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机电一体化系统设计试题答案汇总(完整版)
机电一体化系统设计考试资料 1.机电一体化：在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械 装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。 2.工业三大要素：物质、能量和信息 3.机电一体化系统由机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系 统等五个子系统构成。 4.机电一体化系统设计流程： （1）根据目的功能确定产品规格、性能指标（2
）系统功能部 件、功能要素的划分（3）接口的设计（4）综合评价（5）可靠性复查（6）试制与调试 5.机电一体化系统设计的考虑方法： （1）机电互补法：利用通用或专用电子部件取代传统机 械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统。 （2）结合法：将各组成要素有机结合为一体构 成专用或通用的功能部件。 （3）组合法：将用结合法制成的功能部件、功能模块，像积木那 样组合成各种机电一体化产品。 6.机电一体化设计类型： （1）开发性设计：是没有产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理 和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的系统。 （2）适应性设计：是在总的方案原 理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械机构 或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附 加价值。 （3）变异性设计：是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格 尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。 7.机电一体化设计程序： （1）明确设计思想（2）分析综合要求（3）划分功能模块（4）决 定性能参数（5）调研类似产品（6）拟定总体方案（7）方案对比定型（8）编写总体设计论 证书 8.设计准则：在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。 9.设计规律：根据设计要求首先确定离散元素间的逻辑关系，然后研究其相互间的物理关系共 页 第 页691这样就可根据设计要求和手册确定其结构关系，最终完成全部设计工作。 10.绿色设计：在新产品的开发阶段，就考虑其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、使用安全和人类健康等所产生的副作用。 11.传动机构的作用：传动机构的主要功能是传递转矩与转速。目的是使执行元件与负载之 间在转矩与转速方面得到最佳匹配。 12.机电一体化对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、 传递转矩大。 13.谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、 承载能力强、效率高等一系列优点。传动比:14.导轨的主要作用：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。导轨 副主要由承导件和运动件两大部分组成。导轨副按其接触面的摩擦性质可分为：滑动导轨、 滚动导轨、流体介质摩擦导轨。按其结构特点可分为：开式导轨和闭式导轨。 15.导轨副应满足的基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化 影响小以及结构工艺好。 16.轴系设计的基本要求： （1）旋转精度（2）刚度（3）抗振性（4）热变形（5）轴上零件 的布置 17.执行元件分为：电气式、液压式和气压式（按使用能量不同分） 18.电气式执行元件优点：操作简便；编程容易；能实现定位伺服；响应快、易与 CPU 相接； 体积小、动力较大；无污染。缺点：瞬时输出功率大；过载差，特别是由于某种原因而卡住 时，会引起烧毁事故，易受外部噪声影响。 19.气压式执行元件优点：气源方便、成本低；无泄露污染；速度快、操作比较简单。缺点： 功率小，体积大，动作不够平稳；不易小型化；远距离传输困难；工作噪声大、难于伺服。 20.液压式执行元件优点：输出功率大，速度快，动作平稳，可实现定位伺服；易与 CPU 相 接；响应快。缺点：设备难于小型化；液压源或液压油要求严格；易泄露且有污染。共 69 页 第 2 页21.机电一体化对执行元件的基本要求： （1）惯量小、动力大（2）体积小、重量轻（3）便 于维修、安装（4）宜于微机控制 22.步进电机的特点： （1）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素的影响，只要在它们的 大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作（2）步进电机的步距角有 误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为 “零” ，因此不会长期积累（3）控制性能好，在起动、停止、反转时不易“丢步” 。 23.步进电机的种类：可变磁组型、永磁型、混合型（旋转式步进电机的分类） 24.步进电机的工作原理：步进电机定子有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相， 即有 A-A`、B-B`、C-C`三相，磁极上绕有励磁绕组。假定转子具有均匀分布的四个齿，当 A、B、C 三个磁极的绕组依次通电时，则 A、B、C 三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。 25.步进电机步距角：α =360°/（zm） z―转子齿数，m―运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即 m=KN（N 为电动机的相数，单拍时 K=1，双拍时 K=2） 26.步进电机功放电路：单电压功率放大电路、高低压功率放大电路、恒流源功率放大电路、 斩波恒流功率放大电路、调频调压功放电路。 27.脉宽调制直流调速驱动系统（PWM）原理：当输入一个直流控制电压 U 时就可得到一定 宽度与 U 成比例的脉冲方波来给伺服电动机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢 回路的平均电压，从而得到不同大小的电压值，使直流电动机平滑调速。 28.交流电机矢量控制：就是要同时控制电动机输入电流 I1 的幅值和相位φ ，以得到交流电 动机的最佳控制。 29.从控制的角度出发，微机应能满足具有较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的输 入/输出通道和实时时钟等要求。 （从不同的被控制对象角度而言，还应考虑几个特殊要求： 字长、速度、指令。 ） 30.微型计算机的基本特点：小型化、超小型化，具有一般计算机的信息处理、计测、控制 和记忆功能，价格低廉，且可靠性高、耗电少。选用要点：不同领域可选用不同品种、不同 档次的微机。4 位机常用于较简单、规模较小的系统，16 位和 32 位机及 64 位机主要用于较共 69 页 第 3 页复杂的大系统，8 位机则用于中等规模的系统。单片机应用范围广，不但用于简单小系统， 而且不断被复杂大系统所应用。 31.单片机具有：功能全、体积小、功耗低、价格便宜等优点。 32.机电一体化对检测传感器的基本要求： （1）体积小、重量轻、对整机的适应性好； （2） 精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高； （3）安全可靠、寿命长； （4）便于与计算 机连接； （5）不易受被测对象的影响，也不影响外部环境； （6）对环境条件适应能力强； （7） 现场处理简单、操作性能好； （8）价格便宜。 33.稳态设计包括：使系统的输出运动参数达到技术要求、执行元件的参数选择、功率的匹 配及过载能力的验算、各主要元部件的选择与控制电路设计、信号的有效传递、各级增益的 分配，各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施等，并为后面动态设计中的校正补偿装置的引入留 有余地。 34.动态设计包括：设计校正补偿装置，使系统满足动态技术指标要求；通常要进行计算机 仿真，或借助计算机进行辅助设计。 35.机电一体化伺服系统的稳态设计就是要从两头入手，即首先从系统应具有的输出能力及 36.工业机器人一般由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组 成。 37.工业机器人的主要技术参数：握取重量、运动速度、自由度、定位精度、程序编制与存 储容量。 38.自由度：确定工业机器人的末端执行器在运动空间的位置和姿态的、独立的变化参数就 是工业机器人的自由度。一般具有 4~6 个自由度即满足使用要求。 39.工业机器人按坐标形式分为：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、SCARA 型、多关节 型。 41、绘制由光电编码器等组成的工作台闭环伺服系统框图。 42、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给三相六拍通电的步进电机励磁绕组，测得 步进电机的转速为 100r/min，已知转子有 24 个齿，求：共 69 页 第 4 页（1） 、步进电机的步距角 （2） 、脉冲电源的频率 43、如图所示的机电传动系统，减速机构为两级减速箱，已知齿轮齿数之比为 Z2/Z1=3， Z4/Z3=5，减速机构的效率为η =0.92，各齿轮的转动惯量为 J1 =29.4Nm2 , J2 =78.4Nm2 , J3 =49Nm2 , J4 =196Nm2 , 电动机转动惯量 Jm =294Nm2 ，负载惯量 JL =450.8Nm2 ， 负载转矩 T2=470Nm ,试求： （1） 、折算到电机轴上的负载转矩 （2） 、折算到电机的转动惯量。 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和 机械技术 渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、 省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系 统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、 机电结合（融合）法、机 电组合法。共 69 页 第 5 页9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能 、信息功能、控制功能基础上引入 微电 子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式） ：以能源转换为主 和以信息转换为主 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有： 螺母固定丝杆转动并移动、 丝杆转动螺母移动、 螺 母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循 环和外循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧 调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。 14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推―单推式、双推―双推式、双推―简支式、双推 ―自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最 小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨 四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形 式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别 称为：额定转速和 额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机 三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作方式决定的；为了进一步提共 69 页 第 6 页高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。 24. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配 电路、驱动放大电路等组成。 25. 机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、 单板机控制系统、 工业微型计算机控制系统三种。 26. 提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、 屏蔽技术和滤波技术 27. 常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、 开关信号检测传感 器 三种形式。 28. 机电有机结合分析设计方法主要有稳态设计方法和动态设计方法两种 29. 在机电一体化系统稳态设计的负载分析中，常见的典型负载形式有：惯 载、内力负载 、弹性负载、摩擦负载等。 30. 在进行机械系统负载和转动惯量的等效中，遵循的基本原则是能量守 简 述 题 1. 机电一体化技术（或产品）的定义。 在机械的主功能，动力功能，信息功能，控制功能基础上引入微电子技术， 电子装置用相关软件有机的结合所构成的系统的总称。 2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？ 主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度。 3. 机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？ 机械系统 ，电子信息处理系统，动力系统，传感系统，执行控制系统 4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。 机电结合设计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的 之间机电参数的有机匹配比较充分 5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。 5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。共 69 页 第 7 页机电一体化系统的机电组合设计方法是将用结合法制成的功能部件，功能模块，像积木那样 组合成各种机电一体化系统，特点是可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利 于生产管理，使用和维修。 6. 机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？ 机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力/转矩和速度/转速。实质上是一种转 矩，转速变换器。作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配 7. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。 功能：传递力/转矩和速度/转速 目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。 基本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。 8. 机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？ 1.较高的定位精度。2.良好的动态响应特性－响应快，稳定性好，收敛时间合理。3。无间隙， 低摩擦，低惯量，大刚度。4。高的消振频率，合理的阻尼比 9. 简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。 滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，螺母，滚动元件，回珠装置组成。 结构：丝杆轻动时，带动滚珠螺纹滚道滚动，为阻止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽 两端没有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通路。 应用特点：阻尼小，传动效率高，合理的结构设计，适应大刚度传递，可实现无间隙工作， 不能自锁 10. 试分析齿轮传动中，定轴传动、行星传动、谐波传动的组成与传动特点。 定轴传动由圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动，蜗杆蜗杆传动。特点：结构简单。传递可靠，用 几何特性来实现传动。行星传动主要是由传动齿轮，定位齿轮，行星轮和行星架组成。特点。 结构紧凑，可实现传动比更大，几何特性＋机构传动原理来实现。谐波传动主要又钢轮，柔 轮，波发生器组成。特点：结构紧凑，体积小，重量轻，充分发挥材料的特性，传动比可大， 也相当可靠，几何特性＋材料弹性变化特性实现传动共 69 页 第 8 页11. 滚动导轨副应达到的基本要求。 高的导向精度，高的耐磨性，足够的刚度，良好的工艺性 12. 导轨的刚度所包含的主要内容有哪些？以及各部分对导轨副的导向精度影响如何？ 静刚度－抵抗恒定载荷的能力。动刚度－抵抗变变载荷的能力。每一类刚度都包括：结构刚 度，接触刚度，局部刚度 13. 机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求是什么？ 1 惯量小，动力大。2 体积小，重量轻。3 安装方便，便于维护。4 易于实现自动化控制 14. 机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求 1 性能密度大。2 快速响应性好。3 位置控制与速度控制精度高，调速范围大，低速平稳性 好，分辨率高以及振动噪音小。4 能适应频繁启动，可靠性高，寿命长。5 易于与计算机对 接，实现计算机控制 15. 常用伺服电动机有哪些工作特点？ 2 个工作区。1 恒转矩工作区，2 恒功率工作区 16. 对于伺服电动机半闭环控制系统而言，控制系统的主要构成有哪些？ 主要是指令控制器，反馈调节器，功率放大与整形电路，执行元件 17. 步进电机驱动控制电路设计的基本要求是什么？ 提高驱动信号，控制有效，可靠性，整形抗干扰电路 18. 简述机电一体化系统（产品）对检测传感器的基本要求。 1 体积小，重量轻，适应性好。2 精度和灵敏性高，响应快，稳定性好，信噪比高。3 安全 可靠，寿命长。4 便于与计算机对接。5 不易受被检测对象和外部环境的影响。6 环境适应 能力强。7 现场安装处理简单，操作方便。8 价格便宜 19. 简答通用微机控制系统核心部件，通用微机控制系统的构成与特点。 通用微型计算机的核心部件为可编程控制器和工业计算机。 构成;控制系统以通用微型计算机为核心，设计专用或选用通用的集成 IC 芯片，接口电路， 执行元件，传感器，以及相互合理匹配元件，组成具有较好通用能力的控制器。软件采用通共 69 页 第 9 页用平台软件系统。 20. 简答专用微机控制系统核心部件，专用微机控制系统的构成与特点。 核心部件为单片机和单板机 构成由专用 IC 芯片，接口电路，执行元件，传感器相互合理匹配成专用控制器。 特点：软件采用专用机器代码或语言，可靠性强，成本低，但适应能力差，用于大批量生产 的机电一体化产品 21. 光电隔离电路的组成有哪些？主要作用是什么？ 主要由光耦合器的光电转换元件输入电路，光源，光敏元件，输出放大电路组成 作用：1 可将输入输出两部分的供电电源和电路的地线分离。2 可进行电平转换，实现要求 的电平输出，从而具有初级功率放大作用。3 提高对负载的驱动能力 22.机电一体化系统设计中，驱动电路设计的目的和基本要求是什么？ 目的：实现指令信号和执行驱动信号之间的有效匹配。要求：信号类型转换，能量放大，质 量的保证 23. 研究机电一体化系统稳态设计方法的主要目的是什么？ 主要目的是使控制被控制对象能完成所需要的机械运动即进行机械系统的运动学，动力学分 析以及计算，保障整个机电一体化系统的整体性能 24. 在机电一体化系统的稳态设计中，分析研究机械系统的负载和惯性特征，进行等效负载 和惯 原则：能量守恒。目的：为使选择的执行软件与被控对象的固有参数相匹配，将输出轴个部 分的惯量和负载转换到执行元件的输出端，以便确定执行元件。 25. 机电一体化系统的动态设计的目的是什么？ 机电一体化动态设计的目的；在稳态设计的基础上，保证系统的动态稳定性，过度过程的品 质，动态稳定精度，动态响应特性指标参数。 26. 机电一体化系统的动态设计研究的主要性能指标参数有哪些？ 主要有：响应时间，超调量，稳态误差，收敛时间。振荡次数，过度时间的位置误差。 （动共 69 页 第 10 页态误差和稳态误差等） 三、分析论述题 1. 简述如图 2 所示死杠螺母传动机构的特点。P24 A：结构简单，传动精度高。螺母支撑丝杆可消除轴向蹿动， 刚性较差。B：结构紧凑，丝杆刚性较高，要限制螺母移动，需 导向装置。C：结构复杂，占用空间较大，传动时间需限制螺母 移动和丝杆转动。D：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用 不方便，使用较少。2. 试分析单圆弧轨道和双圆弧轨道的结构特点（设计、制造、使用与维护）P25单圆弧滚道：结构简单，传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧 能力，加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在轻载条件下工作。 双圆弧滚道：结构简单，存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双螺母结构的条件下， 具有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。图 1 丝杠螺母传动机构的基本传动形式 10. 在机电一体化系统动态设计中，叙述所增加 PID 调节器内各环节的调节特点，试分析控 制系统中增加 PID 调节器的主要作用是什么？ 答：①比例(P)调节：调节作用的大小主要取决于增益 KP(比例系数)的大小。KP 越大，作用 越强，但是存在调节误差，且 KP 太大会引起系统不稳定。②积分(I)调节：可以减少或消除 误差，但积分调节器响应较慢。③比例―积分调(PI)节：既客服了单纯比例调节有调节误差 的缺点，又避免了积分环节响应慢的弱点，既能改善系统的稳定性能，又能改善其动态性能。 ④比例―积分―微分(PID)调节： 主要作用：不但能改善系统的稳定性能也能改善其动态性能，但是，由于它含有微分作 用，在噪声比较大或要求响应快的系统中不宜采用；PID 调节器能使闭环系统更加稳定，其共 69 页 第 11 页动态性能也比用 PI 调节器时更好。机电一体化系统习题答案 第一章 思考与练习题一 一. 名词解释1.机电一体化 机电一体化是以机械学、 电子学和信息科学为主的多门技术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。 二. 1. 简答题机电一体化系统的组成部分主要分为哪几种？答：机电一体化系统主要分为：机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、控制性处理单元以及接口等部分组成。 2. 接口技术的作用？答：是系统中各单元和环节之间进行物质、能量和信息交换的连接界面，是外设和数控装置之间的桥梁。 其功能为：变换、放大和传递。 第二章 思考题1 一．名词解释 1. 误差：是对某一特定的物理量进行度量时，所测得数值与真值得差值。 2. 准确度：通常用来反映系统的测量值与真值的近似程度，反映了系统误差的大小； 精密度：是从随机误差的角度来反 映系统的测量值与真值的近似程度； 精确度则是系统误差和随机误差的综合反映。 3. 传动精度：是指机械传动链单向传动时，其输入端与输出端瞬时传动比的实际值与理论值之差。4. 装配精度：是是指不同零件或不见按照特定要求组装成具有一定功能的综合精度，包括零件或不见的相对位置精度、运 动精度、接触精度。 5. 机床加工精度：是一项综合型精度指标，即指机床在加工工件时所能达到的精确度。 6. 机床定位精度：是指机床或仪器主要部件在运动终点所能达到的实际位置的精度。(是一个具有综合性质的精度指标，其 定位形式大致可分为手动定位、自动间歇定位和连续定位三种形式。) 二.简答题 1.机械系统在机电一体化中的作用？ 答：机械系统在机电一体化中起着传递功率、支撑、连接、执行的功能。 2.机床精度与机床加工精度有什么不同？（判断） 答：二者的概念之间有一定的区别，机床加工精度是指在加工时体现出来的精度，与机床设备本身使用的时间年限、加工时 的切削力、环境温度等都有关系，而机床精度所描述的是机床的原始精度，不考虑上述这些情况。 4. 什么是六点定位原理？ 答：任何一个物体在三维空间中，相对三个互相垂直的坐标系 OXYZ 来说，都有六个自由度，即沿 X、Y、Z 三个坐标 轴的移动，以 x、y、z 表示，及绕着 X、Y、Z 轴的转动，用 x、y、z 表示，如图所示。如果说某物体在某一方向上的??????共69页第12页自由度被限制住了，实际上是说该物体在该方向上有了一个确定的位置。当物体的六个自由度完全被限制住时．该物体在坐 标系中的位置也就完全被确定了，也就是我们所说的六点定位原理。5. 机械系统的组成部分主要有哪些？ 答：―般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向 支承部件、旋转支承部件、轴系及架体等机构组成。 6．举例说明，为什么有些零件在加工是不需要六点定位？ 答：由六点定位原理可知，一个零件在机床上实现完全定位需要限定六个自由度。但是在一些特定环境下，没有必要去 限定六个自由度。例如，在铣床上铣削轴类零件的键槽时，绕轴线旋转方向的自由度就没有必要限定，因为从端面上来看， 所得到的圆是关于过轴线的任意一个平面对称的。思考与练习题2 二. 简答题 1. 常见的机械传动主要有什么？机械传动的作用？ 主要有带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、轮系减速器及机械无极变速传动、连杆传动、凸轮传动、棘轮传 动、槽轮传动和不完全齿轮传动等等。 作用：某种传动机构既可以实现运动形式的变换，也可以实现运动速度的变化，同时还可以实现动力的传动。 2. 简述传动比的分配原则？ 答：(1)重量最轻原则 (2)输出轴转角误差最小原则 (3)等效传动惯量最小原则 3.举例说明各类支承的结构特点？（判断） 答：(1).圆柱支撑 优点：具有较大的接触表面，承受载荷较大； 缺点：方向精度和置中精度较差，且摩擦阻力矩较大。 (2).圆锥支撑 优点：承载能力较强，方向精度和置中精度较高；缺点：摩擦阻力矩也较大，置中精度必圆柱支撑好； 缺点：对温度变化比较敏感，制造成本较高。 (3).填入式滚动支撑 结构特点：没有内圈和外圈，仅在相对运动的零件上加工出滚道面，用标准滚珠散装在滚道内。主要有三种形式。 (4).球面支撑 (5).顶针支撑 4. 机械机构的工艺性主要包括那些内容？ 答：机械结构的工艺性包括毛坯铸造的工艺性、焊接零件的结构工艺性、零部件的装配工艺性、零部件的机械加工工 艺性等几方面内容。 5. 在机械系统中设计选择构件时，为什么要考虑动平衡问题？ 答：如果回转件动件的结构不对称、制造不准确或材质不均匀，都会使整个回转件在转动时产生离心力系的不平衡，使共69页第13页离心力系的合力和合力偶矩不等于零。 产生的离心力为 F? mrw2 ，它的方向随着回转件的转动而发生周期性的变化，并在轴承中引起一种附加的动力，使整个机械产生周期性的振动。振动容易引起机械工作精度和可靠性降低，零件材料的疲 劳损坏等。 思考与练习题 3 一. 名词解释 1． 轴系零部件：轴、轴承、联轴器和离合器及轴上的转动零件组合起来成一个系统，常称为轴系零部件。4.导轨：导向支承部件的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。这样的部件通常被称为导轨 副，简称导轨。 二. 简单题 1.轴的功能及分类？ 轴是机械中的重要零件，功能：支承转动零件，并传递运动和动力。 分类： (1)三点支承方式,前后及中间三处均有轴承支承，并且前后的轴承皆为双列短圆柱滚子轴承。特点为结构简单，刚度较高， 极限转速较高，承载能力强。 (2)浮动支承方式，只传递转矩而不支承弯矩或受弯矩较小，两支点并不固定。 (3)定轴心的两支点传动轴，不近承受转矩，而且还承受弯矩和轴向力。 4. 零件在轴上固定时，什么时候采用轴肩固定、什么时候采用套筒固定？ 为了使零件端面与轴肩能很好地贴合， 轴上圆角半径 r 应比轴上零件孔端的圆角半径 R 或倒角高度 C 稍微小些时用轴 肩固定。 当轴上两个零件相距不大时，常采用套筒作轴向固定。作用：能承受较大的轴向力，克服应力集中。 5. 导轨副的种类？ 按导轨副运动导轨的轨迹分类(1)直线运动导轨副.(2)滚动运动导轨副 6. 对导轨副的基本要求？ 机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性 好等。第三章 思考与练习题 1 一. 名词解释 1.传感器：是将被测量(包括各种物理量、化学量和生物量等)变换成系统可识别的、与被测量有确定对应关系的有用电信号 的一种装置。 2.感应同步器: 感应同步器是一种电磁位置检测元件，感应同步器是利用电磁感应原理把两个平面绕组间的位移量转换成电 信号的一种位移传感器。 3.感应同步器的鉴相方式: 是通过检测感应电压的相位来测量位移（判断） 4.感应同步器的鉴幅方式: 是通过检测感应电压的幅值来测量位移（判断） 思考与练习题 2共69页第14页一.名词解释 1.光栅 ：是在透明的玻璃板上，均匀地刻出许多明暗相间的条纹，或在金属镜面上均匀地划出许多间隔相等的条纹，通常 是 线条的间隙和宽度是相等的。 ? 2.莫尔条纹：如果把两块栅距 W 相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间有较小的夹角 θ 时，这时光栅上会出现若 如干条明暗相间的间隔相等的粗大条纹，就是莫尔条纹。它们沿着与光栅条纹几乎垂直的方向排列.直线光栅分类： 光栅计量光栅 圆光栅 物理光栅金属反射 六十进制 十进制 二进制1.简述光栅莫尔条纹的特点(1).用平行光束照射时,莫尔条纹由亮带到暗带,再由暗带到亮带,透过的光强度为正弦分布. (2). 起位移放大作用 (3).莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。 (4). 起平均误差的作用 思考与练习题 3 1. 什么是码盘式编码器？ 码盘式编码器也称为绝对编码器，它将角度转换为数字编码，能方便地与数字系统(如微机)联接。 码盘式编码器按其结构可分为接触式、光电式和电磁式三种，后两种为非接触式编码器。 5. 检测电路主要包括哪个部分？ 磁栅检测电路包括：磁头励磁电路、读取信号的放大、滤波及辨向电路，细分内插电路，显示及控制电路等各个部分。 思考与练习题 5一.名词解释1. 霍尔效应 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍 尔效应。 3. 热电效应 将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，如图 3.36 所示，当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中，回路中 产生一个方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关的电动势，这种效应称为“热电效应”。二.简答题 共 69 页 第 15 页1. 简述直流测速发电机的工作原理。 直流测速发电机的工作原理与普通直流发电机相同。图 3.20 所示为电磁式直流测速发电机的工作原理图。图 3.20 直流测速发电机的工作原理在恒定磁场中，旋转的电枢组切割磁通，并产生感应电动势，由电刷两端引出的电枢电压为：Ea ? Ce? n空载运行时，电枢电流 Ia＝0，直流测速发电机的输出电压就等于电枢感应电动势，即：U ? Ea输出电压与转速成正比。 负载运行时，电枢电流 I a? 0 ，若不计电枢反应的影响，不计电刷接触压降，直流测速发电机的输出电压为：U ? Ea ? I a Ra ? E a ? Ra把式上两式结合，整理后得：U RLU?Ce? n ? Cn R 1? a RL在理想情况下，系数 C 中的参数均为常数，因而从式中可以看出测速发电机的输出电压与转速严格成正比。 2. 简述霍尔转速传感器的工作原理。 假设薄片为 N 型半导体，磁感应强度为 B 的磁场方向垂直于薄片，加图 3.21 所示，在薄片左右两端通以电流 I(称为 控制电流)，那么半导体中的载流子(电子)将沿着与电流 I 相反的方向运动。由于外磁场 B 的作用，使电子受到磁场力 FL(洛 仑兹力)而发生偏转，结果在半导体的后端面上电子有所积累，而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在 前后端面间形成电场。该电场产生的电场力 FE 阻止电子继续偏转。当 FE 与 FL 相等时，电子积累达到动态平衡。这时，在 半导体前后两端面之间(即垂直于电流和磁场方向)建立电场，称为霍尔电场 EH，相应的电势称为霍尔电势 UH。图 3.21 霍尔原理效应图由实验可知，霍尔电势的大小与激励电流 I 和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度 d 成反比，即U H ? RH共 69 页IB d16 页第4. 机电一体化系统中常用的检测环节有哪几类？主要可以测量什么？ 根据被检测物理量特性的不同，检测环节可分为： (1)运动学检测系统：主要完成对位移、速度、加速度和振动的检测； (2)力学参数检测系统：主要完成对拉力、压力、弯曲力矩和应力的检测； (3)其他物理量检测系统：可对温度检测、湿度检测、酸碱度检测、声音检测和图像检测系统等。 第四章 思考与练习题 一. 名词解释 滤波：所谓滤波，就是从所测量的信号中除去不需要的信号。 二. 简单题 2. 控制系统中常用的输入装置有哪些？ 常用的输入装置是键盘、各种开关和接口电路等。 3. 共阳极和共阴极的 LED 有何不同之处？ 答:LED 数码管显示器共阴极的接法是发光二极管的阴极接地，当数码管的笔划发光二极管的阳极为高电平时，该笔划被 点亮。共阳极的接法是发光二极管的阳极接高电平，当数码管的笔划发光二极管的阴极为低电平时，该笔划被点亮。总之， 主要区别在于 LED 数码管的接法和驱动笔划的数据电平的不同。 4. 控制系统主要有哪些部分组成？ 机电一体化的控制系统一般由数控装置、输入、输出装置、接口、功率放大电路等几部分组成。 5. 控制系统中的信息显示主要的方法是什么？ 方法分为： (1)用 CRT 显示信息，利用计算机操作系统和有关语言工具提供的显示功能调用或命令语句实现信息的显示。 (2)用数码管显示，用专用的显示电路和专用的显示程序。 6．矩阵式键盘工作原理？ 矩阵式键盘由一组行线 (Xi) 与一组列线(Yi) 交叉构成，按键位于交叉点上，为对各个键进行区别，可以按一定规律分 别为各个键命名键号。 将列线通过上拉电阻接至+5V 电源，当无键按下时，行线与列线断开，列线呈高电平。当键盘上某键按下时，则该键对 应的行线与列线被短路。 第五章 思考与练习题 2 二.简答题 1.步进电机的调速包括哪几个方面的控制？如何控制？ ? 1)步进电机速度控制 控制步进电机的运行速度，实际上就是控制系统发出步进脉冲的频率或者换相的周期。 系统可用两种办法来确定步进脉冲的周期： 一种是软件延时：通过延时子程序的方法来实现的，它占有 CPU 时间。 另一种是用定时器方法：是通过设置定时时间常数的方法来实现的。 2)步进电机的加减速控制 一般用微机控制系统的加减速，控制时需准备下列数据：①加减速的斜率；②加速过程的总步数；③恒速运行总步数； 共 69 页 第 17 页④减速运行的总步数。 2.简述三相单三拍或者三相双三拍工作原理（任选其一） 。 (一) 以三相单三拍为例： 当 A 相绕组通人直流电流 iA 时，由于磁力线力图通过磁阻最小的路径，转子将受到磁阻转矩的作用而转动。当转子转 到其轴线与 A 相绕组轴线相重合的位置时，磁阻转矩为零，转子停留在该位置，如图 5.8a 所示。 如果 A 相绕组不断电，转子将一直停留在这个平衡位置，称为“自锁”。要使转子继续转动，可以将 A 相绕组断电，而 使 B 相绕组通电。这样转子就会顺时针旋转 30° ，到其轴线与 B 相绕组轴线相重合的位置，如图 5.8b 所示。 继续改变通电状态，即使 B 相绕组断电，C 相绕组通电，转子将继续顺时针旋转 30° ，如图 5.8c 所示。 如果三相定子绕组按照 A―C―B 顺序通电， 则转子将按逆时针方向旋转。 上述定子绕组的通电状态每切换一次称为“一 拍”，其特点是每次只有一相绕组通电。每通入一个脉冲信号，转子转过一个角度，这个角度称为步距角。每经过三拍完成 ―次通电循环，所以称为“三相单三拍”通电方式。（二）以三相双三拍为例：三相双三拍运行方式的通电顺序是 AB－BC－CA－AB。由于每拍都有两相绕组同时通电、如 A、B 两相通电时，转子齿极 l、3 受到定子磁极 A、X 的吸引、而 2、4 受到 B、Y 的吸引，转子在两者吸力相平衡的位置停止转动，如图 1a 所示。下一 拍 B、C 相通电时，转子将顺时针转过 30° ，达到新的平衡位置，如图 1b 所示。再下一拍 C、A 相通电时，转子将再顺时针 转过 30° 达到新的平衡位置， ， 如图 1c 所尔。 可见这种运行方式的步距角也是 30° 3.步进电机的驱动控制是如何来实现的？ 。 包括哪几部分？ 答：步进电机的驱动是通过弱电驱动强电来实现的。 其中步进电机的弱电部分实现了频率、数量和方向的变化，主要包括脉冲混合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路和 环形分配器四个部分。 思考与练习题 3 ? 一.名词解释 2.脉宽调制：所谓脉宽调制，就是使功率晶体管工作于开关状态，开关频率恒定，用改变开关导通时间的方法来调整 晶体管的输出。使电机两端得到宽度随时间变化的电压脉冲。当开关在单周期内的导通时间随时间发生连续地变化时，电机 共 69 页 第 18 页电枢得到的电压的平均值也随时间连续地发生变化， 而由于内部的续流电路和电枢电感的滤波作用， 电枢上的电流则连续地 改变，从而达到调节电机转速的目的。思考与练习题 4 一.填空题 1.变频调速的主要环节是为电机提供频率可变电源的(变频器)，主要分为(交－交变频)和(交－直－交)变频两种。 2.交流伺服电机主要分为(永磁同步伺服电机) 和(笼型异步伺服电机)两类。 3.液压控制系统主要由(动力元件)、(执行元件)、(控制元件)以及(辅助元件 )四个部分组成。 4.气动回路的基本控制方式一般有(电气－气动控制方式)、(全气动控制方式)和(机械操作方式)三种。 二．简答题 3. 试述液压传动与气动传动的异同点。 相同点：(1)组成部分都是有动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件组成； (2)工作原理相似，工作原理都是先将机械能转换为便于输送的液(气)压能，后又将液(气)压能转换为机械能做功， 以实现某种控制。 不同点：(1)工作介质不同，液压传动的介质是液压油，而气压传动的工作介质是压缩空气。 (2)气压传动与液压传动比较其元件结构简单，系统中不必有回气管，不污染环境；气动系统在恶劣工作环境中， 安全可靠性优于液压系统。 (3)气压传动与液压传动比较工作压力较低，输出功率较小，因此气信号传递的速度慢，不宜用于高速传递的回路 中。气压传动的压缩控制，容易使载荷变化使动作稳定性比液压介质差。 (4)另外气压传动排气噪声大，在系统中需加消声器。 4. 什么是液压传动？ 液压传动控制本质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，后又将液压能转换为机械能做功， 以实现某种控制目的。 7.试述什么是 SPWM 调制 SPWM 调制是用脉冲宽度不等的一系列矩形脉冲去逼近一个所需要的电压信号；它是利用三角波电压与正弦参考电压 相比较，以确定各分段矩形脉冲的宽度。 图 5.24 为三角波调制法原理。它利用三角波与参考电压正弦波相比较，以确定各段矩形脉冲的宽度。在电压比较器 A 的两输入端分别输入正弦波参考电压 uR 和频率与幅值固定不变的三角波电压 u?， A 的输出端便得到 PWM 调制电压脉冲。 在 PWM 脉冲宽度确定可由图 5.24(b)看出。当 u?&uR 时，A 输出端为高电平，而 u?&uR 时，A 输出端为低电平。uR 与 u?的 交点之间的距离随正弦波的大小而变化．而交点之间的距离决定了比较器 A 输出脉冲的宽度，因而可以得到幅值相等而宽 度不等的脉冲调制信号 up。共69页第19页第7章 ? 一、名词解释 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?工业机器人技术1、机器人：机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借 助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。2、冗余自由度：当机器人的自由度数大于六个，且有任意六个关节线性无关时，我们称这样的机器人为冗余自由度机 器人。 二、简答题 1、按照信息输入形式机器人主要分为哪几类？ 答：主要有：(1)操纵机器人 (2)程序机器人 (3)示教再现机器人 (4)计算机控制工业机器人 (5)智能机器人。 2、按坐标分类机器人主要分为哪几类？ 答：主要有(1)直角坐标型 (2)圆柱坐标型 (3)球坐标型 (4)全关节型 3、机器人的机械部分主要由哪几部分组成？ 答：机器人的机械部分是由机座、腰部、大臂、小臂、腕部、夹持器构成。 4、工业机器人的结构组成？ 答：工业机器人是由机座、手臂、手腕、手指等几部分组成的，这几部分构成了机器人的整个结构部分。 5、机器人手腕的腕回转关节的组合运动形式？ 答：主要有俯仰、偏摆、横滚。 6、机器人末端夹持器主要分为哪几类？ 答：(1)夹钳式取料手 (2)吸附式取料手 (3)专用操作器及转换器 (4)仿生多指灵巧手。 7、简述机器人手臂的运动形式？ 答：主要有：直线运动，例如手臂的伸缩、升降及横向(或纵向)移动；有回转运动的，例如手臂的左右回转，上下摆动； 有复合运动的，如直线和回转运动的组合，两直线运动的组合，两回转运动的组合。第一章1-1 试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。 P1 机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术， 并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 1-2 机 4 电一体化的目的是什么？共P269 页 第 20 页机电一体化的目的是提高系统（产品）的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省 材料省能源，并使产品结构向短、小、轻、薄化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化 和生产的省力化、自动化需求。 1-3 机电一体化时代的特征是什么？ 机电有机结合 P21-4 何谓机电一体化技术革命？ P2 将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以“智能”的技术革新潮流可成“机电一 体化技术革命” 。 1-7 机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ P9 机电一体化系统（产品）要素 功 能 控制器（计算机等） 控制（信息储存、处理、传送） 检测传感器 计测（信息收集与变换） 执行元件 驱动（操作） 动力源 提供动力（能量） 机构 构造 1-8 工业三大要素指的什么？ P12 物质、能量和信息 1-9 机电一体化的三大效果是什么？ 省能、省资源、智能化 P121-11 机电一体化系统（产品）的主要评价内容是什么？机电一体化系统 （产品） 高附加价值比P11主功能高性能化 低价格化计测、控制功能 高可靠性化 动力功能 智能化1-12 机电一体化系统的接口功能有哪两种？ P10 省能化 从系统外部看，机电一体化系统的输入/输出时与人、自然及其他系统之间的接口；从系 构造功能 统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统的构成要素输入/输出联系为一体的系统。 轻薄短小化 1-13 根据不同的接口功能说明接口的种类。 P10 根据接口的交换、调整功能分为：①零接口 ②无源接口 ③有源接口 ④智能接口 根据接口的输入/输出功能分为：①机械接口 ②物理接口 ③信息接口 ④环境接口 1-14 机电一体化工程与系统工程有何异同？ P16 系统工程共 69 页 第 21 页机电一体化工程产生年代 对象 基本思想 技术方法 信息处理系统 实例 共同点20 世纪 50 年代(美国) 20 世纪 70 年代（日本） 大系统 小系统――机器 系统概念 机电一体化概念（系统及接口概念） 利用软件进行优化、仿真、 硬件的超精密定位、超精密加工、优化设计、 鉴定、检查等 微机控制及仿真等 大型计算机 微型计算机 阿波罗计划 CNC 机床 银行在线系统 ROBOT（机器人） 日本新干线 VTR（录像机） 、DVD 航天飞机、人造卫星等 照相机、摄像机等 应用计算机，具有实用性、综合性、复合性 P191-15 说明机电一体化系统设计的设计思想方法。 ①计算机辅助设计 ②虚拟产品设计 ③快速响应设计 ④绿色设计 ⑤反求设计 ⑥网络合作设计1-16 什么是机电互补法、融合法、组合法？ P12 机电互补法：又称取代法，该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品 （系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统。 融合法：它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件（子系统） ，其要 素之间机电参数的有机匹配比较充分。 组合法：它是将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统） 、功能模块，像积木那样组 合成各个机电一体化系统（产品） ，故称组合法。 1-17 开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？ P13 开发性设计：它是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在 质量和性能方面满足目的要求的产品（系统） 。 变异性设计：它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使 之适应于量的方面有所变更的需求。 适应性设计：它是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部 更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应 性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。 1-19 现代设计方法与传统设计方法相比较有何突出特点？ P19 现代设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统设计方法不同，它是以计算 机为辅助手段进行机电一体化系统设计的有效方法。其设计步骤通常是：技术预测-市场需求 -信息分析-科学类比-系统设计-创新性设计-因时制宜的选择各种具体的现代设计方法-机电 一体化系统设计质量综合评价等。 1-20 简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等 的含义。 P19 计算机辅助设计：是设计机电一体化船票（系统）的有力工具。用来设计一般机械产品 的 CAD 的研究成果，包括计算机硬件和软件，以及图像仪和绘图仪等外围设备，都可以用于 机电一体化产品的设计，需要补充的不过是有关机电一体化系统设计和制造的数据、计算方 法和特殊表达的形式而已。 并行工程：是把产品（系统）的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合（并 行）协调的一种工作模式。共 69 页 第 22 页虚拟产品设计：是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像。 快速响应设计：是实现快速响应工程的重要一环。是企业面对瞬息万变的市场环境，不 断迅速开发适应市场需求的新系统（产品） ，以保证企业在激烈竞争环境中立于不败之地的重 要工程。 绿色设计：是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。就是在新系统（产品）的开发 阶段，就考虑其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、使用 安全和人类健康等所产生的副作用。 反求设计：反求设计思想属于反向推理、逆向思维体系。 网络合作设计：是现代设计最前沿的一种方法。其核心是利用网络工具来汇集设计知识、 资源以及知识获取的方法进行设计。第二章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，常提出哪些要求？ P23 低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ P24 传递转矩和转速 2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ P24 对工作机中的传动机构，既要求能实现运动的变换，又要求能实现动力的变换；对信息 机中的传动机构，则主要要求具有运动的变换功能，只需要克服惯性力（力矩）和各种摩擦 阻力（力矩）及较小的负载即可。 2-4 简述丝杠螺母机构的分类及其特点。 P25 丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。这些 传动机构既有以传递能量为主的（如螺旋压力机、千斤顶等） ，也有以传递运动为主的（如工 作台的进给丝杠） ，还有调整零件之间相对位置的（如螺旋传动机构） 。 2-6 丝杠螺母副的组成要素有哪些？P26 滚珠丝杠副构成原理：1-反向器；2-螺母；3-丝杠；4-滚珠。 2-7 滚珠丝杠副的传动特点？P26 轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等特点。 2-9 滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？P32 1、双螺母螺纹预紧调整式 2、双螺母齿差预紧调整式 3、双螺母垫片调整预紧式 4、弹簧式自动调整预紧式 5、单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式 2-13 简述滚珠丝杠副的支承方式及特点？P34 1 单推―单推式：轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推―双 推式低。 2 双推―双推式：该方式适合于高刚度，高转速，高精度的精密丝杠传动系统。 3 双推―简支式：双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动 精度较高的长丝杠传动系统。共 69 页 第 23 页4 双推―自由式：轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装的丝杠传动系 统。 2-15 齿轮传动部件的作用有哪些？P38 传递转矩、改变转速、改变转向 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？P39 1 重量最轻原则 2 输出轴转角误差最小原则：为了提高机电一体化系统齿轮传动系统传递运动的精度， 各级传动比应按先小后大的原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对 输出转角精度的影响。 3 等效转动惯量最小原则 2-18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？P41 具有结构简单、传动比大（几十~几百） 、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、 承载能力强、效率高等一系列优点。 传动比计算方法：①.当柔轮固定时， ?r ? 0 ，则设 zr ? 200 、 z g ? 202 时，则 iHg ? 101 。结果为正值说明刚轮与波形发生器转向相同。 ②.当刚轮固定时， ? g ? 0 ，则zg ?r ? ? H z g ? ? zr ? ,1 ? r ? , iHr ? H ? 0 ? ?H zr ?H zr ?r z r ? z g设 zr ? 200 、 z g ? 202 时，则 iHr ? ?100 。结果为正值说明柔轮与波形发生器转向相反。 2-20 轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些？P43 圆柱齿轮传动 1、偏心套调整法 2、轴向垫片调整法 3、双片薄齿轮错齿调整法 斜齿轮传动 2-21 简述导轨的主要作用，导轨副的组成、种类及应满足的基本要求。P50 导向支承部件的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。 导轨副主要由承导件和运动件两部分组成。 种类：滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨、开式导轨、闭式导轨。 基本要求：导向精度高、刚性好，运动轻便平稳，耐磨性好，温度变化影响小以及结构 工艺性好。 2-23 简述旋转支承的种类及其基本要求。 按其相互摩擦的性质可分为滑动、滚动、弹性、气体（或液体）摩擦支承。 对支承的要求应包括：1 方向精度和置中精度；2 摩擦阻力矩的大小；3 许用载荷；4 对 温度变化的敏感性；5 耐磨性以及磨损的可补偿性；6 抗振性；7 成本的高低；第三章共 69 页 第 24 页3-3 简述控制用电动机的功率密度及功率的定义。 P93 电动机的功率密度： PG ? P / G 电动机的功率比： dp / dt ? d (T? ) / dt ? TN d? / dt 3-6 简述 PWM 直流驱动调速、换向的工作原理。T ?TN 2 ? TN / J m 。P993-9 简述步进电机的种类及特点。 P103 种类：①可变磁阻型 ②永磁型 ③混合型 特点：①步进电机的工作状态不易受各种干扰因素的影响，只要在它们的大小未引起步 进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作；②步进电机的步距角有误差，转子转 过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过以转以后，其累积误差变为“零” ，因此不会 长期累积；③控制性能好，在起动、停止、反转时不易“丢步” 。 3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法。 P107 α =360°/（zm） z――转子齿数 m――运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即 m=KN第四章4-1 是说明 CPU、MC 与 MCS 之关系。 P131 P131（图 4.1） 4-3 在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么？ P126 通常先从系统构成上考虑是采用开环控制还是闭环控制，当采用闭环控制时，应考虑采 用何种检测传感元件，检测精度要求如何。 4-4 从控制的角度出发所选择的微机应能满足哪些要求。 1、较完善的中断系统 2、足够的存储容量 3、完备的输入/输出通道和实时时钟 P1264-10 单片机具有哪些独特优点。 P132 单片机具有集成高度、功能强、通用性好，特别是体积小、重量轻、能耗低、价格低， 而且可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点。 4-13 试说明七段 LED 的组成原理。 P163 通常的七段 LED 显示块中有八个发光二极管，故也叫八段显示块。其中七个发光二极管 构成七笔字形“8” ，一个发光二极管构成小数点。只要将一个 8 位并行输出口与显示块的发 光二极管引脚相连即可。8 位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。 4-14 静态显示与动态显示的主要区别有哪些。 P163 静态显示时，较小的电流能得到较高的亮度，所以由 8255 的输出口直接驱动。 动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器（扫描） 。对于每一位显示器来说，每隔一段时 间点亮一次。共 69 页 第 25 页4-17 试说明发光耦合器的光电隔离原理。 P168 发光隔离电路主要由光电耦合器的光电转换原件组成。控制输出时，微机输出的控制信 号经 74LS04 非门反相后，加到光电耦合器 G 的发光二极管正端。当控制信号为高电平时， 经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。 这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电压。当控制信号 为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的光而导通，于是输 出端的电平几乎等于零。同样道理，可将光电耦合器用于信息的输入。当然。光电耦合器还 有其他链接方式，以实现不同要求的电平或极性转换。 4-18 试说明常用传感器种类、原理及其特性参数。 P179 开关型、模拟型、数字型。 根据被测物理量的不同，常用的传感器可以按用途分为位移和位置传感器、速度和加速 度传感器、力和力矩传感器、温度传感器、湿度传感器等。 传感器的基本工作原理有电阻式、电感式、磁电视、电容式、光电式等，因此各种相应 的传感器也可以按其工作原理分为电阻式、电感式、磁电式、电容式、光电式传感器。 参数特性：P180 表（4.20）《机电一体化技术》试卷 (一) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第 1 页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一、名词解释 (每小题 2 分，共 10 分) 1. 测量? ? ? 2. 灵敏度? 3. 压电效应? 4. 动态误差 5. 传感器 二、填空题 （每小题 2 分，共 20 分) 1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式： _内旋换和外循环 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括 ___ _______， __________， __________ ， __________。 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 ____ _______________________________。 4. 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_______________________。 5. 连续路径控制类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?______________________?，使它们同步协调到达目标点。 6. 某 4 极交流感应电机，电源频率为 50Hz，转速为 1470r/min，则转差率为_____________。7. 齿轮传动 的总等效惯量与传动级数__________________________________________。? 8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9. 复合控制器必定具有__________________________________。? 10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。? 三、选择题 （每小题 2 分，共 10 分） 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 ( ) 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. 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. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数 ( ) A. 有关 B. 无关 ? C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关? 4. 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 ( ) A. 单片机 B. 2051 C. PLC D. DSP?共 69 页 第 26 页5、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 检测环节 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 四、判断题 （每小题 2 分，共 10 分) 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。（ ? ） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（ ） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器， 它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。（ ? ） 五、问答题 （每小题 10 分，共 30 分) 1. 步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2. 什么是步进电机的使用特性? 3. 机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 六、分析计算题 (每小题 10 分，共 20 分) 1. 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?? 2. 采用 PLC 设计二个电磁阀 A、B 工作的系统? 1) 按钮 x1 为 A 电磁阀打开，按钮 x2 为 A 电磁阀关闭 (输出 y1); 2) 按钮 x3 为 B 电磁阀打开，按钮 x4 为 B 电磁阀关闭 (输出 y2); 3) 只有 B 电磁阀在工作中，A 电磁阀才能工作。 要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。?《机电一体化技术》试卷 (一) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第 1 页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一、名词解释 (每小题 2 分，共 10 分) 1. 是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。 2. 指在稳态下，输出的变化量Δ Y 与输入的变化量Δ X 的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=Δ Y/Δ X 3. 某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两 个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电 效应。 4. 动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。 5. 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。 二、填空题 （每小题 2 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. PLC 4. 20mm 5. 位置和速度 6. 0.02 7. 增加而减小 8. 2 9. 前馈控制器? 10. 简单的 直线运动控制 三、选择题 （每小题 2 分，共 10 分） 1. B.2. A3. C.4. C5、D 四、判断题 （每小题 2 分，共 10 分) 1、√2、?3、√4、?5、√共 69 页 第 27 页五、问答题 （每小题 10 分，共 30 分) 1. 单电源驱动电路 双电源驱动电路 斩波限流驱动电路 2. 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。 启动矩一频特性 空载时步进电动机由静止突然启动，并不失步地进入稳速运行所允许的最高频率称 为最高启动频率。启动频率与负载转矩有关。 运行矩频特性 步进电动机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定 执行部件的最大运行速度。 最大相电压和最大相电流 分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电 流。 3. 应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。 六、分析计算题 (每小题 10 分，共 20 分) 1. 20KHz 3.6? 2. (1) 梯形图：（２）助记符指令程序： STR X1 OR Y1 AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2《机电一体化技术》试卷 (二) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第 1 页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 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_____________________________。共 69 页 第 28 页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。 5、抑制干扰的措施很多，主要包括 A 屏蔽 B 隔离 C 滤波 D 接地和软件处理等方法 四、判断题 （每小题 2 分，共 10 分) 1、 变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、 响应速度、 频带宽度、 可靠性和等指标。 （ ） 2、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。（ ? ） 3、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。（ ） 4、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。（ ? ） 5、FMC 控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。（ ） 五、问答题 （每小题 10 分，共 30 分) 1、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。 2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？ 3、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？ 六、综合应用题 (每小题 10 分，共 20 分) 1.编写程序：单片机读 P1.0 的状态,把这个状态传到 P1.7 指示灯去，当 P1.0 为高电平时指示灯亮,低电平时 指示灯不亮,采用中断完成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。2. 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？ 《机电一体化技术》试卷(二) 答案共 69 页 第 29 页考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共3页 第1页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一、名词解释 (每小题 2 分，共 10 分) 1、所谓传感器的线性度就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。又称 为非线性误 差。 2、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。 3、如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方 式。如 A→ AB→ B→ BC→C → CA→… 4、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。 5、指输出量复现输入信号要求的精确程度； 二、填空题 （每小题 2 分，共 20 分) 1、 操作指导控制系统 分级计算机控制系统 监督计算机控制系统（SCC） 直接数字控制系统 2. 外循环插管式 内循环反向器式 3、单片机 PLC 总线工控机 4. 性能指标 系统功能 使用条件 经济效益。 5、 CPU 存储器 接口模块 6. PLC 7、 STD 总线工业控制机 8、 变压器隔离 光电隔离 9. 20mm 10. 模拟信号存储器 三、选择题 （每小题 2 分，共 10 分） 1. A B C D 2、A B C 3、A B C D 4、A B C D 5、A B C D 四、判断题 （每小题 2 分，共 10 分) 1、（√）2、（√）3、（√）4、（√）5、（√） 五、问答题 （每小题 10 分，共 30 分) 1、软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波 软件“陷井” 软件“看门狗” （WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用监控定时器定时检查某段程序 或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生） ，可通过 软件进行系统复位或按事先预定方式运行 。 2、如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时， 将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母 1 和 2，调整两个螺母的轴向位置，使两个 螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形， 从而消除了轴向间隙， 也提高了轴向刚度。 常用的调整预紧方法有下列三种。 垫片调隙式 螺纹调隙式 齿 差调隙式 3、（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。 （2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。 （3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。 利用光电耦合方式实现载波调制，可获得 10kHz 带宽，但其隔离性能不如变压器耦合。 六、综合应用题 (每小题 10 分，共 20 分) 1.共69页第30页2. 光栅此时的位移 细分前 4mm, 细分后 1mm 测量分辨率: 细分前 0.01 mm/线 细分后:0.025共69页第31页《机电一体化技术》试卷 (三) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第 1 页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一、名词解释 (每小题 2 分，共 10 分) 1.机电一体化 2.自动控制 3.开环控制系统 4.逆变器 5. PWM 二 判断题 (每空 1 分，共 10 分) 1. 直线运动导轨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。（ ） 2. 滚珠丝杆不能自锁。（ ） 3. D/A 转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（ ） 4. 同步通信是以字符为传输信息单位。（ ） 5. 异步通信常用于并行通道。（ ） 6. 查询 I/O 方式常用于中断控制中。（ ） 7. 串行通信可以分为以下四种方式： 1）全双工方式；（ ） 2）半双工方式；（ ） 3）同步通信； （ ） 4）异步通信。 （ ） 三 填空题：(每空 1 分，共 40 分) 1. 从控制角度讲，机电一体化可分为 控制系统和 控制系统。 2. 在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为: ； 三种形式。 3. 多点接地：优点： ，缺点： 。 4. 一般来说，伺服系统的基本组成为 、 、 和 等四大部分组成。 5. 在 SPWM 变频调速系统中，通常载波是 ，而调制波是 。 6.从电路上隔离干扰的三种常用方法是: 隔离， 隔离， 隔离。 7.开环步进电动机控制系统，主要由 、 和 等组成。 8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1） ，2） ，3） 。 9. 产生电磁干扰必备的三个条件是： ， ， 。 10.干扰传播途径有二种方式： 1）传导耦合方式：干扰信号能量以 或 的形式，通过金属导体传递。 2）幅射耦合方式：干扰信号能量以 的形式，通过空间感应传递。 11. 指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式： , ; 哪几种属于幅射耦合方式： , , 。 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。 12.磁场屏蔽---对高频交变磁场应采用 的金属材料 作屏蔽体；对低频交变磁场应采用 的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。 13.一点接地中：1）串联接地：优点： ，缺点： ， 2）并联接地：优点： ，缺点： ，仅适用于 电路。 四 解答题 (每小题 5 分，共 40 分) 1．一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 2．斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？ 3、简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。 4. 在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？共 69 页 第 32 页；5．数据信息可分为哪几种？ 6．DAC0832 有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？ 7.步进电动机控制系统中，电动机通过丝杠螺母带动执行部件运动: 已知：步距角θ ，脉冲数 N ，频率 f ，丝杠导程 p ，试求执行部件: 位移量 L= ? 移动速度 V=? 8.有一变化量为 0 ~ 16V 的模拟信号，采用 4 位 A/D 转换器转换成数字量，输入到微机控制系统中，试求 其量化单位 q＝？，量化误差最大值 emax＝？《机电一体化技术》试卷 (三) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第 1 页 ――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一 名词解释 (每小题 2 分，共 10 分) 1 机电一体化--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，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 2.自动控制―由控制装置自动进行操作的控制。 3.开环控制系统―无反馈的控制系统。 4.逆变器―把固定的直流电变成固定或可调的交流电的 DC/AC 变流器。 5. PWM―通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器。 二 判断题 (每空 1 分，共 10 分) 1. √ 2. √ 3. √ 4. ? 5.? 6.? 7. 1） √1 2）√ 3）√ 4）√ 三 填空题（(每空 1 分，共 40 分） 1. 开环、闭环 2. 电压输出 电流输出 频率输出 3. 互不干扰 接线多 复杂 4. 控制器 功率放大器 执行机构 和检测装置 5. 等腰三角波 （三相）正弦波 6. 光电 变压器 继电器 7. 环形分配器 功率放大器 步进电动机 8. 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 9．干扰源 传播途径 接受干扰对象 原系统 系统 10. 1） 电压 ；电流 。 2）电磁场。 11. C , D ; A , B E。 12. 铜和铝等导电性能好 ；铁等高导磁率 。 13．1）最简单，；前后相互干扰， 2）干扰小，；接线多，复杂，低频（&1MHZ）。 四 解答题 (每小题 5 分，共 40 分) 1、机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分 2.1）垫片调整法 2）轴向压簧调整法 3、一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电绕组两头端的电压信号来控 制电动机的转速和输出转矩； 另一种是励磁磁场控制即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场的强度，从而控制电动机的转速和 输出转矩。 4、数据信息、状态信息和控制信息 5、（1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量 6、（1）直通方式 （2）单缓冲方式 （3）双缓冲方式共 69 页 第 33 页（1）单极性输出 （2）双极性输出 7、 L =(θ p/360°)N ； V =(θ p/360°)f 8、量化单位 q＝1V， 量化误差最大值 emax＝±0.5V。《机电一体化技术》试卷 (四) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共2页 第1页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一、名词解释 （每题 2 分 共 10 分） 1、 机电一体化 2、柔性制造系统 3、静态设计 4、系统软件 5、感应同步器 二、填空题（每空１分，共 3０分） 1、对伺服系统的技术要求是____________、____________、____________、___________。 2、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：____________、____________。 3、计算机控制系统的类型包括________________________、_______________________、 监督控制系统、________________________。 4、拟定机电一体化系统（产品）设计方案的方法通常有____________、____________、____________。 5、 接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。 6、 对直线导轨副的基本要求是_________________________、_____________________、 ____________________、__________________和平稳。 7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理 ___________、_____________、____________、____________、并满足小型、轻量等要求。 8、伺服系统的基本组成包括______________ 、 _____________________、检测装置、 ____________________。 9、工作接地分为_______________、 ______________。 10、STD 总线的技术特点_________________、______________、______________________、 高可靠性。 三、简答题 （每小题 5 分，共 20 分） 1. FMC 的基本控制功能。 2. PWM 脉宽调速原理。 3. 简述直流伺服电机两种控制的基本原理。 4. 控制系统接地通的目的。 四、分析题 （每小题 20 分，共 40 分) 1. 半桥逆变电路的工作原理。2. 分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理 1、6－小齿轮 2、5－大齿轮 3－齿轮 4－预载装置 7－齿条共 69 页 第 34 页《机电一体化技术》试卷 (四)答案 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共3页 第1页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一、名词解释 （每题 2 分 共 10 分） 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、静态设计：是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。 4、系统软件：系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便 用户使用计 算机的软件。 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。 二、填空题（每空１分，共 3０分） 1、系统精度 稳定性 响应特性 工作频率 2、静态设计 动态设计 3、分级计算机控制系统 直接数字控制系统 操作指导控制系统 4、通常有取代法 整体设计法 组合法 7、 数据格式转换、通信联络 6、导向精度高 耐磨性好 足够的刚度 对温度变化的不敏感性。 7．阻尼合理 刚度大 抗振性好 间隙小 8、控制器、执行环节、比较环节 9、一点接地 多点接地 10、模块化设计 系统组成 修改和扩展方便 三、简答题 （每小题 5 分，共 20 分） 1. （1）单元中各加工设备的任务管理与调度，其中包括制定单元作业计划、计划的管理与调度、设备和 单元运行状态的登录与上报。 （2）单元内物流设备的管理与调度，这些设备包括传送带、有轨或无轨物料运输车、机器人、托盘系 统、工件装卸站等。 （3）刀具系统的管理，包括向车间控制器和刀具预调仪提出刀具请求、将刀具分发至需要它的机床等。 2.共69页第35页图中的开关 S 周期性地开关， 在一个周期 T 内闭合的时间为τ ， 则一个外加的固定直流电压 U 被按一定的 频率开闭的开关 S 加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为 U、宽度为 ? ， 如右图所示。电枢两端的平均电压为：? 1 U d ? T ? Udt ? T U ? ?U0 T。 ? = ? /T=Ud/U，(0& ? &1) ? 为导通率（或称占空比） 当 T 不变时，只要改变导通时间 ? ，就可以改变电枢两端的平均电压 Ud。当 ? 从 0~T 改变时，Ud 由零连 式中 续增大到 U。 3. 直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制 施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励 磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。 采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以 达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运 行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过 额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又 被称为恒功率调速方式。 4. 控制系统接地通的目的。 将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。接地 的目的有两个：一是为了安全，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致 影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或 为了抑制干扰，如屏蔽接地等。称为工作接地。工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。 四、分析题 （每小题 20 分，共 40 分) 1. 半桥逆变电路原理如左图所示，它有两个导电臂，每个导电臂由一个可控元件和一个反并联二极 管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的联结点为直流电源的中点。 设电力晶体管 Vl 和 V2 基极信号在一个周期内各有半周正偏和反偏， 且二者互补。 当负载为感性时， 其工作波形如右图所示。 输出电压波形 u0 为矩形波， 其幅值为 Um =Ud /2 输出电流 i0 波形随负载阻抗角 而异。设 t2 时刻以前 V1 导通。t2 时刻给 V1 关断信号，给 V2 导通信号，但感性负载中的电流 i0 不能 立刻改变方向，于是 VD2 导通续流。当 t3 时刻 i0 降至零时 VD2 截止，V2 导通，i0 开始反向。同样， 在 t4 时刻给 V2 关断信号，给 V1 导通信号后，V2 关断，VD1 先导通续流，t5 时刻 V1 才导通。 当 V1 或 V2 导通时， 负载电流和电压同方向， 直流侧向负载提供能量； 而当 VD1 或 VD2 导通时， 负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，既负载将其吸收的无功能量反馈回直流侧。反 馈回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容起到缓冲这种无功能量的作用。二极管 VD1 、VD2 是 负载向直流侧反馈能量的通道，同时起到使负载电流连续的作用，VD1 、VD2 被称为反馈二极管或续流 二极管。 2. 分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理 当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。如图所示，小齿轮 1、6 分别与齿条 7 啮合，与小齿轮 1、6 同轴的大齿轮 2、5 分别与齿轮 3 啮合，通过预载装置 4 向齿轮 3 上预加负载，使大齿轮 2、5 同时向两个 相反方向转动，从而带动小齿轮 l、6 转动，其齿便分别紧贴在齿条 7 上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。共 69 页 第 36 页《机电一体化技术》试卷 (五) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第 1 页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一、名词解释 (每小题 2 分，共 10 分) 1 机电一体化 2 伺服控制 3 闭环控制系统 4 逆变器 5 SPWM 二 判断题：(每小题 1 分，共 10 分) 1 在计算机接口技术中 I/O 通道就是 I/O 接口。 （ ） 2 滚珠丝杆不能自锁。（ ） 3 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。（ ） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（ ） 5 同步通信常用于并行通信。（ ） 6 无条件 I/O 方式常用于中断控制中。（ ） 7 从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（ ） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（ ） （3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（ ） （4）温度误差是影响传动精度的因素（ ） 三、选择题 (每小题 1 分，共 40 分) 1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为 ： 通信 和 通信。 2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括 、 、 、 四种通道。 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 和 ，并尽量高伺服系统的响应速度。 4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为 、 、 和其它 等四大类型。 5. 在 SPWM 变频调速系统中，通常载波是 ， 而调制波是 。 6. 异步交流电动机变频调速： 2） 基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于 调速方式。共 69 页 第 37 页3） 基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于 调速方式。 7. 开环步进电动机控制系统，主要由 、 和 等组成。 8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1） ，2） ，3） 。 9. 根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为四类：1） ， 2） ， 3） ，4） 。 10．应用于工业控制的计算机主要有： 1） ，2） ，3） 等类型。 11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以 或 的形式，通过金属导体传递。 12. 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。 13. 电场屏蔽----通常用 的金属材料作屏蔽体，并应保持良 好 。 14．根据频率特性解释下列滤波器的作用： 1）低通滤波器：只让 通过，而高于 受到抑制、衰 减，不让通过。 2）带通滤波器：只让 通过，而高于 部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路 D 检测环节 四 解答题 (每小题 8 分，共 40 分) 1．简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。 2．直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？ 3．简述机电一体化对机械系统的基本要求及机械系统的组成。 4. 简述在微机控制系统中 I/O 控制方式及 I/O 接口的编址方式。 5．简述伺服系统的结构组成。 6．DAC0832 有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？ 7. 步进电动机控制系统中，电动机通过丝杠螺母带动执行部件运动: 已知：步距角θ ，脉冲数 N ，频率 f ，丝杠导程 p ，试求执行部件: 位移量 L= ? 移动速度 V=? 8. 测量某加热炉温度范围为 100~1124℃，线性温度变送器输出 0~5V，用 ADC0809 转换器输入到微机控 制系统中，试求测量该温度环境的分辨率和精度。 《机电一体化技术》试卷 (五) 考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共3页 第1页 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 一 名词解释 (每小题 2 分，共 10 分) 1 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，以系统为出发点的最佳 功能价值的系统工程技 术。 2 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。 3 闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。 4 逆变器是将直流电变成交流电的电路。 5 SPWM 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 判断题 (每小题 1 分，共 10 分)共 69 页 第 38 页1 （?）2 （√）3 （?）4 （√）5 （?）6 （?） 7 （√）（√）（√）（√） 三、选择题 (每小题 1 分，共 40 分) 1. 串行通信 并行通信 2. 模拟量输入通道 模拟量输出通道 数字量输入通道 数字量输出通道 3. 稳定性和精度 4. 电磁式 液压式 气压式 5. 等腰三角波 正弦波 6. 恒转矩 恒功率 7. 环形分配器 功率驱动器 步进电机 8. 计算机软件 硬件分配 专用环形分配器 9. 操作指导控制系统 直接控制系统 监督计算机控制系统 分级计算机控制系统 10．单片机 PLC 总线工控机 11. 电压 电流 12. 隔离 滤波 接地 13. 铜 铝等导电性能良好 接地 14．1） 低频成分 截止频率成分 2）某一频带内的成分 上截止频率成分 下截止频率成分 四 解答题 (每小题 8 分，共 40 分) 1． 1）机械本体 2）动力与驱动；3）传感测试部分；4）执行机构 5）控制及信息处理单元 2．1}