机电一体化期末复习试题3套大学期末复习资料docx.docx

1、机电一体化期末复习试题3套大学期末复习资料docx期末测试（一）一、 名词解释（每题4分，共计20分）1. 机电一体化：2. 传感器：3. 伺服电动机：4. 人机接口:5. PLC：二、 填空题（每空1分，共计20分）1. 电感式传感器是一种把微小位移变化量转变成 变化量的位移传感器。2. 光电编码器根据结构可分为 和 o3. 热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的 效应。4. 对伺服系统的技术要求是 、 、 、 o5. 液压系统一般包括动力元件、 、 和 四个部分。6. 机电一体化的机械系统设计主要包扌!5两个环节： 、 o7. 机电控制系统的机械装置主要包括 、 和 三个部分。8. 接口的

2、基本功能主要有 、放大、 o9. PLC根据数据传输方式分为 和 通信方式。三、 简答题（每题5分，共计45分）1. 机电一体化系统的基本构成要素有哪些？2. 测试传感部分的作用？3. 简述步进电动机驱动电路的组成。4. 简述直流伺服电机两种控制方式的特点。5. PLC开关量输出模块有哪几种类型？各能驱动何种负载？6. PWM脉宽调速原理。7. 机电一体化相关技术有哪些？8. 简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。9. 机电一体化产品对机械传动系统有哪些要求？四、 应用题（15分）1. 采用PLC设计两台电动机A、B工作的系统。（1） 按钮XI为A电动机起动，按钮X2为A电动机停止（输

3、出Y1）；（2） 按钮X3为B电动机起动，按钮X4为B电动机停止（输出Y2）；（3）只有A电动机在工作中，B电动机才能工作。 要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。参考答案一、 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. 传感器：传感器适机电一体化系统中不可缺少的组成部分，能把各种不同的非电量 转换成电量，对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变成系统可识 别的电信号，传递给控制单元。3. 伺服电动机：伺

4、服电动机又称控制电机，其起动停止、转速或转角随输入电压信号 的大小及相位的改变而改变。输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以 改变电动机的转速及转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。4. 人机接口：人机接口 (HMI)是操作者与机电系统(主要是控制微机)之间进行信息 交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工作。5. PLC：可编程控制器(Programmable Logical Control ler)简称 PLC.是一种在继电 器控制和计算机控制的基础上开发出来,并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、 计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各

5、种生产机械和生产 过程的自动控制中。二、 填空题1. 电感式传感器是一种把微小位移变化量转变成电感变化量的位移传感器。2. 光电编码器根据结构可分为增量式和绝对式。3. 热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的恐虫阻效应。4. 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. 液压系统一般包插动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件四个部分。6. 机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：静态设计、动态设计。7. 机电控制系统的机械装置主要包括传动机构、导向机构和执行器三个部分。8. 接口的基本功能主要有数据格式转换、放大、通信联络。9. PLC根据数据传输方式分为并行和串行通信方

6、式。三、 简答题1. 机电一体化系统的基本构成要素有哪些？答：一个较完整的机电一体化控制系统，包括以下儿个基本要素：机械本体、动力源、 传感装置、驱动执行机构、控制器等，各要素和环节之间通过接口相联系。2. 测试传感部分的作用答：测试传感部分的作用：对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进 行检测，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。3 .简述步进电动机驱动电路的组成。答：步进电动机的驱动电路由脉冲信号发生器、分频器、脉冲分配器和脉冲放大器组成。4. 简述直流伺服电机两种控制方式的特点。答：直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变 的情况下

7、，通过控制施加在电枢绕组两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强度，从而控制电动机的转 速和输出转矩。5. PLC开关量输出模块有哪几种类型？各能驱动何种负载？答：PLC的输出模块有三种：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。继电器输出型既 可用于交流输出，也用于直流输出。晶体管输出型用于直流输出。双向晶闸管输出型用于控 制外部交流负载6. PWM脉宽调速原理。答：PWM是英文Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉 冲列的脉冲宽度，以调节输岀量和波形的一种调值方式。7. 机电一体化相关

8、技术有哪些？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。8. 简述机电一体化产品设计中，详细设计的主耍内容。答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械木体及工具设计；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。9. 机电一体化产品对机械传动系统有哪些要求？答：机电一体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳定性；快速响应性；还应满足 小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。四、应用题答：（1）梯形图： I |（2）助记符指令程序:STRORXIY1AND NOT

9、OUTSTRORY1X3AND NOTANDOUTY1Y2期末测试（二）、名词解释（每题4分，共计20分）机电一体化:伺服控制:闭坏控制系统:4.逆变器:5. SPWM:2. 单项选择题（每题2分，共计10分）1.步进电动机，乂称电脉冲马达，是通过（B ）决定转角位移的一种伺服电动机。A.脉冲的宽度B.脉冲的数量C.脉冲的相位D.脉冲的占空比2.刈于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B ） oA. ls2B.0s 1D.-ls03. 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

10、，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

11、. 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40

12、0,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

13、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. B 2. B 3.C 4. B 5. 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

14、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。RUNST

15、OP 1内部处理通信服务输入处理程序执行输岀处理13. (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

16、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

17、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： xx=4 mm四细分：400： 1 二400： xx=lmm分辨率：l-400=25(ym)2. q=fnax-f.1in2i=5/212=0. 00122n=3. 5/0. 00122=28692869 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 o2. 控制及信息处理单元一般由控制计算机、 和 组成。3. 在

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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*122*10M+500)*oi3 汕= zn虫测:精度L0. Q05mm亍则七 I 才 4 _士莎7 =

23、 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=6 004VOOQ5满足题H要求。(2)低谏端测量n/ 47Z= = 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。