第一篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題及答案

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題

課程代碼：02245

一、單項(xiàng)選擇題(本大題共14小題，每小題1分，共14分)在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。

1.受控變量是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種反饋控制系統(tǒng)稱()A.順序控制系統(tǒng) B.伺服系統(tǒng) C.數(shù)控機(jī)床 D.工業(yè)機(jī)器人 2.齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨傳動(dòng)級(jí)數(shù)()A.增加而減小 B.增加而增加 C.減小而減小 D.變化而不變 3.滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型有兩類：外循環(huán)插管式和()A.內(nèi)循環(huán)插管式 B.外循環(huán)反向器式 C.內(nèi)、外雙循環(huán) D.內(nèi)循環(huán)反向器式

4.某光柵的條紋密度是100條/mm，光柵條紋間的夾角θ=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是()A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是與轉(zhuǎn)速()A.成正比的交流電壓 B.成反比的交流電壓 C.成正比的直流電壓 D.成反比的直流電壓 6.電壓跟隨器的輸出電壓()輸入電壓。

A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于

7.某4極交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，電源頻率為50Hz，當(dāng)轉(zhuǎn)差率為0.02時(shí)，其轉(zhuǎn)速為()A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 8.右圖稱()A.直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性 B.直流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 C.直流伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性 D.直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性

9.計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的公式為()

A.B.Tsmcos C.D.180°-

10.一般說(shuō)來(lái)，如果增大幅值穿越頻率ωc的數(shù)值，則動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中的調(diào)整時(shí)間ts()

A.增大 B.減小 C.不變 D.不定

11.已知f(t)=a+bt，則它的拉氏變換式為()A.+b B.C.D.12.連續(xù)路徑控制類中為了控制工具沿任意直線或曲線運(yùn)動(dòng)，必須同時(shí)控制每一個(gè)軸的()使得它們同步協(xié)調(diào)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

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

13.圖示利用繼電器觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的邏輯函數(shù)為()A.(A+ B.A2)2(+ +B)2B +)C.(A+B)2（D.A2B+ 2

14.累計(jì)式定時(shí)器工作時(shí)有()A.1個(gè)條件 B.2個(gè)條件 C.3個(gè)條件 D.4個(gè)條件

二、名詞解釋題(本大題共5小題，每小題2分，共10分)

15.機(jī)電一體化 16.軸系的動(dòng)特性

17.靈敏度(測(cè)量)18.永磁同步電動(dòng)機(jī) 19.復(fù)合控制器

三、簡(jiǎn)答題(本大題共4小題，每小題4分，共16分)20.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)大體上應(yīng)包括哪些方面? 21.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)電路有哪幾種類型?其中哪種電路適于永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)? 22.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)和參考脈沖伺服系統(tǒng)的輸入信號(hào)是什么?輸出軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、位置各自與哪些因素有關(guān)? 23.什么是PLC的掃描工作制?

四、計(jì)算題(本大題共4小題，每小題5分，共20分)24.已知雙波諧波齒輪的柔輪齒數(shù)Z1=200, 剛輪齒數(shù) Z2=202，波發(fā)生器的轉(zhuǎn)速nH=600r/min。如圖

試求：(1)剛輪固定時(shí)柔輪的轉(zhuǎn)速n1;(2)柔輪固定時(shí)剛輪的轉(zhuǎn)速n2。

25.已知某一線性電位器的測(cè)量位移原理如圖所示。若電位器的總電阻R=2kΩ，電刷位移為X時(shí)的相應(yīng)電阻Rx=1kΩ，電位器的工作電壓Vi=12V,負(fù)載電阻為RL。

(1)已測(cè)得輸出電壓Vo=5.8V,求RL。(2)試計(jì)算此時(shí)的測(cè)量誤差。26.某二階系統(tǒng)如圖所示

(1)求系統(tǒng)對(duì)r(t)階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量σ%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。(2)求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的穩(wěn)態(tài)誤差ess。27.三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子80個(gè)齒。

(1)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少?

(2)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少?

五、簡(jiǎn)單應(yīng)用題(本大題共4小題，每小題6分，共24分)28.已知一階低通有源濾波器電路如圖所示。要求：(1)一階低通濾波器現(xiàn)存在什么弱點(diǎn)?

(2)將其改進(jìn)為二階低通濾波器，畫出電路圖；(3)畫出二階低通的幅頻特性示意圖。

29.三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，電源頻率50Hz，空載轉(zhuǎn)速為1450r/min。

(1)該電動(dòng)機(jī)為幾極，空載轉(zhuǎn)差率是多少?(2)堵轉(zhuǎn)時(shí)定子、轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)頻率各為多少?(3)空載時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)頻率各為多少? 30.二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。設(shè)K1=0.1, K2=10,T1=0.5s(1)求系統(tǒng)對(duì)r(t)的階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量σ%及調(diào)節(jié)時(shí)間ts(取△=±5%);(2)求系統(tǒng)增益Ks及伺服剛度KR;(3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess。

31.考慮x-y平面上的直線運(yùn)動(dòng)路徑，源點(diǎn)坐標(biāo)(5，-2)，終點(diǎn)坐標(biāo)為(1，-1)。設(shè)兩軸最大加速度限制：αxmax=αymax=±2。試設(shè)計(jì)三次多項(xiàng)式樣條函數(shù)點(diǎn)位控制指令。

六、綜合應(yīng)用題(本大題2小題，每小題8分，共16分)32.某控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，圖中GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)= =

(1)確定Kp和Td的值，以使系統(tǒng)性能同時(shí)滿足：

在單位拋物線(恒加速度)函數(shù)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差essa≤0.2，幅值穿越(截止)頻率ωc=5

(2)計(jì)算系統(tǒng)在上述取值條件下的相位裕量 m。33.采用PLC設(shè)計(jì)二臺(tái)電動(dòng)機(jī)A、B工作的系統(tǒng)。

（1）按鈕X1為A電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，按鈕X2為A電動(dòng)機(jī)停止（輸出Y1）；（2）按鈕X3為B電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，按鈕X4為B電動(dòng)機(jī)停止（輸出Y2）；（3）只有A電動(dòng)機(jī)在工作中，B電動(dòng)機(jī)才能工作。

要求：畫出梯形圖，寫出助記符指令程序。

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題參考答案

課程代碼：02245

一、單項(xiàng)選擇題(本大題共14小題，每小題1分，共14分)1.B 2.A 3.D 4.C 5.C 6.C 7.B 8.B 9.C 10.B 11.B 12.C 13.A 14.B

二、名詞解釋題(本大題共5小題，每小題2分，共10分)15.機(jī)械與電子的集成技術(shù)。

16.指軸系抵抗沖擊、振動(dòng)、噪聲的特性。

17.輸出變化量與對(duì)應(yīng)的輸入(被測(cè)量)變化量的比值。有時(shí)稱為增量增益或標(biāo)度因子。18.以電子換向取代了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的電刷換向，又稱無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。

19.在反饋控制器的基礎(chǔ)上附加一個(gè)前饋控制器，二者的組合稱為復(fù)合控制器。它的作用是使系統(tǒng)能以零穩(wěn)定誤差跟蹤已知的輸入信號(hào)。

三、簡(jiǎn)答題(本大題共4小題，每小題4分，共16分)20.應(yīng)包括系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)、使用條件、經(jīng)濟(jì)效益。

21.主要有：?jiǎn)螛O性驅(qū)動(dòng)電路、雙極性驅(qū)動(dòng)電路、高低壓驅(qū)動(dòng)電路、斬波驅(qū)動(dòng)電路、細(xì)分電路。其中雙極性驅(qū)動(dòng)電路適于永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

22.(1)參考脈沖序列。

轉(zhuǎn)速與參考脈沖頻率成正比。

(2)輸出軸

轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向電平?jīng)Q定。

位置由參考脈沖數(shù)決定。

23.PLC的掃描工作制，即檢測(cè)輸入變量、求解當(dāng)前控制邏輯以及修正輸出指令。重復(fù)進(jìn)行。

四、計(jì)算題(本大題共4小題，每小題5分，共20分)

24.（1）剛輪固定時(shí)：

（2）柔輪固定時(shí)

n1=-

25.V0=

(1)當(dāng)V01=5.8時(shí)，5.8=

5.8=

(２)空載時(shí)ＲＬ＝

設(shè)測(cè)量出5.8Ｖ輸出電壓時(shí)的測(cè)量誤差

則

26.(1)求閉環(huán)傳函及誤差表達(dá)式

E(s)=R(s)-C(s)=[1-

(2)求

ts=

(3)求ess

二階系統(tǒng)ai>0閉環(huán)穩(wěn)定

R(s)=

Ess= 27.(1)

即

（2）單拍制

]R(s)-

C(s)=CR(s)+CN(s)=

即： f=

五、簡(jiǎn)單應(yīng)用題（本大題共4小題，每小題6分，共24分）28．（1）一階低通濾波器存在過(guò)渡區(qū)域衰減緩慢的弱點(diǎn)。

2）二階低通有源濾波器電路圖(3)低通濾波幅頻率特性示意圖。29．（1）

即該電動(dòng)機(jī)為四級(jí)

空載時(shí)轉(zhuǎn)差率為：S=

（2）堵轉(zhuǎn)時(shí)：S＝１

定子繞組電勢(shì)頻率f1=50Hz,轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)頻率f2=Sf1=50Hz(3)空載時(shí)：

定子繞阻電勢(shì)頻率f1＝50Hz,轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)頻率：

f2= 30.(1)G(s)= 1型 Ｋv=

Ｋp=

(2)性能指標(biāo)

ts=

(3)系統(tǒng)增益與伺服剛度

Ks=Kv=K1K2=1，KR=K1=0.1（4）essr= essn=-

31.所以協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)先設(shè)計(jì)x軸，再利用下列直線方程變換成y軸控制指令

y(t)=-

x(t)=5+3(1-5)()2-2(1-5)()3=5-t2+

y(t)=-2+

六、綜合應(yīng)用題（本大題共２小題，每小題８分，共１６分）32.(1)開環(huán)傳函

G(s)=Gc(s)Gp(s)=

(2)確定Kp和Td

由essa=

取Kp=2.5

在

1+25T

(3)相應(yīng)的

33.(1)梯形圖：

（２）助記符指令程序：

STR X1 OR Y1 AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2

第二篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(試題和答案)

一、填空題1．滾珠絲桿中滾珠的循環(huán)方式有、兩種。2．機(jī)電一體化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括、、、3．在伺服系統(tǒng)中，在滿足系統(tǒng)工作要求的情況下，首先應(yīng)保證系統(tǒng)的，并盡量高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

4．.實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電環(huán)形分配的三種常用方法是、、。5．抑制電磁干擾的常用方法有屏蔽、、、、合理布局和軟件抗干擾技術(shù)。6．機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由______________、_____________、接口、__________________、_____________、______________等部分組成。

7．機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)類型大致可分為________________、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、________________。

二、簡(jiǎn)答題

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)接口電路通常使用光電耦合器，光電耦合器的作用有哪些？

2、什么是三相六拍通電方式？

3、簡(jiǎn)述PWM脈寬調(diào)速原理。

4、簡(jiǎn)述香農(nóng)采樣定理。

5、什么叫傳感器？它是由哪幾部分組成的？

6、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用驅(qū)動(dòng)電路中功率放大電路有哪幾種類型?

三、計(jì)算題（共20分）（將本題答案寫在答題紙上）

（一）、（10分）三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=100,雙拍制通電，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為120r/min，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少?

（二）、(10分)光柵傳感器，刻線數(shù)為100線/mm，設(shè)細(xì)分時(shí)測(cè)得莫爾條紋數(shù)為400，試計(jì)算光柵位 移是多少毫米？若經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖仍為400，則光柵此時(shí)的位移是多少？測(cè)量分辨率是多少？

四、綜合分析題（共30分）

（一）、分析、說(shuō)明如圖所示計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)變換與傳輸?shù)倪^(guò)程、原理。

（二）、伺服控制系統(tǒng)一般包括哪幾個(gè)部分？每部分能實(shí)現(xiàn)何種功能？

共

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一、填空題（每空1分，共20分）

1、內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)

2、性能指標(biāo)

系統(tǒng)功能

使用條件

經(jīng)濟(jì)效益

3、穩(wěn)定性4、1）采用計(jì)算機(jī)軟件分配器

2）小規(guī)模集成電路搭接的硬件分配器

3）專用模塊分配器

5、隔離

濾波 接地

6、機(jī)械本體 動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

傳感器檢測(cè)部分

控制及處理部分

7、開發(fā)性設(shè)計(jì)

變參數(shù)設(shè)計(jì)

二、簡(jiǎn)答（每題5分，共30分）

1.（1）能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞。（2）泄漏電流低，對(duì)于測(cè)量放大器的輸入端無(wú)須提供偏流返回通路。

（3）共模抑制比高，能對(duì)直流和低頻信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測(cè)量。2.如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)，這種通電方式稱為單雙相輪流通電方式。如A→ AB→ B→ BC→C → CA→…

3.在一個(gè)周期T內(nèi)閉合的時(shí)間為τ，則一個(gè)外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關(guān)S加到電動(dòng)機(jī)的電樞上，電樞上的電壓波形將是一列方波信號(hào)，其高度為U、寬度為?，如右圖所示。電樞兩端的平均電壓為：

Ud?T1T0??Udt?TU??U

式中

?=?/T=Ud/U，(0

?為導(dǎo)通率（或稱占空比）。

當(dāng)T不變時(shí)，只要改變導(dǎo)通時(shí)間?，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當(dāng)?從0~T改變時(shí)，Ud由零連續(xù)增大到U。

4.采樣頻率大于2倍的信號(hào)頻率，才能正確復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。

5．傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量 的測(cè)量裝置。敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路。

6.單電壓、雙電壓、斬波恒流、恒流源

三、計(jì)算題（共20分）

（一）（10分）K=1;M=3, Z=100;α=360/1*3*100=1.2of=600Hz

（二）（10分）100：1=400：x=4 mm四細(xì)分：400：1=400：x=1mm分辨率：1÷400=2.5(μm)

四、綜合分析題（30分）

（一）（15分）采樣過(guò)程是用采樣開關(guān)（或采樣單元）將模擬信號(hào)按一定時(shí)間間隔抽樣成離散模擬信號(hào)的過(guò)程。因采樣后得到的離散模擬信號(hào)本質(zhì)上還是模擬信號(hào)，未數(shù)量化，不能直接送入計(jì)算機(jī)，故還需經(jīng)數(shù)量化，變成數(shù)字信號(hào)才能被計(jì)算機(jī)接受和處理。

量化過(guò)程（簡(jiǎn)稱量化）就是用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由于計(jì)算機(jī)的數(shù)值信號(hào)是有限的，因此用數(shù)碼來(lái)逼近模擬信號(hào)是近似的處理方法。信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后經(jīng)其處理經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。

D/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置。模擬量輸出主要由D/A轉(zhuǎn)換器和輸出保持器組成。它們的任務(wù)是把微機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式，主要取決于輸出保持器的結(jié)構(gòu)形式。保持器一般有數(shù)字保持方案和模擬保持方案兩種。這就決定了模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式。

（二）（15分）略

共

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第三篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題_6答案

習(xí)題六答案

1、什么是伺服控制？為什么機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制往往是伺服控制？

伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度及動(dòng)力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動(dòng)控制理論的角度來(lái)分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測(cè)環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)有哪幾種形式?各有什么特點(diǎn)？

（1）、按被控量參數(shù)特性分類

按被控量不同，機(jī)電一體化系統(tǒng)可分為位移、速度、力矩等各種伺服系統(tǒng)。其它系統(tǒng)還有溫度、濕度、磁場(chǎng)、光等各種參數(shù)的伺服系統(tǒng)（2）、按驅(qū)動(dòng)元件的類型分類

按驅(qū)動(dòng)元件的不同可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)類型的不同又可分為直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)控制伺服系統(tǒng)。（3）、按控制原理分類

按自動(dòng)控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。

3、機(jī)電一體化對(duì)伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是什么？

機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)要求具有精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、負(fù)載能力強(qiáng)和工作頻率范圍大等基本要求，同時(shí)還要求體積小、重量輕、可靠性高和成本低等。

4、試分析直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理。

直流伺服電動(dòng)機(jī)主要由磁極、電樞、電刷及換向片結(jié)構(gòu)組成（如圖6-3所示）。其中磁極在工作中固定不動(dòng)，故又稱定子。定子磁極用于產(chǎn)生磁場(chǎng)。在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，磁極采用永磁材料制成，充磁后即可產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。在他勵(lì)式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，磁極由沖壓硅鋼片疊成，外繞線圈，靠外加勵(lì)磁電流才能產(chǎn)生磁場(chǎng)。電樞是直流伺服電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，故又稱轉(zhuǎn)子，它由硅鋼片疊成，表面嵌有線圈，通過(guò)電刷和換向片與外加電樞電源相連。

圖 6-3 直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)

圖6-4 電樞等效電路

直流伺服電動(dòng)機(jī)是在定子磁場(chǎng)的作用下，使通有直流電的電樞（轉(zhuǎn)子）受到電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)使，帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。通過(guò)控制電樞繞組中電流的方向和大小，就可以控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度。當(dāng)電樞繞組中電流為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)則靜止不動(dòng)。

直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式主要有兩種：一種是電樞電壓控制，即在定子磁場(chǎng)不變的情況下，通過(guò)控制施加在電樞繞組兩端的電壓信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；另一種是勵(lì)磁磁場(chǎng)控制，即通過(guò)改變勵(lì)磁電流的大小來(lái)改變定子磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。

采用電樞電壓控制方式時(shí)，由于定子磁場(chǎng)保持不變，其電樞電流可以達(dá)到額定值，相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也可以達(dá)到額定值，因而這種方式又被稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。而采用勵(lì)磁磁場(chǎng)控制方式時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行條件下磁場(chǎng)已接近飽和，因而只能通過(guò)減弱磁場(chǎng)的方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于電樞電流不允許超過(guò)額定值，因而隨著磁場(chǎng)的減弱，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，但輸出轉(zhuǎn)矩下降，輸出功率保持不變，所以這種方式又被稱為恒功率調(diào)速方式

5、試分析直流伺服電機(jī)與交流伺服電機(jī)在控制上有什么不同？

直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。

6、常用的變流技術(shù)是什么？各有什么用途？

交流調(diào)壓器——把固定交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。

7、比較直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境差別。

直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。

與直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，交流伺服電動(dòng)機(jī)不需要電刷和換向器，因而維護(hù)方便和對(duì)環(huán)境無(wú)要求；此外，交流電動(dòng)機(jī)還具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積和重量較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；尤其是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。

8、了解伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有什么意義，習(xí)、、慣性稱呼機(jī)械特性硬的含義是什么？

如果直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較平緩，則當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化較小，這時(shí)稱直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬。

9、有一脈沖電源，通過(guò)環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵(lì)磁繞組，測(cè)得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r/min，已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，求： 1）步進(jìn)電機(jī)的步距角； 2）脈沖電源的頻率。

10、三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=100,雙拍制通電，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為120r/min，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少?

11、簡(jiǎn)述交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制方案。

（１）開環(huán)控制

（2）無(wú)速度傳感器的矢量控制

（3）帶速度傳感器矢量控制

（4）永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制

12、試分析三相SPWM的控制原理。

在PWM型逆變電路中，使用最多的是圖6-43a的三相橋式逆變電路，其控制方式一般都采用雙極性方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角波載波uc，三相調(diào)制信號(hào)U ru

, U rv 和, U rw的相位依次相差1200。U、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來(lái)說(shuō)明。當(dāng)Uru > uc時(shí)，給上橋臂晶體管V1以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂晶體管V4以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓UUN’= Ud/2。當(dāng)Uru < uc時(shí)，給V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V1以關(guān)斷信號(hào)，則UUN’=Ud／2。V1和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中原來(lái)電流的方向和大小來(lái)決定，和單相橋式逆變電路雙極性SPWM控制時(shí)的情況相同。V相和W相的控制方式和U相相同。UUN’、UVN’和Uwn’ 的波形如圖6-43b所示。可以看出，這些波形都只有±Ud兩種電平。像這種逆變電路相電壓（uUN’、uVN’和uWN’）只能輸出兩種電平的三相橋式電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)單極性控制。圖中線電壓UUV的波形可由UUN’ ― UVN’得出?？梢钥闯?，當(dāng)臂1和6導(dǎo)通時(shí)，UUV = Ud，當(dāng)臂3和4導(dǎo)通時(shí)，UUV =―Ud，當(dāng)臂1和3或4和6導(dǎo)通時(shí)，Uuv=0，因此逆變器輸出線電壓由+Ud、-Ud、0三種電平構(gòu)成。負(fù)載相電壓UUN可由下式求得

uUN?uUN’?UUN'?UVN'?UWN'

3（6-18）

從圖中可以看出，它由（±2/3）Ud，（±1/3）Ud和0共5種電平組成。

(a)

(b)

圖6-43三相SPWM逆變電路及波形

在雙極性SPWM控制方式中，同一相上下兩個(gè)臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是互補(bǔ)的。但實(shí)際上為了防止上下兩個(gè)臂直通而造成短路，在給一個(gè)臂施加關(guān)斷信號(hào)后，再延遲△t時(shí)間，才給另一個(gè)臂施加導(dǎo)通信號(hào)。延遲時(shí)間的長(zhǎng)短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。這個(gè)延遲時(shí)間將會(huì)給輸出的PWM波形帶來(lái)影響，使其偏離正弦波。

13、分析影響直流伺服電機(jī)的影響因素。

（1）驅(qū)動(dòng)電路對(duì)機(jī)械特性的影響

（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩擦對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響（3）負(fù)載變化對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響

14、變流技術(shù)有哪幾種應(yīng)用形式？舉出各種變流器的應(yīng)用實(shí)例。

變流技術(shù)按其功能應(yīng)用可分成下列幾種變流器類型：

整流器——把交流電變?yōu)楣潭ǖ模ɑ蚩烧{(diào)的）直流電。

逆變器——把固定直流電變成固定的（或可調(diào)的）交流電。

斬波器——把固定的直流電壓變成可調(diào)的直流電壓。

交流調(diào)壓器——把固定交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。

周波變流器——把固定的交流電壓和頻率變成可調(diào)的交流電壓和頻率。

15、什么是PWM？直流PWM調(diào)壓比其它調(diào)壓方式有什么優(yōu)點(diǎn)？

斬波器調(diào)壓控制直流伺服電機(jī)速度的方法又稱為脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）直流調(diào)速。如圖所示為脈寬調(diào)速原理示意圖。

將圖6-31a中的開關(guān)S周期性地開關(guān)，在一個(gè)周期T內(nèi)閉合的時(shí)間為τ，則一個(gè)外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關(guān)S加到電動(dòng)機(jī)的電樞上，電樞上的電壓波形將是一列方波信號(hào)，其高度為U、寬度為?，如圖6-31b所示。電樞兩端的平均電壓為：

Ud?T1T0??Udt?TU??U

（6-17）

式中

?=?/T=Ud/U，(0

?為導(dǎo)通率（或稱占空比）。

當(dāng)T不變時(shí)，只要改變導(dǎo)通時(shí)間?，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當(dāng)?從0~T改變時(shí)，Ud由零連續(xù)增大到U。實(shí)際電路中，一般使用自關(guān)斷電力電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的開關(guān)作用，如GTR、MOSFET、IGBT等器件。圖6-3中的二極管是續(xù)流二極管，當(dāng)S斷開時(shí)，由于電樞電感的存在，電動(dòng)機(jī)的電樞電流可通過(guò)它形成續(xù)流回路。

16、交流變頻調(diào)速有哪幾種類型，各有什么特點(diǎn)？

（１）開環(huán)控制

開環(huán)控制的通用變頻器三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖6-25所示。

圖6-25 開環(huán)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

VVVF-通用變頻器 IM-異步電動(dòng)機(jī)

該控制方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。但是，由于是開環(huán)控制方式，其調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性并不是十分理想。尤其是在低速區(qū)域電壓調(diào)整比較困難，不可能得到較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。異步電動(dòng)機(jī)存在轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷力矩變化而變動(dòng)，即使目前有些變頻器具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能及轉(zhuǎn)矩提升功能，也難以達(dá)到0.5%的精度，所以采用這種V/F控制的通用變頻器異步機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速適用于一般要求不高的場(chǎng)合，例如風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械。

圖6-26 矢量控制變頻器的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

VVVF-矢量變頻器

（2）無(wú)速度傳感器的矢量控制

無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻器異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖6-26所示。對(duì)比圖6-25圖，兩者的差別僅在使用的變頻器不同。由于使用無(wú)速度傳感器矢量控制的變頻器，可以分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)、控制，自動(dòng)改變電壓和頻率，使指令值和檢測(cè)實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了矢量控制。雖說(shuō)它是開環(huán)控制系統(tǒng)，但是大大提升了靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。轉(zhuǎn)速精度約等于0.5%，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。

如果生產(chǎn)要求不是十分高的情形下，采用矢量變頻器無(wú)傳感器開環(huán)異步電機(jī)變頻調(diào)速是非常合適的，可以達(dá)到控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高的實(shí)效。

（3）帶速度傳感器矢量控制

帶速度傳感器矢量控制變頻器的異步電機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖6-27所示。

圖6-27 異步電機(jī)閉環(huán)控制變頻調(diào)速

PG-速度脈沖發(fā)生器

矢量控制異步電機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速是一種理想的控制方式。它具可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即甚低速亦能運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá)100:1或1000:1；可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行精確控制；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度甚快；電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好等優(yōu)點(diǎn)

17、什么是SPWM？SPWM信號(hào)是數(shù)字信號(hào)形式還是模擬信號(hào)形式？

在PWM型逆變電路中，使用最多的是圖6-43a的三相橋式逆變電路，其控制方式一般都采用雙極性方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角波載波uc，三相調(diào)制信號(hào)U ru

, U rv 和, U rw的相位依次相差1200。U、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來(lái)說(shuō)明。當(dāng)Uru > uc時(shí)，給上橋臂晶體管V1以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂晶體管V4以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓UUN’= Ud/2。當(dāng)Uru < uc時(shí)，給V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V1以關(guān)斷信號(hào)，則UUN’=Ud／2。V1和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中原來(lái)電流的方向和大小來(lái)決定，和單相橋式逆變電路雙極性SPWM控制時(shí)的情況相同。V相和W相的控制方式和U相相同。UUN’、UVN’和Uwn’ 的波形如圖6-43b所示?？梢钥闯觯@些波形都只有±Ud兩種電平。像這種逆變電路相電壓（uUN’、uVN’和uWN’）只能輸出兩種電平的三相橋式電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)單極性控制。圖中線電壓UUV的波形可由UUN’ ― UVN’得出。可以看出，當(dāng)臂1和6導(dǎo)通時(shí)，UUV = Ud，當(dāng)臂3和4導(dǎo)通時(shí)，UUV =―Ud，當(dāng)臂1和3或4和6導(dǎo)通時(shí)，Uuv=0，因此逆變器輸出線電壓由+Ud、-Ud、0三種電平構(gòu)成。負(fù)載相電壓UUN可由下式求得

uUN?uUN’?UUN'?UVN'?UWN'

318、用SPWM進(jìn)行交流變頻調(diào)速所對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？

實(shí)施SPWM的基本要求

1、單極性SPWM法]（1)調(diào)制波和載波：曲線①是正弦調(diào)制波，其周期決定于需要的調(diào)頻比kf，振幅值決定于ku,曲線②是采用等腰三角波的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于ku=1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同(即單極性)。

調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖音的間隔寬度，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。

（2)單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)完全截止；而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載ZL的便是正、負(fù)交替的交變電流。

2、雙極性SPWM法(1)調(diào)制波和載波：

調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于kf，振幅決定于ku,中曲線①，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與ku=1時(shí)正弦波的振幅值相等。

調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線電壓(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)時(shí)，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。

(2)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過(guò)負(fù)載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。

19、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是什么電機(jī)？它的驅(qū)動(dòng)電路的功能是什么？

伺服電機(jī)。環(huán)形分配，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大。

20、試分析半橋逆變電路的工作原理

半橋逆變電路原理如圖6-36a所示，它有兩個(gè)導(dǎo)電臂，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)可控元件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，使得兩個(gè)電容的聯(lián)結(jié)點(diǎn)為直流電源的中點(diǎn)。

設(shè)電力晶體管Vl和V2 基極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏和反偏，且二者互補(bǔ)。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，其工作波形如圖6-36b所示。輸出電壓波形u0 為矩形波，其幅值為Um =Ud /2輸出電流i0 波形隨負(fù)載阻抗角而異。設(shè)t2 時(shí)刻以前V1 導(dǎo)通。t2 時(shí)刻給V1關(guān)斷信號(hào)，給V2 導(dǎo)通信號(hào)，但感性負(fù)載中的電流i0 不能立刻改變方向，于是VD2 導(dǎo)通續(xù)流。當(dāng)t3時(shí)刻i0 降至零時(shí)VD2 截止，V2 導(dǎo)通，i0 開始反向。同樣，在t4 時(shí)刻給V2 關(guān)斷信號(hào)，給V1 導(dǎo)通信號(hào)后，V2 關(guān)斷，VD1 先導(dǎo)通續(xù)流，t5 時(shí)刻V1 才導(dǎo)通。

當(dāng)V1 或 V2 導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；而當(dāng)VD1 或 VD2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓反方向，負(fù)載中電感的能量向直流側(cè)反饋，既負(fù)載將其吸收的無(wú)功能量反饋回直流側(cè)。反饋回的能量暫時(shí)儲(chǔ)存在直流側(cè)電容中，直流側(cè)電容起到緩沖這種無(wú)功能量的作用。二極管VD1、VD2是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，同時(shí)起到使負(fù)載電流連續(xù)的作用，VD1、VD2被稱為反饋二極管或續(xù)流二極管。

第四篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題_1答案

習(xí)題一答案

1、什么是機(jī)電一體化？

機(jī)電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

2、什么是機(jī)電一體化的變參數(shù)設(shè)計(jì)？

在設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)原理不變的情況下，僅改變部分結(jié)構(gòu)尺寸和性能參數(shù)，使之適用范圍發(fā)生變化的設(shè)計(jì)方式。例如，同一種產(chǎn)品不同規(guī)格型號(hào)的相同設(shè)計(jì)。1-

3、機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別。

傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理的各種電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計(jì)中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)械本體和電氣驅(qū)動(dòng)界限分明，整個(gè)裝置是剛性的，不涉及軟件和計(jì)算機(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為控制中心，在設(shè)計(jì)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個(gè)裝置在計(jì)算機(jī)控制下具有一定的智能性。

4、試分析機(jī)電一體化技術(shù)的組成及相關(guān)關(guān)系。

機(jī)電一體化系統(tǒng)是多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用，是技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程。其技術(shù)組成包括：機(jī)械技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等?，F(xiàn)代的機(jī)電一體化產(chǎn)品甚至還包含了光、聲、化學(xué)、生物等技術(shù)等應(yīng)用。

5、一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含哪些幾個(gè)基本要素？

機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過(guò)接口耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機(jī)融合的一個(gè)完整系統(tǒng)。

6、試簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一直要堅(jiān)持貫徹機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個(gè)組成要素間的有機(jī)聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，并用自動(dòng)控制理論的相關(guān)手段，進(jìn)行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

7、機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）開發(fā)的類型。

機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）開發(fā)的類型依據(jù)該系統(tǒng)與相關(guān)產(chǎn)品比較的新穎程度和技術(shù)獨(dú)創(chuàng)性，可分為開發(fā)性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)和變參數(shù)設(shè)計(jì)。

8、機(jī)電一體化的智能化趨勢(shì)體現(xiàn)在哪些方面。

（1）診斷過(guò)程的智能化、（2）人一機(jī)接口的智能化、（3）自動(dòng)編程的智能化、（4）加工過(guò)程的智能化

9、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在哪些方面。

高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展

10、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。

接口主要完成電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、放大、濾波、速度匹配等

11、為什么說(shuō)機(jī)電一體化技術(shù)是其它技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)？舉例說(shuō)明。

機(jī)電一體化技術(shù)是其他高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，機(jī)電一體化的發(fā)展依賴于其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)料，隨著信息技術(shù)、材料技術(shù)、生物技術(shù)等新興學(xué)科的高速發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、微型機(jī)械、家用智能設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、現(xiàn)代制造系統(tǒng)等產(chǎn)品及領(lǐng)域，機(jī)電一體化技術(shù)將得到更加蓬勃的發(fā)展。

12、試分析機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的區(qū)別。

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)方法不同，它是以計(jì)算機(jī)為手段，其設(shè)計(jì)步驟通常如下：設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)一→信號(hào)分析一→科學(xué)類比一→系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)一→創(chuàng)造設(shè)計(jì)一→選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（如相似設(shè)計(jì)法、模擬設(shè)計(jì)法、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)法、動(dòng)態(tài)分析法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法、模糊設(shè)計(jì)法等）一→機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)

13、試簡(jiǎn)述機(jī)電一體化技術(shù)與并行工程的區(qū)別。

機(jī)電一體化技術(shù)將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)在設(shè)計(jì)和制造階段就有機(jī)結(jié)合在一起，十分注意機(jī)械和其他部件之間的相互作用。而并行工程是將上述各種技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊頭并進(jìn)，只在不同技術(shù)內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，最后通過(guò)簡(jiǎn)單疊加完成整體裝置。

14、機(jī)電一體化技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的區(qū)別。

自動(dòng)控制技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造等。機(jī)電一體化技術(shù)是將自動(dòng)控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件。它應(yīng)用自控原理和方法，對(duì)機(jī)電一體化裝置進(jìn)行系統(tǒng)分析和性能測(cè)算。1-

15、試分析家用洗衣機(jī)脫水系統(tǒng)的工作原理，如何體現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)的。

16、機(jī)電一體化技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的區(qū)別。

機(jī)電一體化技術(shù)只是將計(jì)算機(jī)作為核心部件應(yīng)用，目的是提高和改善系統(tǒng)性能。計(jì)算機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用僅僅是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中一部分，它還可以作為辦公、管理及圖象處理等廣泛應(yīng)用。機(jī)電一體化技術(shù)研究的是機(jī)電一體化系統(tǒng)，而不是計(jì)算機(jī)應(yīng)用本身。

17、試簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。

計(jì)步驟通常如下：設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)一→信號(hào)分析一→科學(xué)類比一→系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)一→創(chuàng)造設(shè)計(jì)一→選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（如相似設(shè)計(jì)法、模擬設(shè)計(jì)法、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)法、動(dòng)態(tài)分析法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法、模糊設(shè)計(jì)法等）一→機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。

18、試分析機(jī)電一體化技術(shù)在打印機(jī)中的應(yīng)用。

打印機(jī)是典型的光機(jī)電一體化產(chǎn)品，材料、電子、光學(xué)、機(jī)械等領(lǐng)域的新技術(shù)都會(huì)很快地反映在打印機(jī)產(chǎn)品中，并推動(dòng)打印機(jī)向自動(dòng)化、人性化、多樣化及更好地滿足用戶多種需求的方向發(fā)展。平推式走紙通道技術(shù)減少了由于紙張彎曲、卡紙?jiān)斐傻拇蛴∑睿彩勾蛴〈嬲鄣葟?fù)雜介質(zhì)成為可能；平推式走紙還使紙張的進(jìn)退紙速度加快，提高了柜臺(tái)業(yè)務(wù)處理速度；而利用傳感器 判斷紙張邊界的紙張定位技術(shù)使打印內(nèi)容的定位更加準(zhǔn)確，使用戶只需將紙張放入打印機(jī)即可，不必再調(diào)整紙張進(jìn)紙位置——這些技術(shù)促進(jìn)了平推式票據(jù)打印機(jī)的發(fā)展。

引入LCD顯示技術(shù)使打印機(jī)面板不再單調(diào)，液晶屏可以顯示打印機(jī)狀態(tài)、版本信息等內(nèi)容，便于進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使人機(jī)交流更加輕松，操作更加簡(jiǎn)單；Flash下載技術(shù)使打印機(jī)可以直接通過(guò)主機(jī)下載升級(jí)程序，改變了以往需要專業(yè)工程師拆機(jī)更換芯片的麻煩，升級(jí)更加方便、快捷，甚至用戶都可以自己動(dòng)手過(guò)一把“下載升級(jí)”的癮；一些打印機(jī)廠商還根據(jù)用戶的需要開發(fā)出了雙用戶模式，使打印機(jī)可以同時(shí)使用串口和并口進(jìn)行打印，達(dá)到一機(jī)多用、一機(jī)多聯(lián)的功能；部分高檔的存折打印機(jī)還配備有磁條讀寫模塊，使打印機(jī)不僅能夠打印，還具有自動(dòng)讀取存折磁條信息的功能——存折進(jìn)入打印機(jī)后，讀寫磁條信息、打印存折內(nèi)容一氣呵成，使柜臺(tái)打印業(yè)務(wù)處理更高效，且保密性更好。

借助磁碼打印技術(shù)（需特殊色帶和打印裝置）可使打印輸出既具有可讀性，又具有防偽、機(jī)讀等特性，加強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性、保密性、高效性。

安裝了網(wǎng)卡的打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)共享、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程診斷功能；安裝了無(wú)線網(wǎng)卡就可實(shí)現(xiàn)無(wú)線操作；再加上自動(dòng)翻頁(yè)裝置就可實(shí)現(xiàn)自助補(bǔ)登功能。

安裝了掃描頭的打印機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行掃描工作，使打印機(jī)具有了輸入設(shè)備的功能，而配備IC卡讀寫器的打印機(jī)還可以同時(shí)進(jìn)行IC卡的讀寫工作，這就大大節(jié)省了柜臺(tái)的寶貴空間。

19、如何保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的高性能？

高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。

1-20、列舉各行業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)例，并分析各產(chǎn)品中相關(guān)技術(shù)應(yīng)用情況。

見題15、18題

第五篇：10機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 試題

2010學(xué)年第二學(xué)期《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)》期末考試試卷

姓名：

年級(jí)： 級(jí) 專業(yè) 成績(jī)： 函授站 ：珠海函授站

所讀學(xué)校： □首大、□昆工

層次：□高起專

□專升本

速度。

10．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是把輸入的電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)換成（）的控制電機(jī)。11．步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)頻率和電脈沖數(shù)獲得所需轉(zhuǎn)速，改變（）得到所需的轉(zhuǎn)向。12．步進(jìn)電機(jī)接受一個(gè)電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度叫（）。

13．步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)角度與輸入脈沖頻率成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速與拍數(shù)成（）比。

14． PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定

一、單項(xiàng)選擇題。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。（每小題1分，共10分）1.齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨傳動(dòng)級(jí)數(shù)()。

A.增加而減小 B.增加而增加 C.減小而減小 D.變化而不變

2．機(jī)電一體化系統(tǒng)中，根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動(dòng)作這一功能的是()。

A．機(jī)械本體

B．動(dòng)力部分

C．控制器

D．執(zhí)行機(jī)構(gòu) 3．將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件是()。

A．旋轉(zhuǎn)變壓器

B．交流伺服電動(dòng)機(jī)

C．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

D．光電編碼盤

4．在下列電機(jī)中，()既可通過(guò)閉環(huán)實(shí)現(xiàn)速度或位置控制，又可作步進(jìn)方式運(yùn)行，且電機(jī)轉(zhuǎn)速不受負(fù)載影響，穩(wěn)定性高。

A．步進(jìn)電機(jī)

B.直流伺服電機(jī)

C．交流同步伺服電機(jī)

D．籠型交流異步電機(jī)

5．如果三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組為U、V、W，其通電順序?yàn)閁V?VW?WU?UV，則這種分配方式為()。

A．三相三拍

B．三相四拍

C．三相六拍

D．雙三拍

6．某三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有40個(gè)磁極，采用三相單三拍供電，步距角為()。

A.1.50 B.30 C.60 D.90

7．一臺(tái)三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，采用三相單三拍方式通電時(shí)，步距角為 1.50，則其轉(zhuǎn)子齒數(shù)為()。

A.40 B.60 C.80 D．100 8.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是與轉(zhuǎn)速()。

A.成正比的交流電壓 B.成反比的交流電壓 C.成正比的直流電壓 D.成反比的直流電壓 9.某光柵的條紋密度是100條/mm，光柵條紋間的夾角?=0.001弧度，則莫爾條紋的寬度是()。

A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 10．在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，控制總線的功能是()。

A.確切指定與之通信的外部硬件

B．確定總線上信息流的時(shí)序

C．在計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)

D.連接控制電源

二、填空題（每小題1分，共15分）

1．機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和（）技術(shù)相互融合的產(chǎn)物。

2.無(wú)論傳遞功率大小如何，按“等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則來(lái)確定的各級(jí)傳動(dòng)比，從高速級(jí)到低速級(jí)，其傳動(dòng)比是逐級(jí)增大的，而且級(jí)數(shù)越多，總等效慣量越（）。

3．在多級(jí)傳動(dòng)中，為了減小傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)比的分配應(yīng)遵守（）原則。

4．在小功率傳動(dòng)鏈中，為使總的質(zhì)量最小，各級(jí)傳動(dòng)比分配應(yīng)遵守（）原則。5.諧波齒輪傳動(dòng)是利用行星輪系傳動(dòng)原理，組成它的三個(gè)基本構(gòu)件是柔輪、剛輪和（）。6．摩擦對(duì)伺服系統(tǒng)的影響主要有：引起動(dòng)態(tài)滯后、降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度、導(dǎo)致系統(tǒng)誤差和（）。

7．對(duì)于執(zhí)行裝置，選擇較大的傳動(dòng)比可使系統(tǒng)的（）增大，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。8．電氣伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括（）、交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)。

9．在伺服系統(tǒng)中，通常采用（）原則選擇總傳動(dòng)比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)

（）的方波電壓，通過(guò)對(duì)方波脈沖的控制，改變輸出電壓的平均值。15．交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率、磁極對(duì)數(shù)和（）有關(guān)。

三、簡(jiǎn)答題（共10題，每小題3分，共30分）1．為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度?

2．影響機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的主要因素有哪些？

3．轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響？

4．為減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，可采用哪些結(jié)構(gòu)措施？

5．簡(jiǎn)述伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要要求。

6．如何提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度？

7．伺服電動(dòng)機(jī)的作用是什么？伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)具備的基本要求是什么？

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

9．步進(jìn)電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)速度控制的？

10．簡(jiǎn)述A／D、D／A接口的功能。

四、分析題。（共兩小題，共15分）

1．如圖所示的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制伺服系統(tǒng)，試分析齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響。（7分）

6．試分析比較液壓馬達(dá)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)的不同特點(diǎn)。（8分）

五、計(jì)算題（共3小題，每小題10分，共30分）

1.如圖，已知雙波諧波齒輪的柔輪齒數(shù)Z1=200, 剛輪齒數(shù)Z2=202，波發(fā)生器的轉(zhuǎn)速nH=600r/min。試求：(1)剛輪固定時(shí)柔輪的轉(zhuǎn)速n1；(2)柔輪固定時(shí)剛輪的轉(zhuǎn)速n2。

2．如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為m=50kg負(fù)載力為F1＝1000N，最大加速度為10m/s2，絲杠直徑為d＝20mm，導(dǎo)程t＝4mm，齒輪減速比為i=5，總效率為?=30％，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。

3．如圖所示的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，已知負(fù)載為F＝1000N，工作臺(tái)長(zhǎng)L=500mm，往復(fù)精度為±0．0lmm，絲杠導(dǎo)程ts=8mm，直徑d＝20mm，步進(jìn)電機(jī)的步距角為??1.8?。，試確定齒輪減速比i。