机电一体化选择题docWord下载.docx
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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。
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实现步进电动机通电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.根据计算机在控制屮的应用方式，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）监督计算机控制系统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.于扰传播途径有二种方式，其屮传导耦合方式：
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.根据频率特性解释下列滤波器的作用：
1）低通滤波器：
只讣低频成分通过，而高于截止频率成分受到抑制、衰减，不讣通过。
2）带通滤波器：
只让某一频带内的成分通过，而低于上截止频率成分和高于一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部分？
每部分能实现何种功能？
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、、解答题（每小题5分，共40分）
1.简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。
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基本要求及机械系统的组成。
4.简述在微机控制系统中I/O控制方式及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,已知转子有24个齿，求：
1）步进电机的步距角；
2）脉冲电源的频率。
测量某加热炉温度范围为100-1124°
C,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？
若经四倍细分后，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？
2.若12位A/D转换器的参考电压是土2.5V,试求出其采样量化单位q。
若输入信号为IV,问转换后的输出数据值是多少。
八、综合应用题（每小题15分，共30分）
1.分析下图调整齿侧间隙的原理
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.分析下图差动螺旋传动原理
设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为Phi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、接口技术及系统总休技术等群体技术，以系统为岀发点的最佳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行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。
3闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。
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行传送的。
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硬件在外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU
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相同，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，根据测量单位时间内的脉冲数N,则可测出转速为
式中Z—
—圆盘上的缝隙数；
n——转速（r/min）；
t——测量时间（s）。
2.町编程控制器有两种基本的工作状态，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行，直至PLC停机。
在每次循环中，若处于运行（RUN）状态，可编程控制器完成5个阶断，如图所示。
若处于停止（STOP）状态，PLC也要循环进行内部处理和通信服务。
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及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，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牛产；
（2）系统内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）可进行三班无人干预生产。
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，成本较低，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、比较环节等个五部分。
比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，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；
其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，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行测量，并转换成比较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（每小题5分，共40分）
1.1）机械本体2）动力与驱动；
3）传感测试部分；
4）执行机构
5）控制及信息处理单元
2.1）、偏心轴套调整法2）、双片薄齿轮错齿调整法
3.对机械系统的基本要求：
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、屮断控制方式、直接存储器存取方式。
独立编址；
与储存器统一编址。
5.1）比较环节；
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
7.1）K=2;
M=5,Z=24;
a=360/2*5*24=1.5
2）f=400Hz
4°
C;
+2°
Co
1）100：
1=400：
X
x=4mm
四细分：
400：
x
x=lmm
分辨率：
1—400=2.5（11m）
2）q=fmax-fmin/2i=5/212=0.00122
n=3.5/0.00122=2869
2869化为二进制为101100110101
八、综合应用题（每小题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。
2.当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为
（1）
如果Phi与Ph2相差很小，则L很小。
因此差动螺旋常用于各种微动装置中。
若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动角时，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屮。
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.控制及信息处理单元一般由控制计算机、一和一组成。
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则。
4.典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、一和一等部分构成。
5.传感器的静态特性能数主要有——、一一二、迟滞和重复精度。
第一章
1.什么是机电一体化？
各国的主要观点有哪些？
（Pl~3）
答：
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，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
2.试述机电一体化技术与传统机电技术的区别。
（P2）
传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。
机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。
机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。
3.试分析机电一体化系统的组成及相关技术。
（Pl~3）答：
机电一休化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。
其技术组成包括:
机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。
现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。
4.一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？
机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：
机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。
我们将这些部分归纳为：
结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；
这些组成要素內部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。
5.试述机电一体化系统的设计方法。
机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。
6.试述现代设计的概念。
（P4）
设计这个词有两种概念。
广义的概念是指发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节和达到的目标。
狭义的概念指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，各种产品包括机械产品的设计即属此类。
现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般、具体到抽象、感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。
由于科技进步的速度日益增快，特别是计算机技术的高速发展，人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的同时，运用相关的科学技术原理，进行过去难以想象的综合集成设计计算，使设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃。
现代设计方法有哪些？
（P3〜13）
现代设计方法门类众多且不断出新。
可按所研究解决的问题性质分为总体问题和个别性能问题两大类：
1•研究总体设计的现代设计方法
（1）设计方法学
（2）价值工程设计（3）优势设计（4）绿色设计（5）计算机辅助设计（6）并行工程设计（7）虚拟设计（8）反求工程设计（9）优化设计及其发展（10）创新设计技术
2.研究产品性能的现代设计方法
（1）工业产品艺术造型设计
（2）模块化设计（3）相似性设计（4）摩擦学设计（5）三次设计
（6）人机工程设计⑺智能设计（8）动态设计（9）可靠性设计（10）有限兀法（11）机械疲劳设计
9.何为机电一体化系统的四视图设计？
（P13）
功能视图、结构视图、控制视图和信息视图
第二章
1.什么技术系统？
什么是技术过程？
什么是作业对象？
（P27）
例如，为了得到某种复杂形状的金属零件，可通过编程在加工中心上对坯料进行加工。
坏料是作业对象，加工屮心是技术系统，所完成的加工过程是技术过程。
作业对象一般可分为三人类：
物料、能量和信息
2.确定技术过程的一般步骤是什么？
1）根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对象以及主要转换要求。
2）分析比较传统的和现代的理论和实践，确定实现主要转换的工作原理。
3）明确实现技术过程的环境和约束条件。
环境是与技术系统发生联系的总和，包括经济条件、牛产条件、技术条件、社会条件等。
4）确定主要技术过程和其他辅助过程。
5）根据高效、经济、可靠、美观、使用方便等原则，初步规定技术系统的边界及工作范围。
3.试述功能设计方法和主要步骤。
（P28-30）
功能是对技术系统屮输入和输出的转换所作的抽象化描述。
只有用抽象的概念来表述系统的功能，才能深入识别需求的本质，辨明主题，发散思维，启发创新，
总功能逐步分解为比较简单的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能树
（一）功能分析
（二）功能元求解
1.选择工作原理
2.构思功能载体
（二）方案综合
4.功能设计的工具有哪些？
（P30）
1.设计目录
⑴对象目录⑵作业日录（3）解法目录
2.知识库
（1）数据库
（2）设计词典（3）手册
5.试分析设计与技术系统的关系。
设计若是为了对作业对象完成某种技术过程，设计对象就是人造技术系统。
第三章
1.结构设计有哪些内容？
（P78）
宏观地看，结构设计大致有以下三方面内容：
（1）功能设计以各种具体的结构实现机电一体化系统的功能要求。
（2）质量设计兼顾各种要求和限制，提高机电一体化系统质量和性能，
（3）优化设计和创新设计充分应用现代设计方法系统地构造设计优化模型，用创造性设计思维方法进行机电一体化系统设计的优化和创新。
2.机电一体化系统中运动联系结构的基本单元有哪些？
（P87）
需要联轴器、减速、变速装置及运动换向与转换装置等基本传动结构
3.滚动导轨副的品质用那几方面来衡量？
（P108）
（1）导向精度导向精度是导轨副最基本的性能指标。
移功件在沿导轨运动时，不论有无载荷，部应保证移动轨迹的直线性及其位置的精确性。
各种设备对导轨副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相应的规定或标准町以参照。
（2）耐磨性导轨副应在预定的使用期内，保持其导向精度。
精密滚动导轨副的主要失效形式是磨损。
因此，耐磨性是衡量滚动导轨副性能的主要指标之一。
（3）刚度为了保证足够的刚度，应选用最合适的导轨类型、尺寸及其组合。
选用可调整间隙和能够预紧的导轨副可以提高刚度。
（4）工艺性导轨副要便于装配、调整、测量、防尘、润滑和维修保养。
4.结构设计品质是指在那些方面应注意的问题？
（P116）
结构设计品质是指结构强度和静刚度、结构动刚度、结构热稳定性和结构工艺性等四大方面应注意的问题
第四章
1.机电一体化系统中控制器的作用是什么？
它的基本功能应包括那些？
（P149-150）
机电一体化机械的控制器是一个以计算机为核心的测量和控制系统它将来自各传感器的检测信号与外部输人命令进行集中，存储、分析、转换，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有0的的运行。
它的基本功能应包括以下几点：
1）实时的信息转换和控制功能。
2）人机交互功能。
3）和机电部件接口的功能。
4）对控制软件运行的支持功能。
2.单板机模式的控制系统有哪些特点？
（P150）
1）结构形态的随意性。
2）空间位置的随意性。
3）形态规模的随意性。
4）最佳的经济性。
3.组合模式的控制系统有哪几种模式？
（P150-151）
采用商品化硬件模块通过总线母板组合成控制系统.具有多种灵活的组成模式，它可以自成系统，即采用独立模式；
也可以方便地作为其他小型、微型计算机的前端控制机，或者组成分布式系统的典型的分散系统。
4.在工控机屮对存储器有哪些要求？
（P153）
像个人计算机存储代码和数据供CPU或其他设备读写
（1）可靠性高即抗干扰能力强，能在恶劣的工业现场环境下准确进行读写操作。
（2）实时性好能满足工业控制系统对存储器访问的要求。
（3）功耗低降低自然发热造成的温升，并可用电池供电。
（4）数据存储器非易失性这并不是对全局存储器的要求，但系统屮至少有局部非易失数据段或程序代码段，以便能长期保存数据，并在系统突然停电后再重新启动时能迅速恢复现场运行
5.1/0子系统的作用是什么？
按其物理量的形式分成哪两人类？
（P153~154）
控制器除了基本系统以外，还应包括各种检测、控制量的输入输出接口，这部分功能称为I/O子系统。
按其物理量的形式来分，一般Kf分成开关量（数字量）1/0即DI/D0、模拟量I/O即AI/AO两大类。
6.什么是总线？
控制系统屮包括哪些总线？
各总线作用是什么？
（P154-155）
所谓总线是指一组信号线的集合，是一种按规定协议传送信息的公共通道，由数据总线、地址总线、控制总线和电源总线组成。
7.简述控制系统的基本组成。
（P152〜155）
（一沖央处理单兀（CPU）
（二）存储器
（三）机电一体化控制系统的I/O子系统
（四）人-机接口
（五）系统支持功能
（六）总线
什么是计算机数控系统（CNC）?
（P155）
计算机数控系统简称CNC系统，它是用计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或全部功能，并配有接口电路、伺服驱动的一种专用计算机系统。
9.计算机数控系统（CNC）由哪几部分组成？
CNC系统由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置（CNC装置）、可编程序控制器（PLC）、主轴驱动和进给驱动装置等组成，
第五章
1.根据自动化机械的基本模型，简述信息流主要集屮在那些子系统屮？
（P195）信息流主要集中在人机界面、检测机构和控制器。
2.现代机械和传统机械最本质的区别是什么？
（P195）
现代机械和传统机械最本质的区别是现代机械中具有信息流。
信息系统保证了机电一体化系统基本单元（MEE）的止确运行，也使许多基本MEE耦合组成复杂的机电一体化系统。
3.在机电一体化系统设计中信息流的作用是什么？
（P196）
信息系统保证了机电一休化系统基本单兀（MEE）的正确运行，也使许多基本MEE耦合组成复杂的机电一体化系统。
信息流是软件总体设计的基础。
4.信息流是如何分类的？
（P196）
从信息流的形态来分，信息流可以是借助于机、光、声、电等介质传输的信号，也可以是语言、文字、图表、图像等抽象的信号，在计算机内部则是数据表示的数据流。
从信息流的功能来分，有控制信息流、检测信息流、数据信息流、显示信息流等。
以信息流的流向来分，可分为输入信息流、变换信息流、输出信息流等。
5.分析信息流和数据流有什么意义？
1）对机电一体化系统的工作原理和工作过程有深刻理解。
2）可对系统进行深入的总体分析与规划，以达到解耦与集成的目的。
3）信息流是软件总体设计的基础。
按软件工程方法，从数据流可确定软件的结构，并定义此结构中包含的程序模块。
同时也可以定义数据库项、格式、规模和存取方法。
特别是“全量程”的定义，即用于两个以上的程序模块内的那些量的定义.
6.分析信息流的基本工具有哪些？
（P196〜198）
（一）信息流的基本环节
（二）数据流程图
（三）信息流和软件结构
7.人机输入界面的基本硬件有哪些？
（P204）
其基本硬件是键盘、开关（包括操作按钮和触摸屏等），并通过CRT实现人机交互。
输出界面的信息流中对执行机构的控制信息输出有哪几种形式？
（P215）
1）直接开关量的输出。
2）脉冲序列和运动方向控制标记。
3）直接数字输出。
4）模拟量输出。
5）其他控制器控制执行机构
第六章
1.简述机电一体化可重构系统设计提出的背景。
（P229〜230）
1）新产品不断涌现，产品更新换代加快。
2）社会对产品的需求趋于多样化、个性化和动态化
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