机电一体化复习资料

1、判断题（） 1、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。（）2、电气式执行元件能将电能转化成机械力， 并用机械力驱动执行机构运动 如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。（） 3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精 度越低。（） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能 的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。选择题（ ）1 、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过决定转角位移的一种伺服电动机。A. 脉

2、冲的宽度 B. 脉冲的占空比 C. 脉冲的相位 D. 脉冲的数量 （ ） 2、对于交流感应电动机，其转差率 s 的范围为 。A.1<s<2B.0<s 1C.-1<s<1D.-1<s<0（ ） 3、 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、受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称。A. 伺服系统 B. 顺序控制系统 C. 数控机床 D. 工业机器人（ ） 6、齿轮传动的总等效惯量随传动级数。A. 增加而减小B.增加而

3、增加C. 减小而减小 D. 变化而不变( ) 7、电压跟随器的输出电压输入电压。A.大于 B. 大于等于 C. 等于 D. 小于( ) 8、直流测速发电机输出的是与转速。A. 成正比的交流电压 B. 成正比的直流电压C. 成反比的交流电压D. 成反比的直流电压( )9 、连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动， 必须同时控制 每一个轴的 使得它们同步协调到达目标点。A. 位置和加速度 B. 速度和加速度C. 位置和速度D. 位置和方向( )10、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 t s。A. 增大B. 不定 C. 不变D. 减小11、受控变量是

4、机械运动的一种反馈控制系统称( )A. 顺序控制系统 B. 伺服系统 业机器人12、齿轮传动的总等效惯量随传动级数 (A. 增加而减小B. 增加而增加变化而不变C. 数控机床 D. 工)C. 减小而减小 D.13、滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和 ( )A.内循环插管式B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环反器式14、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 ( )A.100mm B.20mm C.10mmD.0.1mmA. 成正 比的交流电压B.成反比的交流电压 C.成正比的直 流电压 D. 成反比的直流电压( )

5、16 、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 等个五部分。A 换向结构 B 转换电路C 存储电路 D 检测环节( )17 、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 。A 控制电路 B 转换电路C 调制电路 D 逆变电路( )18 、以下可对异步电动机进行调速的方法是 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( )19 、执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为 液压式和气动式等。A 电气式B电磁式C 磁阻式D机械式( )20 、步进电动机， 又称电脉冲马达， 是通过 决定转角位

6、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( D )21、在系统设计时， 综合考虑其性能指标， 一般选取其阻尼的范围为： ()A 0B 1C 01D 0.40.8( C )22、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( A )23、在设计齿轮传动装置时，伺服系统中通常采用()原则选择总传动 比，以提高伺服系统的响应速度。A负载角加速度最大 B等效转动惯量最小 C质量最小 D质量最大( B )24、步进电动机，是通过()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( D )25、如果三相步进

7、电动机绕组为 U、V、W，其通电顺序为 UV VW WU UV ，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( C )26、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( B )27、某光栅条纹密度是 50条/mm，光栅条纹间夹角 =0.001孤度，则莫 尔条纹的宽度是()。A、 100mmB、 20mmC、 10mmD、0.1mm( C )28 、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( A )29、接口有三个基本功能，它们是

8、()。A 变换、放大、传递B 变换、放大、转换C 变换、放大、控制D 变换、放大、处理( B )30、以下可对异步电动机进行调速的方法是()。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、在 SPWM变频调速系统中， 通常载波是 等腰三角

9、波 ， 而调制波是 正弦波 。5、开环步进电动机控制系统，主要由 环形分配器 、功率驱动器 、步进电机 等 组成。6、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。7、机电一体化系统对支承部件的主要要求是精度高、刚度大、热变形小、抗振 性好、可靠性高，并且具有良好的摩擦特性和结构工艺性。8、同步伺服电动机实际上包括定子绕组、 转子磁极及磁极位置传感器三大部分。9、工业机器人按控制方式可分为点位控制工业机器人、连续轨迹控制工业机器 人。10、数字 PID 调节器的设计， 是采用位置式算法还是增量式算法， 应根据被控对 象的要求而定。 当被控对象要

10、求调节器输出位置量时， 就采用位置式算法， 当被 控对象要求调节器输出位置的增量时，应采用增量式算法。11、机电一体化是各种技术相互渗透的结果，其主要的相关技术可归纳为： 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 、 系统总体技术。12、机电一体化系统种类繁多， 从控制角度可以划分为开环控制和闭环控制 。13、机电一体化系统中常用的直线运动支承有滑动导轨、 滚动导轨、 液体和气体 静压导轨。14、在机电一体化系统中， 机械结构主要用于执行结构、 传动机构 、支承部件 。15、摩擦对伺服系统的影响主要有： 引起动态滞后 、 降低系统的响应速度、导致系统误差和 低

11、速爬行 。16、电气控制系统中，功率放大器按其功能可以分成： AC/DC 变流器、 DC/AC 变流器 、 AC/AC 变流器 、 DC/DC 变流器。17、经典控制理论校正系统的方法，通常有综合法 和 分析法 。18、计算机控制系统的类型：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、 分布式控制系统 。19、数字 PID表达式为： u(t) Kpe(t) 1 e(i)T TD e(k) e(k 1) 。TI i 0T20、柔性制造系统按机床台数和工序可分为：柔性制造单元 、柔性制造系统、柔性制造生产线 、柔性制造工厂名词解释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、

12、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：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：闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。4、逆变器：逆变器是将直流电变成交流电的电路。5、SPW：M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、传感器灵敏度：传感器在静态信号输入情况下，输出变化对输入变化的比值7、环形分配器： 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。8、传感器 是

13、一种以一定的精确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。9、变频调速： 通过改变电机所加电压频率，进而改变电机速度的方法。简答题1、试简述光电式转速传感器的测量原理。 答：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 60Nn Zt式中 Z

14、 圆盘上的缝隙数；N转速 （r min） ；t 测量时间 （s） 。2、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？答：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。3、柔性制造系统的主要特点有哪些？ 答：（1）柔性高，适应多品种中小批量生产

15、； （ 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。4、步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么 ? 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。5. 简述直流

16、伺服电机两种控制的基本原理。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，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。采用电枢电压控制方式时， 由于定子磁场保持不变， 其电枢电流可以达到额定值， 相应的输出转矩也可以达到额定值， 因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。 而 采用励磁磁场控制方式时， 由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和， 因而 只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定 值，因而随着

17、磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不 变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。6. 控制系统接地通的目的。将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点 （大地） 实现低阻抗的 连接，称之谓接地。接地的目的有两个： 一是为了安全， 例如把电子设备的机壳、 机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地； 二是为了给系统提供一个基准电位， 例如脉冲数字电路的零电位点等， 或为了抑 制干扰， 如屏蔽接地等。 称为工作接地。 工作接地包括一点接地和多点接地两种 方式。7、采样 /保持器的工作原理是什么？ 答：如图所示当 S 接通时，输出信号跟踪输入信号，称

18、采样阶段。当 S 断开时，电容 C 两端一直保持断开的电压，称保持阶段。8、在电气控制系统中，功率放大器的种类及其功能答：（ 1） AC/DC 变流器 把交流变换成固定的或可调的直流（ 2） DC/AC 变流器 把固定的直流变成固定或可调的交流（ 3） AC/AC 变流器 把固定的交流电变成可调的交流电（ 4） DC/DC 变流器 把固定的直流变成可调的直流9、STD 总线有哪些典型的技术特点？答：（ 1）小板结构，高度的模块化 STD 产品采用了小板结构，他们所有模板的标准尺寸为 165.1mm×114.3mm。（ 2）严格的标准化，广泛的兼容性 STD 总线具备兼容式总线结构。（

19、 3）面向 I/O 的设计，适合工业控制应用。（4）高可靠性。10、工业机器人有哪些重要特性？ 答：（1）是一种机械装置，可以搬运材料、零件、工具、或者完成多种操作 和动作功能，也即具有通用性。（2）是可以再编程的，具有多种多样程序流程的，这为人机联系提 供了可能，也使之具有独立的柔软性。（3）有一个自动控制系统，可以在无人参与下，自动地完成操作作业 和动作功能。11、柔性制造系统应具有哪些功能？ 答：（1）能自动完成多品种多工序零件的加工功能；（2）自动输送和储料功能；（3）自动诊断功能；（4）信息处理功能。12、伺服系统的组成结构框图及每一部分的功能（ 8 分）伺服系统的组成结构框图1.

20、控制器 控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略。2. 功率放大器 主要作用是将信号进行放大，并用来驱动执行机构完成某种操作。3. 执行机构 主要由伺服系统电动机或液压伺服机构和机械传动机装置等组成。4. 检测装置 主要任务是测量被控量，实现反馈控制。13、试简述光电式转速传感器的组成及测量原理 。组成：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。原理：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

21、冲， 根据测量单位时间内的脉冲 数 N ，则可测出转速为60Nn Zt 式中 Z 圆盘上的缝隙数；n 转速（rmin）；t 测量时间 （s）。14、简述 PWM 的工作过程并绘制电路原理图PWM 的基本原理是：利用大功率器件的开关作用，将直流电压转化成一定 频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变输出地平均电压。开关 S 周期性地开关， 在一个周期 T 内闭合的时间 ，则一个外加的固定直流电压 U 被 按一定的频率开关的开关 S 加到电机的电枢上， 电枢上的电压波形是一列方波信T号，其高度 U，宽度为 ，电枢两端的平均电压为： Ud T1 0 Udt T U U电路原理图15、柔性制造系

22、统的结构组成及每部分组成（ 6 分）1、加工系统 由数控机床、加工中心，工件的自动上下料装置、夹具自动更换装置、自动换刀 装置组成。2 物流系统物流系统由存储、输送、和装卸三个子系统组成3、能量系统由能量自动分配及输送子系统和能量自动转换系统组成4 信息系统由过程控制子系统和过程监视子系统。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？解： 100： 1=400：x=4 mm四倍细分： 400： 1=400： x=1mm分辨率： 1÷ 40

23、0=2.5( m)2、三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100, 双拍制通电，要求电动机转速为 120r/min ，输入脉冲频率为多少 ?步距角为多少 ?K=1; M=3, Z=100; =360/1*3*100=1.2 of=600Hz3 、 设 有 一 装 置 的 输 入 e(t) ， 输 出 u(t) ， 满 足 微 分 方 程ded(tt) 将其数字化1tu(t) K P e(t) T 0 e(t )dt TDTI 0答：用向后差分法和矩形积分法u(k) KP e(k) 1 e(i)T TD e(k) e(k 1)P TI i 0D TKPe(k) K PT e(i) KPTD e(

24、k) e(k 1) TI i 0 T4、一个两自由度的平面工业机器人操作机如图所示，手部端点与外界接触，手 部作用于环境的力为 F FxFy T ，若关节无摩擦力存在，求平衡端点力 F 的等 效关节力矩 M M1M2 T .解：由图可知，端点位置 x、y 与关节位移 1、 2 的 关系为x l1 cos 1 l2 cos( 1 2 ) y l1 sin 1 l2 sin( 1 2 ) 将其微分得dx x d 1 x d 21212dy y d 1 y d 212即dx12d1dyyyd212xxi记 si sin i ； cicos i ； sij sin( ij ) ； cij cos( i

25、 j ) 。则得该工业12yy12机器人的雅克比矩阵为xxl1s1 l2s12l 2s12l1c1 l2c12 l 2c12由M JTF ，得出有效关节力矩 M MM12l1s1 l 2s12l1c1 l2c12Fxl 2s12 l2c12Fyf(t)5、单轮汽车支承系统如图 1所示，其中m1为汽车质量， c为减震器阻尼系数； k1为弹簧刚度， m2为汽车轮子的质量， k2为轮胎弹性刚度； x1(t)和x2(t)分别为 m1 和m2的绝对位移， 求其微分学方程和以 f(t)为输入，分别以 x1(t)和x2(t)为输出的传 递函数。(10分)解：根据牛顿第二定律，以 m1为研究对象 f=ma解：以m1为研究对象，其受到 2个作用力分别为弹簧 k1的弹力k1(x1-x2)，减震器 c的阻尼力 c()，根据牛顿第二定律则 + c()+ k1(x1-x2)=0 (1)以m2为研究对象，其受到 4个作用力 , 根据牛顿第二定律则 + c( )+ k1(x2- x1)=f(t) (2)对式(1)和式(2)分别进行拉氏变换则2(3)m1s2X1(s) csX1(s) X2(s) k1X 1(s) X2(s) 02m2s2X2(s)