机电一体化复习题(附答案)分析

1、机电一体化复习题、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 5 SPWM 6 单片机 7 I/O 接口8 I/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。 （ × ）2 滚珠丝杆不能自锁。（ ）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。（ × ）4 异步通信是以字符为传输信息单位。（ ）5 同步通信常用于并行通信。（ × ）6 无条件 I/O 方式常用于中断控制中。（× ）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

2、）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（）（ 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（）（4）温度误差是影响传动精度的因素（）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 A.1<s<2 B.0<s 1 C.-1<s<13. PWM指的是（ C）。A.机器人B. 计算机集成系统4. PD 称为（ B ）控制算法。A.比例B. 比

3、例微分 C.5. 在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（ A.插补B. 切割C.s 的范围为（B）。D.-1<s<0C. 脉宽调制D.可编程控制器比例积分D. 比例积分微分A ）方法实现。画线D. 自动四、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

4、式 和其它 等四大类型。5. 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 步进电机 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

5、制系统10应用于工业控制的计算机主要有：1）单片机 2 ） PLC，3）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、 隔离 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

6、分抑制 , 不让通过。五、简答题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. 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

7、式及 I/O 接口的编址方式。 5简述伺服系统的结构组成。6DAC0832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 1001124，线性温度变送器输出 05V，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

8、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 ± 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1、 4锥齿轮 2 、3键5压簧 6 螺母 7 轴 2、周向弹簧调整法2. 分析下图差动螺旋传动原理设螺杆 3 左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为Ph1和 Ph2。2 为可动螺母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

9、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。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。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。7 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

10、息交换中起着桥梁和纽带作用。8 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。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。10 硬件在外设与内存间直接进行数据交换（DMA）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，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

11、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60NnZt式中Z 圆盘上的缝隙数；n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。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

12、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

13、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，

14、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

15、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; =360/2*5*24=1.5 o2） f=400Hz8. 4 ; +2 。七、计算题1） 100 ： 1=400： x=4 mm四细分： 400： 1=400： x=1mm分辨率： 1÷ 400=2.5（ m）2） q=f

16、maxf min/2 i=5/2 12=0.00122 n=3.5/0.00122=28692869 化为二进制为 101100110101八、综合应用题 （ 每小题 15 分，共 30 分）1 之间的齿侧间隙。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、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l 2 （Ph1 Ph2）（ 1）如果 Ph1与 Ph2 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

17、的旋向相反，则当螺杆转动 角时，可动螺母 2 的 移动距离为l 2 （Ph1 Ph2） （ 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、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、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

18、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 AD、DA 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 ?2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 10m s2'，丝杠直径为 d20mm，导程 t 4mm，齿轮减速比为 i=5 ，总效率为 ?=30，

19、 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o005mm(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。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 的控制方案、画出控制系统原理图。 （ 至少提出两个方案 ）答案及评分标准（ 供参考 ）一、填空 每空 2 分，共

20、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： AD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