度B.寿命长 17.下列哪一项属于变异性设计A.没有参照样板的设计 C.部更改，适应性变动A.安全系数设计B.功能设计C.机械设计D.电路设计20. PI称为（）控制算法。

机电一体化系统设计期末考试复习题一填空题1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：_内循环和外循环2. 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____ ____________plc__________________。

3。

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______20mm_________________。

4.齿轮传动的总等效惯量与传动级数__增加而减小_________________________________。

5。

从控制角度讲,机电一体化可分为开环控制系统和闭环控制系统。

6.机电一体化系统中常见的轴承包括__滚动轴承滑动轴承静压轴承________、___________、__________、磁轴承。

二。

选择题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 （B) 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 ）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。

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（C）A. 单片机B. 2051C. PLC D。

DSP4、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(D) 等个五部分。

A 换向结构B 转换电路C 存储电路D检测环节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。

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7。

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。

成反比的直流电压三. 问答题1.什么是步进电机的使用特性？答: 步距误差步距误差直接影响执行部件的定位精度.最大静转矩是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时,所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩,它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。

试卷代号：1118国家开放大学2022年春季学期期末统一考试机电一体化系统设计基础试题2022年7月一、单选题（每小题3分，共24分）1.以下不属于机电一体化系统主要功能的是（）。

A.控制功能B.检测功能C.电气功能D.动力功能2.为了提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应该（）。

A.增大系统刚度B.增大系统转动惯量C.增大系统的驱动力矩D,减小系统的摩擦阻力3.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm,当经八倍细分后记数脉冲为400时，光栅位移是（）mm。

A. 0. 5B. 1C. 2D. 44.以下不能实现交流异步伺服电动机调速的方法是（）。

A.改变电动机的转差率B.改变供电电压的大小C.改变电动机的供电频率D.改变电动机定子极对数5.在机电一体化系统设计开发过程中，需要编写（），实现系统功能,满足系统性能要求。

A.平台软件B.开发软件C.系统软件D.应用软件6.PID控制算法中,积分调节器的主要作用是()。

A.消除静差B.加快响应C.减小振荡D.提高稳定性7.含有微处理器,可进行程序编制或适应条件变化的接口是()。

A.物理接口B.电子接口C.主动接口D.智能接口8．在小型智能机器人的伺服驱动系统设计中应该采用的伺服技术为()。

A．液压伺服B.气动伺服C.电动伺服D.电液伺服二判断题(正确的打√,错误的打×,每题3分,共30分)9．机电一体化系统具有“智能化”的本质特征,决定了机电一体化系统的功能与结构组成。

()10.机电一体化系统的精度是由机械装置的精度确定的。

()11.虚拟样机技术采用计算机模型代替物理样机,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。

()12.传感器的敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,而转化元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号的部分。

()13.迟滞是传感器的一种静态误差,是由于在传感器的正反行程中的输出输入特性曲线不重合引起的。

《机电一体化系统设计》复习题一、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、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。

6、人机接口：人机接口（HMI）是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工作。

7、PLC：可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC.是一种在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各种生产机械和生产过程的自动控制中。

8、变频器：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素以及过流/过压/过载保护等功能。

9、通信协议：通信协议是指通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程，包括逻辑电平的定义、应用何种物理传输介质、数据帧的格式、通信站地址的确定、数据传输方式等。

《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。

《机电一体化系统组建》期末考试试卷某1电机系统可用于选择两种材料的物料（金属和非金属），由气缸1（推料气缸）推出物料，由气缸2、三相异步电动机、电感式接近开关、光电传感器、步进电机等完成选料、加工等工作，用按钮盒及三色警示灯进行操作及信息反馈，具体工作任务要求附后。

请利用所学知识，整合工作技能，完成此电机系统的设计、安装、调试。

工作过程包括：技术文档设计、概念设计及虚拟调试、安装与调试。

一、技术文档（共20分）二、概念设计及虚拟调试（20分）三、安装与调试（共40分）四、机械加工（20分）得分：(一)工作任务电机工作系统如图1所示，请完成以下内容。

（1）完成技术文档中的工作计划、输入输出I/O分配表；（2）机电概念仿真模型信号配置；（3）完成技术文档中的控制流程图；（4）完成PLC程序设计与虚拟调试；（5）完成技术文档中元器件及耗材清单、元器件安装布置图、气动原理图、电气接线图；（6）电气安装与功能调试。

（7）根据真实调试结果。

图1 电机工作系统基本功能描述（划线为步进电机滑台动作，如果没有步进电机，忽略此内容）（1）按下触摸屏中的“复位”按钮，“推料气缸”伸出，“升降气缸”缩回，“电磁铁”失电，推料机构移动至“非金属物料放置位”。

（2）复位完成后，在触摸屏中按下“启动”（复位未完成按下无效），装置判断当前物料：若为非金属物料，（步进电机滑台滑动到“非金属物料放置位”）则推料气缸缩回后伸出，将该物料推出至“非金属物料放置位”；若为“金属物料”则推料机构移动至“金属物料加工位”，（步进电机滑台滑动到“金属物料加工位”），推料气缸缩回后伸出将金属物料推出，待物料被加工后（等待3S），升降气缸伸出，电磁铁将加工好的物料吸住，升降气缸缩回，推料机构移动至“金属物料放置位”，（步进电机滑台滑动到“金属物料放置位”），升降气缸伸出，电磁铁失电，物料准确落入“金属物料放置位”，升降气缸缩回，推料机构运动至“非金属物料放置位”后停止。

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《机电一体化系统设计基础》题库及答案一一、单选题（每小题3分，共24分）1．以下产品不属于机电一体化产品的是( )。

A．机器人 B．移动电话C．数控机床 D．复印机2．滚珠丝杆的滚珠在整个循环过程中始终与丝杠表面保持接触为( )。

A．插管式 B．端盖式C．内循环式 D．外循环式3．下列哪个不是传感器的动态特性？( )A.幅频特性 B．临界频率C．相频特性 D．分辨率4．在传感器的使用中，模拟式传感器与计算机进行接口必须用的器件为( )。

A. A/D转换器 B．D/A转换器C．缓冲器 D．隔离器5．闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，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．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。

A．平台软件 B．开发软件C．系统软件 D．应用软件7．以下( )不属于系统功能结构图的基本结构形式。

A．串联结构 B．并联结构C．环形结构 D．星形结构8．HRGP-1A喷漆机器人中的乎部属于系统中的( )。

A．能源部分 B．测试传感部分C．驱动部分 D．执行机构二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题3分，共30分）9．机电一体化是一个新兴的交叉学科，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，机电一体化产品具有智能化、人性化等特征。

1.机电一体化：机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。

2.伺服控制技术：伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能。

3.步进电机：步进电机是将电脉冲控制信号转换成角位移的执行元件。

4.脉宽调制技术PWM：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。

5.PID控制器:PID数字控制器是按偏差、积分和微分的比例进行控制的调节器。

二．填空.1、步进电机的转向通过改变通电顺序来改变，速度正比于脉冲频率，电机旋转角度正比于脉冲数。

2、伺服电机形式：按激磁方式分电磁式和永磁式；按结构分一般电枢式、无刷电枢式、绕线盘式和空心杯电枢式；按控制方向分磁场控制方式和电枢控制方式。

电压一定时，力矩和速度呈反比关系；力矩一定时，电压和速度呈正比关系。

3、伺服电机的调速方式：改变电动机极对数P、滑差率S、电动机的外加电源频率f。

4、一体化系统的常用开发方式：取代法、整体设计法、组合法。

5、C系统组成：CPU模块、I/O接口模块、存储器。

6、控制机常用类型：可编程序控制器PLC、总线型工业控制计算机、单片机。

三．简答。

传感器选择原则？答：1）足够的容量传感器的工作范围或量程要足够的大，具有一定过载的能力。

2)与测量或控制系统的匹配性好，转换灵敏度高要求其输出信号与被测输入信号成确定关系（通常为线性），且比值要大。

3）精度适当，且稳定性高传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求，并且长期稳定。

4）反应速度快，工作可靠性好。

5）适用性和适应性强动作能量小，对被测对象的状态影响小，内部噪声小又不易受外界干扰的影响，使用安全等。

6）使用经济成本低，寿命长，且易于使用、维修和校准。

2.影响机械系统传动的因素？答：1.转动惯量：转动惯量大会使机械负载增大、系统响应速度变慢、灵敏度降低、固有频率下降，容易产生谐振。

国家开放大学电大本科《机电一体化系统设计基础》期末试题及答案（试卷号18）2022-2022国家开放大学电大本科《机电一体化系统设计基础》期末试题及答案（试卷号：1118）一、单选题（每小题3分，共24分）1．机电一体化产品的主功能主要是由什么装置具体实现()。

A．检测装置B．电气装置C．机械装置D．动力装置2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法()。

A．增大系统刚度B．增大系统转动惯量c．增大系统的驱动力矩D．减小系统的摩擦阻力3．下列哪个不是传感器的动态特性？()A．幅频特性B．临界频率C．相频特性D．分辨率4．光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，此光栅传感器测量分辨率是()mm。

A．1B．0.1C．0.01D．0.0015．闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，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7D．回程误差和传动误差都会影响输出精度6．以下可实现交流伺服电动机调速的方法是()。

A.改变供电电压的大小B．改变电动机的供电频率c．改变三相电压的相位差D．改变电动机转子绕组匝数7．以下()不属于系统功能结构图的基本结构形式。

A．串联结构B．平行结构C．星形结构D．环形结构8．数控机床的加工刀具属于系统的()。

A.能源部分B．传感部分C．驱动部分D．执行机构二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题3分，共30分）9．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。

(×)10．为减少机械传动部件对电机动态性能的影响，控制系统的工作频率应远离机械传动系统的固有频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。

(√)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。