《机电一体化系统》形成性作业及答案.docx

1、机电一体化系统形成性作业及答案一、填空题1机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、 、 、信息处理技术、自动控制技术和 。2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 基础，也是机电一体化技术的 。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，则为机电一体化技术奠定了 基础。机电一体化技术的发展有一个从 状况向 方向发展的过程。3一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、 、 、执行部分、控制及信息处理部分和接口。4机电一体化系统对动力部分的要求是用尽可能 的动力输入获得尽可能 的功能输出。5根据机电一

2、体化系统匹配性要求，要求执行部分的刚性 、重量 、实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体 。6机电一体化系统一方面要求驱动的高 和快速 ，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的 和 。7自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标 。8伺服传动技术就是在 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 。9拟定机电一体化系统设计方案的方法可归结为 、 和 。10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 ，动摩擦力应尽为可能小的 斜率，若为 斜率则易产生爬行，降低精度，减少寿命。11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，

3、系统的阻尼越 ，最大振幅越 ，其衰减越快。12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 到 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。13间隙将使机械传动系统产生 ，影响伺服系统中位置环的 。14在伺服系统中，通常采用 原则选择总传动比，以提高伺服系统的 。二、选择题1机电一体化系统的基本功能要素之一：接口的基本功能是（ ） A交换 B放大C传递D以上三者2机电一体化系统的核心是（ ） A动力部分B执行机构C控制器D接口3机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（ ）。 A机械本体 B动力部分C控制器

4、 D执行机构4在设计齿轮传动装置时，对于转动精度要求高的降速齿轮传动链，可按什么原则进行设计（ ）。 A输出轴转角误差最小B等效转动惯量最小C质量最小D质量最大5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（ ） A输出轴转角误差最小 B等效转动惯量最小C重量最轻 D重量最大三、名词解释系统总体技术 四、简述题1简述机电一体化技术方向。 2机械系统是机电一体化系统的最基本要素，请你说说它的作用及设计要求。3机电一体化系统中影响传动链的动力学性能的因素有哪些？五、计算题某齿轮系中，设i = 65，传动级数n = 3的小功率传动，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。并验算之。 一、填空题

5、1常用的直线位移测量传感器有 、 、 、 、 等 （只要说出其中的三种）。2光栅是一种位置检测元件，它的特点是测量精度 ，响应速度 和量程范围 。3感应同步器根据励磁绕组供电电压形式不同，分为 测量方式和 测量方式。4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 法、中 、 和 。二、选择题1将被测非电量的变化转换为电容量的变化的是（ ）传感器。 A应变式 B电容式 C压电式 D热电式2（ ）是指传感器的实际特性曲线与拟合直线之间的偏差。 A灵敏度 B迟滞性 C线性度 D重复性3只能进行角位移测量的传感器是（ ） A电容传感器 B电感式传感器C光栅 D光电编码盘

6、三、名词解释1传感器 2传感器的静态特性 3传感器的线性度 4电容式传感器5隔离放大器 四、简述题1在机电一体化测控系统中，对被测参量用软件进行“线性化”处理的方法有哪些？各适用于什么场合？2数字滤波与硬件RC滤波器相比有哪些优点？答：一、填空题1一般说来，伺服系统的基本组成可包含 、 、执行机构和检测装置。2伺服中的控制器通常由 组成，常用的控制算法有 和 等。3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 作为驱动元件的执行机构占据较大的比例。4伺服电动机是电气伺服系统的执行元件，其作用是把 转换为 。5PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的 作用，将直流

7、电压转换成一定 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。6经典控制理论校正系统的方法，通常有 和 两种。7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： 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 。8步进电动机驱动电路的种类很多，按其主电路结构分：有 驱动和 驱动两种。9计算机控制系统的类型有： 、 、 和 等。10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 的系统，现代控制理论可以分析 的系统，可实现最优控制、自适应控制等复杂控制。11工业控制计算机由 和 两大部分组成。12从设计思路看，设计数字调节器可归纳为 设计法和 设计法

8、。二、选择题1将脉冲信号转换成角位移的执行元件是（ ） A旋转变压器 B交流伺服电动机C步进电动机 D光电编码盘2如果三相步进电动机绕组为U、V、W，其通电顺序为UVWU，则这种分配方式为（ ） A三相三拍B三相四拍C三相六拍D双三拍3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（ ） A交流伺服系统 B直流伺服系统C电液伺服系统 D步进电动机控制系统4数字PID调节器中，哪部分的调节作用并不很明显，甚至没什么作用（ ） A积分部分 B微分部分 C比例部分 D都不明显5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（ ） A并入一个一阶惯性环节B串入一个一阶惯性环节 C并

9、入一个二阶惯性环节D串入一个二阶惯性环节三、名词解释1伺服 2步进电动机 3整流器 4斩波器 5直流伺服系统 6旋转变压器 7交流伺服系统 8电液伺服系统 9直接数字控制系统 四、简述题1伺服电动机应复合哪些基本要求？ 2什么是环行分配器？实现环行分配有哪些方法？如果三相步进电动机绕组为U、V、W，写出则三相六拍的通电顺序。 3请你说说分布式控制系统的特点？。 一、填空题1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 ；第三代是指 。2工业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 和连 。3柔性制造系统按机床台数和工序数可

10、分为： 、 、 线和柔性制造工厂（FMF）四种类型。4制造企业的CIMS功能模型通常包括： 、 、 系和计算机辅助质量分系统（CAQ）四个应用（功能）分系统。二、选择题1工业机器人的自由度数取决于什么所要求的动作（ ） A作业目标B灵活程度C控制方式D驱动方式2对进行二维平面作业的工业机器人需要几个自由度（ ） A一个B二个C三个D四个3目前，大部分工业机器人多采用多少级计算机控制（ ） A一级 B二级C三级 D四级4对于只进行二维平面作业的工业机器人只需要三自由度，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（ ）。 A四个 B五个C六个 D八个5FMS适用于下述何种生产类型（

11、）。 A单件、小批 B大批量、多品种CA和B6由能量自动分配及输送子系统和能量自动转换系统所组成的系统称为（ ） A加工系统 B物料系统C能量系统 D信息系统7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（ ） A加工系统B物料系统C能量系统D信息系统8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（ ）。A管理信息分系统（MIS） B技术信息分系统（TIS）C制造自动化分系统（MAS） D计算机辅助质量保证系统（CAQ）9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

12、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（ ）。A管理信息分系统（MIS） B技术信息分系统（TIS）C制造自动化分系统（MAS） D计算机辅助质量保证系统（CAQ）三、名词解释1机器人 2柔性制造系统（FMS） 四、简述题1简述工业机器人的三个重要特性。 2何为柔性制造系统？应具备的功能有哪些？ 3何为柔性制造系统？按机床台数和工序，柔性制造系统可分为哪几种类型？机电一体化系统形成性考核作业（一）答案一、填空题1机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术 。2机电一体化的产生与迅速发展的根本

13、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。3一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。4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。5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。6机电一体化系统一方面要求驱动的

14、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。7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。8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。9拟定机电一体化系统设计方案的方法可归结为替代法、整体设计法和组合法。10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。11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。12在系统设计时考虑阻尼对伺服系统的

15、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。13间隙将使机械传动系统产生回程误差，影响伺服系统中位置环的稳定性。14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。二、选择题1机电一体化系统的基本功能要素之一：接口的基本功能是（ D ） A交换 B放大C传递D以上三者2机电一体化系统的核心是（ C ） A动力部分B执行机构C控制器D接口3机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（D ）。 A机械本体 B动力部分C控制器 D执行机构4在设计齿轮传动装

16、置时，对于转动精度要求高的降速齿轮传动链，可按什么原则进行设计（ A ） A输出轴转角误差最小B等效转动惯量最小C质量最小D质量最大5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（C ） A输出轴转角误差最小 B等效转动惯量最小C重量最轻 D重量最大三、名词解释系统总体技术是以整体的概念组织应用各种相关技术的应用技术。四、简述题1简述机电一体化技术方向。答：按照微电子技术的发展，机电结合的深度以及机械产品发展的要求，机械系统的机电一体化技术方向可分为以下几类：（1）在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置，使系统的性能提高，功能增强；（2）用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制

17、装置，以简化结构，增强控制灵活性；（3）用电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构，简化了结构，丰富了信息传输的内容，提高了速度。（4）用电子装置完全替代机械的主功能，形成特殊的加工能力；（5）机电技术完全融合形成新型机电一体化产品。2机械系统是机电一体化系统的最基本要素，请你说说它的作用及设计要求。答：机械系统是机电一体化系统的最基本要素，主要用于执行机构、传动机构和支承部件，以完成规定的动作；传递功率、运动和信息；支承联接相关部件等。机械系统通常是微型计算机控制伺服系统的有机组成部分，因此，在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参

18、数的匹配，以获得良好的伺服性能。3机电一体化系统中影响传动链的动力学性能的因素有哪些？答：机电一体化系统中影响传动链的动力学性能的因素一般有以下几方面： （1）负载的变化 负载包括工作负载、摩擦负载等，要合理选择驱动电动机和传动链，使之与负载变化相匹配。 （2）传动链惯性 惯性既影响传动链的起停特性，又影响控制的快速性、定位精度和速度偏差的大小。 （3）传动链固有频率 影响系统谐振和传动精度。 （4）间隙、摩擦、润滑和温升 影响传动精度和运动平稳性。五、计算题1某齿轮系中，设i = 65，传动级数n = 3的小功率传动，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。并验算之。 解：由式 验算：i=i1i

19、2i3i4=65机电一体化系统形成性考核作业（二）答案一、填空题1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）。2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。3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。4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波法。二、选择题1将被测非电量的变化转换为电容量的变化的是（B ）传感器。 A应变式 B电容式 C压电式 D热电式2（C ）是指传感器的实际

20、特性曲线与拟合直线之间的偏差。 A灵敏度 B迟滞性 C线性度 D重复性3只能进行角位移测量的传感器是（D ） A电容传感器 B电感式传感器C光栅 D光电编码盘三、名词解释1传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。2传感器的静态特性传感器在静态信号作用下，其输入-输出的关系。3传感器的线性度指传感器的实际特性曲线与拟合直线之间的偏差。4电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。5隔离放大器指对输入、输出和电源在电流电阻彼此隔离使之没有直接耦合的测量放大器。四、简述题1在机电一体化测控系统中，对被测参量用软件进行“线性化”处理的方法有哪

21、些？各适用于什么场合？答：用软件进行“线性化”处理的方法有三种：计算法、查表发和插值法。当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。在机电一体化测控系统中，有些非线性参数的计算是非常复杂的，它们不是用一般算数运算就可以计算出来的，而需要涉及到指数、对数、三角函数以及积分、微分等运算，所有这些运算用汇编语言编写程序都比较复杂，有些甚至无法建立相应的数学模型。为了解决这些问题，可以采用查表法。查表法占用的内存单元较多，表格的编制比较麻烦，在机电一体化测控系统中也常利用微机的运算能力，使用插值法来减少列表点和测量次数。2数字滤波与硬件RC滤波器相比有哪些优点？答

22、：数字滤波就是通过一定的计算或判断来提高信噪比，它与硬件RC滤波器相比具有以下优点： （1）数字滤波是用程序实现的，不需要任何硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道公用，不但节约投资，还可提高可靠性和稳定性。 （2）可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟RC滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。 （3）灵活性好，可以用不同的滤波程序实现不同的滤波方法，或改变滤波器的参数。机电一体化系统形成性考核作业（三）答案一、填空题1一般说来，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。2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。3执行

23、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。4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。5PWM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。6经典控制理论校正系统的方法，通常有综合法（预期特性法）和分析法（试探法）两种。7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。8步进电动机驱动电路的种类很多，按其主

24、电路结构分：有单电压驱动和高、低电压驱动两种。9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。10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。11工业控制计算机由计算机基本系统和过程输入/输出系统两大部分组成。12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。二、选择题1将脉冲信号转换成角位移的执行元件是（ C ） A旋转变压器 B交流伺服电动机C步进电动机 D光电编码盘2如果三相步进电动机绕组为U、V、W，其通电

25、顺序为UVWU，则这种分配方式为（ A ） A三相三拍B三相四拍C三相六拍D双三拍3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（ C ） A交流伺服系统 B直流伺服系统C电液伺服系统 D步进电动机控制系统4数字PID调节器中，哪部分的调节作用并不很明显，甚至没什么作用（ B ） A积分部分 B微分部分 C比例部分 D都不明显5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（ B ） A并入一个一阶惯性环节B串入一个一阶惯性环节 C并入一个二阶惯性环节D串入一个二阶惯性环节三、名词解释1伺服在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。2步进

26、电动机是一种将脉冲信号转换成角位移的执行元件。3整流器把交流电变换成固定的或可调的直流电的功率放大器。4斩波器把固定的直流电变成可调的直流电的功率放大器。5直流伺服系统采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统。6旋转变压器是一种输出电压随转角变化的角位移测量装置。7交流伺服系统采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统。8电液伺服系统由电信号处理部分和液压功率输出部分组成的控制系统。9直接数字控制系统计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控对象的控制系统。四、简述题1伺服电动机应复合哪些基本要求？答：通常伺服电动机应符合以下基本要求： （1）具有宽广而平滑的调速范围； （2）具有较硬的机械特性和

27、良好的调节特性； （3）具有快速响应特性； （4）空载始动电压小。2什么是环行分配器？实现环行分配有哪些方法？如果三相步进电动机绕组为U、V、W，写出则三相六拍的通电顺序。答：使步进电动机绕组的通电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的装置称为环行分配器。 实现环行分配的方法有：1软件环行分配；2硬件环行分配；3专用环行分配器。 三相六拍的通电顺序为：U UV V VW W WU U或U UV V VW W WU U3请你说说分布式控制系统的特点？。答：分布式控制系统综合了计算机技术、通信技术和控制技术，采用多层分级的结构形成，从上而下分为控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。每级用一台或多台

28、计算机，级间连接通过数据通信总线。分布式控制系统采用分散控制、集中操作、分级管理和分而自治的原则。其安全可靠性、通用灵活性、具有最优控制性能和综合管理能力，为计算机控制开创了新方法。机电一体化系统形成性考核作业（四）答案一、填空题1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。2工业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。3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。4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。二、选择题1工业机器人的自由度数取决于什么所要求的动作（ A ） A作业目标B灵活程度C控制方式D驱动方式2对进行二维平面作业的工业机器人需要几个自由度（ C ） A一个B二个C三个D四个3目前，大部分工业机器人多采用多少级计算机控制（ B ） A一级 B二级C三级 D四级4对于只进行二维平面作业的工业机器人只需要三自由度，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（ C ）。 A四个 B五个C六个 D八个