第一篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第3階段練習(xí)題

江南大學(xué)現(xiàn)代遠程教育 第三階段練習(xí)題

考試科目:《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》第五章至第七章（總分100分）

學(xué)習(xí)中心（教學(xué)點）批次： 層次： 專業(yè)： 學(xué)號： 身份證號： 姓名： 得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、步進電機的驅(qū)動電路形式中性能最好的是（）。

A、高低壓電源

B、單管驅(qū)動

C、單電源 D、斬波恒流

2、脈沖寬度調(diào)制用（）表示。

A、SAH

B、LED

C、PWM D、LCD

3、改變控制脈沖的頻率可以改變步進電機（）。

A、脈沖當(dāng)量

B、步距角

C、轉(zhuǎn)角 D、轉(zhuǎn)速

4、大慣量直流電機負載能力（），而小慣量直流電機動態(tài)特性好。A、強

B、小

C、弱 D、一般

5、步進電機常用于（）控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。

A、閉環(huán)

B、半閉環(huán)

C、開環(huán) D、前饋

6、過零比較器常用于對信號的（）。

A、電平轉(zhuǎn)換

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、關(guān)于PI、PD、PID校正，下列說法正確的是（）A、PI校正可獲得快速響應(yīng)，但是存在穩(wěn)態(tài)誤差 B、PID校正可獲得快速響應(yīng)、并消除穩(wěn)態(tài)誤差 C、PD校正可獲得快速響應(yīng)、并消除穩(wěn)態(tài)誤差 D、PD校正降低響應(yīng)速度、但消除穩(wěn)態(tài)誤差

8、離散系統(tǒng)在時域內(nèi)常用（）來描述。

A、歐拉方程

B、微分方程

C、差分方程 D、Z傳遞函數(shù)

9、對于提高系統(tǒng)可靠性，以下說法不正確的是（）。A、對功率接口采用升額設(shè)計提高可靠性 B、采用抗干擾措施提高可靠性 C、采用故障診斷技術(shù)提高可靠性 D、通過元器件的合理選擇提高可靠性

10、直流伺服電機驅(qū)動器的內(nèi)阻增大使得電機的機械特性（）。A、變硬

B、變軟

C、變大 D、變小

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、伺服系統(tǒng)的構(gòu)成除了被控對象還有（）。

A、執(zhí)行元件 B、比較元件 C、測量反饋元件 D、調(diào)節(jié)元件

2、步進電機脈沖分配方式有（）。

A、硬件分配 B、軟件分配 C、脈沖分配 D、模擬分配

3、產(chǎn)品性能指標從設(shè)計角度可劃分為（）。

A、安全指標 B、尋常指標 C、特征指標 D、優(yōu)化指標

4、以下哪些影響伺服系統(tǒng)精度？（）。

A、各組成元件的誤差 B、執(zhí)行元件形式 C、伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) D、輸入指令形式

5、在選擇控制器的微型機時主要考慮（）等因素。

A、成本 B、計算速度 C、系統(tǒng)規(guī)模 D、計算精度

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、一階系統(tǒng)也存在穩(wěn)定性問題。（）

2、設(shè)計閉環(huán)伺服系統(tǒng)首先要保證系統(tǒng)的精度。（）

3、當(dāng)機械系統(tǒng)的固有頻率遠低于伺服電動機的固有頻率時，伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于機械系統(tǒng)。（）

4、控制系統(tǒng)設(shè)計的基本方法是把系統(tǒng)中環(huán)節(jié)都抽象成數(shù)學(xué)模型進行分析研究。（）

5、伺服電動機在快速啟動時的負載轉(zhuǎn)矩一般比正常運行時大得多，所以電動機的最大轉(zhuǎn)矩常按正常運行時的負載轉(zhuǎn)矩來確定。（）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、系統(tǒng)的阻尼比是一個既影響系統(tǒng)

，又影響系統(tǒng)快速響應(yīng)性的參數(shù)。

2、計算機對外部狀態(tài)采集方式可有兩種，一種是查詢方式，另一種是。

3、如果負載等效慣量和電機慣量不匹配一般調(diào)節(jié)

使之匹配。

4、PID控制器兼有比例、積分和

三種基本控制規(guī)律的優(yōu)點。

5、機電產(chǎn)品的性能指標可分為功能性指標、經(jīng)濟性指標和。

6、步進電機有反應(yīng)式、永磁式和

三種類型。

7、伺服系統(tǒng)僅包含二個

環(huán)節(jié)的系統(tǒng)稱作II型系統(tǒng)。

8、在控制裝置中存在三類干擾：供電干擾、過程通道干擾和。

9、電機角速度和電樞電壓之間的關(guān)系稱做直流伺服電機的 特性。

10、直流伺服電機的速度控制方法是產(chǎn)生

脈沖經(jīng)H型橋式驅(qū)動電路控制電樞電壓。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、簡述獲得脈沖傳遞函數(shù)一般方法。

2、控制系統(tǒng)增加可靠性的軟件方法有哪些措施？

3、伺服系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性的兩個含義是什么？分別用什么參數(shù)來描述？

4、建立被控對象數(shù)學(xué)模型的方法有哪些？各有什么特點？

5、簡述用硬件方法產(chǎn)生PWM脈沖的原理。

6、簡述何謂啟動矩頻特性。

六、簡單應(yīng)用題（本題共2題，共15分）

1、一個直流伺服電機在空載情況下電樞電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：對應(yīng)電機轉(zhuǎn)速0到每分鐘2000轉(zhuǎn)，電樞電壓為0到40V，采用PWM方式進行速度控制，試計算當(dāng)控制轉(zhuǎn)速為每分鐘1500轉(zhuǎn)時的控制脈沖的占空比。（8分）

2、一絲杠傳動的工作臺系統(tǒng)，為二階系統(tǒng)。折算到絲桿軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量Js=0.0583kg?m，折算到絲桿軸的總等效扭轉(zhuǎn)剛度Ks=1.9X10N?m/rad，試計算該系統(tǒng)的扭振固有頻率ωn。（7分）

4七、綜合應(yīng)用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、在一個傳動系統(tǒng)中，輸出軸到電機軸之間通過傳動比i1、i2傳動，傳動效率為η，各軸及其上齒輪的轉(zhuǎn)動慣量相應(yīng)為J1、J2、J3，輸出軸負載轉(zhuǎn)矩為TL，電機最大角加速度為ε。1）試給出等效到電機軸的等效負載轉(zhuǎn)動慣量表達式。（3分）2）試給出等效到電機軸的等效負載轉(zhuǎn)矩表達式。（3分）3）給出所需電機最大轉(zhuǎn)矩表達式。（4分）

2、一半閉環(huán)控制系統(tǒng)，執(zhí)行元件為直流伺服電機，電機直接驅(qū)動滾珠絲杠帶動一工作臺移動，已知絲杠導(dǎo)程為8mm，控制器的輸出信號控制電機驅(qū)動器。1）計算傳動系數(shù)；（2分）2）畫出該半閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；（4分）3）給出系統(tǒng)傳遞函數(shù)。（4分）

附：參考答案：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分）

1、D

2、C

3、D

4、A

5、C

6、B

7、B

8、C

9、A

10、B

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。)

1、ABCD

2、AB

3、BCD

4、ACD

5、ABCD

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。）

1、×

2、×

3、√

4、√

5、×

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、穩(wěn)定性

2、中斷方式

3、傳動比

4、微分

5、安全性指標

6、混合式

7、積分

8、空間干擾

9、調(diào)節(jié)

10、PWM或脈沖寬度調(diào)制

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、獲得脈沖傳遞函數(shù)方法：一般(1)、建立系統(tǒng)連續(xù)方程；(2)、方程離散化；（3、)對離散方程求Z變換；(4)、求出輸出信號的Z變換和輸入信號的Z變換比值即為系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)。

2、控制系統(tǒng)增加可靠性的軟件方法主要有：（1）軟件測試，消除軟件中的隱患；（2）容錯設(shè)計，使產(chǎn)生錯誤不致造成系統(tǒng)崩潰；（3）糾錯設(shè)計，錯誤發(fā)生能自動回到正確狀態(tài)運行；（4）抗干擾設(shè)計，主動杜絕由于干擾引起的系統(tǒng)出錯；（5）故障診斷，主動檢測故障，使故障在未發(fā)生前預(yù)報，或發(fā)生后采取措施。

3、伺服系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性有兩方面的含義，一是指動態(tài)響應(yīng)過程中，輸入量跟隨輸入指令信號的迅速程度，二是指動態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度。分別用上升時間和調(diào)整時間來描述。

4、建立被控對象數(shù)學(xué)模型的方法有分析法和實驗法。分析法可反映被控對象的本質(zhì)，建立機理模型。實驗法可對無法建立機理模型的系統(tǒng)建立辨識模型。

5、用硬件方法產(chǎn)生PWM脈沖方法一般由三角波發(fā)生器,加法器和比較器組成.三角波發(fā)生器用于產(chǎn)生一定平率的三角波Ut，該三角波經(jīng)加法器與輸入的指令U1相加產(chǎn)生信號U1+Ut，然后送入比較器，產(chǎn)生受指令電平控制的脈寬可變矩形波，即脈寬調(diào)制波。

注：圖可不畫。

6、啟動矩頻特性是指步進電動機在有外加負載轉(zhuǎn)矩時，不失步地正常啟動所能接受的最大階躍輸入脈沖頻率與負載轉(zhuǎn)矩的對應(yīng)關(guān)系。

六、簡單應(yīng)用題（本題共2題，共15分）

1、解：

對應(yīng)0-40V ,需要0-100%占空比

1500XY3??? 4000401004 X——電壓 Y——占空比

所以，占空=75%

2、解：

?n?Ks Js

Ks——為機械系統(tǒng)折算到絲杠軸上的總當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度 Js——折算到絲杠軸上的系統(tǒng)慣量 1.9?104?n??571 1/s

0.0583

七、綜合應(yīng)用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、解：（1）等效負載轉(zhuǎn)動慣量（3分）

J?J1?J3J2 ?222i1i1i2（2）等效負載轉(zhuǎn)矩（3分）

TZ?TL

式中：i=i1i2 ?i（3）等效電機最大轉(zhuǎn)矩（4分）

TM?[(Jm?J）??

2、解： 解：（1）i?TLi]/? 式中Jm是電機轉(zhuǎn)動慣量

12??=0.785（轉(zhuǎn)動到移動的傳動系數(shù)）（2分）

P/2?P轉(zhuǎn)角1/SQ(S)（2）系統(tǒng)框圖（4分）

指令R(S)K1控制器K2驅(qū)動器KmTS+1電機Kj

（3）傳遞函數(shù)：（4分）

第二篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第2階段練習(xí)題

江南大學(xué)現(xiàn)代遠程教育 第二階段練習(xí)題

考試科目:《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》第三章至第四章（總分100分）

學(xué)習(xí)中心（教學(xué)點）批次： 層次： 專業(yè)： 學(xué)號： 身份證號： 姓名： 得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、直線光柵傳感器屬于（）數(shù)字信號傳感器。

A、增量碼

B、絕對碼

C、BCD碼 D、格雷碼

2、在控制感性負載器件的直流功率接口中，為了保護功率管需要接入保護（）。A、電感

B、電阻

C、二極管 D、電容

3、為了消除A/D轉(zhuǎn)換期間由于信號變化產(chǎn)生誤差，需要采用（）電路。A、放大

B、采樣保持

C、模擬開關(guān) D、分壓

4、晶體管作為無觸點開關(guān)，其導(dǎo)通電阻和開路電阻，依次應(yīng)該（）。A、前大后小

B、前大后大

C、前小后小 D、前小后大

5、設(shè)計鍵盤程序時要考慮（）。

A、消抖功能和延時功能 B、單次響應(yīng)和延時功能 C、單次響應(yīng)功能和消抖功能

D、延時功能和批處理功能

6、過零比較器常用于對信號的（）。

A、電平轉(zhuǎn)換

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、有源濾波器比起無源濾波器，帶負載能力依次（）。

A、前強后弱

B、前弱后強

C、前弱后弱 D、前強后強

8、按信息傳遞方向分有兩種接口，它們是（）。

A、機械接口和物理接口 B、人機接口和機電接口 C、無源接口和有源接口

D、輸入接口和輸出接口

9、A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度依據(jù)對信號的（）頻率確定。A、傳送

B、變換

C、采樣 D、放大

10、在計測系統(tǒng)中如果需要濾除信號中的高頻干擾應(yīng)該使用（）。A、低通濾波器

B、比較電路

C、微分電路 D、高通濾波器

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、在機電接口的功率接口中常用的驅(qū)動元件有（）。A、功率晶體管 B、晶閘管 C、功率場效應(yīng)管 D、固態(tài)繼電器

2、以下哪些是數(shù)字濾波算法（）。

A、算術(shù)平均濾波 B、RC高通濾波 C、RC低通濾波 D、滑動平均濾波

3、傳感器的非線性補償采用的軟件方式包括（）。

A、定時法 B、計數(shù)法 C、計算法 D、查表法

4、光電編碼盤在系統(tǒng)中一般用于測量（）。

A、電機轉(zhuǎn)角

B、電機電流

C、電機溫升 D、電機轉(zhuǎn)速

5、濾波器的主要參數(shù)有（）。

A、截至頻率 B、線性度 C、品質(zhì)因素 D、帶寬

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、軟件消抖法是指在鍵盤識別過程中采用觸發(fā)器。（）

2、SSR是固態(tài)繼電器的英文縮寫。（）

3、采用增益補償措施可以減少增益變動帶來的誤差。（）

4、相敏檢波電路是信號調(diào)制電路。（）

5、計算機對外部狀態(tài)采集方式可有兩種，一種是查詢方式，另一種是中斷方式。（）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、增益誤差補償又稱為

，采用軟件方法對系統(tǒng)增益漂移進行補償，其原理和數(shù)字調(diào)零方法類似。

2、D/A轉(zhuǎn)換器中的數(shù)據(jù)鎖存器可用來實現(xiàn)多路數(shù)字信號

轉(zhuǎn)換。

3、撥碼盤的A端接高電平時，數(shù)據(jù)輸出為與撥碼盤位置相對應(yīng)的 碼。

4、多位 LED數(shù)碼管的顯示控制方式有靜態(tài)顯示和。

5、在信號采集系統(tǒng)中采用

能使得單個A/D轉(zhuǎn)換器進行多路信號轉(zhuǎn)換。

6、中值濾波是

的一種。

7、對矩陣式鍵盤的逐行逐列查詢方式稱作

法。

8、表達濾波器對通頻帶以外的頻率成分的衰減能力的參數(shù)是。

9、某光柵傳感器輸出兩路相位相差90度的A、B兩路脈沖，利用該兩脈沖的邊沿可得到柵距 的 細分信號。

10、機電一體化對檢測系統(tǒng)在性能方面的基本要求是

、靈敏度和分辨率高；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；抗干擾能力強；靜、動態(tài)特性好。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、在什么情況下要對增量式脈沖傳感器的信號進行細分？

2、請畫出模擬量檢測系統(tǒng)的構(gòu)成。

3、一般采用什么方法使得按鍵單次響應(yīng)？

4、在鍵盤輸入接口和數(shù)碼顯示接口中為了節(jié)省CPU時間應(yīng)采用哪種管理方法？為什么？

5、列舉幾種傳感器基本轉(zhuǎn)換電路。

6、五大結(jié)構(gòu)要素之間有幾種接口？是什么接口？

六、簡單應(yīng)用題（本題共2題，共15分）

1、一計測系統(tǒng)對一壓力值進行檢測，壓力值的范圍為0---200MPa，當(dāng)輸入0MPa時，獲得的采樣轉(zhuǎn)換值為（以十進制表示）0.5，當(dāng)輸入200 MPa時，獲得的采樣轉(zhuǎn)換值為（以十進制表示）9.5。1）計算系統(tǒng)的靈敏度（每單位壓力的采樣轉(zhuǎn)換值）。2）當(dāng)采樣轉(zhuǎn)換值為5時，計算壓力值。（8分）

2、設(shè)計4X4矩陣式鍵盤的接口。說明鍵值如何產(chǎn)生。（7分）

七、綜合應(yīng)用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、某系統(tǒng)需要測量輸出軸的轉(zhuǎn)速，在輸出軸上已經(jīng)裝有均布120個凸齒金屬齒盤。

1）選擇傳感器，并說明測量原理；2）給出算法實現(xiàn)測量每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)；3）畫出計算機測量的接口路徑圖。

2、在一交流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)中，采用計算機通過變頻器對電機進行調(diào)速，變頻器的輸入控制信號為0—5V的模擬信號，對應(yīng)的輸出頻率為0—50Hz，電機轉(zhuǎn)速為每分鐘0—1500轉(zhuǎn)。1）進行控制輸出接口設(shè)計；2）如輸出轉(zhuǎn)速要求1200轉(zhuǎn)，微機輸出的數(shù)字量應(yīng)為多少？（采用MCS51 系列單片機作微控制器，DAC0832 作D/A轉(zhuǎn)換器）

附：參考答案：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分）

1、A

2、C

3、B

4、D

5、C

6、B

7、A

8、D

9、C

10、A

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。)

1、ABCD

2、AD

3、CD

4、AD

5、ACD

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。）

1、×

2、√

3、√

4、×

5、√

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、校準

2、同時

3、BCD

4、動態(tài)顯示

5、多路模擬開關(guān)

6、數(shù)字濾波

7、動態(tài)掃描

8、倍頻程選擇性

9、四

10、精度

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、在檢測直線位移和轉(zhuǎn)角時采用增量式傳感器如直線光柵和光電編碼盤，傳感器的分辨率是以脈沖當(dāng)量表示即一個輸出脈沖所代表的位移量或轉(zhuǎn)角，為了達到要求的測量精度，脈沖當(dāng)量應(yīng)該足夠小，即當(dāng)傳感器的脈沖當(dāng)量和所允許的測量誤差相比不足夠小時就需要對傳感器信號進行細分。

2、模擬量檢測系統(tǒng)的構(gòu)成：

*傳感器信號調(diào)理信號預(yù)處理A/D計算機

3、使得按鍵單次響應(yīng)，一般采用等待按鍵釋放后再對鍵進行處理的方法。

4、在鍵盤輸入接口和數(shù)碼顯示接口中為了節(jié)省CPU時間應(yīng)該采用中斷管理方法。采用中斷方式定時讀取鍵盤和輸出顯示，其余時間CPU可處理其它功能。

5、傳感器基本轉(zhuǎn)換電路有分壓電路、差動電路、非差動橋式電路和調(diào)制電路等。

6、五大結(jié)構(gòu)要素之間有三種接口。它們是機械接口、信息接口和物理接口。

六、簡單應(yīng)用題（本題共2題，共15分）

9.5?0.5?0.045/MPa(4分)

1、解：（1）靈敏度=200（2）壓力值=（5-0.5）/0.045=100MPa（4分）

2、解：原理圖（4分）

鍵值產(chǎn)生辦法：1）列首號加行號；2）順序計數(shù)法，計數(shù)值即為鍵值。（3分）

以上方法只須回答一種

七、綜合應(yīng)用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、解：（1）由于金屬齒盤，可選擇磁阻式傳感器，磁阻是傳感器是在一永磁鐵上繞制一線圈，當(dāng)齒盤轉(zhuǎn)動切割磁力線造成回路磁阻變化使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢，當(dāng)磁盤轉(zhuǎn)動一周輸出120個脈沖。

+U_（3分）

注：采用光電傳感器也可，關(guān)鍵是輸出120個脈沖

（2）設(shè)f?脈沖頻率,n=每分鐘轉(zhuǎn)速

n?60f?0.5f 120f——齒盤為單齒時每秒鐘脈沖個數(shù) 120測量方法：對傳感器信號計數(shù)0.5秒，計數(shù)值即為n(4分)

（3）接口路徑（3分）

計算機計數(shù)器傳感器放大整形電平轉(zhuǎn)換

2、解：

（1）根據(jù)變頻器的要求，需要0—5V模擬電壓。因此需要采用D/A轉(zhuǎn)換器將計算機的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0-5V模擬量。（5分）

8計算機地址D/A轉(zhuǎn)換器電壓變換變頻器控制線

（2）DAC0832為8位D/A轉(zhuǎn)換器，因此對應(yīng)0—5V轉(zhuǎn)換電壓的二進制值為00H-FFH，即0-255，***0??255?204轉(zhuǎn)換二進制值為CCH，所以微機輸出為CCH（5分），n?。255n1500

第三篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

1、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機）等五個子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法通常有：機電互補法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承、動（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第四篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第3階段測試題

江南大學(xué)現(xiàn)代遠程教育 第三階段測試卷

考試科目:《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》第五章至第七章（總分100分）時間：90分鐘

學(xué)習(xí)中心（教學(xué)點）批次： 層次： 專業(yè)： 學(xué)號： 身份證號： 姓名： 得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、直流伺服電機的速度數(shù)字控制方法通常是（）。

A、脈寬調(diào)制

B、頻率調(diào)制

C、幅值調(diào)制 D、相位調(diào)制

2、伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅和系統(tǒng)的（）有關(guān)。

A、輸入信號

B、輸出信號

C、干擾信號 D、固有參數(shù)

3、在半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)中常用光電編碼盤測量電機轉(zhuǎn)速和（）。A、扭矩

B、電流

C、溫升 D、角位移 4.在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，傳動系統(tǒng)的間隙會帶來（）。

A、不穩(wěn)定

B、死區(qū)誤差

C、超調(diào) D、阻尼

5、系統(tǒng)的剛度越大、慣量越小，則該系統(tǒng)的固有頻率（）。A、越高

B、越低

C、不變 D、不定

6、控制器中的微機目前常用的有可編程控制器、（）和工控機。A、PC

B、單片機

C、PLC D、IPC

7、脈沖傳遞函數(shù)是用于描述（）的數(shù)學(xué)模型。

A、線性系統(tǒng)

B、離散系統(tǒng)

C、非線性系統(tǒng) D、鎮(zhèn)定系統(tǒng)

8、步進電機的啟動轉(zhuǎn)矩隨啟動頻率升高而（）。

A、增大

B、不變

C、降低 D、不定

9、關(guān)于半閉環(huán)和全閉環(huán)控制，以下說法正確的是（）。A、兩者區(qū)別在于傳感器檢測位置不同 B、前者精度高，后者精度低 C、兩者沒有區(qū)別

D、前者難以實現(xiàn)，后者易實現(xiàn)

10、關(guān)于步進電機驅(qū)動器，以下說法正確的是（）。A、斬波限流驅(qū)動電路往往采用較低的單電源供電 B、高低壓驅(qū)動電路效率高

C、斬波限流驅(qū)動電路出力大、功耗小、效率高 D、單電源驅(qū)動電路出力大、功耗小

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、伺服系統(tǒng)的誤差有（）。

A、穩(wěn)態(tài)誤差 B、靜態(tài)誤差 C、隨機誤差 D、動態(tài)誤差

2、步進電機的控制要考慮（）。

A．啟動過程升速控制 Ｂ．低轉(zhuǎn)速控制 Ｃ．停止過程降速控制 Ｄ．使電機連續(xù)工作

3、直流伺服電機的動態(tài)特性主要受（）的影響。

A、動態(tài)誤差 B、機械慣量 C、跟蹤誤差 D、電磁慣量

4、采用冗余技術(shù)提高控制裝置的可靠性，常用冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有（）。A、混聯(lián)結(jié)構(gòu) B、并聯(lián)結(jié)構(gòu) C、后備結(jié)構(gòu) D、串聯(lián)結(jié)構(gòu)

5、進行機電一體化設(shè)計的充分條件是（）。

A、可選擇性 B、靈活性 C、互補性 D、等效性

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、一個節(jié)拍的控制脈沖控制步進電機使得執(zhí)行器獲得的相應(yīng)運動量稱為步距角。（）

2、在伺服系統(tǒng)中負載等效慣量大于執(zhí)行元件的慣量才能獲得較好的動態(tài)特性。（）

3、系統(tǒng)總體技術(shù)是系統(tǒng)工程在機電一體化技術(shù)中的具體應(yīng)用。（）

4、步進電機單雙相輪流通電時電機具有較大負載能力。（）

5、性能指標對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有影響，但對設(shè)計方法沒有影響。（）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、伺服系統(tǒng)按控制方式可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和

系統(tǒng)。

2、機電一體化系統(tǒng)對伺服系統(tǒng)的要求是穩(wěn)定性、精度和。

3、開環(huán)伺服系統(tǒng)中無

元件、結(jié)構(gòu)簡單，但精度低；閉環(huán)伺服系統(tǒng)直接對輸出量檢測和反饋，精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。

4、離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)又稱為。

5、假如反饋控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)都是理想的，沒有慣性、、剛度為無窮大，則系統(tǒng)為一階系統(tǒng)。

6、步進電機的斬波限流驅(qū)動電路的恒流原理是對電機繞組

閉環(huán)控制。

7、系統(tǒng)的 越小，響應(yīng)速度越快，但振蕩趨勢越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。

8、由絲桿螺母機構(gòu)的綜合拉壓剛度的變化引起的的誤差稱作。

9、設(shè)計閉環(huán)伺服系統(tǒng)首先要保證系統(tǒng)的。

10、選擇電動機的主要依據(jù)參數(shù)是負載。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、步進電機常用哪幾種驅(qū)動電路？試比較性能。

2、請畫出采用直流伺服電機驅(qū)動的數(shù)控工作臺半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

3、何謂鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)？

4、簡述伺服電機選擇的基本步驟。

5、一個五相步進電機，其轉(zhuǎn)子齒數(shù)為100，當(dāng)采用單相雙相輪流通電時，步距角是多少？

6、試畫出微型機控制系統(tǒng)基本框圖。

六、簡單應(yīng)用題（本題共2題，共15分）

1、二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，設(shè)k1=4,k2=10,T=0.001，求系統(tǒng)固有頻率，阻尼比。

（8分）

2、在一個機電系統(tǒng)中要求控制器輸出一路脈沖作為步進電機基本控制脈沖，1）說明脈沖的產(chǎn)生方法；

2）說明步進電機變速控制方法。（7分）

七、綜合應(yīng)用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、給出伺服系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟和要點。

2、如圖所示的機電傳動系統(tǒng)，減速機構(gòu)為兩級減速箱，已知齒輪齒數(shù)之比z2/z1=3，z4/z3=5，減速機構(gòu)的效率ηc＝0.90，各齒輪的慣量分為J1=20kgm，J2=70kgm，J3=40kgm，J4=200kgm，電動機的慣量Jm = 300kgm，負載慣量JL=450kgm，負載轉(zhuǎn)矩T2=480Nm，試求：1）折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩Tz ；（5分）2）折算到電動機軸上的系統(tǒng)慣量Jz（5分）

222

附：參考答案：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分）

1、A

2、D

3、D

4、B

5、A

6、B

7、B

8、C

9、A

10、C

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。)

1、ABD

2、AC

3、BD

4、BC

5、CD

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。）

1、×

2、×

3、√

4、√

5、×

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、閉環(huán)控制

2、快速響應(yīng)性

3、檢測反饋

4、Z傳遞函數(shù)

5、沒有阻尼

6、電流

7、阻尼

8、定位誤差

9、穩(wěn)定性

10、轉(zhuǎn)矩

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、步進電機的常用驅(qū)動電路有三種：單電源驅(qū)動電路、雙電源驅(qū)動電路、斬波限流驅(qū)動電路。單電源驅(qū)動電路：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、電流波形差、效率低、出力小，主要用于速度低的小型步進電機。雙電源驅(qū)動電路：和單電源驅(qū)動電路相比，輸出電流波形、輸出轉(zhuǎn)矩和運行頻率都有較大改善，但效率仍較低。斬波限流驅(qū)動電路：效率高、功耗小、出力大，目前廣泛采用。

2、采用直流伺服電機驅(qū)動的數(shù)控工作臺半閉環(huán)伺服系統(tǒng)是一個位置伺服系統(tǒng)，組成環(huán)節(jié)有比較器、控制器K1、驅(qū)動器K2、直流電機G1（s）、G2（s）、轉(zhuǎn)速測量反饋環(huán)節(jié)Kw、位置測量反饋環(huán)節(jié)Kp，檢測元件檢測電機軸，因此閉環(huán)內(nèi)不包含其它機械系統(tǒng)。其系統(tǒng)框圖如下：

3、鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)按系統(tǒng)輸出類型分類的三種控制系統(tǒng)。鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)的輸出為常量，在外界干擾作用下控制輸出保持常量的系統(tǒng)，比如恒溫、恒壓控制系統(tǒng)。隨動系統(tǒng)的輸出可大范圍跟隨輸入或反饋的指令變化，如雷達系統(tǒng)，位置、力等伺服系統(tǒng)等。程序控制系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化，如機床數(shù)控系統(tǒng)，輸入按零件加工工藝編制的加工程序，機床的工作即按程序被控制。

4、伺服電機選擇的基本步驟：首先根據(jù)作用在電機軸上的轉(zhuǎn)矩初選電機，然后驗算功率、匹配轉(zhuǎn)動慣量。

作用在電機軸上的轉(zhuǎn)矩由兩部分組成，一是等效到電機軸端的傳動或執(zhí)行機構(gòu)中所受各力等效負載轉(zhuǎn)矩Td，二是啟動或加速時作用于電機軸端的慣性轉(zhuǎn)矩Tg，Tm=（Td+Tg）/η，η為傳動效率，Tg=(Jm+Jd)ε，Jd是傳動或執(zhí)行機構(gòu)等效到電機軸端的等效轉(zhuǎn)動慣量，Jm是電機轉(zhuǎn)動慣量，ε是電機角加速度。

慣量匹配按1/4? Jd/Jm?1原則匹配。

5、一個五相步進電機，其轉(zhuǎn)子齒數(shù)為100，當(dāng)采用單相雙相輪流通電時，步距角α=360/ZKM，Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)，K通電系數(shù)：單相雙相輪流通電時為2，M為電機相數(shù)。因此根據(jù)已知條件計算步距角為0.36度。

6、微型機控制系統(tǒng)基本框圖：

進入、輸出計算機的量需要經(jīng)A/D（轉(zhuǎn)換為數(shù)字量）、D/A（轉(zhuǎn)換成模擬量），控制器是以軟件為主的數(shù)字控制器。

六、簡單應(yīng)用題（本題共2題，共15分）

1、解：由圖可知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

K1K?2C(s)

?TS?1S（2分）

K1KR(s)1??2TS?1S將上式換成標準形式：

KKC(s)?212R(s)TS?S?K1K2分子、分母除以T得：

K1K2/TC(s)（2分）?2R(s)S?S/T?K1K2/T從式中：固有頻率?n?K1K2=200（2分）T1=2.5(2分)

K1K2T阻尼比??

2、解： 12（1）如從8031的P1.0口輸出脈沖（如圖）（2分）

脈沖信號產(chǎn)生方法：采用8031內(nèi)部定時器，定時使P1.0口線輪流置“1”清“0”，置位和清零P1.0口線由定時器中斷服務(wù)程序完成（2分）

（2）調(diào)節(jié)脈沖頻率就可調(diào)節(jié)步進電機轉(zhuǎn)速，脈沖頻率調(diào)節(jié)依靠改變定時器的定時時間常數(shù)來完成。（3分）

七、綜合應(yīng)用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、解：

（1）設(shè)計要求分析，系統(tǒng)方案設(shè)計（要點：選擇控制方式、傳動系統(tǒng)、初選執(zhí)行元件、傳感器等）（2分）

（2）系統(tǒng)性能分析（要點：對方案進行分析，例如穩(wěn)定性精度、快速響應(yīng)性分析）（2分）

（3）執(zhí)行元件及傳感器的選擇（要點：根據(jù)負載的精度等、等效負載）（2分）

（4）機械系統(tǒng)設(shè)計（要點：消除傳動間隙、穩(wěn)定精度、減小摩擦）（2分）

（5）控制系統(tǒng)設(shè)計（1分）

（6）系統(tǒng)性能重查（1分）

（7）系統(tǒng)測試實驗

（8）系統(tǒng)設(shè)計定案

2、解：

Tz——折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩 Jz——折算到電動機軸上的系統(tǒng)慣量

第五篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第1階段測試題

江南大學(xué)現(xiàn)代遠程教育 第一階段測試卷

考試科目:《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》第一章至第二章（總分100分）時間：90分鐘

江蘇無錫江大網(wǎng)院生產(chǎn)力促進中心 學(xué)習(xí)中心（教學(xué)點）

批次：

201209

層次：

高起專

專業(yè)：

機械制造與自動化

學(xué)號：

身份證號：

姓名：

得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、在高精度、大負荷傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠一般應(yīng)采用（B）支承方法。A、一端自由

B、一端游動

C、一端固定

D、兩端固定

2、機電一體化系統(tǒng)對傳動系統(tǒng)的要求是轉(zhuǎn)動慣量小、（C）。

A、剛度大、阻尼小

B、剛度小、阻尼大

C、剛度大、阻尼合適

D、剛度小、阻尼合適

3、以下哪種方法不屬于滾珠絲杠消除反向間隙的方法？（B）。

A、雙螺母墊片調(diào)隙法 B、偏心軸套調(diào)整法 C、雙螺母螺紋調(diào)隙法 D、雙螺母齒差調(diào)隙法

4、機電一體化產(chǎn)品是指采用機電一體化技術(shù)，在（C）基礎(chǔ)上創(chuàng)造出來的新機電產(chǎn)品。A、機電產(chǎn)品

B、電子產(chǎn)品

C、機械產(chǎn)品 D、光電產(chǎn)品

5、諧波齒輪減速器由諧波發(fā)生器、剛輪和（A）組成。

A、柔輪

B、軸銷

C、從動輪 D、主動輪

6、滾動直線導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)很小，為滑動導(dǎo)軌的（D）左右。A、1/20

B、1/30

C、1/40 D、1/50

7、滾珠絲杠在垂直安裝時要注意其（B）的缺點，采取相應(yīng)的措施。A、質(zhì)量大

B、不自鎖

C、效率低 D、阻尼大

8、機電一體化系統(tǒng)的操作功能是由以下哪個結(jié)構(gòu)要素完成的？（D）A、動力源

B、傳感器

C、計算機

D、執(zhí)行元件

9、經(jīng)濟型數(shù)控機床屬于哪種類型的機電一體化產(chǎn)品？（A）

A、功能附加型

B、機電融合型

C、功能替代型 D、普通機械型

10、直齒輪傳動消除反向傳動間隙常用（B）錯齒調(diào)節(jié)法。

A、螺紋

B、雙片齒輪

C、墊片 D、單片齒輪

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、機械系統(tǒng)一般由（ABCD）組成。

A、傳動機構(gòu) B、導(dǎo)向機構(gòu) C、支承機構(gòu) D、執(zhí)行機構(gòu)

2、機電一體化技術(shù)的六項共性關(guān)鍵技術(shù)是機械技術(shù)、檢測與傳感技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)、（ABD）。

A、自動控制技術(shù) B、伺服驅(qū)動技術(shù) C、液壓與氣動技術(shù) D、計算機與信息處理技術(shù)

3、機電一體化對工業(yè)三大要素的作用是（ABD）。

A、省資源

B、信息智能化

C、信息傳送

D、省能源

4、機電一體化系統(tǒng)的操作功能是由以下哪些結(jié)構(gòu)完成的？（AD）A、執(zhí)行機構(gòu)

B、傳感器

C、計算機

D、執(zhí)行元件

5、下面哪些產(chǎn)品屬于機電一體化產(chǎn)品中的機電融合型產(chǎn)品？（BD）A、經(jīng)濟型數(shù)控機床

B、加工中心

C、線切割機床 D、復(fù)印機

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、滾珠絲杠傳動效率比梯形螺紋絲杠的高五倍左右。（×）

2、機電融合型產(chǎn)品的技術(shù)附加值最高。（√）

3、采用雙螺母預(yù)緊的方法消除滾珠絲杠的傳動間隙可提高傳動精度和剛度。（√）

4、滾珠絲杠的剛度不影響傳動精度。（×）

5、在選用滾動直線導(dǎo)軌時除了要考慮工作載荷、精度、速度等使用條件外，還要對剛度、摩擦特性等綜合考慮。（√）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、滾珠絲杠的計算載荷Fc和載荷性質(zhì)、工作精度、滾道實際硬度有關(guān)。

2、滾珠絲杠的滾珠循環(huán)形式有內(nèi)循環(huán)和 外循環(huán) 兩種。

3、在傳動系統(tǒng)中采用滾動摩擦副器件可大大減小摩擦力的變化，并提高傳動靈敏度，有利于克服 爬行 現(xiàn)象。

4、機電一體化總體設(shè)計是應(yīng)用 系統(tǒng)總體 技術(shù)，從整體目標出發(fā)，綜合分析產(chǎn)品的性能要求，實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品整體優(yōu)化設(shè)計的過程。

5、通常在進行剛度驗算時，要求滾珠絲杠在工作長度的總變形量應(yīng)小于傳動精度的 1/2。

6、機電一體化乃是在機械的 主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

7、塑料導(dǎo)軌帶的特點是摩擦系數(shù)低且穩(wěn)定、動靜摩擦系數(shù)相近、耐磨性好 好并吸收振動。

8、滾動直線導(dǎo)軌的截面形狀有 矩形 和梯形兩種。

9、熱變形式執(zhí)行機構(gòu)是利用 電熱元件 通電后產(chǎn)生熱變形實現(xiàn)微位移的。

10、錐環(huán)無鍵連軸器能夠?qū)崿F(xiàn) 無間隙 連接傳遞扭矩。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、機電一體化的實質(zhì)是什么？

答：機電一體化的實質(zhì)是應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點和方法來分析研究機電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)，綜合運用現(xiàn)代高新技術(shù)進行產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)，通過各種技術(shù)的有機結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各組成部分合理匹配和外部整體效能最佳。

2、機電一體化產(chǎn)品有哪些設(shè)計類型？各有何特點？

答：機電一體化產(chǎn)品有三種設(shè)計類型：開發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變異性設(shè)計。開發(fā)型設(shè)計是一個從無導(dǎo)游的創(chuàng)造過程，實在沒有樣板參照的情況下，根據(jù)功能和性能要求，根據(jù)機電一體化設(shè)計原理，未滿足市場需求所進行的設(shè)計。適應(yīng)性設(shè)計是在原有產(chǎn)品總的方案原理基本不變的情況下，對產(chǎn)品的某些局部加以變動和改進，一增加功能提高性能和質(zhì)量或降低成本為目的所進行的設(shè)計。變異性設(shè)計是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過改變尺寸、速度、力或功率等參數(shù)，一滿載市場對產(chǎn)品規(guī)格方面的需求所進行的系列化設(shè)計。

3、給出機電一體化系統(tǒng)五大功能要素和結(jié)構(gòu)要素圖。

答：機電一體化武大功能要素圖A,機電一體化五大結(jié)構(gòu)要素圖B

4、說明滾珠絲杠的選擇方法。

答：

1、首先根據(jù)工作載荷計算出計算載荷F2、計算定額懂載荷

3、根據(jù)懂載荷值選擇絲杠參數(shù)

4、穩(wěn)定性運算

5、剛度驗算

6、功率驗算

5、機械系統(tǒng)要達到機電一體化系統(tǒng)的要求應(yīng)采取哪些措施？ 答：

1、采用低摩擦阻力傳導(dǎo)向部件

2、縮短傳動鏈

3、最佳傳動比

4、消除運動間隙

5、提高傳動支承剛度

6、現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用

6、何謂功能替代型產(chǎn)品？

答：功能替代產(chǎn)品采用微電子技術(shù)及裝置取代原產(chǎn)品中的機械控制功能、信息處理功能或主功能，使產(chǎn)品節(jié)后簡化，性能提高，柔性增加。如電子縫紉機、自動照相機等。

六、簡單應(yīng)用題（本題共2題，共15分）

1、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：柔輪固定時剛輪的轉(zhuǎn)速n2。（8分）解：

2、請按機電一體化產(chǎn)品的五大功能對一全自動洗衣機的結(jié)構(gòu)進行功能劃分。（7分）分析：一個全自動洗衣機有點擊帶動洗衣滾筒完成主功能（操作功能）-洗衣，計算機芯片及程序完成控制功能，水位檢測傳感器等完成計策功能，機械構(gòu)建完成構(gòu)造功能，電源系統(tǒng)完成動力功能。

七、綜合應(yīng)用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、某傳動系統(tǒng)中等負荷、中等定位精度、采用較長滾珠絲杠臥式安裝。1）試選擇合適的滾珠絲杠支承方式。2）請畫出所選支承方法簡圖。

2、某精密直線進給系統(tǒng)采用絲杠螺母傳動，為了補償傳動誤差需采用微動裝置，1）請選擇微動裝置，繪出原理簡圖；2）說明補償原理。