机电一体化复习题附答案.docx

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机电一体化复习题附答案

机电一体化复习题（附答案）

机电一体化复习题

一、名词解释

1机电一体化2伺服控制3闭环控制系统4逆

变器5SPWM6单片机7I/O接口

8I/O通道9串行通信10直接存储器存取

（DMA

二、判断题：

1在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。

（x）

2滚珠丝杆不能自锁。

（V）

3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。

（x）

4异步通信是以字符为传输信息单位。

（V）

5同步通信常用于并行通信。

（x）

6无条件I/O方式常用于中断控制中。

（x）

7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误

（1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（V）

（2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素

（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（V）

（4）温度误差是影响传动精度的因素（V）三、单项选择题

1.步进电动机，又称电脉冲马达，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.对于交流感应电动机，其转差率s的范围为

（B）。

A.1

D.-1

3.PWM指的是（C）

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（B）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。

四、填空题

1.在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：

串行通信和并行通信。

2•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。

3.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和精度并尽量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电—磁式液压式气压式和其它等四大类型。

5.在SPW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

6.异步交流电动机变频调速：

a）基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。

b）基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率调速方式。

7.开环步进电动机控制系统，主要由.环形分配器功率驱动器步讲电机等组成。

8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方

法是：

1）计算机软件

2）硬件分配，3）专用环形分配器

9.根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为四类：

1）操作指导控制系统2）直接控制系统

3）监督计算机控制系统4）分级计算机控制系统

10•应用于工业控制的计算机主要有：

1）单片机2）PLC3）总线工控机等类型。

11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：

干扰信号能量以

电压或电流的形式，通过金属导体传递。

12.抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、隔

滤波接地合理布局和软件抗干扰技术。

13.电场屏蔽----通.常用铜、铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体，并应保持良好接地。

14.根据频率特性解释下列滤波器的作用：

1）低通滤波器：

只让低频成分通过，而高于截止频率成分受到抑制、衰减，不让通过。

2）带通滤波器：

只让某一频带内的成分通过，而低于上截止频率成分和高于―下截止频率成分的成分抑制,不让通过。

五、简答题

试述可编程控制器的工作原理。

3.在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？

是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？

为什么？

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几个部分？

每部分能实现何种功能？

六、解答题（每小题5分，共40分）

1•简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。

2•直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？

3.简述机电一体化对机械系统的基本要求及机械系统的组成。

4.简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。

5•简述伺服系统的结构组成。

6.DAC0832有哪三种输入工作方式？

有哪二种输出工作方式？

7.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，测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有24个齿，求：

1）步进电机的步距角；2）脉冲电源的频率。

8.测量某加热炉温度范围为100〜1124C，线性温度变送器输出0〜5V,用ADC0809转换器输入到微机控制系统中，试求测量该温度环境的分辨率和精度。

七、计算题

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,则光栅此时的位移是多少？

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1V,问转换后的输出数据值是多少。

八、综合应用题（每小题15分，共30分）

1.分析下图调整齿侧间隙的原理

2.

机电一体化复习题参考答案

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、速度及动力输出的自动控制系统。

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。

5SPWM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。

6它是把组成微机的CPU存储器I/O接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成芯片上构成一个完整的计算机。

7I/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。

8I/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

9串行通信是数据按位进行传送的。

在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。

串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。

DM

10硬件在外设与内存间直接进行数据交换（

A）而不通过CPU

五、简答题

1.光电式转速传感器是一种角位移传感器，装在被测轴（或与被测轴相连接的输入轴

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。

当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于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N,则可测出转速为n哆

式中

转速（r/min）;

t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

SIXJP

迪佶服务

输入址flfl

1程挣执石

輪出处理

3.由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。

采样/保持器（SamPLE/Hold就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。

模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。

当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。

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，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要求，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，机电一体化系统中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。

六、解答题（每小题5分，共40分）

1.1）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

2.1）、偏心轴套调整法2）、双片薄齿轮错齿调整法

3.对机械系统的基本要求：

高精度；快速响应；良好的稳定性。

机械系统的组成：

传动机构；导向机构；执行机构。

4.程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。

独立编址；与储存器统一编址。

5.1）比较环节；2）控制器；3）执行环节；

4）被控对象；5）检测环节。

6•输入工作方式：

（1）直通方式

（2）单缓冲

方式（3）双缓冲方式

输出工作方式：

（1）单极性输出

（2）双

极性输出

7.1）K=2;M=5,Z=24;a=360/2*5*24=1.5

o

2）f=400Hz

8.4°C;+2—°C。

七、计算题

1）100:

仁400:

x

x=4mm

四细分：

400:

仁400:

x

x=1mm

分辨率：

1十400=2.5（卩m）

2）q=fmax—fmJ2i=5/212=0.00122

n=3.5/0.00122=2869

2869化为二进制为101100110101

八、综合应用题（每小题15分，共30分）

1.在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5,其轴向力大小由螺母6调节。

锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动，从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。

1、4—锥齿轮2、3—键

5—压簧6—螺母7—轴

2.当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为

lT（Ph1Ph2）

（1）

如果P11与P12相差很小，则L很小。

因此差

动螺旋常用于各种微动装置中

若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为

it（pmPJ

（2）

可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母1快速趋近或离开。

这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。

机电一体化技术试题

一、填空（每空2分，共20分）

1.机电一体化产品按用途可以划分为和

2.控制及信息处理单元一般由控制计算机、一—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一一、一一二、迟滞和重复精度。

二、简答题（每题4分，共20分）

1.为什么采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"A接口的功能。

三、分析题（20分）

1.已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的哪一个基本要素？

3.试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响?

11

控制功放

■伺服电机

|.传感器

四、计算题（24分）

1.如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=50kg负载力为F1=1000N,最大加速度为10n）/s2',丝杠直径为d=20mm导程t=4mm齿轮减速比为i=5,总效率为？

=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=5,要求工作台位移的测量精度为o.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

=500脉冲/转的旋转编码器是否合用。

DC伺鹹电枫

五、综合题（16分）

已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单

个自由度的驱动系统如图所示，确定整系统

两个方案）

减：

®盐

答案及评分标准

（供参考）

一、填空［每空2分，共20分）

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（每题4分，共20分）

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（20分）

1.（10分）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.（10分）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（24分）

1.（12分）解：

⑴计算负载力（4分）

负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成

外煲毅力F.^IOOON

惯性奂栽力

m-口

坯畤境心皿>,*

畔2•30。

+販）•右

=0,$3Nm

（1）高速端测量

设传感器的每转脉冲数为，n,每个脉冲对应工作台的位移为

4L—-i

in

由测鳖精度QOSmni,®

旷注"■曲而T60脈冲騰

选取»=200光电编码畀，则理论测盪稱虞

山-岛=°・°°y°•朋满足题目要求。

（2）低速端测量

传感器直接与丝杠连接，与减速比无关

AL^—

・一—严"5可知”=500脉冲/转的编码器不合用五、综合题（16分）

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自由度的伺服控制，系统原理图如下。

⑵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。