机电一体化系统设计试题及答案文档格式.docx

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〔〕

2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。

如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。

〔〕

3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。

4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。

5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。

五、问答题〔每题10分，共30分）

1.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型"

2.什么是步进电机的使用特性"

3.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面"

1.是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。

2.指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量Δ*的比值。

即为传感器灵敏度。

S=dy/d*=ΔY/Δ*

3.*些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个外表上将产生符号相反的电荷。

当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。

4.动态误差在被测量随时间变化过程中进展测量时所产生的附加误差称为动态误差。

5.传感器是一种以一定的准确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的*种物理量的测量装置。

1.内循环外循环

2.性能指标系统功能使用条件经济效益

3.PLC4.20mm5.位置和速度6.0.027.增加而减小8.29.前馈控制器10.简单的直线运动控制

1.B.2.A35、D

1、√2、×

3、√4、×

5、√

1.单电源驱动电路双电源驱动电路斩波限流驱动电路

2.步距误差步距误差直接影响执行部件的定位精度。

最大静转矩是指步进电动机在*相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩，它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。

启动矩一频特性空载时步进电动机由静止突然启动，并不失步地进入稳速运行所允许的最高频率称为最高启动频率。

启动频率与负载转矩有关。

运行矩频特性步进电动机连续运行时所能承受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定执行部件的最大运行速度。

最大相电压和最大相电流分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。

3.应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

1、线性度2、伺服控制系统3、三相六拍通电方式4、传感器5、系统精度

1、计算机在控制中的应用方式主要有_____________________________。

2.滚珠丝杆螺母副构造有两类：

_____________________________。

3、应用于工业控制的计算机主要有______________________________等类型。

4.机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括________________________________。

5、可编程控制器主要由_____________________________等其它辅助模块组成。

6.顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，

顺序控制器通常用_______________________________________________________。

7、现在常用的总线工控制机有________、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。

8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种_____________________________。

9.*光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，

10.采样/保持器在保持阶段相当于一个"

_____________________________〞。

1.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个根本要素：

A机械本体B动力与驱动局部C执行机构D.控制及信息处理局部

2、机电一体化系统〔产品〕开发的类型

A开发性设计B适应性设计C变参数设计D其它

3、机电一体化系统〔产品〕设计方案的常用方法

A取代法B整体设计法C组合法D其它。

4、机电一体化的高性能化一般包含

A高速化B高精度C高效率D高可靠性。

5、抑制干扰的措施很多，主要包括

A屏蔽B隔离C滤波D接地和软件处理等方法

1、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。

2、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反响信号进展比较，以获得输出与输入间的偏差信号。

3、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。

4、数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形构造的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。

5、FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。

1、计算机控制系统中，如何用软件进展干扰的防护。

2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响.如何处理.

六、综合应用题（每题10分，共20分）

2.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.假设经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少.测量分辨率是多少.

1、所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。

又称为非线性误差。

2、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、速度及动力输出的自动控制系统。

3、如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。

如A→AB→B→BC→C→CA→…

4、是一种以一定的准确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的*种物理量的测量装置。

5、指输出量复现输入信号要求的准确程度；

1、操作指导控制系统

分级计算机控制系统

监视计算机控制系统〔SCC〕

直接数字控制系统

2.外循环插管式内循环反向器式3、单片机PLC总线工控机4.性能指标系统功能使用条件经济效益。

5、CPU存储器接口模块6.PLC7、STD总线工业控制机8、变压器隔离光电隔离9.20mm10.模拟信号存储器

1.ABCD2、ABC3、ABCD4、ABCD5、ABCD

1、〔√〕2、〔√〕3、〔√〕4、〔√〕5、〔√〕

1、软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波

软件"

陷井〞

看门狗〞〔WATCHDOG〕就是用硬件〔或软件〕的方法要求使用监控定时器定时检查*段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错〔干扰发生〕，可通过软件进展系统复位或按事先预定方式运行。

2、如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。

为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。

常用的调整预紧方法有以下三种。

垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式

。

1光栅此时的位移

细分前4mm,细分后1mm

测量分辨率:

细分前0.01mm/线细分后:

0.025

1.机电一体化2自动控制3.开环控制系统4.逆变器二判断题（每空1分，共10分）

1.直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。

〔　　〕

2.滚珠丝杆不能自锁。

3.D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。

4.同步通信是以字符为传输信息单位。

5.异步通信常用于并行通道。

6.查询I/O方式常用于中断控制中。

7.串行通信可以分为以下四种方式：

1〕全双工方式；

2〕半双工方式；

3〕同步通信；

〔〕

4〕异步通信。

三填空题：

（每空1分，共40分）

1.从控制角度讲，机电一体化可分为控制系统和控制系统。

2.在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为:

；

三种形式。

3.多点接地：

优点：

，缺点：

4.一般来说，伺服系统的根本组成为、、和等四大局部组成5.在SPWM变频调速系统中，通常载波是，而调制波是

6.从电路上隔离干扰的三种常用方法是:

隔离，隔离，隔离。

7.开环步进电动机控制系统，主要由、和

等组成。

8.

1.实现步进电动机通电

2.环形分配的三种常用方法是：

1〕

，2〕，3〕。

9.产生电磁干扰必备的三个条件是：

，，。

10.干扰传播途径有二种方式：

1〕传导耦合方式：

干扰信号能量以或的形式，通过金属导体传递。

2〕幅射耦合方式：

干扰信号能量以的形式，通过空间感应传递。

11.指出以下干扰哪几种属于传导耦合方式：

;

哪几种属于幅射耦合方式：

,。

A.静电干扰B.磁场干扰C.漏电干扰D.共阻抗感应干扰E.电磁辐射干扰。

12.磁场屏蔽---对高频交变磁场应采用的金属材料

作屏蔽体；

对低频交变磁场应采用的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。

13.一点接地中：

1〕串联接地：

，

2〕并联接地：

，仅适用于电路。

四解答题（每题5分，共40分）

1．一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个根本要素.

2．斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法.

3、简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。

4.在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类.

5．数据信息可分为哪几种.

7.步进电动机控制系统中，电动机通过丝杠螺母带动执行部件运动:

：

步距角θ，脉冲数N，频率f，丝杠导程p，试求执行部件:

位移量L="

移动速度V="

一　名词解释（每题2分，共10分）

1机电一体化--从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程根底上有机地加以综合，以实现整个系统最正确化的一门新科学技术。

2.自动控制—由控制装置自动进展操作的控制。

3.开环控制系统—无反响的控制系统。

4.逆变器—把固定的直流电变成固定或可调的交流电的DC/AC变流器。

二判断题（每空1分，共10分）

1.√2.√3.√4.×

5.×

6.×

7.1〕√12〕√3〕√4〕√

三填空题〔（每空1分，共40分〕

1.开环、闭环

2.电压输出电流输出频率输出

3.互不干扰接线多复杂

4.控制器功率放大器执行机构和检测装置

5.等腰三角波〔三相〕正弦波

6.光电变压器继电器

7.环形分配器功率放大器步进电动机

8.1〕采用计算机软件分配器2〕小规模集成电路搭接的硬件分配器3〕专用模块分配器

9．干扰源传播途径承受干扰对象原系统系统

10.1〕电压；

电流。

2〕电磁场。

11.C,D;

A,BE。

12.铜和铝等导电性能好；

铁等高导磁率。

13．1〕最简单，；

前后相互干扰，

2〕干扰小，；

接线多，复杂，低频〔<

1MHZ〕。

四　解答题（每题5分，共40分）

1、机械本体、动力与驱动局部、执行机构、传感测试局部、控制及信息处理局部

2.1〕垫片调整法2〕轴向压簧调整法

3、一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电绕组两头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的强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。

4、数据信息、状态信息和控制信息

5、〔1〕数字量〔2〕模拟量〔3〕开关量〔4〕脉冲量

7、L=（θp/360°

）N；

V=（θp/360°

）f

一、名词解释〔每题2分　共10分〕

1、机电一体化2、柔性制造系统3、静态设计4、系统软件5、感应同步器

二、填空题〔每空１分，共3０分〕

1、对伺服系统的技术要求是____________、____________、____________、___________。

2、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：

____________、____________。

3、计算机控制系统的类型包括________________________、_______________________、

监视控制系统、________________________。

5、接口的根本功能主要有______________、放大、_________________。

6、对直线导轨副的根本要求是_________________________、_____________________、

____________________、__________________和平稳。

7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理

___________、_____________、____________、____________、并满足小型、轻量等要求。

8、伺服系统的根本组成包括______________、_____________________、检测装置、

____________________。

9、工作接地分为_______________、______________。

三、简答题〔每题5分，共20分〕

3.简述直流伺服电机两种控制的根本原理。

4.控制系统接地通的目的。

四、分析题〔每题20分，共40分）

1.半桥逆变电路的工作原理。

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、接口技术及系统总体技术等群体技术，实现多种技术功能复合的最正确功能价值的系统工程技术。

2、柔性制造系统：

柔性制造系统〔Fle*ibleManufacturingSystem〕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、静态设计：

是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。

4、系统软件：

系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便用户使用计算机的软件。

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。

1、系统精度稳定性响应特性工作频率

2、静态设计动态设计

3、分级计算机控制系统直接数字控制系统操作指导控制系统

5数据格式转换、通信联络

6、导向精度高耐磨性好足够的刚度对温度变化的不敏感性。

7．阻尼合理刚度大抗振性好间隙小

8、控制器、执行环节、比较环节

9、一点接地多点接地

3.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，其电枢电流可以到达额定值，相应的输出转矩也可以到达额定值，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。

将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点〔大地〕实现低阻抗的连接，称之谓接地。

接地的目的有两个：

一是为了平安，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身平安，称为平安接地；

二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等。

称为工作接地。

工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。

1.半桥逆变电路原理如左图所示，它有两个导电臂，每个导电臂由一个可控元件和一个反并联二极管组成。

在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的联结点为直流电源的中点。

设电力晶体管Vl和V2基极信号在一个周期内各有半周正偏和反偏，且二者互补。

当负载为感性时，其工作波形如右图所示。

输出电压波形u0为矩形波，其幅值为Um=Ud/2输出电流i0波形随负载阻抗角而异。

设t2时刻以前V1导通。

t2时刻给V1关断信号，给V2导通信号，但感性负载中的电流i0不能立刻改变方向，于是VD2导通续流。

当t3时刻i0降至零时VD2截止，V2导通，i0开场反向。

同样，在t4时刻给V2关断信号，给V1导通信号后，V2关断，VD1先导通续流，t5时刻V1才导通。

当V1或V2导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量；

而当VD1或VD2导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反响，既负载将其吸收的无功能量反响回直流侧。

反响回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容起到缓冲这种无功能量的作用。

二极管VD1、VD2是负载向直流侧反响能量的通道，同时起到使负载电流连续的作用，VD1、VD2被称为反响二极管或续流二极管。

1机电一体化2伺服控制3闭环控制系统4逆变器

二判断题：

（每题1分，共10分）

1在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。

　〔　　〕

2滚珠丝杆不能自锁。

3无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。

4异步通信是以字符为传输信息单位。

5同步通信常用于并行通信。

6无条件I/O方式常用于中断控制中。

7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误

〔1〕影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差〔　　〕

〔2〕螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素〔　　〕

〔3〕螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素〔　　〕

〔4〕温度误差是影响传动精度的因素〔　　〕

三、选择题（每题1分，共40分）

1.在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：

通信

和通信。

2.微机控制系统中的输入与输出通道一般包括、、

、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

和，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、、

和其它等四大类型。

5.在SPWM变频调速系统中，通常载波是，而调制波是

6.异步交流电动机变频调速：

2）基频〔额定频率〕以下的恒磁通变频调速，属于调速方式。

3）基频〔额定频率〕以上的弱磁通变频调速，属于调速方式。

7.开环步进电动机控制系统，主要由、和

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〕，2〕，

3〕，4〕。

10．应用于工业控制的计算机主要有：

1〕，2〕，3〕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

或