3.PWM指的是
A.机器人
B.计算机集成系统
C.脉宽调制
D.可编程控制器
4.PD称为（
）控制算法。
A.比例
B.比例微分
C.比例积分
D.比例积分微分
5.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用
（A）方法实现。
A.插补
B.切割
C.画线
D.自动
3.填空题（每空1分，共计20分）
1.在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式对分为:
通信和
通信。
2•微机控制系统屮的输入与输出通道一般包括
四种通道。
3.在伺服系统屮，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的
并尽量提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.界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，属于调速方式。
2）基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于调速方式。
6.应用于工业控制的计算机主耍有：
1）,2）,3）等类型。
7.根据频率特性解释下列滤波器的作用：
1）低通滤波器：
只让通过，而高于受到抑制、衰减，不让通过。
2）带通滤波器：
只让某一频带内的成分通过，而低于和高于的成
分抑制，不让通过。
四、简答题（每题5分，共计30分）
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.简述一个典型的机电--体化系统的基本组成要素。
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儿个部分？
每部分能实现何种功能？
五、计算题（每题10分，共计20分）
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,则光栅此吋的位移是多少？
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。
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、速度及动力输出的白动控制系统。
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。
5.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、选择题
1.B2.B3.C4.B5.A
三、填空题
1.串行,并行
2.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
3.稳定性，精度
4.电磁式，液压式，气压式
5.恒转矩，恒功率
6.1）单片机；2）PLC；3）总线工控机
7.1）低频成分，截止频率成分；2）上截止频率成分，下截止频率成分
四、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。
半缝隙圆盘随被测轴转动时，rh丁-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《则可测出转速为
n-60AC
式中Z一一圆盘上的缝隙数；
转速（r/min）；
t一一测量时间（s）。
2.可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。
RUN
STOP1
内部处理
通信服务
输入处理
程序执行
输岀处理
1
3.
（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。
4.
（1）柔性高，适应多品种中小批量生产；
（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.步进电动机乂称电脉冲马达，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耍求，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，机电一体化系统屮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。
五、计算题
1.100：
1=400：
x
x=4mm
四细分：
400：
1二400：
x
x=lmm
分辨率：
l-400=2・5（ym）
2.q=fnax-f.1in2i=5/212=0.00122
n=3.5/0.00122=2869
2869化为二进制为101100110101
期末测试（三）
一、填空题（每空2分，共20分）
1.机电一体化产品按用途可以划分为和o
2.控制及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则。
4.典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、和等部分构成。
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.为什么釆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，详细设计的主要内容。
5.简述A/D、D/A接口的功能。
三、分析题（每题10分，共20分）
1.已知数控机床控制系统如图所示，试说明图屮的各个部分属于机电一体化系统的哪一个
基本要素？
2.试分析图示传动系统川，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（每题12分，共24分）
1.如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m二50kg负载力为Fl=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1=5,总效率为g=30%，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。
2.已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm,丝杠导程t=4mm,齿轮减速比为i二5,要求工作台位移的测量精度为0.005mm（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）若将传感器与丝杠的端部直接相连，n。
二500脉冲/转的旋转编码器是否合用。
伺廉电机
5.综合题（16分）
己知电机驱动的三口由度位置控制系统，单个口由度的驱动系统如图所示，确定整系统的控制方案、画出控制系统原理图。
（至少捉出两个方案）
关节
电机减速器
参考答案
一、填空题
1.办公机电一体化产品，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
1.答：
机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及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；机械本体及工具设计；控制系统设计：
程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。
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
1.解答：
图中各部可分为：
（1）控制及信息处理单元：
键盘、计算机、显示；
（2）测试传感部分：
光电编码器、信号处理；（3）能源：
电源；（4）驱动部分：
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.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
1.（12分）解:
（1）计算负载力
负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成
外负载力F|—1000N
惯性负载力E.
凡=加•a
=50X10=500N
■
（2）电机上的贡载力矩为
=T*12^2*<10M+500）*oi3汕=£zn
虫测:
©精度^L—0.Q05mm亍则
七I才4_
"士莎7=5X0.605
—160
脉冲/转
亍的位移为
选取^=200光电编码器，则理论测蚩將度
^55=6004VO・OQ5
满足题H要求。
（2）低谏端测量
n
/4
7Z=^=oT0O5=S00脉冲/转可知—500脉冲/转的编码器不合用。
五、综合题
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口由度的伺服控制，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满分。
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