电大机电一体化系统.docx

1、电大机电一体化系统机电一体化系统期末复习题一、填空题1.控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口电路组成。2.机电一体化是从系统的观点出发机械技术 检测技术 伺服技术信息技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统协调工作而建立的一门新的科学技术。 3.机电一体化产品按用途可以划分为民用机电一体化、办公机电一体化 和产业机电一体化 产品。4.机电一体化系统设计的质量管理主要体现在质量目标管理 、实行可行性设计和进行设计质量评审三个方面。5.机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、稳定性 和 快速响应性-等方面的要求。6.机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节

2、 静态设计、动态设计。7.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，其误差的低频分量对输出精度基本无影响，而误差的高频分量-影响系统的输出精度。8.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 9.机电一体化系统中常见的轴承包括滚动轴承 滑动轴承 静压轴承 磁轴承。 10.机电一体化系统一般由机械本体 动力与驱动、接口、执行机构 传感器检测部分 控制及处理部分等部分组成。11.在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为: 电压输出 电流输出 频率输出三种形式。12.机电一体化产品中需要检测的物理量分成电量和非电量两种形式。13.机电一体化

3、机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理 阻尼合理 刚度大 抗振性好 间隙小 并满足小型、轻量等要求。14.机电一体化的核心是（控制器）15.机电一体化技术归纳为机械技术 检测传感技术 信处理技术 自动控制技术 伺服传动技术和系统总体技术六个方面。16.从控制角度讲，机电一体化可分为开环控制系统和闭环控制系统。17.拟定机电一体化系统的设计方案的方法有替代法 、整体法、组合法。 18.下列不属于机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法（个别设计法） A 替代法 B 整体设计法 C 组合法19.衡量机电一体化系统可靠性高低的数量指标有概率指标和寿命指标。20.市场预测主

4、要包括定期预测 和定量预测方法。21.在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守前小后大 原则。22.当负载折算到电机轴上的惯量等于转子惯量 时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。23.机械传动系统中，影响系统传动精度的误差可分为传动误差 和回程误差两种。24.步进电动机又称电脉冲马达 是通过脉冲的数量决定转角位移的一种伺服电动机。 25.对于交流感应电动机 其转差率s的范围为0s1。 26.PWM指的是脉宽调制 。 27.PD称为 比例积分控制算法。 28.在数控系统中 复杂连续轨迹通常采用插补方法实现。 29.对伺服系统的技术要求是 系统精度 、稳定性 、响应特性、工作频率。

5、 30.计算机控制系统的类型包括 分级计算机控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、操作指导控制系统。 31.为提高闭环系统的稳定性，应增大执行装置的固有频率 和系统的阻尼能力 。32.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。33.对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时减小定位时间，则必须提高系统的固有频率 。34.步进电机的驱动电源由变频信号源、脉冲分配器和功率放大器组成。35.由矩频特性曲线可知，步进电机的最大动态转矩小于最大静转矩，并随着脉冲频率的升高而降低。36.当前，广泛采用的直流伺服电机的驱动电路有线性直流伺服放大器 和脉宽调制放大器 两

6、种。37.交流异步电动机的转速与电源频率、磁极对数和转差率有关。38.液压系统的伺服控制元件主要有电液比例阀和电液伺服阀。39.评定定位系统的主要性能指标是定位精度 和定位时间。40.对于只进行二维平面作业的工业机器人只需要三个自由度，若要使操作具有随意的位姿，则工业机器人至少需要几个自由度（六个）。41.计算机的系统总线（信号线）有数据总线、地址总线和控制总线等三类。42.第一条标准微机总线是S100总线，而Multi（或STD、STE）总线可支持多CPU并行工作。43.开关量输入/输出模板的典型接口由总线接口逻辑、I/O功能逻辑和I/O电气接口所组成。44.典型开关量I/O模板的I/O电气

7、接口的主要功能有滤波、电平变换、光电隔离和功率驱动。45.一般的多路A/D转换模板由多路开关、采样保持器、转换器和总线接口逻辑所组成。46.选择A/D模板的主要依据是采样精度、采样速度和成本。47.A/D转换接口属于(检测通道)。 48.与A/D转换模板不同，在多路D/A转换模板中，需要多个D/A转换器，各通道D/A的有效数据由通道选择器产生的信号来决定。49.在工业过程控制系统中，计算机的指令进行D/A转换后，须经过信号调理环节才能驱动执行机构。50.通常，传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路所组成。51.传感器的分类方法主要有按被测物理量、按工作原理、按转换能量的情况、按工作机理、按转

8、换过程的可逆与否、和按输出形式。52.传感器的主要静态特性指标有灵敏度、线性度、重复性和迟滞。53.数字式传感器的动态特性是输入量变化的临界速度。54.传感器输入特性的主要参数是广义输入阻抗或静态刚度。55.位移传感器是把位移转换成模拟电量或数字量的传感器。56.常用编码器式位置传感器有光电式和磁电式两种。 57.速度传感器主要包括模拟式和数字式两类。 58.伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。59.机身结构设计中，肋板的布置形式可分为纵向肋板 横向肋板 斜置肋板三种。60.某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角=0.001孤度，则莫尔条纹

9、的宽度是20mm。 61.某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是10mm62.柔性制造系统可分为四个系统，分别为加工系统 物料系统 能量系统 信息系统。 63.从电路上隔离干扰的三种常用方法是: 光电隔离，变压器隔离，继电器隔离。 64.工作接地分为一点接地 多点接地。 65.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。66.一般来说，伺服系统的基本组成为控制器 功率放大器 执行机构 和检测装置等四大部分组成。 67.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1采用计算机软件分配器 2小规模集成电路搭接的硬

10、件分配器 3专用模块分配器。 68.指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式：漏电干扰 共阻抗感应干扰; 69.哪几种属于幅射耦合方式：.静电干扰 磁场干扰 电磁辐射干扰70.工业机器人的发展可划分为三代。 71.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。 72.采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。 73.按控制方法划分，伺服系统可分为开环伺服系统和闭环伺服系统系统。74.直接差分法有向前差分法和向后差分法两种。75.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。 76.一般来说，伺服系统的执行元件主

11、要分为电磁式 液压式 气压式和其他等四大类型。 77.STD总线的技术特点模块化设计 系统组成 修改和扩展方便 高可靠性。78.STD总线是一个通用工业控制的8位微型机总线? 79.加速度传感器的基本力学模型是 (阻尼质量系统)80.齿轮传动的总等效惯量与传动级数 (在一定级数内有关)81.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称 (伺服系统)82.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和(外循环反向器式)83.直流测速发电机输出的是与转速 (成正比的直流电压)84.具有某种智能功能的工业机器人属于(第二代机器人)。 85.在设计齿轮传动装置时，对于要求运转平稳，启动频繁和动态性能好的降速传

12、动链，可按什么原则设计？（输出轴转角误差最 和 等效转动惯量最小） 86.产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率为（可靠度）87.目前大部分工业机器人都采用多少级机器人控制？（二级） 88.抑制干扰的措施很多，下列不属于的是那一项？（过滤 ）A屏蔽 B隔离D接地和软件处理等方法89.以下可对异步电动机进行调速的方法是（改变电动机的供电频率）。 90.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。 91.多点接地：优点：互不干扰，缺点：接线多 复杂。 92.开环步进电动机控制系统，主要由环形分配器 功率放大器 步进电动机等组成。93.机械结构因素对侍服系统性能的影响有阻

13、尼 摩擦、 结构弹性变形、惯量、间隙的影响。 94.对直线导轨副的基本要求是导向精度高 耐磨性好 足够的刚度 对温度变化的不敏感性和平稳。 95.伺服系统的基本组成包括控制器 执行环节 检测装置 比较环节。 96.按干扰的耦合模式干扰可分为静电干扰 磁场耦合干扰 漏电耦合干扰等干扰类型。 97.用软件识别有用信号和干扰信号、并滤去干扰信号的方法称为软件滤波、识别信号的原则有时间原则 空间原则 属性原则。 98.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。99.计算机集成制造系统的英文缩写是(CIMS )。 100.数字PID调节器中，哪部分的调节作用并不很明显

14、，甚至没什么调节作用？（微分部分） 101.由存储、输送和装卸三个子系统组成的系统属于柔性制造系统中的（物料系统）。 102.执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为（电气式）、液压式和气动式等。 103.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。 104.一般说来，如果增大幅值穿越频率c的数值，则动态性能指标中的调整时间ts减小105.伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。 106.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、精度，并尽量高伺服系统的响应速度。 107.检测环节能够对输出进行测量，并转换成

15、比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和转换电路。108.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 并行通信。 109.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。 110.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。 111.接口的基本功能主要有数据格式转换、放大、通信联络。 112.齿轮传动的总等效惯量随传动级数(增加而减小)113.机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科技的进步。系统工程、控制论和信息论是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机

16、电一体化技术奠定了物质基础。机电一体化技术的发展有一个从自发状况向自为方向发展的过程。114.一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、控制及信息处理部分和接口。115.机电一体化系统对动力部分的要求是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。116.根据机电一体化系统匹配性要求，要求执行部分的刚性提高、重量减轻、实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性。117.机电一体化系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性。118.自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。11

17、9.伺服传动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能。120.机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为：静摩擦力尽可能小，动摩擦力应尽为可能小的正斜率，若为副斜率则易产生爬行，降低精度，减少寿命。121.运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率，系统的阻尼越大，最大振幅越小，其衰减越快。122.在系统设计时考虑阻尼对伺服系统的影响，一般取阻尼比在0.4到0.8之间的欠阻尼系统，这样既能保证振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡时间较短，又具有较高的灵敏度。123.间隙将使机械传动系统产生回程误差，影响伺服系统中

18、位置环的稳定性。124.在伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。125.对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按什么原则进行设计（重量最轻）126.常用的直线位移测量传感器有电感式传感器、电容式传感器、差动传感器、感应同步器、光栅传感器等（只要说出其中的三种）。127.光栅是一种位置检测元件，它的特点是测量精度高，响应速度快和量程范围大。128.感应同步器根据励磁绕组供电电压形式不同，分为鉴相测量方式和鉴幅测量方式。129.数字滤波的方法有很多种，可以根据不同的测量参数进行选择，成用的数字滤波方法有算数平均值法、中值滤波法、防脉冲干扰平均值法和程序判断滤

19、波法。130.只能进行角位移测量的传感器是（光电编码盘）131.一般说来，伺服系统的基本组成可包含控制器 、功率放大器、执行机构和检测装置。132.伺服中的控制器通常由电子线路或计算机组成，常用的控制算法有PID控制和最优控制等。133.执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。目前，采用电动机作为驱动元件的执行机构占据较大的比例。134.伺服电动机是电气伺服系统的执行元件，其作用是把电信号转换为机械运动。135.PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲的控制，改变输出电压的平均值。136.经典控制理论校正系统

20、的方法，通常有综合法（预期特性法）和分析法（试探法）两种。目前常将交流伺服系统按其选用不同的电动机分为两大类：同步型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机。异步型交流伺服电动机的伺服系统，多用于机床主轴转速和其他调速系统。137.步进电动机驱动电路的种类很多，按其主电路结构分：有单电压驱动和高、低电压驱动两种。138.计算机控制系统的类型有：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统和分布式控制系统等。139.计算机的控制理论分为经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论是单输入单输出的系统，现代控制理论可以分析多输入多输出的系统，可实现最优控制、自适应控制等复杂控制。140.工业控制计算机

21、由计算机基本系统和过程输入/输出系统两大部分组成。141.从设计思路看，设计数字调节器可归纳为连续化 设计法和离散化设计法。142.将脉冲信号转换成角位移的执行元件是（步进电动机 ）143.如果三相步进电动机绕组为U、V、W，其通电顺序为U V W U，则这种分配方式为（三相三拍）144.由电信号处理部分和液压功率输出部分组成的控制系统是（电液伺服系统）145.不完全微分PID调节器是在一般PID调节器加上什么环节而构成的（串入一个一阶惯性环节）146.工业机器人的发展通常可划分为三代，第一代是指可编程工业机器人（示教再现机器人）；第二代是指智能机器人；第三代是指自治式工业机器人。147.工业

22、机器人控制系统可以从不同角度进行分类，按轨迹控制方式的不同，可分为点位控制和连续轨迹控制。148.柔性制造系统按机床台数和工序数可分为：柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造生产线（FML）和柔性制造工厂（FMF）四种类型。149.制造企业的CIMS功能模型通常包括：管理信息系统（MIS） 、技术信息系统（TIS）、制造自动化分系统（MAS）和计算机辅助质量分系统（CAQ）四个应用（功能）分系统。150.工业机器人的自由度数取决于什么所要求的动作（作业目标）151.FMS适用于下述何种生产类型（单件、小批、大批量、多品种 ）。152.由能量自动分配及输送子系统和能量自动转换系

23、统所组成的系统称为（能量系统）153.由过程控制子系统和过程监视子系统所组成的系统属于柔性制造系统中的（信息系统）154.支持生产计划和控制、销售、采购、仓库、财会等功能，用以处理生产任务的信息的系统属于CIMS功能模型中哪一应用分系统（管理信息分系统（MIS） ）。155.包括CAD、CAPP和NCP（数控程序编制）等子系统，用以支持产品的设计个工艺准备等功能，处理有关结构方面的信息的系统属于CIMS功能模型中哪一应用分系统（技术信息分系统（TIS）。156.机电一体化的相关技术主要可归纳为：机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、 伺服传动技术和系统总体技术 。157.机电一体

24、化的发展趋势可概况为以下三个方面：性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展；层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。158.机电一体化系统（产品）设计大致可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。159.在拟定机电一体化系统设计方案的方法中，取代法是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造的常用方法。160.转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态相应都有影响，机械设计时，在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。161.同步带传动的主要失效形式有：承载绳疲劳拉断 、打滑和跳齿和磨损。162.在反映产品失效的失效率和时间的关系曲线中，某一时期

25、失效期的特点是失效率高，且随时间的增加而迅速下降，这一时期称为（早期失效）。163.在可维修系统中，在规定的工作条件和维修条件下，在某一特定的瞬时，系统正常工作的概率，称为（有效度）164.产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为（可靠度）165.电路各部分公共导线阻抗、地阻抗和电源内阻压降相互耦合形成的干扰，称为（共阻抗感应干扰）166.工业用电，高频及微波设备等引起的干扰属于（无意干扰）167.电场通过电容耦合的干扰。称为（静电干扰）二 判断题 (每空2分，共20分)1、 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。（ ） 2、 滚珠丝杆不能自锁。（）

26、3、 D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（） 4、 同步通信是以字符为传输信息单位。（） 5、异步通信常用于并行通道。（） 6、 查询I/O方式常用于中断控制中。（） 7、 串行通信可以分为全双工方式、半双工方式、同步通信、异步通信 四种方式：（）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

27、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控制系统一般分三级，分别是单元控制级、整体控制级和设备控制级。（）名词解释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 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.系统总体技术：系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合起来，以实现整体最优。其重

28、要内容为接口技术。接口包括电气接口、机械接口、人机接口3.步进电动机：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。由于步进电动机成本较低 易于采用计算机控制 因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。4.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/X5.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。6.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。7.系统精度：指输出量复现输入信号要求的精确程度；8.自动控制：自动控制由控制装置自动进行操作的控制。

29、9.I/O接口：I/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。10.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。11.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。 12.可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。13.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

30、差称为动态误差。14.开环控制系统：开环控制系统无反馈的控制系统。 15.逆变器：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。16.分辨力：传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。17.复合控制器：复合控制器带有前馈控制系统的反馈控制器。它的作用是使系统能以稳定的零误差跟踪已知的输入信号。18.FMS柔性制造系统：系统的柔性通常主要指对产品的柔性，即系统为不同的产品和产品变化进行设置，以达到高的设备利用率、减少加工过程中零件的中间存储。19.静态设计：是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。20.传感器：是一种以一定的精确

31、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。21.I/O通道：I/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。22.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。23.系统软件：系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便 用户使用计算机的软件。24.永磁同步电动机:以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机。25.闭环控制系统：闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。 26.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27.共模干扰：共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口断的共有的信号干扰。28.DMA：外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU29.中断：为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费大量时间去查询各外围设备的状态了。而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。30.静压轴承：静压轴承从外部油源