机电一体化技术试题及其答案.docx
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机电一体化技术试题及其答案
《机电一体化技术》试卷
（一）
一、名词解释（每小题2分，共10分）
1.测量：
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.灵敏度：
指在稳态下，输出的变化量Y与输入的变化量X的比值。
即为传感器灵敏度。
S=dy/dx=Y/X
3.压电效应：
某些电介质，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，同时在它的两个表面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：
动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。
5.传感器：
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量
二、填空题（每小题2分，共20分）
的测量装置。
1.滚珠丝杆中滚珠的循环方式：
____内循环____，_____外循环____。
2.机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括____性能指标系统功能使用条件经济效益。
3.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___________PLC__________________。
4.某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，
则莫尔条纹的宽度是_______20mm___________。
5.连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制
每一个轴的_______位置和速度________，使它们同步协调到达目标点。
6.某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为___0.02___。
7.齿轮传动的总等效惯量与传动级数_____________增加而减小_________________。
8.累计式定时器工作时有_______________________2___________________________。
9.复合控制器必定具有___________前馈控制器_________________。
10.钻孔、点焊通常选用____________简单的直线运动控制_______________类型。
三、选择题（每小题2分，共10分）
1.
一般说来，如果增大幅值穿越频率
ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间
ts
（B）
A.
产大
B.减小
C.不变
D.不定
2.
加速度传感器的基本力学模型是
（A）
A.
阻尼—质量系统
B.弹簧—质量系统
C.弹簧—阻尼系统
D.弹簧系统
3.
齿轮传动的总等效惯量与传动级数
（C）
A.
有关
B.无关
C.在一定级数内有关
D.在一定级数内无关
4.
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
（C）
A.单片机
B.2051
C.PLC
D.DSP
5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（
D
）等个五部分。
A换向结构
B转换电路
C存储电路
D检测环节
四、判断题
（每小题
2分，共10
分）
1、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馈信号进行比较，以获得输出
与输入间的偏差信号。
（
√）
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，
电流、频率、波形和相数的变换。
（√）
五、问答题（每小题10分，共30分）
）
也称其为变流器，它包括电压、
1.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?
答：
单电源驱动电路双电源驱动电路斩波限流驱动电路
2.什么是步进电机的使用特性?
答：
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某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。
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运行矩频特性步进电动机连续运行时所能接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.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?
答：
应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。
六、分析计算题
（每小题10
分，共20分）
1.三相变磁阻式步进电动机，
转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为
120r/min，输入脉冲频率为多少
?
步距角
为多少?
答：
1.20KHz
3.6o
2.采用PLC设计二个电磁阀A、B工作的系统
1）
按钮x1为A电磁阀打开，按钮
x2为A电磁阀关闭
（输出y1）;
2）
按钮x3为B电磁阀打开，按钮
x4为B电磁阀关闭
（输出y2）;
3）只有B电磁阀在工作中，A电磁阀才能工作。
要求：
画出梯形图，写出助记符指令程序。
2.
（1）梯形图：
（２）助记符指令程序：
STR
X1
OR
Y1
ANDNOT
X2
OUT
Y1
STR
X3
OR
Y2
ANDNOT
X4
AND
Y1
OUT
Y2
--2
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《机电一体化技术》试卷
（二）
一、名词解释（每小题2分，共10分）
1、线性度：
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、伺服控制系统：
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、三相六拍通电方式：
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、传感器：
是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。
5、系统精度：
指输出量复现输入信号要求的精确程度；
二、填空题（每小题2分，共20分）
1、计算机在控制中的应用方式主要有
_操作指导控制系统
_分级计算机控制系统_监督计算机控制系统（
SCC）
___直接数字控制系统________。
2.
滚珠丝杆螺母副结构有两类：
外循环插管式
内循环反向器式。
3、应用于工业控制的计算机主要有
_单片机PLC
总线工控机_等类型。
4.
机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括
____性能指标
系统功能
使用条件
经济效益___。
5、可编程控制器主要由_____CPU存储器
接口模块_____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
_____PLC______。
7、现在常用的总线工控制机有
STD总线工业控制机、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
_变压器隔离
光电隔离_。
9.
某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角
θ=0.01孤度，则莫尔条纹的宽度是
_____20mm_______。
10.采样/保持器在保持阶段相当于一个“______模拟信号存储器______”。
三、选择题（每小题2分，共10分）
1.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：
ABCD
A机械本体
B动力与驱动部分
C执行机构
D.控制及信息处理部分
2、机电一体化系统（产品）开发的类型：
ABC
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：
ABCD
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：
ABCD
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：
ABCD
A屏蔽
B隔离
C滤波
D接地和软件处理等方法
四、判断题（每小题2分，共10分）
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馈信号进行比较，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，制成直线型和圆形结构的位移传感器，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。
（√）
五、问答题（每小题10分，共30分）
1、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。
答：
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”
--3
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软件“看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用监控定时器定时检查某段程序或接口，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），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行。
2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？
如何处理？
答：
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下列三种。
垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式
3、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？
答：
（1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。
（2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。
（3）共模抑制比高，能对直流和低频信号（电压或电流）进行准确、安全的测量。
利用光电耦合方式实现载波调制，可获得10kHz带宽，但其隔离性能不如变压器耦合。
六、综合应用题（每小题10分，共20分）
1.编写程序：
单片机读P1.0的状态,把这个状态传到P1.7指示灯去，当P1.0为高电平时指示灯亮,低电平时指示灯不亮,
采用中断完成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。
答：
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？
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？
答：
光栅此时的位移
细分前4mm,细分后1mm
测量分辨率:
--4
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细分前0.01mm/线细分后:
0.025
--5
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《机电一体化技术》试卷（五）
一、名词解释（每小题2分，共10分）
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，以系统为出发点的最佳功能价值的系统工程技术。
2伺服控制：
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：
闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。
4逆变器：
逆变器是将直流电变成交流电的电路。
5SPWM：
SPWM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。
二判断题：
（每小题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
（每小题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
：
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，首先应保证系统的和
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：
1）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。
2）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.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.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．根据频率特性解释下列滤波器的作用：
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：
只让通过，而高于部分。
A换向结构B转换电路C存储电路D检测环节
答案：
2）某一频带内的成分上截止频率成分下截止频率成分
--6
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四解答题（每小题8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。
答：
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．直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？
答：
1）、偏心轴套调整法2）、双片薄齿轮错齿调整法
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。
答：
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.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。
答：
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．简述伺服系统的结构组成。
答：
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．DAC0832有哪三种输入工作方式？
有哪二种输出工作方式？
答：
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.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:
已知：
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=?
答：
L=（θp/360°）N；V=（θp/360°）f
8.测量某加热炉温度范围为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。
答：
4℃;+2℃。
--7
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《机电一体化技术》试卷（九）
一、名词解释（每小题2分，共10分）
1.变频调速：
采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式
2.FMS：
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，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组成部分有：
自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多
层计算机控制系统等。
3.响应特性：
指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。
4.敏感元件：
敏感元件是直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。
5.压电效应：
某些电介质，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，同时在它的两个表面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。
二、选择题（每小题2分，共10分）
1、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和
____D___等个五部分。
A换向结构
B转换电路
C存储电路
D检测环节
2、检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和
B__。
A控制电路
B转换电路
C调制电路
D逆变电路
3、以下可对异步电动机进行调速的方法是
__B__。
A改变电压的大小
B改变电动机的供电频率
C改变电压的相位
D改变电动机转子绕组匝数
4、执行元件：
能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为
__A___、液压式和气动式等。
A电气式
B电磁式
C磁阻式
D机械式
5、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过
___B___决定转角位移的一种伺服电动机。
A脉冲的宽度
B脉冲的数量
C脉冲的相位
D脉冲的占空比
三、简答题（每小题10分，共30分）
1什么叫传感器？
传感器的功用是什么？
它是由哪几部分组成的？
各部分的作用及相互关系如何？
答：
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。
传感器的功用是：
一感二传。
组成：
传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。
敏感元件：
直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。
转换元件：
敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电路参量。
基本转换电路：
上述的电路参量进入基本转换电路中，就可以转换成电量输出。
传感器只完成被测参数到电量的基本转换。
2.试简述采样/保持器原理。
采样/保持由存储电容C，模拟开关S等组成，如图所示。
当S接通时，输出信号跟踪输入信号，称采样阶段。
当S断
开时，电容C二端一直保持断开的电压，称保持阶段。
由此
--8
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构成一个简单采样/保持器。
实际上为使采样/保持器具有足够的精度，一般在输入级和输出级均采用缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗。
在电容选择时，使其大小适宜，以保证其时间常数适中，并选用漏泄小的电容。
3.工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？
答：
工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。
根据机电一体化系统
的大小和控制参数的复杂程度，选用不同的微型计算机。
单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。
对于数据处理量大的系统，则
往往采用基于各类总线结构的工控机，如STD总线工控机、IBM-PC总线工控机、Multibus工控机等。
对于多层次、
复杂的机电一体化系统，则要采用分级分步式控制系统，在这种控制系统中，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。
四、简单应用题（每小题10分，共20分）
1.刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10秒内输出307200
个脉冲，试求刀架的位移量和丝
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