第一篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)課程作業(yè)解答(二)

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)課程作業(yè)解答

（二）一、填空題

1．低頻分量高頻分量

2．固有頻率阻尼能力

3．相對阻尼系數(shù)

4．固有頻率

5．變頻信號源脈沖分配器功率放大器

6．最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩降低

7．線性直流伺服放大器脈寬調(diào)制放大器

8．電源頻率磁極對數(shù)轉(zhuǎn)差率

9．電液比例閥電液伺服閥

10．定位精度定位時間

二、簡答題

1．如何提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度？

伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度主要取決于系統(tǒng)的頻率特性和系統(tǒng)的加速度。

（1）提高系統(tǒng)的固有頻率，減小阻尼。增加傳動系統(tǒng)的剛度，減小折算的轉(zhuǎn)動慣量，減小摩擦力均有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

（2）提高驅(qū)動元件的驅(qū)動力可以提高系統(tǒng)的加速度，由此也可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

2．步進電機是如何實現(xiàn)速度控制的？

步進電機的運動是由輸入的電脈沖信號控制的，每當(dāng)電機繞組接收一個脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的角度。其角位移量與輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比，在時間上與輸入脈沖同步。因而，只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的相序，即可得到所需轉(zhuǎn)動的速度和方向。

3．試述直流電機伺服系統(tǒng)中脈寬調(diào)制放大器的基本工作原理。

脈寬調(diào)制放大器是直流伺服電機常用的晶體管驅(qū)動電路。利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，施加于直流電機的電樞，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，使電機的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。

4．交流伺服電機有哪些類型？交流伺服驅(qū)動的主要特點是什麼？

交流伺服電機有永磁式交流同步電機和籠型異步電機兩類。

交流伺服驅(qū)動的主要特點有：（1）調(diào)速范圍大；（2）適合大、中功率伺服系統(tǒng)；（3）運行平

穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化的影響；（4）輸出轉(zhuǎn)矩較大，而轉(zhuǎn)矩脈動小。

三、分析題

1．分析傳感器的誤差對輸出精度的影響

傳感器位于反饋通道，誤差的低頻分量影響系統(tǒng)的輸出精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此傳感器應(yīng)有較高的精度；而誤差的高頻分量不影響輸出精度，可以允許傳感器及放大電路有一定的高頻噪聲。

2．分析齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響。

對于開環(huán)步進電機位置控制系統(tǒng)，由于無檢測裝置，不對位置進行檢測和反饋，齒輪減速器的傳動誤差（誤差的高頻分量）和回程誤差（誤差的低頻分量）將直接影響工作臺的輸出精度。

四、計算題

1．如圖所示的電機驅(qū)動直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m＝50kg，工作臺與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)f＝0.1，負(fù)載力為FW＝1000N，絲杠直徑為D＝16mm，導(dǎo)程為ts＝4mm，齒輪減速比為i＝5，工作臺的最大線速度為v＝0.04m/s，試求：（1）折算到電機軸上的負(fù)載力矩；

（2）電機軸的轉(zhuǎn)速；（3）電機所需功率。

解：（1）折算到電機軸上的負(fù)載力矩

摩擦負(fù)載力Ff＝mgf＝50×10×0.1＝50N

外負(fù)載力Fw＝1000N

電機上的負(fù)載力矩為

1t1Tm??s?(FW?Ff)?i2??

14?10?31 ???(1000?50)?52?0.7

?0.191Nm

（2）電機軸的轉(zhuǎn)速

n?i?v0.04?5??50r/s?3000r/min ts0.004

（3）電機所需功率

Pm??1.5~2.5?TLPnLP

取系數(shù)為2，則

Pm?2T?2?n?2?0.191?2???50?120W

2．如圖所示的開環(huán)步進電機位置控制系統(tǒng)，已知負(fù)載力F=2000N，工作臺長L=400mm，往復(fù)精度為?0.02mm，絲杠導(dǎo)程6mm，直徑d＝32mm，步進電機的步距角為α＝1.5?，試確定齒輪減速比i。

解：步進電機的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)

ns?360?

??360?240脈沖/轉(zhuǎn) 1.5

根據(jù)工作臺定位精度的要求，選用脈沖當(dāng)量

δ=0.02mm/脈沖

設(shè)傳動比為i，每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為

??

則ts ins

i?

ts6??1.25 ?ns0.02?240

第二篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)課程作業(yè)解答3

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)課程作業(yè)解答

（三）2003-12-08

一、填空題

1．?dāng)?shù)據(jù)總線

地址總線

控制總線

2．S－100 Multi（或STD、STE）

3．總線接口邏輯

I/O功能邏輯

I/O電氣接口

4．濾波

電平變換

光電隔離

功率驅(qū)動

5．多路開關(guān)

采樣保持器

轉(zhuǎn)換器

總線接口邏輯

6．采樣精度

采樣速度

成本

7．D/A轉(zhuǎn)換器

通道選擇器

8．信號調(diào)理

二、簡答題

1．試述可編程序控制器的功能和組成。

可編程序控制器可取代繼電器控制，完成順序和程序控制；可組成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)精確的位置和速度控制；可構(gòu)成高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的完全自動化。

典型的可編程序控制器由電源、微處理器、存貯器、輸入輸出接口和編程器所組成。

2．開放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點是什麼？

開放式體系結(jié)構(gòu)是近年來在電子工業(yè)和計算機工業(yè)中流行的一種設(shè)計思想，它使得當(dāng)代計算機測控系統(tǒng)的設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法有了很大區(qū)別。

開放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點是：向未來的VLSI開放；向不同用戶層次開放；向用戶的特殊要求開放；采用模塊化結(jié)構(gòu)。

3．采用STD總線的工業(yè)控制機有哪幾種工作模式？

由于STD總線的高度模塊化和采用組合方法的特點，STD工業(yè)控制機可以靈活地組成各種系統(tǒng)。其工作模式有三種：

（1）獨立工作模式

即采用微機的基本系統(tǒng)與工業(yè)用I/O模板單獨構(gòu)成控制系統(tǒng)。

（2）作為前端控制機 STD工業(yè)控制機可作為其它微機（工業(yè)PC機）的前端控制機，完成實時在線控制，并把采集的數(shù)據(jù)和執(zhí)行結(jié)果傳送給上位機。

（3）構(gòu)成分布式組合利用STD控制機的組合方法，可方便地進行各種分布式系統(tǒng)的組合。

4．簡述STD總線微機控制系統(tǒng)的主要特點。

STD總線微機控制系統(tǒng)的主要特點：

（1）采用小板結(jié)構(gòu)，高度的模塊化，其功能模板結(jié)構(gòu)靈活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。

（2）模板設(shè)計具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和廣泛的兼容性。

（3）面向I/O的設(shè)計，具有強大的I/O擴展能力，使控制系統(tǒng)非常適合工業(yè)控制的應(yīng)用。

（4）高可靠性。

5．STD總線系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)有哪些主要功能？

在計算機工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，I/O子系統(tǒng)是過程接口，其主要功能有：

（1）開關(guān)量的輸入輸出

用于I/O信號的測量與控制。

（2）模擬量的輸入輸出

用于外部模擬量的采樣及輸出模擬量的控制。

（3）脈沖量的輸入輸出

用于輸入脈沖信號的接收、輸出脈沖信號的控制；定時信號的產(chǎn)生及處理；伺服電機使用的運動控制接口。

6．A/D、D/A接口的功能是什麼？

在工業(yè)系統(tǒng)中，需要測量和控制的參數(shù)經(jīng)常是連續(xù)變化的模擬信號，這些物理量經(jīng)傳感器變成連續(xù)變化的電壓、電流等信號，A/D接口的功能是將這些模擬量再變換成數(shù)字量，以便計算機識別。D/A接口的功能則是將經(jīng)計算機處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或信號，輸送到執(zhí)行機構(gòu)，達到控制過程的目的。

三、分析題

1．畫圖說明工業(yè)PC機與普通信息處理計算機的主要區(qū)別是什么？

工業(yè)控制機與普通信息處理機的差別在于取消了普通信息處理機的大母板，將其改為功能插板，與普通信息處理機相比較,工業(yè)控制機有以下特點：

（1）具有豐富的過程輸入輸出功能。

（2）良好的時實性，能對生產(chǎn)過程工況變化實時地進行監(jiān)控。

（3）可靠性高，故障率低，維修時間短，運行效率高。

（4）采用抗干擾電源，密封機箱，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。

（5）豐富的應(yīng)用軟件。

（6）具有良好的技術(shù)綜合性。

2．畫圖說明8路輸入、8路輸出STD總線開關(guān)量接口模板的組成原理。

如圖所示，STD總線的開關(guān)量輸入輸出模板的典型接口由STD總線接口邏輯、I/O功能邏輯（輸入緩沖器和輸出鎖存器）、I/O電氣接口等三部分組成。輸入模板的基本組成為：外部開關(guān)信號→輸入信號條理電路→輸入緩沖器→輸入端口譯碼控制→STD總線；輸出模板的基本組成為：STD總線信號→輸出端口譯碼控制→輸出鎖存器→輸出信號條理電路→負(fù)載。

3．試分析比較工業(yè)控制PC計算機與可編程序控制器的主要區(qū)別。

工業(yè)控制PC計算機與可編程序控制器以較強的輸出帶負(fù)載能力、良好的抗干擾能力和可靠性，在工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但兩者在系統(tǒng)組成、功能以及程序語言等方面有所不同。

工業(yè)控制PC計算機的基本系統(tǒng)與普通PC機大體相同，但備有各種控制模板，一般不需要再作硬件開發(fā)，在結(jié)構(gòu)上進行了模塊化；系統(tǒng)具備完整的控制功能，軟件豐富，執(zhí)行速度快，適用于需要作大量數(shù)據(jù)處理的測控系統(tǒng)。在程序語言方面，工業(yè)控制計算機以使用高級語言為主，也可使用匯編語言。

可編程序控制器（PLC）結(jié)構(gòu)小巧，適應(yīng)性強，可按照使用要求選購相應(yīng)產(chǎn)品組成控制系統(tǒng)，可編程序控制器的控制功能以邏輯控制為主，小型PLC適用于實現(xiàn)各種邏輯控制和開關(guān)量控制，大中型的PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，按用戶所需的功能選配模塊，可組成規(guī)模較大、精度較高的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的控制功能由軟件實現(xiàn)，但信號的輸入輸出采用周期性的掃描方式，這一點與工業(yè)控制PC機存在重要的區(qū)別。此外，在程序語言方面PLC的編程語言多采用梯形圖，大型PLC控制系統(tǒng)可使用高級語言。

第三篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)

（一）判斷題

1．在機電一體化系統(tǒng)驅(qū)動裝置中，反饋通道上環(huán)節(jié)的誤差與輸入通道上環(huán)節(jié)的誤差對系統(tǒng)輸出精度的影響是相同的。（＋）

2．通常，采用STD總線的工業(yè)控制機與外部設(shè)備的電氣接口均為TTL電平接口。

（－）

（二）選擇題

1．在機電一體化系統(tǒng)中，機械傳動要滿足伺服控制的三個主要要求是（A）。

A．傳動精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性

B．傳動精度、穩(wěn)定性、低噪聲C．傳動精度、高可靠性、小型輕量化D．傳動精度、高可靠性、低沖擊振動

2．在機電一體化系統(tǒng)中，通過（B、C、E）可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

A．提高驅(qū)動元件的驅(qū)動力

B．增大執(zhí)行裝置的固有頻率 C．提高系統(tǒng)的阻尼能力

D．減小機構(gòu)的傳動誤差 E．消除傳動系統(tǒng)的回程誤差

（三）簡答題

例：試述機電一體化產(chǎn)品的定義和分類方法。

解答：機電一體化產(chǎn)品是新型機械與微電子器件，特別是與微處理器、微型計算機相接合而開發(fā)的新一代電子化機械產(chǎn)品。

按用途可分為信息機電一體化產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)機電一體化產(chǎn)品和家庭用機電一體化產(chǎn)品。

（四）分析題

例：已知數(shù)控機床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機電一體化系統(tǒng)中的哪個基本要素？

解：（1）依題意有兩種測量方案 a.高速端測量方案：

傳感器安裝在電機的尾部，通過測量電機的轉(zhuǎn)角實現(xiàn)工作臺位移的間接測量?？蛇x用光電編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。

b.低速端測量方案： 傳感器安裝在工作臺上，直接測量工作臺的位移?？蛇x用光柵式位移傳感器、感應(yīng)同步器或者電位計式位移傳感器。

(2)控制計算機和控制方案的選擇

可以使用工業(yè)PC機及或者單片機完成系統(tǒng)的控制。具體可有以下三種方案： a．工業(yè)PC機集中控制方案：用一臺工業(yè)PC機對三個自由度實現(xiàn)集中控制，包括任務(wù)管理和三個自由度的伺服控制系統(tǒng)原理圖如下：

b．工業(yè)PC機、單片機分級控制方案：用一臺工業(yè)PC機與三個單片機通信，對三個單片機實現(xiàn)管理，每個單片機負(fù)責(zé)一個自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下：

第四篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)作業(yè)第二部分

2．為提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（A）。

A．增大系統(tǒng)剛度B．增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量

C．增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩D．減小系統(tǒng)的摩擦阻力

3．導(dǎo)程L0=8mm的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為60kg的工作臺與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量為（B）kg·mm2。

A．48.5B．97

C．4.85D．9.7

4．傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有影響，（B）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動誤差，（A）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。A

A．提高，提高B．提高，減小

C．減小，提高D．減小，減小

5．下列哪種方法是采用單螺母預(yù)緊原理來消除滾珠絲杠副的間隙？（D）

A．螺紋調(diào)隙式B．雙螺母墊片調(diào)隙式

C．齒差調(diào)隙式D．偏置導(dǎo)程法

6.齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)(?A)。B

A.增加而減小B.增加而增加

C.減小而減小D.變化而不變

7．多級齒輪傳動中，各級傳動比“前小后大”的分配原則不適用于按（D）設(shè)計的傳動鏈。

A．最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（小功率傳動裝置）

B．最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（大功率傳動裝置）

C．輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則

D．重量最輕原則

8．某機電一體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動的齒側(cè)間隙，采取下列哪種方法使得調(diào)整過程中能自動補償齒側(cè)間隙？（D）

A．偏心套調(diào)整法B．軸向墊片調(diào)整法

C．薄片錯齒調(diào)整法D．軸向壓簧錯齒調(diào)整法

三、簡答題

1．完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？

第五篇：北航《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》在線作業(yè)二

北航《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》在線作業(yè)二

試卷總分：100

測試時間：--

試卷得分：100

一、單選題（共10道試題，共30分。）得分：30 1.系統(tǒng)的輸出量和目標(biāo)值之差叫做（）。A.系統(tǒng)誤差 B.系統(tǒng)差率 C.穩(wěn)態(tài)誤差 D.動態(tài)誤差

答案:C 滿分：3分得分：3 2.8086/8088的內(nèi)部運算器，寄存器及內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為（）位。A.4 B.8 C.16 D.32

答案:C 滿分：3分得分：3 3.在數(shù)控系統(tǒng)中，復(fù)雜連續(xù)軌跡通常采用（）方法實現(xiàn)。A.插補 B.切割 C.畫線 D.自動

答案:A 滿分：3分得分：3 4.機械系統(tǒng)平移有三種阻止運動的力：慣性力、彈簧力和（）。A.摩擦力 B.阻尼力 C.重力 D.離心力

答案:B 滿分：3分得分：3 5.將連續(xù)時間信號變?yōu)槊}沖或者數(shù)字信號的過程稱為（）。A.分析 B.調(diào)頻 C.采樣 D.轉(zhuǎn)換

答案:C 滿分：3分得分：3 6.積分調(diào)節(jié)器的特點是（）。A.能消除誤差，且響應(yīng)快 B.能消除誤差，響應(yīng)慢 C.不能消除誤差，響應(yīng)快 D.不能消除誤差，響應(yīng)慢

答案:B 滿分：3分得分：3 7.下列接地措施的沒有抗干擾作用的措施是（）。A.單點接地 B.并聯(lián)接地 C.串聯(lián)接地 D.光電隔離

答案:C 滿分：3分得分：3 8.由機械傳動裝置的的彈性形變而產(chǎn)生的振動稱為（）。A.自振 B.共振 C.諧振 D.誤差

答案:C 滿分：3分得分：3 9.（）能說明機器人的控制能力。A.編程與存儲容量 B.定位精度 C.自由度 D.運動速度

答案:A 滿分：3分得分：3 10.串接式接口電路中負(fù)載功率PL與直流電源短路功率PKE0成（）比。A.正 B.反 C.平方 D.立方

答案:A 滿分：3分得分：3

二、多選題（共10道試題，共40分。）得分：40 1.消除結(jié)構(gòu)諧振的措施有（）。A.提高傳動剛度 B.提高機械阻尼 C.采用校正網(wǎng)絡(luò) D.應(yīng)用綜合速度反饋減小諧振

答案:ABCD 滿分：4分得分：4 2.步進電機的主要特性包括精度和（）。A.矩角特性 B.啟動頻率特性 C.運行頻率特性 D.矩頻特性

答案:ABCD 滿分：4分得分：4 3.機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法有（）。A.縱向分層法 B.橫向分塊法 C.替代法 D.融合法

答案:AB 滿分：4分得分：4 4.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計時采用的設(shè)計方法有（）。A.機電互補法 B.結(jié)合法 C.組合法 D.原創(chuàng)法

答案:ABC 滿分：4分得分：4 5.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計原則包括機電互補原則、（）。A.功能優(yōu)化原則 B.自動化省力化原則 C.效益最大原則 D.開放性原則

答案:ABCD 滿分：4分得分：4 6.控制用電機選用的基本要求有（）。A.性能密度大 B.快速性好

C.位置控制精度高

D.適應(yīng)啟停頻繁要求，壽命長、可靠性高

答案:ABCD 滿分：4分得分：4 7.智能化機電一體化系統(tǒng)的特征主要體現(xiàn)在（）。A.可視性 B.復(fù)雜性 C.交叉性 D.擬人性

答案:BCD 滿分：4分得分：4 8.下列選項對采樣周期有影響的是（）。A.控制回路數(shù)的影響 B.閉環(huán)系統(tǒng)的頻帶范圍 C.系統(tǒng)穩(wěn)定性影響 D.執(zhí)行機構(gòu)的特性

答案:ABCD 滿分：4分得分：4 9.光電隔離電路的作用主要有（）。

A.可將輸入輸出兩端電路的地線分開，各自使用一套電源供電 B.可以進行電平轉(zhuǎn)換 C.提高驅(qū)動能力

D.阻止發(fā)光二極管導(dǎo)通

答案:ABC 滿分：4分得分：4 10.機電一體化系統(tǒng)的組成部分主要分為（）。A.機械本體和動力部分 B.測試傳感部分 C.執(zhí)行機構(gòu)

D.控制性處理單元及接口

答案:ABCD 滿分：4分得分：4

三、判斷題（共10道試題，共30分。）得分：30 1.目前采用的滑動軸承有液體滑動軸承和氣體滑動軸承。A.錯誤 B.正確

答案:B 滿分：3分得分：3 2.機電系統(tǒng)中常用的線性結(jié)構(gòu)有齒輪傳動、同步帶傳動。A.錯誤 B.正確

答案:B 滿分：3分得分：3 3.步進電機的運行頻率小于啟動頻率。A.錯誤 B.正確

答案:A 滿分：3分得分：3 4.諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似。A.錯誤 B.正確

答案:B 滿分：3分得分：3 5.機電一體化是以機械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。A.錯誤 B.正確

答案:B 滿分：3分得分：3 6.步進電機角位移與輸入脈沖成正比，旋轉(zhuǎn)速度與輸入脈沖的頻率成反比。A.錯誤 B.正確

答案:A 滿分：3分得分：3 7.支持部件通常稱為導(dǎo)軌副。A.錯誤 B.正確

答案:B 滿分：3分得分：3 8.無條件I/O方式常用于中斷控制中。A.錯誤 B.正確

答案:A 滿分：3分得分：3 9.物質(zhì)、能量、信息是工業(yè)的三大要素。A.錯誤 B.正確

答案:B 滿分：3分得分：3 10.在低摩擦中，諧振的消除可以用測速發(fā)電機電壓正比于電動機電流的綜合電壓來實現(xiàn)。A.錯誤 B.正確

答案:B 滿分：3分得分：3