机电一体化系统设计复习题及答案.docx

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机电一体化系统设计复习题及答案

机电一体化系统复习题及答案

一、名词解释

1.测量2.灵敏度3.压电效应4.动态误差5.传感器

6、线性度7、伺服控制系统8、三相六拍通电方式9、传感器10、系统精度

11.机电一体化12.自动控制13.开环控制系统14.逆变器15.PWM

二、填空题

1.滚珠丝杆中滚珠的循环方式：

__________，________________。

2.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___________________________________。

3.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_______________________。

4.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______________________，使它们同步协调到达目标点。

5.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_____________。

6.齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。

7.累计式定时器工作时有_____________________________________________________。

8.复合控制器必定具有__________________________________。

9.钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。

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

11.滚珠丝杆螺母副结构有两类：

_____________________________。

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

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

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

15.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_______________________________________________________。

16、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。

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

18.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_______________________。

19.采样/保持器在保持阶段相当于一个“_____________________________”。

20.多点接地：

优点：

，缺点：

。

21.在SPWM变频调速系统中，通常载波是，而调制波是。

22从电路上隔离干扰的三种常用方法是:

隔离，隔离，隔离。

23.开环步进电动机控制系统，主要由、和等组成。

24.产生电磁干扰必备的三个条件是：

，，。

25.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。

26.指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式：

;

哪几种属于幅射耦合方式：

,。

27.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。

28.一点接地中：

1）串联接地：

优点：

，缺点：

，2）并联接地：

优点：

，缺点：

，仅适用于电路。

三、选择题

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.2051C.PLCD.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

6.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：

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

7、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

8、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。

9、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。

10、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

四、判断题

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，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。

（）

6、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。

（）

7、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。

（）

8、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。

（）

9、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。

（）

10、FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。

（）

11.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。

（　　）

12.滚珠丝杆不能自锁。

（　　）

13.D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。

（　　）

14.同步通信是以字符为传输信息单位。

（　　）

15.异步通信常用于并行通道。

（　　）

16.查询I/O方式常用于中断控制中。

（　　）

17.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。

（）

五、问答题

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?

4、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？

如何处理？

5、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？

6．斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？

7、简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。

8．数据信息可分为哪几种？

9.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=?

10.有一变化量为0~16V的模拟信号，采用4位A/D转换器转换成数字量，输入到微机控制系统中，试求其量化单位q＝？

，量化误差最大值emax＝？

六、分析题

1.分析下图中半桥逆变电路的工作原理。

2.分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理

1、6－小齿轮2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条

七、计算题

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?

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。

3.三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。

（1）要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?

（2）要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?

4.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。

（1）该电动机为几极，空载转差率是多少?

（2）堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?

（3）空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少？

5.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？

6.若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。

若输入信号为1V，问转换后的输出数据值是多少。

八、综合应用题

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。

2.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

3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Ph1和Ph2。

2为可动螺母

参考答案

一、名词解释

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ΔX的比值。

即为传感器灵敏度。

S=dy/dx=ΔY/ΔX

3.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。

6、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。

7、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。

8、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→…

9、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。

10、指输出量复现输入信号要求的精确程度；

11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基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。

12.自动控制—由控制装置自动进行操作的控制。

13.开环控制系统—无反馈的控制系统。

14.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。

15.PWM—通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器。

二、填空题

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

11.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

12.外循环插管式内循环反向器式

13、单片机PLC总线工控机14.性能指标系统功能使用条件经济效益。

15、CPU存储器接口模块16.PLC17、STD总线工业控制机

18、变压器隔离光电隔离19.20mm20.模拟信号存储器

21.开环、闭环

22.电压输出电流输出频率输出

23.互不干扰接线多复杂

24.控制器功率放大器执行机构和检测装置

25.等腰三角波（三相）正弦波

26.光电变压器继电器

27.环形分配器功率放大器步进电动机

28.1）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

29．干扰源传播途径接受干扰对象原系统系统

30.1）电压；电流。

2）电磁场。

31.C,D;A,BE。

32.铜和铝等导电性能好；铁等高导磁率。

33．1）最简单，；前后相互干扰，2）干扰小，；接线多，复杂，低频（<1MHZ）。

三、选择题

1.B.2.A3.C.4.C5、D

6.ABCD7、ABC8、ABCD9、ABCD10、ABCD

四、判断题

1、√2、×3、√4、×5、√6、（√）7、（√）8、（√）9、（√）10、（√）

11.√12.√13.√114.×15.×16.×

17.1）√12）√3）√4）√

五、问答题

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。

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.应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

4、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

5、

（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。

6.1）垫片调整法2）轴向压簧调整法

7、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。

8、

（1）数字量

（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量

9、L=（θp/360°）N；V=（θp/360°）f

10、量化单位q＝1V，量化误差最大值emax＝±0.5V。

六、分析题

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开始反向。

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馈，既负载将其吸收的无功能量反馈回直流侧。

反馈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是负载向直流侧反馈能量的通道，同时起到使负载电流连续的作用，VD1、VD2被称为反馈二极管或续流二极管。

2.分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理

当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。

如图所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。

7、计算题

1.20KHz3.6º

2.

（1）梯形图：

（２）助记符指令程序：

STR          X1

OR           Y1

AND NOT     X2

OUT          Y1

STR          X3

OR           Y2

ANDNOT      X4

AND          Y1

OUT          Y2

3.1）K=2;M=3,Z=80;α=360/2*3*80=0.75º

f=480Hz

2）K=1;M=3,Z=80;α=360/1*3*80=1.5º

f=400Hz

4.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。

（1）4极，空载转差率n=（1500-1450）/1500=3.3%

（2）50Hz

（3）50Hz16.5Hz

5.解：

100：

1=400：

х

x=4mm

四细分：

400：

1=400：

х

x=1mm

分辨率：

1÷400=2.5（μm）

6.解：

10s内转轴转了多少转：

307200÷1024=300（转）

位移量（∵螺距T=2mm）

∴300×2=600（mm）

转速：

300÷10=30（转/秒）

八、综合应用题

1.解

2.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

3.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

4.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，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中。