机电一体化技术试题答案1

1、机电一体化技术试题一、填空（每空2分，共20分）机电一体化产品按用途可以划分为 和 控制及信息处理单元一般由控制计算机、和 组成。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。 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。 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）为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？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？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（20分）已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分

2、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?龙电编甥富辑H2.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?龙电编甥富辑H螂母世何电担卜四、计算题（24分）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。已知某工作台米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

3、，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。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）关节关节答案及评分标准（供参考）一、填空每空2分，共20分）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 控制软件硬件接口前小后大 电源输入/输出接口灵敏度线性度二、简答题（每题4分，共20分）答：机电一体化技术使机械传动部分减

4、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。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。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。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。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

5、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）（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（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）（12分）解：（1）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负载力 R = 10QCiN慎性负栽力孩卅=

6、皿口电机上的负载力矩为* （1000 + 500） 孔=Or SSNinA （12 分）解.：.（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匚=由测曩精度港L=6 005mmT*金=5X：6o广1伉脉冲/辑选取耳=2的光电编码器则理论测最精度处L处L吕*蠕=如4 .源5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l=-L二 4祝AL 0.005 80。脉冲/我可知”。=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

7、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。(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。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。机电一体化技术试卷（一）一、名词解释（每小题2分，共10分）1.测量2.灵敏度3.压电效应4.动态误差5.传感器二、填空题（每小题2分，共20分）滚珠丝杆中滚珠的循环方式： ，

8、。机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括， ， ， 。顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通 常用。某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角0=0.00孤度，则莫尔条 纹的宽度是。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 ，使它们同步协调到达目标点。某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为齿轮传动的总等效惯量与传动级数累计式定时器工作时有复合控制器必定具有。钻孔、点焊通常选用 类型。三、选择题（每小题2分，共10分）一般说来，如果增大幅值穿越频率wc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts

9、 （）A.产大B.减小C.不变D.不定加速度传感器的基本力学模型是（）A.阻尼一质量系统B.弹簧质量系统 C.弹簧一阻尼系统 D.弹簧系统齿轮传动的总等效惯量与传动级数（）A.有关 B.无关 C.在一定级数内有关D.在一定级数内无关顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通 常用（）A.单片机 B. 2051C. PLCD. DSP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检测环节四、判断题（每小题2分，共10分）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， TOC o 1-5

10、h z 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。（） 五、问答题（每小题10分，共30分）步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?什么是步进电机的使用特性？机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面？六、分析计算题（每小题1

11、0分，共20分）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？采用PLC设计二个电磁阀A、B工作的系统1）按钮x1为A电磁阀打开，按钮x2为A电磁阀关闭（输出y1）;2）按钮x3为B电磁阀打开，按钮x4为B电磁阀关闭（输出y2）;3）只有B电磁阀在工作中，A电磁阀才能工作。要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。机电一体化技术试卷（一）答案一、名词解释（每小题2分，共10分）是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据 概念的过程。指在稳态下，输出的变化量AY与输入的变化量AX的比值。即为传感器灵

12、 敏度。S=dy/dx= AY/AX某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产 生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去掉后， 它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态 误差。传感器是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。二、填空题（每小题2分，共20分）内循环外循环性能指标系统功能使用条件经济效益PLC 4. 20mm 5.位置和速度 6. 0.027.增加而减小 8. 29.前馈控制器10.简单的直线运动控制三、选择题

13、（每小题2分，共10分）1. B.2. A3. C.4. C5、D四、判断题（每小题2分，共10分）1、2、X3、4、X5、五、问答题（每小题10分，共30分）单电源驱动电路 双电源驱动电路 斩波限流驱动电路步距误差步距误差直接影响执行部件的定位精度。最大静转矩是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能 承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩，它反映了步进电动机的制 动能力和低速步进运行时的负载能力。启动矩一频特性 空载时步进电动机由静止突然启动，并不失步地进入稳速 运行所允许的最高频率称为最高启动频率。启动频率与负载转矩有关。运行矩频特性步进电动机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频 率，