3.PWM指的是〔 C〕。
4.PD称为〔 B 〕控制算法。
5.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用〔 A 〕方法实现。
四、填空题
1.在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：
串行通信和并行通信。
2.微机控制系统中的输入与输出通道一般包括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，首先应保证系统的稳定性和精度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电磁式液压式气压式和其它等四大类型。
5.在SPWM变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波
6.异步交流电动机变频调速：
a）基频〔额定频率〕以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。
b）基频〔额定频率〕以上的弱磁通变频调速，属于恒功率调速方式。
7.开环步进电动机控制系统，主要由.环形分配器功率驱动器步进电机等组成。
8.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.实现步进电动机通电
14.环形分配的三种常用方法是：
1〕计算机软件
2〕硬件分配，3〕专用环形分配器
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〕操作指导控制系统2〕直接控制系统
3〕监视计算机控制系统4〕分级计算机控制系统
10．应用于工业控制的计算机主要有：
1〕单片机2〕PLC，3〕总线工控机等类型。
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
电压或电流的形式，通过金属导体传递。
12.抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、隔离滤波接地合理布局和软件抗干扰技术。
13.电场屏蔽----通常用铜、铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体，并应保持良好接地。
14．根据频率特性解释如下滤波器的作用：
1〕低通滤波器：
只让低频成分通过，而高于截止频率成分受到抑制、衰减，不让通过。
2〕带通滤波器：
只让某一频带的成分通过，而低于上截止频率成分和高于_下截止频率成分的成分抑制,不让通过。
五、简答题
1.试简述光电式转速传感器的测量原理。
2.试述可编程控制器的工作原理。
3.在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？
是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？
为什么？
4.柔性制造系统的主要特点有哪些？
5步进电动机是什么电机？
它的驱动电路的功能是什么?
6.伺服控制系统一般包括哪几个局部？
每局部能实现何种功能？
六、 解答题（每一小题5分，共40分）
1．简述一个典型的机电一体化系统的根本组成要素。
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根本要求与机械系统的组成。
4.简述在微机控制系统中I/O控制方式与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.有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min，转子有24个齿，求：
1〕步进电机的步距角；2〕脉冲电源的频率。
8.测量某加热炉温度围为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。
七、计算题
1.某光栅传感器，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？
假如经四倍细分后，记数脉冲仍为400，如此光栅此时的位移是多少？
测量分辨率是多少？
2.假如12位A/D转换器的参考电压是±2.5V，试求出其采样量化单位q。
假如输入信号为1V，问转换后的输出数据值是多少。
八、综合应用题（每一小题15分，共30分）
1、4－锥齿轮2、3－键
5－压簧6－螺母7－轴
2、周向弹簧调整法
2.分析如下图差动螺旋传动原理
设螺杆3左、右两段螺纹的旋向一样，且导程分别为Ph1和Ph2。
2为可动螺母
机电一体化复习题参考答案
一名词解释
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、接口技术与系统总体技术等群体技术，以系统为出发点的最优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展动作，从而获得准确的位置、速度与动力输出的自动控制系统。
3闭环控制系统是指具有反响的控制系统。
4逆变器是将直流电变成交流电的电路。
5SPWM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。
6它是把组成微机的CPU、存储器I/O接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成芯片上构成一个完整的计算机。
7I/O接口电路也简称接口电路。
它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件〔电路〕。
它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。
8I/O通道也称为过程通道。
它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。
9串行通信是数据按位进展传送的。
在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。
串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。
10硬件在外设与存间直接进展数据交换〔DMA〕而不通过CPU
五、简答题
1.光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴（或与被测轴相连接的输入轴）上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。
光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。
当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距一样，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间的脉冲数N，如此可测出转速为
式中Z——圆盘上的缝隙数；
n——转速（r／min）；
t——测量时间（s）。
2.可编程控制器有两种根本的工作状态，即运行〔RUN〕和停止〔STOP〕状态。
不管是在哪种状态，PLC都是反复不断地重复进展，直至PLC停机。
在每次循环中，假如处于运行〔RUN〕状态，可编程控制器完成5个阶断，如下列图。
假如处于停止〔STOP〕状态，PLC也要循环进展部处理和通信服务。
3.由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化与编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否如此，将直接影响转换精度。
采样/保持器〔SamPLE/Hold〕就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。
模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。
当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。
4.〔1〕柔性高，适应多品种中小批量生产；〔2〕系统的机床工艺能力上是相互补充和相互替代的；〔3〕可混流加工不同的零件；〔4〕系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；〔5〕多层计算机控制，可以和上层计算机联网；〔6〕可进展三班无人干预生产。
5.步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机，本钱较低，易于采用计算机控制，且比直流\交流电动机组成的开环控制系统精度高，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。
步进电动机驱动电路实际上是一个功率开关电路，为使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，提供的足够功率的控制信号。
6.伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比拟环节等个五局部。
比拟环节是将输入的指令信号与系统的反响信号进展比拟，以获得输出与输入间的偏差信号，通常由专门的电路或计算机来实现；
控制器通常是计算机或PID控制电路；其主要任务是比照拟元件输出的偏差信号进展变换处理，以控制执行元件按要求动作；
执行元件按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体，一般包括传动系统、执行装置和负载；
检测环节指能够对输出进展测量，并转换成比拟环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。
六、 解答题（每一小题5分，共40分）
1．1〕机械本体2〕动力与驱动；3〕传感测试局部；4〕执行机构
5〕控制与信息处理单元
2．1〕、偏心轴套调整法2〕、双片薄齿轮错齿调整法
3．对机械系统的根本要求：
高精度；快速响应；良好的稳定性。
机械系统的组成：
传动机构；导向机构；执行机构。
4.程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。
独立编址；与储存器统一编址。
5．1）比拟环节；2）控制器；3）执行环节；4）被控对象；5）检测环节。
6．输入工作方式：
〔1〕直通方式〔2〕单缓冲方式〔3〕双缓冲方式
输出工作方式：
〔1〕单极性输出〔2〕双极性输出
º
2）f=400Hz
8.4℃;+2℃。
七、计算题
1）100：
1=400：
х
x=4mm
四细分：
400：
1=400：
х
x=1mm
分辨率：
1÷400=2.5（μm）
2）q=fmax－fmin/2i=5/212
2869化为二进制为1
八、综合应用题（每一小题15分，共30分）
1.在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5，其轴向力大小由螺母6调节。
锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动，从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。
1、4－锥齿轮2、3－键
5－压簧6－螺母7－轴
2.当螺杆转动
角时，可动螺母2的移动距离为
〔1〕
如果Ph1与Ph2相差很小，如此L很小。
因此差动螺旋常用于各种微动装置中。
假如螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，如此当螺杆转动
角时，可动螺母2的
移动距离为
〔2〕
可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母1快速趋近或离开。
这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。
机电一体化技术试题
一、填空（每空2分，共20分）
1.机电一体化产品按用途可以划分为和
2．控制与信息处理单元一般由控制计算机、和组成。
3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守原如此。
4．典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、和等局部构成。
5．传感器的静态特性能数主要有、、迟滞和重复精度。
二、简答题（每题4分，共20分）
1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?
2．机电一体化相关技术有哪些?
3．转动惯量对传动系统有哪些影响?
4．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要容。
5．简述A／D、D／A接口的功能。
三、分析题（20分）
1．数控机床控制系统如下列图，试说明图中的各个局部属于机电一体化系统巾的哪一个根本要素?
2．试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响?
四、计算题（24分）
1．如下列图电机驱动系统，工作台的质量为m=50kg负载力为F1＝1000N，最大加速度为10m／s2’，丝杠直径为d＝20mm，导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，总效率为ŋ=30％，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。
2．某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，工作台的行程L=250mm，丝杠
导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的测量精度为o．005mm（忽略齿轮和丝杠
的传动误差）。
（1）试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数‘
（2）假如将传感器与丝杠的端部直接相连，n。
=500脉冲／转的旋转编码器是否合用。
五、综合题（16分）
电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如下列图，确定整系统
的控制方案、画出控制系统原理图。
（至少提出两个方案）
答案与评分标准
（供参考）
一、填空[每空2分，共20分）
产业机电一体化产品民用机电一体化产品
2．控制软件硬件接口
3．前小后大
4．电源输入／输出接口
5．灵敏度线性度
二、简答题（每题4分，共20分）
1．答：
机电一体化技术使机械传动局部减少，因而使机械磨损，配合间隙与受力变形等所
引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因
素造成的误差，从而提高精度。
2．答：
机电一体化相关技术有：
机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动控制技
术，传感器测试技术和伺服驱动技术。
3．答：
转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使
系统固有频率下降，容易产生谐振。
4．答：
详细设计主要包括：
系统总体设计；业务的分组；机械本体与工具设计；控制系统设
计：
程序设计；后备系统设计；完成详细设计书与制造图样；产品出厂与使用文件的设计。
5．答：
A／D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为
数字量。
D／A接口是将二进制数字量转换成电压信号。
三、分析题（20分）
1.（10分）解答：
图中各部可分为：
（1）控制与信息处理单元：
键盘、计算机、显示；
（2）测试传感局部：
光电编码器、信号处理；（3）能源：
电源；（4）驱动局部：
功放、电机；（5）执行机构：
联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台
2．（10分）解答：
齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低频分量和高频分量都不
能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。
四、计算题（24分）
1．（12分）解：
（1）计算负载力（4分）
负载力由外负载力、惯性负载力两局部构成
（1）高速端测量
设传感器的每转脉冲数为，n，每个脉冲对应工作台的位移为
满足题目要求。
（2）低速端测量
传感器直接与丝杠连接，与减速比无关
可知〞。
＝500脉冲／转的编码器不合用。
五、综合题（16分）
解：
可以使用工业PC机或者单片机完成系统的控制。
具体可以有下三种方案：
（1）工业PC机集中控制方案：
用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制，系统原理图如下。
（2）工业PC机、单片机分级控制方案：
用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片
机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。
（3）单片机、单片机分级控制方案：
用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三
个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。
评分标准：
正确回答出三种方案之中的任意两个即可得总分为。
机电一体化复习题
一、名词解释
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、接口技术与系统总体技术等群体技术，实现多种技术功能复合的最优功能价值的系统工程技术。
2、柔性制造系统：
柔性制造系统〔FlexibleManufacturingSystem〕是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的根底上实现物料流和信息流的自动化。
3、传感器：
传感器适机电一体化系统中不可缺少的组成局部，能把各种不同的非电量转换成电量，对系统运行中所需的自身和外界环境参数与状态进展检测，将其变成系统可识别的电信号，传递给控制单元。
4、伺服电动机：
伺服电动机又称控制电机，其起动停止、转速或转角随输入电压信号的大小与相位的改变而改变。
输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以改变电动机的转速与转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。
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。
6、人机接口：
人机接口〔HMI〕是操作者与机电系统〔主要是控制微机〕之间进展信息交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工作。
7、PLC：
可编程控制器〔ProgrammableLogicalController〕简称PLC.是一种在继电器控制和计算机控制的根底上开发出来，并逐渐开展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各种生产机械和生产过程的自动控制中。
8、变频器：
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素以与过流/过压/过载保护等功能。
9、通信协议：
通信协议是指通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程，包括逻辑电平的定义、应用何种物理传输介质、数据帧的格式、通信站地址确实定、数据传输方式等。
10、MPS系统：
模块化生产加工系统〔ModularProductionSystem〕简称MPS系统，它是德国FESTO公司结合现代工业的特点研制开发的模拟自动化生产过程，集机械、电子、传感器、气动、通信为一体的高度集成的机电一体化装置。
二、填空题
1、电感式传感器是一种把微小位移变化量转变成电感变化量的位移传感器。
2、光电编码器根据结构可分为增量式和绝对式。
3、热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的热电阻效应。
4、热电偶温度传感器的工作原理是基于物体的热电效应。
5、对伺服系统的技术要系统精度、稳定性、响应特性、工作频率。
6、液压系统一般包括动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件四个局部。
7、典型的气动驱动系统由气源装置、执行元件、控制元件和辅助元件组成。
8、机电控制系统的机械装置主要包括传动机构、导向机构和执行器三个局部。
9、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：
静态设计、动态设计。
10、欠电流继电器利用其常开触点串接在被控线路中起欠流保护。
11、过电流继电器利用其常闭触点串接在被控线路中起过流保护。
12、接口的根本功能主要有数据格式转换、放大、通信联络。
13、伺服系统的根本组成包括控制器、执行环节、检测装置、比拟环节。
14、工作接地分为一点接地、多点接地。
15、机电一体化产品按用途可以划分为办公机电一体化产品、产业机电一体化产品和民用机电一体化产品。
16、典型的可编程控制器由编程器、微处理器、存储器、电源和输入／输出接口等局部构成。
17、S7-200PLC的控制程序通常由用户程序、数据块和参数组成。
18、PLC根据数据传输方式分为并行和串行通信通信方式。
19、PLC的串行通信接口有RS232C、RS485、RS422。
20、S7-200的通信协议为PPI协议。
21、交-直-交变频器的部电路主要由整流电路、直流中间电路、逆变电路和控制电路组成。
22、机电一体化系统常用的能源有电力源、液压源和气压源。
三、简答题
1.机电一体化系统的根本构成要素有哪些？
答：
一个较完整的机电一体化控制系统，包括以下几个根本要素：
机械本体、动力源、传感装置、驱动执行机构、控制器等，各要素和环节之间通过接口相联系。
2.测试传感局部的作用
答：
测试传感局部的作用：
对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数与状态进展检测，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。
3.传感器是如何分类的？
答：
传感器的分类方法有如下几种：
按用途、工作原理、变换原理、输出信号性质分类。
4.简述步进电动机驱动电路的组成。
答：
步进电动机的驱动电路由脉冲信号发生器、分频器、脉冲分配器和脉冲放大器组成。
5.简述直流伺服电机两种控制方式的特点。
答：
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。
6.为什么说接触器自锁线路具有欠压和失压的保护作用？
当失压和欠压时，接触器线圈的电磁吸引力消失或不足，接触器触点释放，断开控制线路，从而使电动机主电路断开。
7.简述PLC系统与继电器接触器控制系统的区别。
答：
1〕控制方式：
继电器控制系统的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。
PLC控制系统采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。
2〕工作方式：
继电器控制系统采用并行的工作方式，PLC控制系统采用串行工作方式。
3〕控制速度：
继电器控制系统控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。
PLC控制系统是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。
4〕定时与计数控制：
继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。
继电器控制系统不具备计数功能。
PLC控制系统用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。
另外PLC系统具备计数功能。
5〕可靠性和维护性：
继电器控制系统可靠性较差，线路复杂，维护工作量大，PLC控制系统可靠性较高，外部线路简单，维护工作量小。
8.PLC交流开关量输入模块和直流开关量输入模块分别适用什么场合？
答：
由于交流输入模块电路中增加了限流、滤波和整流三个环节，因此，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，但由于其输入端是高电压，因此输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。
一般来说，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境，对系统响应要求不高的场合，而直流输入模块用于环境较好，电磁干扰轻，对系统响应要求较高的场合。
9.PLC开关量输出模块有哪几种类型？
各能驱动何种负载？
答
升级会员 