第一篇：《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》期末復(fù)習(xí)小結(jié)

一、判斷題

系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。（√）

PLC采用掃描工作方式，掃描周期的長短決定了PLC的工作速度。（√）

PLC完善的自診斷功能，能及時(shí)診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護(hù)故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（√）

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于機(jī)構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（×）

傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以確保傳感器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。（√）電液伺服系統(tǒng)的過載能力強(qiáng)，在強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)和高精度定位時(shí)性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動(dòng)。（√）

對直流伺服電動(dòng)機(jī)來說，其機(jī)械特性越硬越好。（√）

感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。（√）

工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)部分在控制信息作用下提供動(dòng)力，包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)方式。（√）滾珠絲杠垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。（√）

機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（√）

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，首先需要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。（×）

進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于阻尼對系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，因此機(jī)械系統(tǒng)的阻尼比ξ取值越小越好。（×）

綠色設(shè)計(jì)是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。（×）脈沖分配器的作用是使電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。（√）目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標(biāo)準(zhǔn)化或正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)慕涌?，再配合接口編寫相?yīng)的程序。（√）

氣壓式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用在定位精度較高的場合使用。（×）

驅(qū)動(dòng)部分在控制信息作用下提供動(dòng)力，伺服驅(qū)動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的驅(qū)動(dòng)裝置。（√）

數(shù)控機(jī)床中的計(jì)算機(jī)屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而電機(jī)和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分。（×）數(shù)字化物理樣機(jī)就是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)。（×）

數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們的共同特點(diǎn)是利用自身的物理特征，制成直線型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號都是脈沖信號，每一個(gè)脈沖代表輸入的位移當(dāng)量，通過計(jì)數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計(jì)位移的尺寸。（√）

雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。（×）

通常，步進(jìn)電機(jī)的最高連續(xù)工作頻率遠(yuǎn)大于它的最高啟動(dòng)頻率。（√）

通用型計(jì)算機(jī)系大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。（×）為減少機(jī)械傳動(dòng)部件的扭矩反饋對電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動(dòng)部件的固有頻率的2~3倍，同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（×）無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測裝置的精度。（×）

現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（×）現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個(gè)獨(dú)立的部分，然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。（×）信息處理技術(shù)是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)控制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運(yùn)算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。（√）虛擬設(shè)計(jì)是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。（√）

需求設(shè)計(jì)是指新產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)生命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細(xì)技術(shù)說明書的形式來描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過程。（√）

選擇傳感器時(shí)，如果測量的目的是進(jìn)行定性分析，則選用絕對量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。（×）

一般說來，全物理仿真較之計(jì)算機(jī)仿真在時(shí)間、費(fèi)用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷與實(shí)用的仿真方法。（×）

永磁型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動(dòng)。（√）在閉環(huán)系統(tǒng)中，因齒輪副的嚙合間隙而造成的傳動(dòng)死區(qū)能使系統(tǒng)以6~10倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置，以提高傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（×）

直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（×）

自動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（√）自動(dòng)控制是在人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。（×）

二、單選題

以下可對交流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方法是（改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率）。

HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的（驅(qū)動(dòng)部分）。

HRGP-1A噴漆機(jī)器人中的手部屬于系統(tǒng)中的（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。

閉環(huán)控制的驅(qū)動(dòng)裝置中，絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的（回程誤差和傳動(dòng)誤差都不會(huì)影響輸出精度）。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而（下降）。

采用脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過改變（脈沖的寬度）來改變電樞回路的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。

齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨傳動(dòng)級數(shù)(增加而減小)。傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率對傳動(dòng)精度有影響，（B）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動(dòng)誤差，（A）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。A．提高，提高

導(dǎo)程L0=8mm的絲杠驅(qū)動(dòng)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(dòng)慣量為（97）kg〃mm2。多級齒輪傳動(dòng)中，各級傳動(dòng)比“前小后大”的分配原則不適用于按（重量最輕原則）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。

多級齒輪傳動(dòng)中，各級傳動(dòng)比相等的分配原則適用于按（重量最輕原則（小功率裝置））設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的（動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)）。光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（1）mm。（此光柵傳感器測量分辨率是（0.01）mm。）含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是（智能接口）。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要由用戶自行編寫（應(yīng)用軟件），具有實(shí)時(shí)性、針對性、靈活性和通用性。檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱，一般包括傳感器和（轉(zhuǎn)換電路）。

某機(jī)電一體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動(dòng)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(dòng)補(bǔ)償齒側(cè)間隙？（軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法）

受控變量是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種反饋控制系統(tǒng)稱(伺服系統(tǒng))。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)屬于設(shè)備的（驅(qū)動(dòng)部分）。通常，數(shù)控精密鏜銑床等高精度數(shù)控設(shè)備，其伺服系統(tǒng)的控制方式均采用（閉環(huán)控制）

為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（增大系統(tǒng)剛度）。

下列哪個(gè)是傳感器的動(dòng)特性（幅頻特性）。

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？（偏置導(dǎo)程法）

以下產(chǎn)品不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（電子計(jì)算機(jī)）。以下產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（全自動(dòng)洗衣機(jī)）。以下除了（繼電器控制系統(tǒng)），均是由硬件和軟件組成。以下抑制電磁干擾的措施，除了（軟件抗干擾），其余都是從切斷傳播途徑入手。

有一脈沖電源，通過環(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，已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，步進(jìn)電機(jī)的步距角是（1.5°）。a=360/(znk)=360/(24*5*2)在開環(huán)控制系統(tǒng)中,常用（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）做驅(qū)動(dòng)元件。

二、簡答題

滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？

滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有：螺紋預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母差齒預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)整式、彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式、單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入信號是什么？如何實(shí)現(xiàn)對其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制？

步進(jìn)電機(jī)的輸入信號是脈沖序列。步進(jìn)電機(jī)的步矩角α與運(yùn)行拍數(shù)m、通電方式k（m=kN，單拍時(shí)k=1，雙拍時(shí)k=2，N為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。

已知一個(gè)繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動(dòng)方案分別如圖a和b

所示。

（1）試分析兩種方案的特點(diǎn)；（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測量位移的方法。

（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)

（b）絲杠滑臺驅(qū)動(dòng)

解：（1）分析兩種方案的特點(diǎn)：電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移；電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移。

（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測量位移的方法

分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。

1.鎖緊螺母 2.圓螺母 3.帶凸緣螺母 4.無凸緣螺母

答：圖中所示的雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙，雙螺母中的一個(gè)外端有凸緣，一個(gè)外端無凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個(gè)螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用

鎖緊螺母鎖緊。

分析下圖中傳動(dòng)大負(fù)載時(shí)消除齒側(cè)間隙的原理。1、6－小齒輪 2、5－大齒輪 3－齒輪 4－預(yù)載裝置

7－齒條

答：小齒輪1、6與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使齒輪2、5同時(shí)向相反方向移動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1、6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙

分析圖中整體式PLC的各組成部分中CPU、存儲器、電源、輸入/出單元的功能。

答:(1)中央處理器CPU是PLC的運(yùn)算和控制核心，控制其它所有部件的運(yùn)行，功能相當(dāng)于人的大腦。

(2)存儲器用來存儲數(shù)據(jù)和程序，包括隨機(jī)存儲器(RAM)和只讀存儲器〈ROM)，用于存儲系統(tǒng)程序和周戶程序。(3)輸入/輸出（I/O）單元是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。(4)電源包括系統(tǒng)電源和后備電池，其中后備電池可在停電時(shí)繼續(xù)保持幾十小時(shí)的供電。

五、計(jì)算題

某工作臺采用如圖所示的直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺的行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t=4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為0.005mm（忽略齒輪和絲杠的傳動(dòng)誤差）。

（1）若采用高速端測量方法，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機(jī)輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。

簡述對滾珠絲桿副進(jìn)行間隙調(diào)整和預(yù)緊方法

刻線為1024的增量式角編碼器安裝在機(jī)床的絲杠轉(zhuǎn)軸上，已知絲杠的螺距為2mm，編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個(gè)脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？ 解：（1）絲杠旋轉(zhuǎn)一周有1024個(gè)脈沖，307200個(gè)脈沖對應(yīng)于絲杠旋轉(zhuǎn)307200/1024=300周，故刀架的位移量為300*2mm=600mm，（2）絲杠的轉(zhuǎn)速為300*2π//10=60π

（弧度/ 秒）如圖所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺系統(tǒng)，其中驅(qū)動(dòng)x向工作臺的三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z為100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm。已知傳動(dòng)系統(tǒng)的橫向(x向)脈沖當(dāng)量δ為0.005mm/脈沖。試求：（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角α；（2）減速齒輪的傳動(dòng)比i。

解：（1）K=3相，N=3拍，z=100

步進(jìn)電機(jī)的步距角α=360o/(z*m)= 360o/(z*K*N)= 360o/(100*3*3)=0.4 o

（2）由于一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)0.4 o，工作臺橫向(x向)脈沖當(dāng)量0.005mm，由于滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm，對應(yīng)于絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一周360 o，設(shè)一個(gè)脈沖絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為x，則

6mm/360o=0.005/xo，得x=0.3o 故減速齒輪的傳動(dòng)比i=0.3/0.4=3/4 某工作臺采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)如圖所示，已知電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4×10-4kg〃m3，與電機(jī)輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=1×10-4kg〃m3，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2=1.8×10-4kg〃m3，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=3.8×10-4kg〃m3。工作臺的質(zhì)量m=50kg，絲杠導(dǎo)程t=5mm，齒輪減速比為i=5。試求：

（1）工作臺折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG；（2）傳動(dòng)件折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je；（3）電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。

圖 直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺 解：（1）JG=m（t/2π）2=50*1000*(0.005/2/3/14)2=0.03166(kg〃m3)(2)Je=(J2+Js+JG)/i2=（1.8×10-4+3.8×10-4+316.6×10-4）/52= 12.88×10-4

(kg〃m3)(3)J= J1+ Je =1×10-4 +12.88×10-4 =13.88(kg〃m3)已知某四級齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各級減速比相同，即i1 = i2 =…= i4 =3，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差Δφmax。解：Δφmax=Δφ1/(i1* i2* i3* i4)+(Δφ2+Δφ3)/(i2* i3* i4)+(Δφ4+Δφ5)/(i3* i4)+

(Δφ6+Δφ7/(i4)+ Δφ8=

=0.01/34+ 0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01

=0.01975（弧度）

（2）若采用低速端測量方法，將傳感器與絲杠的端部直接相連，ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用？

圖 直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺

解：（1）設(shè)工作臺位移（測量精度）0.005mm時(shí)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為X?，則有

360??X?

4mm0.005mm 得：X?0.45?，若對應(yīng)于電機(jī)軸的角度為Y?，則

Y?iX??2.25?，安裝在電機(jī)輸出軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器共

有360?，故旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為360?/2.25??16（2）因?yàn)?60?/0.45??80> ns=500，故不合用。圖示為電樞控制式直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。圖中電機(jī)線圈的電流為i；L與R為線圈的電感與電阻；電機(jī)的輸入電壓為u；折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JM；電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T和ω；KE和KT分別為電樞的電勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。

解：

??u?iR?Li'?KE?(1)?KTi?JM?'(2)在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換：

??U(s)?I(s)R?LsI(s)?KE?(s)(3)?KTI(s)?JMs?(s)(4)

由（4）式得I(s)?JMs?(s)/KT，帶入到（3）式，得輸

出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)

?(s)KU(s)?TLJMs2?RJMs?KEKT

五、綜合題

1．如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)

及傳感器的誤差對輸出精度的影響。

解：齒輪減速器存在兩種誤差：傳動(dòng)誤差和回程誤差。傳動(dòng)誤差主要由溫度或彈性導(dǎo)致的齒輪變形產(chǎn)生；回程誤差主要是由齒輪間隙造成。為提高齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則分配，設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差為

??k、第k個(gè)齒輪到第n級輸出軸的傳動(dòng)比為

ikn，設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差折算到末級輸出軸上的總誤差為

????n???/imaxmax?knk絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)誤差主要由絲杠與螺母之間的間隙決

k?1

定，通?？捎善溟g的調(diào)整、預(yù)緊調(diào)整到最小程度，由于這個(gè)誤差是在末級上，其大小直接影響輸出精度。傳感器的誤差對輸出精度的影響是通過控制產(chǎn)生的，由于傳感的誤差必然導(dǎo)致控制的誤差?？梢哉f，傳感器的誤差直接決定對輸出精度的影響。2．用PLC實(shí)現(xiàn)對一臺電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。控制要求為：首先電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，3秒后自動(dòng)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動(dòng)又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時(shí)停車。（1）寫出I/O分配表；

（2）選擇PLC，畫出梯形圖。

解：（1）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)開關(guān)I0.0，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.0，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.1，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1。

已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個(gè)部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪一個(gè)基本要素？

解答：圖中各部可分為：（1）控制及信息處理單元：

鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示（2）測試傳感部分：光電編碼器、信號處理（3）

能源：電源（4）驅(qū)動(dòng)部分：功放、電機(jī)（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺 試分析圖示傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對工作臺輸出精度的影響？

解答：齒輪傳動(dòng)鏈位于電機(jī)之后，前向通道的閉環(huán)之外，其傳動(dòng)誤差的低頻分量和高頻分量都不能通過閉環(huán)控制來消除，都會(huì)影響輸出精度。

如圖所示的系統(tǒng)，試分析傳感器的誤差對輸出精度的影響。解答：

傳感器位于閉環(huán)之內(nèi)的反饋通道上，其誤差的高頻分量（噪聲信號）因系統(tǒng)的低通作用得到校正，不影響輸出精度；傳感器誤差的低頻分量，如靜態(tài)精度（分辨率等）直

接影響輸出精度，它決定了系統(tǒng)精度的上限。試分析圖示傳動(dòng)系統(tǒng)中，信號變換電路及絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差對工作臺輸出精度的影響。

解答：信號變換電路位于輸入通道，誤差的低頻分量會(huì)影響輸出精度，因此對靜態(tài)精度有較高要求；而誤差的高頻分量對輸出精度幾乎沒有影響，允許存在一定程度的高頻噪聲。絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差的低頻分量和高頻分量都會(huì)影響輸出精度，因此要盡量消除傳動(dòng)間隙和傳動(dòng)誤差。

對比說明步進(jìn)電機(jī)和直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。（10分）解答：步進(jìn)電機(jī)與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主要有如下不同特點(diǎn)：（1）在工作原理方面，步進(jìn)電機(jī)通過改變輸入脈沖的數(shù)量、頻率和順序來控制電機(jī)；而直流電機(jī)主要是靠改變電樞兩端的電壓來調(diào)速，調(diào)速特性好，調(diào)速范圍寬。（2）步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)位置控制；而直流電機(jī)一般用于閉環(huán)位置控制。（3）步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力；而直流電機(jī)沒有斷電自鎖能力。（4）步進(jìn)電機(jī)的輸出扭矩較小，而直流電機(jī)的輸出扭矩可以很大。此外，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角不受電源電壓波動(dòng)的影響，但對電源的要求比較高。

如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50Kg，負(fù)載力為

F,最大加速度為10m/s2,絲杠直徑為

l?1000Nd=16mm,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。

解：（1）計(jì)算負(fù)載力負(fù)載力由外負(fù)

載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成外負(fù)載力 F慣性負(fù)

l?1000N載力FmFm?m?a?50?10?500N（2）電機(jī)上的負(fù)載力矩

T?1i?t2??(F)?1ml?Fm為

?14?10?3

?5?2??(1000?500)?10.3如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，?0.63Nm已知工作臺的質(zhì)量為m=200Kg，負(fù)載力為Fl?1500N，最大加速度為a＝5m/s2,工作臺與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，絲杠直徑為d=36mm,導(dǎo)程t=8mm,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。（重力加速度取g＝10m/s2）

解：（1）計(jì)算負(fù)載力負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力和摩擦力三部分構(gòu)成外負(fù)載力F1500N

l?慣性負(fù)載力Fm?m?a?200?5?1000N

摩擦力

Ff???m?g?0.1?200?10?200N

（2）電機(jī)上的負(fù)載力矩為

T?1?t?1m

i2?(Fl?Fm?Ff)???18?10?315?2??(1500?1000?200)?0.3?2.29Nm

第二篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

（一）判斷題

1．在機(jī)電一體化系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)要滿足伺服控制的三個(gè)主要要求是（A）。

A．傳動(dòng)精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性

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

2．在機(jī)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(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差 E．消除傳動(dòng)系統(tǒng)的回程誤差

（三）簡答題

例：試述機(jī)電一體化產(chǎn)品的定義和分類方法。

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

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

（四）分析題

例：已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個(gè)部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪個(gè)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(jī)的尾部，通過測量電機(jī)的轉(zhuǎn)角實(shí)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(jì)式位移傳感器。

(2)控制計(jì)算機(jī)和控制方案的選擇

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

b．工業(yè)PC機(jī)、單片機(jī)分級控制方案：用一臺工業(yè)PC機(jī)與三個(gè)單片機(jī)通信，對三個(gè)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)管理，每個(gè)單片機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下：

第三篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí)題

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí)題

一、選擇題（每題2分，共50分）1.那些不是結(jié)構(gòu)型傳感器

A.彈簧管 B.雙金屬片

C.水銀溫度計(jì) D.電感電容 2.那些不是物理型傳感器的特點(diǎn)

A.無中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) B.固體傳感

C.集成 D.體積大 3.哪一項(xiàng)不是傳感器指標(biāo)

A.類型 B.容量 C.體積

B.線性度 4.下列哪項(xiàng)對熱電偶的說法不正確

A.不能測量絕對溫度 B.利用的是溫差效應(yīng) C.鉑電阻屬于熱電偶 D.需要冷端補(bǔ)償 5.傳感器的環(huán)境參數(shù)不包括什么

A.環(huán)境溫度

B.濕度 C.沖擊

D.噪音 6.傳感器的基本性能參數(shù)不包括什么

A.量程

B.靈敏度

C.動(dòng)態(tài)特性

D.尺寸 7.半閉環(huán)伺服結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)不包括：

A.系統(tǒng)簡單 B.穩(wěn)定性好 C.調(diào)試?yán)щy D.成本較低

8.際轉(zhuǎn)速1350r/min、電源頻率50Hz的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)差率是多少？

A.0.05 B.0.1 C.0.15 D.0.2 9.某步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相單三拍運(yùn)行時(shí)步距角為3°，三相六拍運(yùn)行時(shí)步距角是多少？

A.3°

B.6°

C.2°

D.1.5° 10.采用PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)不包括

A.頻率高、頻帶窄 B.電流脈動(dòng)小 C.電源的功率因數(shù)高 D.動(dòng)態(tài)硬度好

11.設(shè)絲杠導(dǎo)程5mm，2/4相步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8度，半步驅(qū)動(dòng)時(shí)的脈沖當(dāng)量為多少？

A.0.00625mm B.0.0125mm C.0.025mm D.0.05mm 12.下列哪一項(xiàng)不是機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要構(gòu)成裝置

A.電子裝置 B.控制裝置

C.驅(qū)動(dòng)裝置

D.機(jī)械裝置 13.下列把一項(xiàng)是出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象不穩(wěn)定的主要原因

A.電壓不穩(wěn)定 B.非線性摩擦力 C.負(fù)載扭矩不穩(wěn)定 D.潤滑不良 14.滾動(dòng)導(dǎo)軌預(yù)加負(fù)載的目的是什么

A.防止超速

B.消除間隙

C.降低噪音 D.提高剛度 15.哪項(xiàng)不是滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)

A.公稱直徑

B.長度

C.導(dǎo)程

D.行程 16.哪項(xiàng)不是機(jī)械傳動(dòng)要滿足伺服控制的主要要求

A.傳動(dòng)精度

B.壽命長

C.穩(wěn)定性

D.快速響應(yīng)性 17.下列哪一項(xiàng)屬于變異性設(shè)計(jì)

A.沒有參照樣板的設(shè)計(jì) B.根據(jù)故障查找故障原因

C.部更改，適應(yīng)性變動(dòng)

D.適應(yīng)于量的方面變更要求，方案功能結(jié)構(gòu)不變 18.哪項(xiàng)不是機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容

A.功能

B.原理

C.結(jié)構(gòu)

D.模式 19.傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)注重

A.安全系數(shù)設(shè)計(jì)

B.功能設(shè)計(jì)

C.機(jī)械設(shè)計(jì)

D.電路設(shè)計(jì) 20.PI稱為（）控制算法。A.比例 B.比例微分

C.比例積分 D.比例積分微分 21.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 22.齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨傳動(dòng)級數(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

23、哪項(xiàng)不是串行通訊的特點(diǎn)（）。

A．?dāng)?shù)據(jù)位傳送

B．傳輸按位順序進(jìn)行 C．只需要兩根傳輸線

D．成本低但送速度慢

24、哪項(xiàng)不是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的本質(zhì)（）。

A．速度變換

B．轉(zhuǎn)速變換

C．力矩變換

D．轉(zhuǎn)角控制

25、開關(guān)緩沖電路使用的二極管是（）。

A．普通整流二極管

B．檢波二極管

C．快速二極管

D．大電流功率二極管 26.下列哪一項(xiàng)不是DCS分布式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

A.具有三層結(jié)構(gòu)

B.系統(tǒng)控制危險(xiǎn)性分散 C.集中監(jiān)視、操作和管理

D.布線簡潔，系統(tǒng)開放 27.哪項(xiàng)不是固態(tài)繼電器SSR的特點(diǎn)

A.高壽命 B.開關(guān)速度快 C.電磁兼容性好 D.有噪音

28、測速發(fā)電機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要用作測量（）A、交流電壓

B、直流電壓 C、位移量

D、轉(zhuǎn)速

29、在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)要滿足伺服控制的三個(gè)主要要求是（）。A．傳動(dòng)精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性

B．傳動(dòng)精度、穩(wěn)定性、低噪聲

C．傳動(dòng)精度、高可靠性、小型輕量化

D．傳動(dòng)精度、高可靠性、低沖擊振動(dòng) 30..使?jié)L珠絲杠具有最大剛度的支承方式是（）A、一端裝止推軸承

B、一端裝化推軸承，另一端裝向心球輪承 C、兩端裝止推軸承

D、兩端裝止推軸承及向心球輪承

31.信號采樣頻率Ws，信號有效頻帶Wc和抗混疊濾波頻率Wf應(yīng)滿足如下關(guān)系（）A、Wc

32、直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組的阻值小說明電機(jī)（）

A、特性硬

B、始動(dòng)電壓低

C、特性軟

D、啟動(dòng)電流大

33、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖電源的關(guān)系是（）A、與電源脈沖頻率成正比 B、與電源脈沖數(shù)成正比

C、與電源脈沖寬度成正比 C、與電源脈沖幅值成正比

34、絕對碼盤碼道數(shù)越多,則（）A、能分辨的角度越大

B、能分辨的角度越小 C、測量精度降低

D、能分辨的角度不變 35.進(jìn)行行為、結(jié)構(gòu)的映射是（）設(shè)計(jì)過程, A．功能建模 B.行為建模 C.結(jié)構(gòu)建模 D.評價(jià)決策 36.下列哪一項(xiàng)不是機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的類型，A.開發(fā)性設(shè)計(jì) B.可靠性設(shè)計(jì) C.適應(yīng)性設(shè)計(jì) D.變異性設(shè)計(jì) 37.下列哪一項(xiàng)屬于適應(yīng)性設(shè)計(jì)

A.沒有參照樣板的設(shè)計(jì)

B.根據(jù)故障查找故障原因

C.局部更改，適應(yīng)性變動(dòng) D.適應(yīng)于量的方面變更要求，方案功能結(jié)構(gòu)不變 38.小功率傳動(dòng)鏈中，為使總的折算慣量最小，各級傳動(dòng)比分配應(yīng)遵守

A.前大后小

B.前小后大

C.前后相等

D.平方關(guān)系 39.哪項(xiàng)不是諧波傳動(dòng)部件基本組成部件

A.剛輪

B.柔輪

C.波發(fā)生器

D.行星輪 40.全閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是

A.精度高 B.系統(tǒng)簡單 C.成本較低

D.調(diào)試簡單

41.如忽略電機(jī)電磁時(shí)間常數(shù), 電壓為輸入量，轉(zhuǎn)角為輸出量時(shí)，直流伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型是

A.比例環(huán)節(jié)

B.一階系統(tǒng)

C.二階系統(tǒng)

D.積分環(huán)節(jié) 42.滾珠絲杠副的基本導(dǎo)程減小，可以（）

A、提高精度 B、提高承載能力 C、提高傳動(dòng)效率 D、加大螺旋升角 43.下列哪一項(xiàng)不是機(jī)電一體化系統(tǒng)的主功能組成（）。

A．物質(zhì)、能量、信息的變換

B．物質(zhì)、能量、信息的傳遞

C．物質(zhì)、能量、信息的存儲 D．物質(zhì)、能量、信息的融合 44.下列哪一項(xiàng)是機(jī)電一體化的特性（）。

A．裝置的控制屬于強(qiáng)電范疇

B．自動(dòng)信息處理, C．支撐技術(shù)是電工技術(shù) D．以機(jī)械聯(lián)結(jié)為主

45.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］ 46.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

47.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 48.圖示利用繼電器觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的邏輯函數(shù)為()A.(A+A)·(B+B)B.A·B+A·B C.(A+B)·(A+B)D.A·B+A·B

49.在數(shù)控系統(tǒng)中，復(fù)雜連續(xù)軌跡通常采用（）方法實(shí)現(xiàn)。

A.插補(bǔ) B.切割

C.畫線 D.自動(dòng) 50.PD稱為（）控制算法。

A.比例 B.比例微分

C.比例積分 D.比例積分微分 51.PWM指的是（）。

A.機(jī)器人

B.計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)

C.脈寬調(diào)制

D.可編程控制器 52.步進(jìn)電機(jī)一般用于（）控制系統(tǒng)中。

A.開環(huán)

B.閉環(huán)

C.半閉環(huán) D.前饋 53.下列哪個(gè)不是傳感器的動(dòng)特性()A.臨界速度 B.臨界頻率 C.穩(wěn)定時(shí)間 D.分辨率

54.感應(yīng)同步器定尺繞組中感應(yīng)的總電動(dòng)勢是滑尺上正弦繞組和余弦繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的()A.代數(shù)和 B.代數(shù)差 C.矢量和 D.矢量差

55.在直流電機(jī)速度控制中改變電樞供電電壓U(保持勵(lì)磁磁通Φ不變)屬于()調(diào)速

A.恒功率 B.變功率 C.恒轉(zhuǎn)矩 D.變轉(zhuǎn)矩

56、輸入電壓量程為-10V～+10的10位AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換公式，-5V對應(yīng)的AD輸出值是（）。

A．100H

B．200H

C． 1FFH

D．7FH

57、設(shè)某光柵的條紋密度是250條/mm，要用它測出1um的位移，應(yīng)采用（）細(xì)分電路。

A．1倍頻

B．2倍頻

C．3倍頻

D．4倍頻

58、哪一項(xiàng)不是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的測速元件（）。

A．測速發(fā)電機(jī)

B．光電編碼器

C．應(yīng)變片

D．渦流傳感器

59、絕對編碼盤的道數(shù)為10道，則位數(shù)為10，能分辨的最小角度為（）。A．360/

2B．360/2

C．360/2

D．360/260、對RS-232C通訊方式描述正確的是（）。

A．接口的信號電平值較低，不易損壞接口電路的芯片

B．傳輸速率較高，在異步傳輸時(shí)，波特率為200Kbps C．其傳輸距離有限

D．只用兩根線即可實(shí)現(xiàn)

二、判斷題（本大題共10個(gè)小題，每題2分，共計(jì)20分，請使用“A對B錯(cuò)”答案形式）。1.功能的等效性、各環(huán)節(jié)的互補(bǔ)性是機(jī)電一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)的條件。2.系統(tǒng)可靠性是各組成環(huán)節(jié)可靠性的邏輯或。

3.可靠性原理是指規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。4.工業(yè)三要素是資金、人才、技術(shù)。

5.全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床上位置傳感元件是裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。6.邏輯功能元包括:與、或、非、加、減、乘、除。7.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)化。

8.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)以強(qiáng)度和低壓控制為中心，強(qiáng)調(diào)功能設(shè)計(jì)。

9.液壓伺服的缺點(diǎn)是效率低,保養(yǎng)麻煩,漏油污染環(huán)境，運(yùn)動(dòng)形式少，成本高，有附加裝置。10.直流伺服電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速n0與堵轉(zhuǎn)矩Tb之比的絕對值越小，則電機(jī)特性越軟。

11.RS-232接口在總線上允許連接多個(gè)收發(fā)器

12.為了防止采樣過程信號發(fā)生頻率混疊可以在采樣前設(shè)置一個(gè)高通濾波器

13.液壓馬達(dá)為得到合適的運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載能力，一般要使用較大傳動(dòng)比的減速器，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸較大

14.串口通訊至少要包含物理層（硬握手電氣特性）和協(xié)議層（軟握手）15.DCS分布式控制系統(tǒng)具有集中管理和分散控制的特點(diǎn)。（）

16.采用惠斯登電橋結(jié)構(gòu)傳感檢測時(shí)，為消除溫度干擾應(yīng)采用的激勵(lì)電源為恒壓源。（）17.在小功率傳動(dòng)鏈中為使總的折算慣量最小，各級傳動(dòng)比分配應(yīng)遵守前大后小原則。（）18.電氣伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括直流伺服和交流伺服。（）

19.傳動(dòng)出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象不穩(wěn)定的主要原因是摩擦系數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（）

20.連續(xù)控制系統(tǒng)與點(diǎn)位控制系統(tǒng)之間最主要的區(qū)別在于點(diǎn)位控制系統(tǒng)有一個(gè)插補(bǔ)器 21.機(jī)電產(chǎn)品的功能可以劃分原理、結(jié)構(gòu)、行為。

22.能實(shí)現(xiàn)順序控制的基本功能是組合邏輯，計(jì)數(shù)器，定時(shí)器。1

1。

10。

2。23.規(guī)劃一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的步驟為,分解被控對象和機(jī)器；建立功能規(guī)范,安全電路設(shè)計(jì), 詳細(xì)說明操作功能，建立PLC配置圖, 建立符號名表。

24.順序控制包括以狀態(tài)控制為主和以時(shí)間控制為主兩類。

25.測速發(fā)電機(jī)的原理與直流電機(jī)相同

26.27.28.29.30.對于傳感器的非線性，可以通過標(biāo)定采用曲線擬合和線性插值的方法來提高數(shù)據(jù)精度。

常用的測溫傳感器中Pt熱電阻和熱電偶測量的是相對溫度。電液比例閥是用比例電磁鐵來代替手動(dòng)調(diào)節(jié)。

開環(huán)控制系統(tǒng)中，多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)。

產(chǎn)品的功能、原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

三、分析題計(jì)算題

1.機(jī)械工業(yè)中微電子技術(shù)應(yīng)用有哪些方面，及其對機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的意義？

2.某工作臺采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺的行程L=250mm,絲杠導(dǎo)程t=4mm,齒輪減速比為i=5,要求工作臺位移的測量精度為0.005mm，采用高速端測量方法，采用絕對旋轉(zhuǎn)編碼器，則絕對碼盤最少要求的道數(shù)為多少？（忽略齒輪和絲杠的傳動(dòng)誤差）。

3．如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺的質(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。

4.數(shù)字采樣閉環(huán)控制中誤差En（n=1,2,3,…），輸出控制量Un（n=1,2,3,…），比例系數(shù)為Kp，微分時(shí)間常數(shù)為Td，積分時(shí)間常數(shù)Ti，采樣周期為Ts，試寫出數(shù)字PID調(diào)節(jié)時(shí)的控制算式？

5.畫出集電極開路輸出（OC方式）驅(qū)動(dòng)繼電器的電路圖和相應(yīng)的緩沖電路，試分析采用OC驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。

6、絲杠導(dǎo)程6mm，3相步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.2度，3相6拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的脈沖當(dāng)量為多少？(15分)？

7.設(shè)直流電機(jī)電樞感抗為La，電樞內(nèi)阻為Ra，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jm，速度電勢常數(shù)Kb，電流力矩常數(shù)Ki，電壓u(t)為輸入量，速度w(t)為輸出量時(shí)，求直流電機(jī)的傳遞函數(shù)？（15分）

8.分別說明相對旋轉(zhuǎn)光電編碼器的A、B相和Z相表示意義，請?jiān)O(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)方向鑒別電路？ 參考答案：

一、CDCCD BABBB BACDC BAABC CADBB CADCC

二、ABABA BABBB

BBBAA BBBBB BAAAA ABAAA

三、1.應(yīng)用方面：

1）對機(jī)器或機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行巡檢傳感或控制 2)對機(jī)器或機(jī)組系統(tǒng)工作程序的控制

3)用電子技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品中機(jī)械部件完成的功能，簡化產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu) 4)節(jié)約材料 5)節(jié)能降耗

對機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的意義：

功能模塊化；封裝模塊化；電路（板）器件微型化；可靠性高；抗干擾能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)一體化；機(jī)電產(chǎn)品體小、性優(yōu)、價(jià)廉。

2、電機(jī)每轉(zhuǎn)的工作臺位移量為： 4mm/5=0.8mm 要求的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為： 0.8/0.005=160 27<160<28

答：絕對碼盤的道數(shù)至少是8道。

3、計(jì)算負(fù)載力

負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成（1）外負(fù)載力Fl＝100N（2）慣性載力Fm＝ma＝50×10＝500N 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩為

DCBDA BDDAC DDDAC BCBDA BCAAB ADCBC

1t1Tm???(Fl?Fm)?i2??

10.0041???(1000?500)??0.63N52?0.34.根據(jù)PID的控制算式

Un(t)?Kpe(t)?Kdde/dt?Ki?e(t)dt

TT可以得到絕對算式：Un?Kpen?d(en?en?1)?sTsTi或者是增量算式：

?ek?1nk?Uinitial

?Un?Kp(en?en?1)?TdT(en?en?2?2en?1)?sen

TsTi5．OC方式驅(qū)動(dòng)繼電器電路圖和相應(yīng)的緩沖電路圖：

緩沖電路方式可采用并聯(lián)二極管、并聯(lián)RC電路和并聯(lián)壓敏電阻等方法。交流開關(guān)的緩沖主要使用并聯(lián)一個(gè)RC串連電路和并聯(lián)壓敏電阻的方法。

緩沖過程，例如并聯(lián)二極管的緩沖電路：晶體管關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過二極管續(xù)流，減輕了晶體管的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。采用集電極OC輸出的特點(diǎn)：

相當(dāng)于開關(guān)輸出。有較大電流驅(qū)動(dòng)能力；能夠?qū)崿F(xiàn)“線與”功能；能夠?qū)崿F(xiàn)不同電路的接口。

6、3相6拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量角＝1.2／2＝0． 6。

反映在絲杠上的脈沖當(dāng)量＝6／【360／0．6】＝0．01mm

7、設(shè)電機(jī)輸出力矩為Mm(t)，那么 Ea(t)=Kbωm(t)； Ea(s)=Kbωm(s)

Mm(t)?Kiia(t)?Mm(s)?KiIa(s)U(s)?RI(s)?LsI(s)?E(s)aaaaab

整理并消去中間變量得： Jmd?m(t)?Mm(t)?Jms?(s)?Mm(s)dt

1?RLaKbJ?(s)ma，其中，電磁時(shí)間常數(shù)，機(jī)電時(shí)間常數(shù) T??T?am2RaU(s)TaTms?Tms?1KbKi8.A、B兩相是兩組檢測窄縫群，節(jié)距同光電脈沖發(fā)生器圓盤上節(jié)距相等的窄縫，但兩組檢測縫與圓盤上窄縫的對應(yīng)位置錯(cuò)開1/4節(jié)距，其目的是使a,b兩個(gè)光電變換器的輸出信號相位上相差90。Z相是零點(diǎn)脈沖，可以提示被測軸已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一周。

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形超前通道B波形90°；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形滯后通道B波形90°；光電編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈，Z相輸出一個(gè)基準(zhǔn)脈沖，基準(zhǔn)脈沖的波形中心對準(zhǔn)通道A輸出的波形中心。

采用D觸發(fā)器即可實(shí)現(xiàn)方向鑒別，D觸發(fā)器的D端和時(shí)鐘端分別接A、B相信號，輸出端Q輸出0和1分別對應(yīng)逆時(shí)針和順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)方向。

第四篇：復(fù)習(xí)要點(diǎn)-機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程復(fù)習(xí)要點(diǎn)

★第1章緒論

? 機(jī)電一體化的定義； ? ? ?

第2章機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評價(jià) ? 制定機(jī)電一體化系統(tǒng)總體方案的一般步

驟

★第3章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)與液壓氣動(dòng)執(zhí)行裝置

? 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立；

? 機(jī)電一體化傳動(dòng)系統(tǒng)的特性（如：等效

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、間隙，等）；

?

常用傳動(dòng)裝置的工作特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法（如：同步帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)、絲杠傳動(dòng)，等）； 液壓與氣壓執(zhí)行裝置

機(jī)電一體化的基本結(jié)構(gòu)要素； 機(jī)電一體化的相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)； 機(jī)電一體化的技術(shù)發(fā)展趨勢

★第5章機(jī)電一體化中的伺服傳動(dòng)技術(shù) ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的組?

成與特點(diǎn)；

交、直流伺服系統(tǒng)，步進(jìn)伺服系統(tǒng)的組成、工作原理及特點(diǎn)。

★第6章機(jī)電一體化中的計(jì)算機(jī)技術(shù)

? 工業(yè)控制機(jī)、可編程控制器(PLC)、單片

機(jī)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)；

? 可編程控制器原理及其應(yīng)用。

★第7章機(jī)電一體化系統(tǒng)控制方法

? 機(jī)電一體化控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的方

法；

? PID控制的組成、作用； ?

★第8章典型機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析與綜合?

工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及發(fā)展階段； 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)。?

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組成、特點(diǎn)和發(fā)展。

?

★第4章傳感技術(shù)及應(yīng)用

? 傳感器的組成、分類和性能指標(biāo)； ?

各種傳感器的基本原理及應(yīng)用特點(diǎn)。

******************************************************************************* ?

題目類型；填空、判斷、選擇、簡答、綜合分析及計(jì)算等。

? 建議：在全面復(fù)習(xí)基礎(chǔ)上，抓住重點(diǎn)。預(yù)祝大家取得好成績!加油！

第五篇：0991機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

試卷代號：0991 國家開放大學(xué)(中央廣播電視大學(xué))2015年春季學(xué)期“開放本科”期末考試

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

試題

2015年7月

一、單選題(每小題3分，共24分)

1．機(jī)電一體化技術(shù)是以（）技術(shù)為核心，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。

A．自動(dòng)化

B．電子

C．機(jī)械

D．軟件

2．多級齒輪傳動(dòng)中，各級傳動(dòng)比相等的分配原則適用于按（）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。

A.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則

B．輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則

C.小功率裝置的重量最輕原則

D．大功率裝置的重量最輕原則

3．下列哪項(xiàng)指標(biāo)是傳感器的動(dòng)特性?（）

A．量程

B．線性度

C．靈敏度

D.幅頻特性

4．有一脈沖電源，通過環(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，已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，步進(jìn)電機(jī)的步距角是（）。

A．0.6o

B．1.2 o

C．1.5 o

D．2 o 5．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要由用戶自行編寫（），具有實(shí)時(shí)性、針對性、靈活性和通用性。

A．應(yīng)用軟件

B．開發(fā)軟件

C.系統(tǒng)軟件

D．實(shí)時(shí)軟件

6．PID控制算法中，微分調(diào)節(jié)器的主要作用是（）。

A．消除靜差

B．加快響應(yīng)

C.減小振蕩

D．提高穩(wěn)定性

7．含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是（）。

A.零接口

B．被動(dòng)接口

C.主動(dòng)接口

D．智能接口

8.HRGP—1A噴漆機(jī)器人中的旋轉(zhuǎn)變壓器屬于系統(tǒng)中的（）。

A．能源部分

B．測試傳感部分

C．控制器

D．執(zhí)行機(jī)構(gòu)

二、判斷題(正確的打√，錯(cuò)誤的打X，每題3分，共30分)

9．機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的肢體的延伸，還是人的感官與頭腦功能的延伸，具有“智能化”的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。（）

10．采用偏心軸套調(diào)整法對齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單，且可以自動(dòng)補(bǔ)償側(cè)隙。

（）

11．伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在控制信息作用下提供動(dòng)力，伺服驅(qū)動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的驅(qū)動(dòng)裝置。（）

12．永磁型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動(dòng)。（）

13．直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（）

14．自動(dòng)控制是在人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。（）15．無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測裝置的精度。（）

16．PLC完善的自診斷功能，能及時(shí)診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護(hù)故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（）

17．現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個(gè)獨(dú)立的部分，然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。（）

18．反求設(shè)計(jì)是建立在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費(fèi)用。（）

三、簡答題(每小題8分，共24分)19．簡述完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)五大組成要素。20．什么是傳感器的校準(zhǔn)?并簡述如何進(jìn)行校準(zhǔn)? 21．機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所起的作用是什么?

四、計(jì)算題(10分)

五、綜合題(12分)

23．假定你在設(shè)計(jì)一套典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，比如數(shù)控機(jī)床，請制訂出概念設(shè)計(jì)的流程。

試卷代號：0991

國家開放大學(xué)(中央廣播電視大學(xué))2015年春季學(xué)期‘‘開放本科”期末考試

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

試題答案及評分標(biāo)準(zhǔn)

(供參考)

2015年7月

一、單選題(每題3分，共24分)

1．B

2．C

3．D

4．C

5.A

6．B

7．D

8．B

二、判斷題(每題3分，共30分)

9．√

10．X

11．√

12．√

13．X

14．X

15．√

16．√

17．X

18．X

三、簡答題(每小題8分，共24分)

19．答：機(jī)電——體化系統(tǒng)是由機(jī)械本體和動(dòng)力系統(tǒng)，檢測傳感系統(tǒng)和執(zhí)行部件，信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。

20．答：傳感器在使用前、使用中或擱置一段時(shí)間再使用時(shí)必須對其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測或做必要的調(diào)整和修正，以確保傳感器的測量精度，這個(gè)復(fù)測調(diào)整過程稱為校準(zhǔn)。

為了對傳感器有一個(gè)長期的、穩(wěn)定的和高精度的基準(zhǔn)，在一些測量儀器中特別是內(nèi)部裝有微處理器的測量儀器中，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)功能。對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要精度比它高的基準(zhǔn)器，這種基準(zhǔn)器受時(shí)間的推移和使用的磨損等因素的影響，參數(shù)會(huì)隨之改變。因此對這種基準(zhǔn)器還要用更高精度的基準(zhǔn)器來定期校準(zhǔn)。

21．答：在進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，往往需要對項(xiàng)目的合理性、經(jīng)濟(jì)性等品質(zhì)加以評價(jià)； 在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前，也希望對項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果加以預(yù)測，以便選擇正確、高效的運(yùn)行策略或提前消除設(shè)計(jì)中的缺陷，最大限度地提高實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行水平。采用仿真技術(shù)可以省時(shí)、省力、省錢地達(dá)到上述目的。

四、計(jì)算題(10分)

22．解：左端外齒輪旋轉(zhuǎn)一周，螺母軸向移動(dòng)6mm，則每轉(zhuǎn)一個(gè)齒，螺母的軸向移動(dòng)6／100 ＝0.06mm；

右端外齒輪旋轉(zhuǎn)一周，螺母軸向移動(dòng)6mm，則每轉(zhuǎn)—個(gè)齒，螺母的軸向移動(dòng)6／98＝0.0612mm；

當(dāng)兩端轉(zhuǎn)向相同時(shí)：一端的外齒輪相對于另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過1個(gè)齒時(shí)，相對移動(dòng)的軸向距離為0.0612—0.06=0.012(mm)，所以當(dāng)一端的外齒輪相對于另—端的外齒輪轉(zhuǎn)過2個(gè)齒時(shí)相對移動(dòng)的軸向距離為(0.0612—0.06)*2=0.0024(mm)。

五、綜合題(12分)

23．解：產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)決定性地影響產(chǎn)品創(chuàng)新過程中后續(xù)的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)、產(chǎn)品市場開發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)包含以下流程：

(1)首先是將設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能；(2分)

(2)根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進(jìn)行總功能分解，劃分出各功能模塊，將總功能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系；(2分)

(3)對各功能模塊輸入／輸出關(guān)系進(jìn)行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)；(2分)

(4)尋找子功能(功能元)的解，并將原理解進(jìn)行組合，形成多種原理解設(shè)計(jì)方案；(2分)

(5)以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計(jì)組討論、審定。由于體現(xiàn)同——功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作原理；(2分)

(6)方案進(jìn)行整體評價(jià)：對不同的方案進(jìn)行整體評價(jià)，選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品。(2分)

(注：繪制出流程圖或文字作答均可)