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理论题答案

《机电一体化系统设计基础》理论题

一、判断题（每题3分，会考10题）

1.（×）自动控制技术是机电一体化六个相关技术之一，而接口技术是自动控制技术中的一个方面。

2.（×）接口技术是自动控制技术中的一个方面，它和计算机与信息处理技术密切相关。

3.（×）在工控机系统的总线中，数据总线的功能是确定总线上信息流的时序。

4.（×）在工业控制计算机中，地址总线用于确切指定与之通信的外部硬件，控制总线则用于传送数据。

5.（×）微机系统中，任何给定时刻，数据流均允许沿数据总线双向传输。

6.（×）STD总线可采用总线复用技术，但不支持多处理机系统。

7.（×）TTL电平接口不能用于驱动带电气隔离的继电器。

8.（×）工业PC机与个人计算IBMPC机的最大差异是换了工业电源。

9.（×）机电一体化产品适应性设计是指改变部分结构尺寸而形成系列产品的设计。

10.（×）在机电一体化产品开发性设计是在保持原理方案不变的条件下，对产品功能及结构的重新设计。

11.（×）喷漆机器人的开发设计过程中，详细设计完成后即可进行样机的试制。

12.（×）在全自动洗衣机产品的设计过程中，控制系统软件的设计是理论分析阶段的任务之一。

13.（×）减少系统的阻尼系数可以提高闭环系统的稳定性。

14.（×）进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。

15.（×）机械系统的刚度越大，固有频率越小。

16.（×）传动机构的转动惯量取决于机构中传动件的质量、转速和尺寸参数。

17.（×）传动机构的转动惯量取决于机构中传动件的质量和转速。

18.（×）滚珠丝杠副具有自锁功能。

19.（×）传动轴在单向回转时回程误差对传动精度没有影响。

20.（×）按输出轴的转角误差最小原则，减速链传动中，从输入端到输出端的各级传动比应按“前大后小”分配。

21.（×）在机电一体化系统的驱动装置中，位于前向通道闭环之后的环节，其误差的低频分量对输出精度基本无影响。

22.（×）驱动装置中同一环节的误差，其高频分量和低频分量，对系统输出精度的影响应是一致的。

23.（×）直流伺服电机的驱动电路中，脉宽调制放大器由于管耗大，因而多用于小功率系统。

24.（×）数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。

25.（×）增量式光电编码器仅能用于角位置测量，而不能用于角速度测量。

26.（×）绝对式光电编码器的输出量为脉冲信号，可以同时用于位置和速度测量。

27.（×）传感器的静态特性是指输入量为常数时，传感器的输出与输入之间的关系。

28.（×）迟滞是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。

29.（×）迟滞是传感器的一种动态误差，是由于在传感器的正反行程中的输出输入特性曲线不重合引起的。

30.（×）机电一体化系统是以微电子技术为主体，以机械部分为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。

31.（×）为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生震荡而失去稳定性。

32.（×）为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。

33.（×）在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。

34.（×）选择传感器时，如果测量的目的是进行定性分析，则选用绝对量值精度高的传感器，而不宜选用重复精度高的传感器。

35.（×）气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。

36.（×）闭环伺服系统中工作台的位置信号仅能通过电机上的传感器或是安装在丝杠轴端的编码器检测得到。

37.（×）直流伺服电动机的机械特性是电机转速与其控制电压的关系。

38.（×）机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。

39.（×）自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。

40.（×）产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。

41.（×）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。

42.（×）采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。

43.（×）双螺母消除轴向间隙的结构形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，能够精确调整。

44.（×）采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。

45.（×）数字化物理样机就是一种结构设计软件，强调结构上的设计。

46.（×）一般说来，全物理仿真较之计算机仿真在时间、费用和方便性上都具有明显的优点，是一种经济、快捷与实用的仿真方法。

47.（×）传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。

48.（×）步进电动机的转动惯量越大，同频率下的起动转矩就越大。

49.（×）直流伺服电动机的调速特性是电机转速与其输出转矩的关系。

50.（×）对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。

51.（×）计算机控制系统的采样周期越小，其控制精度就越高。

52.（×）通用型计算机系大多工作在为特定用户群设计的系统中，通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。

53.（×）现代嵌入式系统的设计方法是将系统划分为硬件和软件两个独立的部分，然后按各自的设计流程分别完成。

54.（×）计算机控制系统设计完成后，首先需要对整个系统进行系统调试，然后分别进行硬件和软件的调试。

55.（×）现场总线系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。

56.（×）计算机控制系统的软件主要分为系统软件和应用软件，应用软件一般不需要用户设计，系统软件都要由用户自行编写，所以软件设计主要是系统软件设计。

57.（×）反求设计是建立在概率统计基础之上，主要任务是提高产品的可靠性，延长使用寿命，降低维修费用。

58.（×）绿色设计是对已有的产品或技术进行分析研究，进而对该系统（产品）进行剖析、重构、再创造的设计。

59.（×）数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制系统，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。

60.（√）系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。

61.（√）信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。

62.（√）滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。

63.（√）机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。

64.（√）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。

65.（√）传感器在使用前、使用中或修理后，必须对其主要技术指标标定或校准，以确保传感器的性能指标达到要求。

66.（√）驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。

67.（√）永磁型步进电动机即使其定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用于定位驱动。

68.（√）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。

69.（√）电液伺服系统的过载能力强，在强力驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。

70.（√）通常，步进电机的最高连续工作频率远大于它的最高启动频率。

71.（√）脉冲分配器的作用是使步进电动机绕组的通电顺序按一定规律变化。

72.（√）PLC采用扫描工作方式，扫描周期的长短决定了PLC的工作速度。

73.（√）自动控制技术是机电一体化相关技术之一，直接影响系统的控制水平、精度、响应速度和稳定性。

74.（√）PLC完善的自诊断功能，能及时诊断出PLC系统的软件、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC控制系统的工作安全性。

75.（√）需求设计是指新产品开发的整个生命周期内，从分析用户需求到以详细技术说明书的形式来描述满足用户需求产品的过程。

76.（√）目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化，设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。

77.（√）虚拟设计是在基于多媒体的、交互的、嵌入式的三维计算机辅助设计环境中进行实体建模和装配建模，生成精确的系统模型，并在同一环境中进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要。

78.（√）工业机器人驱动部分在控制信息作用下提供动力，包括电动、气动、液压等各种类型的传动方式。

79.（√）接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分之间的可靠连接。

80.（√）数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机则属于系统的驱动部分。

81.（√）在机电一体化产品开发过程中，小批量生产前必须对产品进行技术评价与审定。

82.（√）提高系统的固有频率，有利于提高系统的响应速度。

83.（√）增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，有利于提高系统的响应速度。

84.（√）减小系统的阻尼和摩擦力均有利于提高系统的响应速度。

85.（√）在传动系统中，转动惯量增大使系统响应速度变慢，灵敏度降低。

86.（√）在传动系统中转动惯量增大使系统固有频率下降，容易产生谐振。

87.（√）在传动系统中，转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大。

88.（√）采用消隙机构，可以减小或消除回程误差，减小机械系统的传动误差。

89.（√）提高零部件本身的精度，能减小机械系统的传动误差。

90.（√）提高机械系统的刚度可增加闭环系统的稳定性。

91.（√）增大执行装置的固有频率可以提高闭环系统的稳定性。

92.（√）在多级齿轮传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守前小后大原则。

93.（√）按最小等效转动惯量原则设计时，各级传动比的分配应为前小后大。

94.（√）在机电一体化系统的驱动装置中，位于前向通道闭环之内的环节，误差的高频分量将影响系统的输出精度。

95.（√）当负载折算到电机轴上的惯量等于电动机转子惯量时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。

96.（√）对于执行装置，选择较大的传动比可使系统的相对阻尼系数增大，有利于系统的稳定性。

97.（√）评定定位系统的主要性能指标是定位精度和定位时间。

98.（√）开环控制系统的各环节误差的高频分量和低频分量都将影响系统的输出精度。

99.（√）只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可控制步进进电机的转速和方向。

100.（√）刚度对开环系统的稳定性没有影响。

101.（√）滚动导轨的摩擦比滑动导轨摩擦小。

102.（√）要求运动平稳，启停频繁、动态性能好的降速传动链，按“最小等效转动惯量原则”设计。

103.（√）以提高精度和减少回程误差为目的的降速传动链，按“输出轴的转角误差最小原则”设计。

104.（√）提高零件本身的制造安装精度可以减少传动误差和回程误差。

105.（√）控制系统的快速性取决于系统的频率特性和驱动系统的加速度。

106.（√）伺服驱动系统是实现电信号到机械动作的转换的装置和部件。

107.（√）机电一体化产品的适应性设计是对产品功能及结构重新进行的设计。

108.（√）在滚珠丝杠螺母间隙的调整结构中，齿差式调隙机构的精度较高，但结构复杂，制作成本高。

109.（√）直流伺服电机的驱动电路中，由于脉宽调制放大器的管耗小，因此可用于较大功率的系统。

110.（√）回程误差并非只有传动机构反向时才会发生，即使单向回转，回程误差对传动精度也可能有一影响。

111.（√）在机电一体化产品变参数设计是指改变部分结构尺寸而形成系列产品的设计。

112.（√）驱动元件的选择及动力计算是机电一体产品开发过程理论分析阶段的工作之一。

113.（√）与交流同步电机一样，笼型交流异步电机也可以由PWM变频技术实现速度的调节。

114.（√）对应于某一频率，只有负载小于步进电机在该频率的最大动态转矩时，电机才能正常工作。

115.（√）开环控制系统执行装置的误差直接影响系统的输出，但不存在系统的稳定性问题。

116.（√）微机系统的数据总线中，在任何给定时刻，数据流只允许往一个方向传输。

117.（√）工业PC机与个人计算机IBMPC机的最大差别是把IBMPC机中的母版分成了多块PC插件。

118.（√）为适应工业仪表的要求，D/A的输出要配接V/I转换器。

119.（√）TTL电平接口能用于输出指示灯的控制，也能用于驱动带电气隔离的继电器。

120.（√）数字式传感器的动态特性是输入量变化的临界速度。

121.（√）STD总线的工控机常作为工业PC机的前端控制机，完成实时的在线控制。

122.（√）通常，工业控制机与独立设备连接时，均采用光电型模板。

123.（√）重复性是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。

124.（√）临界频率是接触式传感器的动态特性指标之一。

125.（√）STD总线可采用总线复用技术，也支持多处理机系统。

126.（√）增量式光电编码器的输出量为脉冲信号，可以同时用于位置和速度测量。

127.（√）阻尼比除了与机械系统的粘性阻尼系数B有关外，还与系统的拉压刚度系数K0和质量m有关。

128.（√）齿轮传动的啮合间隙会造成一定的传动死区，若在闭环系统中，传动死区会使系统产生低频振荡。

129.（√）直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机都可以采用PWM控制方式进行控制。

130.（√）仿真根据采用的模型可以分为计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。

补充试题：

131.光电传感器属于离散型传感器；温度传感器属于模拟型传感器。

（√）

132.电感传感器适合检测金属材料的物体，电容传感器适合检测任意材料的物体。

（√）

二．单择题（每小题4分，会考6题）

1、以下产品不属于机电一体化产品的是（B）

A.机器人B.移动电话C.数控机床D.复印机

2、以下产品属于机电一体化产品的是（C）。

A．游标卡尺B．电话

C．全自动洗衣机D．非指针式电子表

3、以下产品不属于机电一体化产品的是（B）。

A．工业机器人B．电子计算机

C．空调D．复印机

4、幅频特性和相频特性是传感器的（B）

A.静态特性指标B.动态特性指标C.输入特性指标D.输出特性指标

5、下列哪个不是传感器的动特性？

（D）

A.幅频特性B.临界频率C.相频特性D.分辨率

6、下列哪个是传感器的动特性（D）。

A．量程B．线性度

C．灵敏度D．幅频特性

7、静态刚度属于传感器的（C）

A.静态特性指标B.动态特性指标C.输入特性参数D.输出特性参数

8、频率响应函数是传感器的（B）。

A．静态特性指标B．动态特性指标

C．输入特性参数D．输出特性参数。

9、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放大电路D逆变电路

10、光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，，经四倍细分后，记数脉冲为400，光栅位移是（A）mm。

A．1B．2C．3D．4

11、光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，此光栅传感器测量分辨率是（C）mm。

A．1B．0.1C．0.01D．0.001

12、半闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（D）

A.回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度

B.传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度

C.回程误差和传动误差都不会影响输出精度

D.回程误差和传动误差都会影响输出精度

13、在开环控制系统中,常用（B）做驱动元件。

P108

A．直流伺服电动机B．步进电动机

C．同步交流伺服电动机D．异步交流伺服电动机

14、通常，数控精密镗铣床等高精度数控设备，其伺服系统的控制方式均采用（B）。

A．开环控制B．闭环控制

C．半闭环控制D．混合控制

15、闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道闭环之内，所以它的（B）。

A．传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度。

B．回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度。

C．传动误差和回程误差都会影响输出精度。

D．传动误差和回程误差都不会影响输出精度。

16、闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（D）。

A．回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度

B．传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度

C．回程误差和传动误差都不会影响输出精度

D．回程误差和传动误差都会影响输出精度

17、对同一种步进电机，三相单三拍的步距角是三相六拍的（C）倍。

A.0.5B.1C.2D.3

18、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，已知转子有24个齿，步进电机的步距角是（C）。

P112

A．0.6°B．1.2°C．1.5°D．2°

19、步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而（B）。

P112

A．上升B．下降

C．不变D．前三种情况都有可能

20、矩频特性表示步进电机（B）与脉冲频率的关系。

A．额定动态转矩B．最大动态转矩

C．最大静态转矩D．最大启动转矩

21、受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称（B）。

A.顺序控制系统B.伺服系统

C.数控机床D.工业机器人

22、以下可对交流伺服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

23、在下列电机中,（C）既可以通过闭环实现速度或位置控制，又可作步进方式运行,且电机转速不受负载影响,稳定性高.

A.步进电机B.直流伺服电机C.交流同步伺服电机D.笼型交流异步电机

24、通常，数控精密镗铣床等高精度数控设备，其伺服系统的控制方式均采用（B）。

A．开环控制B．闭环控制

C．半闭环控制D．混合控制

25、采用脉宽调制（PWM）进行直流电动机调速驱动时，通过改变（A）来改变电枢回路的平均电压，从而实现直流电动机的平滑调速。

P121

A．脉冲的宽度B．脉冲的频率

C．脉冲的正负D．其他参数

26、数控机床进给系统的伺服电机属于设备的（C）

A.能源部分B.测试传感部分C.驱动部分D.执行机构

27、HRGP-1A喷漆机器人中的活塞式液压缸属于系统中的（C）。

A.能源部分B.测试传感部分C.驱动部分D.执行机构

28、HRGP-1A喷漆机器人中的旋转变压器属于系统中的（B）

A．能源部分B.测试传感部分C.驱动部分D.执行部分

29、HRGP-1A喷漆机器人中的手部属于系统中的（D）。

A．能源部分B．测试传感部分

C．驱动部分D．执行机构

30、导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则其折算到丝杠上的等效转动惯量为（B）kg·mm2。

A．48.5B．97

C．4.85D．9.7

31、齿轮传动的总等效惯量随传动级数（B）。

A.增加而减小   B.增加而增加   

C.减小而减小         D.变化而不变

32、传动系统的固有频率对传动精度有影响，（A）固有频率可减小系统地传动误差，（A）系统刚度可提高固有频率。

A．提高，提高B．提高，减小

C．减小，提高D．减小，减小

33、为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A）。

A．增大系统的刚度B．增大系统的转动惯量

C．增大系统的驱动力矩D．减小系统的摩擦阻力

34、在机电一体化系统中，通过（B）可有效提高系统的稳定性。

A．提高驱动元件的驱动力B．增大执行装置的固有频率

C．减小系统的阻尼能力D．减小机构的传动误差

35、以下抑制电磁干扰的措施，除了（D），其余都是从切断传播途径入手。

A.屏蔽B.隔离C.滤波D.软件抗干扰

36、为保证系统安全可靠工作,下列机电一体化产品中,（D）需要进行抗干扰设计

A.自动洗衣机B.自动照相机C.滚筒型绘图机D.数控机床

37、在机电一体化产品的开发过程中,总体方案设计完成后应立即进行（B）

A.样机设计（详细设计）B.此方案的评审,评价

C.理论分析（数学模型）D.可行性与技术经济分析

38、在工业机器人的设计中，（A）是理论分析阶段要进行的工作之一。

A．机构的力学计算B．技术经济性分析

C．控制系统硬件电路设计D．控制系统软件配置与调试

39、在工业机器人的设计中，（A）是理论分析阶段要进行的工作之一。

A．传感器的选择及精度分析B．技术经济分析

C.控制系统硬件电路设计D．控制系统软件配置与调试

40、在机电一体化系统中,机械传动要满足伺服控制的基本要求是（A）

A.精度,稳定性,快速响应性B.精度,稳定性,低噪声

C.精度,高可靠性,小型轻量化D.精度,高可靠性,低冲击振动

41、下列哪种方法是采用单螺母预紧原理来消除滚珠丝杠副的间隙？

（D）

A．螺纹调隙式B．双螺母垫片调隙式

C．齿差调隙式D．偏置导程法

42、某机电一体化系统需要消除齿轮传动的齿侧间隙，采取下列哪种方法使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙？

（D）

A．偏心套调整法B．轴向垫片调整法

C．薄片错齿调整法D．轴向压簧错