机电一体化复习习题集张帆

PAGE2机电一体化系统设计习题集第73页机电一体化系统设计习题集总论一、选择题1.机电一体化是机械与（）Ａ.自动控制技术有机结合的产物Ｂ.伺服驱动技术有机结合的产物Ｃ.电子技术有机结合的产物Ｄ.计算机信息处理技术有机结合的产物2.开发性设计是在既没有参考样板又没有具体设计方案的情形下（）A.对现有系统进行局部更改的设计B.根据抽象原理按系统性能要求进行设计C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计C.根据抽象原理进行局部更改的设计3.适应性设计是在总的方案原理基本保持不变的情况下（）A.对现有系统进行局部更改的设计B.根据抽象原理对系统性能要求进行设计C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计D.根据抽象原理进行局部更改的设计4.变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下（）A.对现有系统进行局部更改的设计B.根据抽象设计原理对系统性能要求进行设计C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计D.根据抽象设计原理进行局部更改的设计5.机电一体化与英文单词（）A.Mechanics一致B.Electronics一致C.Mechatronics一致D.Electric-Machine一致6.柔性化是在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，（）A.无须改变硬件只改变软件就可以B.无须改变软件只改变硬件就可以C.既要改变硬件又要改变软件才行D.既不改变硬件又不改变软件二、名词解释题1.机电一体化2.机电一体化技术3.机电一体化产品4.机电一体化生产系统5.开放性6.开发性设计7.适应性设计8.变异性设计三、简述题1.简答机电一体化系统实现目的功能的内部功能。2.简述机电一体化的发展趋势。3.简答机电一体化技术的主要特征。4.简答机电一体化系统的目的功能。5.机电一体化系统有哪些基本要素？6.机电一体化生产系统由哪几个部分组成？7.机电一体化系统设计的原则有哪些？8.机电一体化系统的设计类型有哪些？第1章机械系统设计一、选择题1.滚珠丝杠副的传动效率高达0.90以上，为滑动丝杠副的（）A．6倍Ｂ．0.5倍 Ｃ．3～4倍Ｄ．10～20倍2.滚动直线导轨副的承载能力是平面滚道形式的（）A．23倍Ｂ．13倍Ｃ．4倍Ｄ．33倍3.常将多轴驱动系统的惯性载荷折算成等效的单轴系统，并使折算后的单轴系统与折算前的多轴系统保持（）A.动力性能不变B.运动性能不变C.静力性能不变D.稳态性能不变4.启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的（）A.负载动量B.机械能量C.失动能D.失动量5.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

C.减小而减小

D.变化而不变6.在设计滚珠丝杠副时所要求的硬度HRC（）A.越小其硬度系数就越小B.越大其硬度系数就越小C.越大其硬度系数就越大D.大小与其硬度系数无关7.滚珠丝杆螺母副结构有两类：内循环反向器式和（）A.外循环插管式B.外循环反向器式C.内、外双循环D.内循环插管式8就滚珠丝杠副压杆稳定性和临界转速比较，一端固定一端自由的结构形式（）A.比一端固定一端游动的低B.比一端固定一端游动的高C.与一端固定一端游动相等D.为最高9.对步进电动机进给系统中齿轮传动装置进行传动比分配的原则是（）A.最大负载惯量原则B.最小负载惯量原则C.最大负载转矩原则D.最小负载转矩原则10.据齿轮系传动比最佳分配条件，简化的最佳速比分配关系为()A. B. C. D.11.偏心轴套调整法是采用偏心轴套的旋转来改变（）A.两齿轮轴向位移量以消除齿侧间隙B.齿轮之间的中心距以消除齿侧间隙C.两齿轮相对旋转的角位移消除间隙D.两薄片齿轮之间垫片厚度以消除间隙12.滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，其动摩擦力与静摩擦力之差（）A.极大B.极小C.为零D.为无穷大13.在开环步进电机-丝杠系统中，传动比大小与系统步进电机的（）A.转动角有关B.步距角有关C.失调角有关D.控制角有关14.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.内循环反向器式15.齿轮传动机构采取消隙措施，可以消除齿侧间隙及其造成的（）Ａ.换向误差Ｂ.换向死区Ｃ.换向冲击Ｄ.换向阻力16.滚珠丝杠副可以将直线运动变为（）A.旋转运动B.直线运动C.螺旋运动D.正弦运动17.工作机械的负载特性是工作机械在运行过程中（）A.运行阻力与转速的关系B.运动质量与转速的关系C.功率与转速的关系D.运动惯性与转速的关系18.负载转动惯量由执行部件以及上面装的夹具、工件或刀具、滚珠丝杠、联轴器等直线和旋转运动部件的质量或惯量折合到（）A.齿轮轴上的惯量组成B.输出轴上的惯量组成C.电动机轴上的惯量组成D.丝杠轴上的惯量组成19.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

C.减小而减小

D.变化而不变20.滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截面形状有（）A.单圆弧型面和抛物线型面B.双圆弧型面和椭圆弧型面C.抛物线型面和椭圆弧型面D.单圆弧型面和双圆弧型面21.导轨截面为矩形截面的滚动导轨承载时其受力（）A.上下方向相等但左右不等B.上下左右各方向大小相等C.上下方向不相等但左右相等D.上下左右各方向大小均不相等22.启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的（）A.定位误差B.系统误差C.静态误差D.死区误差23.在设计滚珠丝杠副时工作（）A.越平稳所选载荷系数越大B.条件越恶劣所选载荷系数越小C.条件越恶劣所选载荷系数越大D.条件情况与载荷系数的选取无关24.滚珠丝杠副为单圆弧型面螺纹滚道时，其接触角随轴向负荷（）A.增大而减小B.增大而增大C.减小而增大D.减小而减小25.在开环步进电机-丝杠系统中，齿轮副传动装置的传动比大小与系统（）A.丝杠长度有关B.导轨长度有关C.丝杠导程有关D.导轨刚度有关26.在设计滚动导轨副时滑座的（）A.运动速度越小所选载荷系数越大B.运动速度越大所选载荷系数越大C.运动无冲击时所选载荷系数越大D.运动情况与载荷系数的选取无关27.滚珠丝杠副为双圆弧型面螺纹滚道时，其接触角（）A.随轴向负荷变化而变化B.随径向负荷变化而变化C.不随轴向负荷而变化D.不随径向负荷变化而变化28.摩擦力引起的死区误差实质上是在驱动力的作用下，传动机构为克服静摩擦力而产生的（）A.弹性变形B.局部变形C.屈服变形D.塑性变形29.在开环步进电机-丝杠系统中，齿轮副传动装置的传动比大小与系统（）A.丝杠长度有关B.导轨长度有关C.丝杠导程有关D.导轨刚度有关30.摩擦力引起的死区误差实质上是在驱动力的作用下，传动机构为克服（）A.动摩擦力而产生的弹性变形B.静摩擦力而产生的弹性变形C.惯性力而产生的弹性变形D.负载力而产生的弹性变形31.在设计滚动导轨副时其滑座的（）A.运动速度越小所选载荷系数越大B.运动速度越大所选载荷系数越小C.运动情况与载荷系数的选取无关D.运动速度越大所选载荷系数越大32.计算齿轮传动系统时非随机载荷的采用（）A.方和根综合法B.回归分析综合法C.峰值综合法D.正交实验法33.机电一体化系统中的齿轮传动可以实现（）A.刚度匹配B.阻尼比匹配C.频带宽度匹配D.脉冲当量匹配34.齿轮传动系统的最佳总传动比是（）的传动比A.负载加速度最小或负载等效转矩最大B.负载加速度最大或负载等效转矩最小C.负载加速度最大或负载等效转矩最大D.负载加速度最小或负载等效转矩最小34.为了提高齿轮传动系统度精度，并使机构紧凑，各级传动比（）A.应按“前大后小”次序分配B.应按“前小后大”次序分配C.必须相等D.应与伺服系统匹配二、名词解释题1.失动量2.等效负载转矩3.死区误差4.丝杠副的轴向间隙5.载荷的类比法6.载荷的计算法7.等效负载转动惯量8.滚珠丝杆螺母副的传动刚度9.峰值综合负载10.方和根综合负载11.最佳总传动比12.压电晶体的逆压电效应三、简述题1.简述机电一体化传动机构对系统性能的影响。2.简述缩短传动链，提高传动与支承刚度的方法。3.简述机电一体化传动机构转动惯量对系统性能的影响。4.在设计中具体采取什么措施确保机械系统的传动精度和工作稳定性？5.齿轮传动副的消隙方法有哪些？6.简述机电一体化传动机构刚度对系统性能的影响。7.转动惯量对传动系统有哪些影响？8.为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？四、综合应用题1.丝杠螺母驱动系统如题1图所示，已知工作台的质量m=200Kg，丝杠螺距Ph=5mm,丝杠长度L=0.8m，中径为d=30mm，材料密度为，齿轮齿数分别为z1＝20，z2＝45，模数m＝2mm，齿宽b＝20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量。题1图2.已知平均载荷Fm＝3600N，丝杠工作长度L＝1.25m，平均转速nm＝120r/min，每天开机6h，每年250个工作日计，要求工作10年以上。丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC，丝杠传动精度要求为±0.03mm。假设丝杠为D级精度，各计算系数如题2表所示，试计算数控机床工作台用滚珠丝杠副的额定动载荷。题2表滚珠丝杠副的计算载荷系数表载荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运转载荷系数1～1.21.2～1.51.5～2.5硬度HRC≥58≥55≥50≥45≥40硬度系数1.01.111.562.43.85精度等级C、DE、FGH精度系数1.01.11.251.433.数控机床伺服进给系统如题3图所示，已知系统脉冲当量＝0.005mm，步进电动机的步距角，滚动丝杠导程＝6mm。试求系统中伺服电动机的每转脉冲数以及对减速齿轮装置按最小负载惯量原则进行传动比分配。题3图数控车床纵向进给传动链简图4.设所选用的滚珠丝杠的工作长度L＝1.25m；丝杠小径d1＝45.63mm，取弹性模量E＝2.06×105MPa，滚珠丝杠的轴向工作载荷为N，根据题4表的参数对该滚珠丝杠副作稳定性验算。题4表滚珠丝杠副的稳定性系数表支承方式有关系数一端固定一端自由（F-O）一端固定一端游动（F-S）两端固定（F-F）[]3～42.5～3.3—22/3—1.8753.9274.7305.有一开环控制数控车床的伺服进给传动链如题5图所示，步进电动机的步距角，滚动丝杠导程＝6mm，系统脉冲当量＝0.005mm。试求：1）系统的减速传动比；2）按最小负载惯量原则来分配各级齿轮副的传动比。题5图数控车床纵向进给传动链简图6.开环控制数控车床的伺服进给系统的工作台及刀架质量m＝300kg，导轨摩擦系数，丝杠螺母机构的最小综合拉压刚度，最大综合拉压刚度。要求：系统脉冲当量0.005mm，定位精度0.01mm。试校验：（1）系统的死区误差；（2）系统刚度变化引起的定位误差。7.数控伺服进给系统丝杠螺母机构的最小综合拉压刚度为，最大综合拉压刚度为，其工作台及刀架质量为300kg。设导轨摩擦系数为0.2，若要求系统脉冲当量0.005mm，定位精度0.01mm，试验算：（1）系统能否满足单脉冲进给要求；（2）系统刚度能否满足定位精度要求。8.开环控制数控伺服进给系统的工作台及刀架质量m＝300kg，丝杠螺母机构的最小拉压刚度，最大拉压刚度,丝杠最低扭转刚度,丝杠质量，折算到丝杠轴上系统的总当量转动惯量为。试计算系统固有频率。第2章检测系统设计一、选择题1.数字式传感器检测系统的传感器输出信号为（）A.模拟信号B.电流信号C.电压信号D.增量码信号2.频率调制是让一个高频载波信号的频率随（）A.调制信号而变化的过程B.调幅信号而变化的过程C.载波信号而变化的过程D.调频信号而变化的过程3.滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（）A.所对应的频率B.所对应的频率C.所对应的频率D.所对应的频率4.光栅栅距为０.０２mm，则经过四细分后，每个计数脉冲代表的位移量为（）Ａ.０.０５mmＢ.０.００５mmＣ.０.５mm5.当传感器的输出信号是电参量形式时，需要采用基本转换电路将其转换成（）A.电压量后再送入后续检测电路B.电容量后再送入后续检测电路C.电感量后再送入后续检测电路D.电阻量后再送入后续检测电路6.小信号双线变送器是将现场微弱信号转化为4～20mA的标准电流输出，然后通过一对双绞线传送信号以（）A.实现强电信号与弱电信号的隔离B.实现信号和电源的一起传送C.实现信号的幅度线性调制与解调D.实现信号的脉宽调制与解调7.调频波的解调可以先将调频波变换成（）A.调幅波后进行幅值检波B.调频波后进行幅值检波C.调频调幅波后进行幅值检波D.调相调幅波后进行幅值检波8.旋转变压器转子相对定子的位置通过测量出转子绕组中的感应电动势（）A.相位来确定B.频率来确定C.幅值来确定D.脉宽来确定9.当传感器的输出信号是电参数形式时，需要采用基本转换电路将其转换成（）A.电阻形式B.电容形式C.脉冲形式D.电量形式10.线性调幅就是让载波的（）A.幅值随调制信号按线性规律变化B.频率随调制信号按线性规律变化C.相位随调制信号按线性规律变化D.阻尼比随调制信号按线性规律变化11.绝对值检测电路的特点是将交变的（）A.连续信号变换为离散信号B.直流信号变换为交流信号C.双极性信号变换为单极性信号D.模拟信号变换为数字信号12.旋转变压器的鉴相工作方式是根据旋转变压器转子绕组中感应电动势（）A.频率来确定被测位移大小的方式B.相位来确定被测位移大小的方式C.幅值来确定被测位移大小的方式D.脉宽来确定被测位移大小的方式13.将传感器输出信号的电参数形式的信号转换成电量形式信号需要采用（）A.闭环控制电路B.反馈控制电路C.基本转换电路D.功率放大电路14.隔离放大器的信息传递可以通过（）A.电阻直通实现B.电桥整流实现C.放大电路实现D.磁路实现15.滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（）A.所对应的频率B.所对应的频率C.所对应的频率D.所对应的频率16.旋转变压器的鉴幅式工作方式是通过检测转子绕组中感应电动势的（）A.相位来确定被测位移大小的方式B.频率来确定被测位移大小的方式C.幅值来确定被测位移大小的方式D.脉宽来确定被测位移大小的方式17.n细分是指使传感器的输出变化（）A.1/(n+1)周期时计一个数B.1/n周期时计一个数C.n周期时计一个数D.n＋1周期时计一个数18.共模抑制比就是（）A.共模增益与差模增益之比B.闭环增益与开环增益之比C.开环增益与闭环增益之比D.差模增益与共模增益之比19.解调就是从已调制波中恢复（）A.调制信号过程B.调幅信号过程C.载波信号过程D.调频信号过程20.电压跟随器的输出电压()A.大于输入电压

B.大于等于输入电压C.等于输入电压

D.小于输入电压21.模拟式传感器检测系统的传感器输出信号为（）A.数字信号B.模拟信号C.离散信号D.脉冲信号22.调幅就是用调制信号去控制高频（）A.输入信号的幅度B.输出信号的幅度C.载波信号的幅度B.干扰信号的幅度23.电压比较器是以（）A.数字量为输入，模拟量为输出的电路B.模拟量为输入，数字量为输出的电路C.电压量为输入，电流量为输出的电路D.电流量为输入，电压量为输出的电路24.旋转变压器在结构上其定子和转子之间空气间隙内磁通为（）A.正弦分布规律B.尖脉冲分布规律C.矩形波分布规律D.直线分布规律25.调制就是使缓变信号驾驭在（）A.调制信号上以便于放大和传输B.调幅信号上以便于放大和传输C.载波信号上以便于放大和传输D.调频信号上以便于放大和传输26.滤波器的带宽是指滤波器两（）A.固有频率之间的频率范围B.截止频率之间的频率范围C.谐振频率之间的频率范围D.穿越频率之间的频率范围27.若光栅栅距为０.０２mm，则经过四细分后，每个计数脉冲代表的位移量为（）Ａ.０.０５mmＢ.０.００５mmＣ.０.５mm28.光栅信号的四细分电路中的整形电路是将正弦波转换成（）A.频率相同的脉冲B.频率相同的矩形波C.相位相同的脉冲D.相位相同的矩形波29.测量放大器的目的是检测并放大叠加在（）A.高共模电压上的微弱信号B.差模电压上的微弱信号C.输入电压上的微弱信号D.耦合电压上的微弱信号30.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31.是低通滤波器的为（）ABCD32.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是（）A.100mm

B.20mm

C.10mm

D.0.1mm二、名词解释题1.包络检波2.旋转变压器的鉴相工作方式3.滤波器的截止频率4.小信号双线变送器5.莫尔条文6.增量式编码器7.调频与解调8.低通滤波器三、简述题1.试按滤波器的选频作用对滤波器进行分类。2.信号的调制与解调有哪些类型。3.试用旋转变压器的数学表达式说明其鉴相工作方式。4.简答莫尔条纹的特点。5.简述对测量放大电路的性能要求。6.试用旋转变压器的数学表达式说明其鉴幅工作方式。7.简述调制与解调的一般应用场合。8.隔离放大器的应用场合主要有哪些？四、综合应用题1.试分析题36图(a)所示二极管解调器在输入电压如题1图(b)所示波形时的工作原理，并画出输出电压波形图。(a)(b)题1图2.一阶有源低通滤波器电路原理如图所示，试求：（1）滤波器的输入与输出之间的传递函数关系；（2）通频带增益和截止频率。题2图3.已知某一线性电位器的测量位移原理如题3图所示。若电位器总电阻R=2kΩ，电刷位移为x时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压Vi=12V,负载电阻为RL。(1)已测得输出电压Vo=5.8V，求负载电阻RL。(2)试计算此时的测量误差。题3图4.一阶有源低通滤波器电路原理如图所示，试求：（1）滤波器的输入与输出之间的传递函数关系；（2）通频带增益及截止频率。5.已知低通滤波电路如题5图所示，电阻R＝500Ω、电容C=0.05μF，试计算滤波器的上截止频率。题5图6.试分析题6图a所示电路，由交流信号（如图b所示）还原成直流信号的解调原理，并画出输出电压波形图。（a）（b）题6图7.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如题7图所示，已知工作台的行程L=250mm,丝杠导程Ph=4mm,齿轮减速比为i=5,要求工作台位移的测量精度为0.005mm，采用高速端测量方法，试确定旋转编码器的每转脉冲数。（忽略齿轮和丝杠的传动误差）题7图8.试分析题8图a所示相敏检波电路的工作原理，并画出输出电压波形图。己知输入信号及控制信号见题8图b所示。（a）（b）题8图9.采样保持电路如题9图所示，试分析其工作原理。题9图C10kΩC10kΩuo10kΩ10kΩ10kΩ5kΩUc∞-++N1∞-++N210kΩV1V2uA+us-Uc11.ui1ui1ui2uo1uo2100kΩ10kΩ100kΩ20kΩ20kΩ100kΩuo100kΩ∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N312．电路如图所示，试画出其电压传输特性曲线，要求标出有关数值。设A为理想运算放大器。13．在如图所示电路中，已知A为理想运算放大器，其输出电压的最大值为12.7V；二极管VD的正向导通电压UD＝0.7V。试画出该电路的电压传输特性图。第3章控制系统设计一、选择题1.二阶系统瞬态响应稳定收敛的条件必须是阻尼比（）A.小于零B.等于零C.大于零D.小于等于零2.采样信号将在高频部分重现连续信号的频谱，但其幅值为（）A.连续信号频谱的1/T倍B.数字信号频谱的1/T倍C.调制信号频谱的1/T倍D.解调信号频谱的1/T倍3.s平面的右半部分在z平面上的映射为（）A.单位圆内的区域B.单位圆外的区域C.半径为1的单位圆D.整个z平面4.最少拍控制系统是在最少的几个采样周期内达到在（）A.采样时刻前输入输出无差的系统B.采样时刻后输入输出无差的系统C.采样时刻间输入输出无差的系统D.采样时刻输入输出无差的系统5.采样信号是把时间上连续的信号变成时间上离散的（）A.连续信号的过程B.数字信号的过程C.调制信号的过程D.解调信号的过程6.控制系统极点在z平面单位圆内时，对应的暂态响应是（）A.衰减或振荡衰减的B.发散或振荡发散的C.不变或等幅振荡的D.衰减或等幅振荡的7.带死区的PID控制系统的误差死区宽度为E0，当｜e（n）｜≤E0时取e（n）＝0，则控制器（）A.输出量为零B.输出量为无穷大C.输入量为零D.输入量为无穷大8.为保证闭环数字控制系统的稳定性，（）A.1－Φ（z）的零点必须包含有G（z）的不稳定极点B.1－Φ（z）的极点必须包含有G（z）的不稳定极点C.Φ（z）的零点必须包含有G（z）的不稳定极点D.Φ（z）的极点必须包含有G（z）的不稳定极点9.采样信号频谱只是在高频部分重现原连续信号频谱，且相邻两个频谱之间不重叠的条件是（）A.ωs＜2ωmaxB.ωs＜ωmaxC.ωs≥ωmaxD.ωs≥2ωmax10.脉冲传递函数是输出采样信号的（）A.z变换与输出采样信号的z变换之比B.z变换与输入采样信号的z变换之比C.拉氏变换与输出采样信号的拉氏变换之比D.拉氏变换与输入采样信号的拉氏变换之比11.最少拍数字控制系统满足对系统稳态误差要求就是在典型输入信号作用下，系统的稳态误差（）A.e（n）＝∞B.e（n）＝0C.e（n）＝e（kT）D.e（n）＝常数12.为保证闭环数字控制系统的稳定性，（）A.1－Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点B.1－Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点C.Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点D.Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点13.采样信号频谱相邻的两个频谱之间将产生重叠引起畸变是因为（）A.ωs＜2ωmaxB.ωs＜ωmaxC.ωs≥ωmaxD.ωs≥2ωmax14.采用z反变换可将z变换函数反求出原来的（）A.连续函数B.采样函数C.传递函数D.复变函数15.s平面的虚轴在z平面上的映射为（）A.单位圆内区域B.单位圆外区域C.单位圆周线D.整个z平面16.积分分离式PID控制系统最大允许偏差值为E0，当｜e（n）｜≤E0时采用（）A.PI控制器控制系统B.PD控制器控制系统C.PID控制器控制系统D.P控制器控制系统17.采样信号变成连续信号必须经过（）A.解调器和保持器后才能完成B.调制器和保持器后才能完成C.A/D转换器和保持器后才能完成D.D/A转换器和保持器后才能完成18.s平面的左半部分在z平面上的映射为（）A.单位圆内区域B.单位圆外区域C.半径为1的单位圆D.整个z平面19.积分分离式PID控制系统最大允许偏差值为E0，当｜e（n）｜＞E0时采用（）A.PI控制器控制系统B.PD控制器控制系统C.PID控制器控制系统D.P控制器控制系统20.最少拍数字控制系统满足最快速达到稳态要求就是系统（）A.Φ（z）趋近于零的拍数为最少B.G（z）趋近于零的拍数为最少C.E（z）趋近于零的拍数为最少D.1－Φ（z）趋近于零的拍数为最少21.过渡过程结束后控制系统的输出量只与（）A.输入量有关B.反馈量有关C.输出量有关D.状态量有关22.对连续时间信号离散化是由采样/保持电路和（）A.解调器来实现B.调制器来实现C.A/D转换器来实现D.D/A转换器来实现23.采样信号的z变换与采样信号的拉普拉斯变换之间的映射关系为（）A.z＝esTB.s＝ezTC.z＝e-sTD.s＝e－zT24.控制系统极点在z平面单位圆外时，对应的暂态响应是（）A.衰减或振荡衰减的B.发散或振荡发散的C.不变或等幅振荡的D.衰减或等幅振荡的25.连续信号经过采样之后可得到时间上（）A.连续的信号B.离散的信号C.随机的信号D.振动的信号26.控制系统极点在z平面单位圆上时，对应的暂态响应是（）A.衰减或振荡衰减的B.发散或振荡发散的C.不变或等幅振荡的D.衰减或等幅振荡的27.最少拍无纹波控制系统的闭环传递函数Φ（z）的零点必须包含G（z）在z平面上的（）A.单位圆外零点B.单位圆内零点C.单位圆上零点D.所有零点28.带死区的PID控制系统的误差死区宽度为E0，当｜e（n）｜＞E0时采用（）A.PI控制器控制系统B.PD控制器控制系统C.PID控制器控制系统D.P控制器控制系统29.采样信号的频谱在幅值上是原连续信号频谱的（）A.T倍B.1/T倍C.1倍D.0.5倍30.数字控制器D（z）物理可实现就是要求数字控制器算法中不允许出现（）A.对未来时刻的信息要求B.对过去时刻的信息要求C.对现在时刻的信息要求D.不确定性的信息要求31.采样就是把时间连续的信号变成一连串不连续的（）Ａ.脉冲时间序列过程Ｂ.振荡时间序列过程Ｃ.方波时间序列过程Ｄ.锯齿波时间序列过程32.采样信号能够无失真地恢复到原连续信号的条件为（）A.ωs＜2ωmaxB.ωs＜ωmaxC.ωs≥ωmaxD.ωs≥2ωmax二、名词解释题1.最少拍控制系统2.保持器3.数字控制器D（z）物理可实现4.信号的采样5.采样系统的动态特性6.脉冲传递函数7.最少拍无纹波控制系统8.采样信号的复原三、简述题1.试述带死区的PID数字控制调节原理。2.当二阶系统随阻尼比变化时其极点在复平面上将怎么变化？3.简述采样控制系统的闭环极点对系统性能的影响。4.试述积分分离式PID数字控制调节原理。5.分析系统的阻尼比对系统的性能影响。6.简述利用直接数字设计法设计最少拍控制系统的具体要求。7.说明比例微分控制的调节作用。8.说明比例积分控制的调节作用。四、综合应用题1.求下列拉氏变换所对应的z变换(1)(2)2.求函数的Z变换。3.求，（>）的Z反变换。4.求函数的Z反变换。5.试求下列各式的z反变换(1)(2)6、求下图所示系统的脉冲传递函数D(z)=C(z)/R(z).第4章机电一体化接口设计一、选择题1.对多路转换开关的基本要求是（）A.导通电阻小而开路电阻大B.导通电阻大而开路电阻小C.导通电阻小且开路电阻也小D.导通电阻大且开路电阻也大2.A/D转换器MC14433的被测最大输入电压为（）A.19.99mVB.199.9mVC.19.99VD.199.9V3.整形电路是将混有毛刺之类干扰输入的双值逻辑信号或前后沿不合要求的输入信号整形为接近理想状态的（）A.正弦波并变换为相应形状的脉冲信号B.正弦波并变换为相应频率的幅值信号C.矩形波并变换为相应形状的脉冲信号D.矩形波并变换为相应幅值的脉冲信号4.多路转换开关型号为（）A.ADC0809B.DAC0832C.MC14433D.AD75015.A/D转换器MC14433的输出线DS1＝1且Q3＝0、Q0＝0时，输出转换结果状态为（）A.千位数0B.千位数1C.输出结果为正D.输出结果为负6.D/A转换器0832的单缓冲工作方式的控制信号线状态为（）A.B.C.D.7.ADC0809是将（）A.连续信号变为离散信号的采样开关B.离散信号变为连续信号的保持器C.模拟信号变为数字信号的转换器D.数字信号变为模拟信号的转换器8.D/A转换器0832的单缓冲工作方式控制信号状态为（）A.B.C.D.9.对多路转换开关基本要求是（）A.交叉干扰小且切换速度慢B.导通电阻小切换速度慢C.导通电阻大且切换速度快D.交叉干扰小且切换速度快10.若把A/D转换器MC14433的DU引脚与EOC引脚相连接，则（）A.每次A/D转换结束后自动启动新的转换B.每次D/A转换结束后自动启动新的转换C.A/D转换结束后自动输出千位数D.D/A转换结束后自动输出千位数11.双缓冲式工作方式是当各DAC0832的数据已分别存入各自的寄存器后，输出多个模拟信号的控制线状态为（）A.所有D/A的和B.所有D/A的和C.所有D/A的和D.所有D/A的和12.AD7521是将（）A.连续信号变为离散信号的采样开关B.离散信号变为连续信号的保持器C.模拟信号变为数字信号的转换器D.数字信号变为模拟信号的转换器13.A/D转换器MC14433的输出线DS1＝1且Q3＝1、Q0＝0时，输出转换结果状态为（A）A.千位数0B.千位数1C.输出结果为正D.输出结果为负14.DAC1230是将（）A.连续信号变为离散信号的采样开关B.离散信号变为连续信号的保持器C.模拟信号变为数字信号的转换器D.数字信号变为模拟信号的转换器15.DAC0832的直通式接口的控制状态为：（）A.B.C.D.16.A/D转换器MC14433的输出线DS1＝1且Q3＝0、Q0＝1时，输出转换结果状态为（）A.输入欠量程0B.输入过量程C.输出结果为正D.输出结果为负17.开关转换电路在换向过程中一般是（）A.导通延迟时间长，截止延迟时间短B.导通延迟时间短，截止延迟时间长C.导通延迟时间长，截止延迟时间长D.导通延迟时间短，截止延迟时间短18.DAC0832是将（）A.连续信号变为离散信号的采样开关B.离散信号变为连续信号的保持器C.模拟信号变为数字信号的转换器D.数字信号变为模拟信号的转换器19.A/D转换器MC14433在一次转换结束后其EOC引脚将输出一个宽为（）A.2个时钟周期的负脉冲B.1/2个时钟周期的负脉冲C.2个时钟周期的正脉冲D.1/2个时钟周期的正脉冲20.A/D转换器ADC0809的模拟输入通道的量程为（）A.0~10VB.0~5VC.0~10mvD.0~5mV21.受控变量是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

C.数控机床

D.工业机器人22.A/D转换器MC14433的输出线DS2＝1时，转换输出的结果Q3Q2Q1Q0表示数的（）A.个位BCD码B.十位BDC码C.百位BCD码D.千位BCD码23.计算机控制系统中可以采用（）A.微分电路抑制干扰的影响B.滤波电路抑制干扰的影响C.放大电路抑制干扰的影响D.数/模转换电路抑制干扰的影响24.PI调节器由于有积分调节功能使系统具有积累保持特性，故能（）A.提高系统的稳定性B.消除系统的静态误差C.提高系统的响应快速性D.增大系统的超调量二、名词解释题1.信号的同步触发2.整形电路3.尖峰4.信号的异步触发5.开关（数字）量输入通道6.模拟量输入通道7.A/D转换器8.D/A转换器三、简述题1.简述D/A转换器的主要特性。2.简述在D/A转换时产生尖峰的原因。3.对多路转换开关有哪些基本要求？4.简述接口电路的主要任务。5.在进行过程输入通道设计时，应考虑的哪些问题？6.简答过程输入输出通道类型。7.简述CPU对开关量输入信号的处理形式。8.D/A转换器0832有哪些工作方式？四、综合应用题1.单片机（8031）与DAC0832芯片如图所示，若D/A转换器工作于单缓冲方式。（1）画出电路的连接图；（2）设计D/A转换程序。2.DAC1230与单片机8031的接口电路如题2图所示，图中地址及控制逻辑如题2表所示，试编制电路的接口程序。题2图DAC1230与单片机8031的接口电路题2表地址控制方式功能8000HI/O写输入DI4～DI118001HI/O写输入DI0～DI38002HI/O写DAC刷新输出第5章伺服系统设计一、选择题1.单向晶闸管从阻断到导通的条件必须是（）A.阳极加正向电压B.控制极加正向电压C.阳极和控制极加正向电压D.阴极和控制极加正向电压2.由伺服系统组成元件本身的误差及干扰信号所引起的系统输出量对输入量的偏差是伺服系统的（）A.累积误差B.动态误差C.稳态误差D.静态误差3.影响直流伺服电动机机械特性的因素有（）A.功放内阻B.负载变动C.电枢电压D.空载转速4.PWM指的是（）A.机器人B.计算机集成系统C.脉宽调制器D.可编程控制器5.步进电动机步距角的计算公式为（）A.B.C.D.6.单向晶闸管驱动阻性负载时其导通角与控制角之间的关系为（）A.α＋β＝0B.α＋β＝π/2C.α＋β＝πD.α＋β＝2π7.直流伺服电动机的调节特性是负载力矩为常数的情况下电动机的转速与（）A.负载转矩之间的关系B.负载功率之间的关系C.电枢控制电压之间的关系D.定子激磁电压之间的关系8.决定步进电动机转速大小的是各相绕组的（）Ａ.通电相位Ｂ.通电幅值Ｃ.通电频率Ｄ.通断电频率9.异步电机的变频调速控制，在频率从工频以下是按（）Ａ.恒压频比控制方式的恒转矩调速Ｂ.弱磁升速控制方式的恒转矩调速Ｃ.恒电动势频率比控制方式的调速Ｄ.转速、电流双闭环控制方式的调速10.单向晶闸管一导通控制极就失去作用，其断开条件是流过晶闸管电流（）A.大于保持晶闸管截止的维持电流B.大于保持晶闸管导通的维持电流C.小于保持晶闸管截止的维持电流D.小于保持晶闸管导通的维持电流11.伺服系统的稳定性是系统在受到外界干扰或输入指令作用时，其输出响应的过渡过程随时间的（）A.增加而增加B.增加而衰减C.增加而等幅振荡D.增加而不变12.双闭环直流调速系统在转速PI调节器不饱和的稳态下系统的（）Ａ.转速误差为0Ｂ.转速为0Ｃ.电流误差为0Ｄ.电流为013.交流伺服电动机在工频以上维持定子电压为额定值采用（）A.维持励磁磁通不变的恒转矩调速控制B.降低频率增大磁通的恒功率调速控制C.增加频率减小磁通的恒功率调速控制D.维持磁通不变的恒压频比的调速控制14.对四齿转子的三相步进电动机进行单双相通电，则其步距角为（）A.15°B.22.5°C.30°D.45°15.直流伺服电动机的机械特性是指控制电压恒定时，电动机转速随（）A.转绕组子电压变化的关系B.转子绕组电流变化的关系C.负载转矩变化的关系D.负载功率变化的关系16.影响直流伺服电动机调节特性的因素有（）Ａ.功放内阻Ｂ.负载随转速变动Ｃ.电枢电压Ｄ.空载转速17.转速调节器ASR和电流调节器ACR采用PI电路是为了（）A.提高系统的稳定性B.减小系统的超调量C.消除系统静差并提高系统的快速响应性D.消除系统的动态误差18.直流伺服电动机的电枢电压控制就是控制电枢绕组电压来控制电动机的转速和输出转矩，但其（）A.定子磁场保持不变B.转子磁场保持不变C.气隙磁场保持不变D.定子和转子磁场均保持不变19.决定步进电动机转速大小的是各相绕组的（）。A.通电相位B.通电幅值C.通电频率D.通断电频率20.逆变器的输出电压基波频率由（）Ａ.控制电路三角波频率决定Ｂ.变频器供电电压频率决定Ｃ.逆变器供电电压频率决定Ｄ.控制电路参考电压频率决定21.转速、电流双闭环调速系统在转速调节器处于饱和时，系统为（）A.电流无静差系统B.电压无静差系统C.负载力矩无静差系统D.转速无静差系统22.直流伺服电动机的励磁磁场控制是通过改变励磁电流的大小来改变（）A.定子电压而控制其转速的B.转子电压而控制其转速的C.定子磁场而控制其转速的D.转子磁场而控制其转速的23.动态响应过程结束后伺服系统输出量对输入量的偏差称为伺服系统的（）A.累积误差B.动态误差C.稳态误差D.静态误差24.转速、电流双闭环调速系统在转速调节器不饱和时，系统为（）A.电流无静差系统B.电压无静差系统C.负载力矩无静差系统D.转速无静差系统25.逆变器的二极管整流器是将（）A.直流电变换成交流电的装置B.交流电变换成直流电的装置C.正弦波信号调制成方波信号D.方波信号解调成正弦波信号26.直流伺服电动机转矩变化所引起的转速变化越大，则其（）A.机械特性越硬B.机械特性越软C.调节特性越硬D.调节特性越软27.PWM是将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波的（）A.频率控制来改变输出电压平均值B.相位控制来改变输出电压平均值C.脉宽控制来改变输出电压平均值D.幅值控制来改变输出电压平均值28.逆变器是将（）A.直流电变换成交流电的装置B.交流电变换成直流电的装置C.正弦波信号调制成方波信号D.方波信号解调成正弦波信号29.某4极交流感应电动机电源频率为50Hz，当转差率为0.02时的转速为（）A.1450r/min

B.1470r/minC.735r/min

D.2940r/min30.直流伺服电动机转矩变化所引起的转速变化越小，则其（）A.机械特性越硬B.机械特性越软C.调节特性越硬D.调节特性越软31.电压-脉宽变换器对电枢绕组两端电压的控制是根据控制指令信号（）A.对脉冲频率进行调制而实现B.对脉冲宽度进行调制而实现C.对脉冲相位进行调制而实现D.对脉冲幅值进行调制而实现32.逆变器功率开关管的控制信号由参考电压信号与（）A.正弦波电压信号比较而得B.方波电压信号比较而得C.三角波信号比较而得D.直流电压信号比较而得33.直流伺服电动机的控制方式之一是（）A.电枢电流控制B.电枢电阻控制C.电枢电感控制D.励磁磁场控制二、名词解释题1.步距角2.直流伺服电动机的机械特性3.直流伺服电动机的调节特性4.交流伺服电动机的幅值控制5.交流伺服电动机的相位控制6.交流伺服电动机的幅值-相位控制7.步进电动机的突跳频率8.逆变器三、简述题1.简答三相（A、B、C）感应步进电动机的所有通断电控制方式及其步距角大小。2.简述交流伺服电动机控制方式。3.简述转速、电流双闭环直流调速系统中PI调节器的特点。4.如何提高伺服系统的响应速度？5.简述交流伺服电动机的变频调速控制特性：6.简述PI调节器用于转速、电流双闭环直流调速系统的特点。7.简述四相（A、B、C、D）感应步进电动机的所有通断电控制方式。8.影响直流伺服电动机特性的因素有哪些？四、综合应用题1.开环步进电机位置控制系统的往复精度为mm，丝杠导程6mm，直径d＝32mm，步进电机的步距角为θ＝，试确定齿轮减速比i。2.用单片机控制六相步进电动机，其通电方式为ABC→ABCD→BCD→BCDE→CDE→CDEF→DEF→DEFA→EFA→……，其控制电路如题2图所示，请完成其脉冲分配控制数据题2表。题2图步进电动机的接口电路图题2表六相步进电动机脉冲分配控制数据表节拍序号单片机I/O口通电相数控制数据旋转方向P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0FEDCBA1正反转转234567891011123.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。(1)该电动机为几极，空载转差率是多少?(2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?(3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?4.步进电动机的通电方式为：AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEF→EF→……，采用8031单片机和光电隔离接口组成控制电路。1）画出单片机与步进电动机的接口电路图；2）完成脉冲分配控制数据题4表。题4表六相步进电动机脉冲分配控制数据表节拍序号单片机I/O口通电相数控制数据旋转方向P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0FEDCBA1AB正反转转2ABC3BC4BCD5CD6CDE7DE8DEF9EF10EFA11FA12FAB5.步进电动机的控制电路如题5图所示，试计算四相单四拍通电方式的脉冲分配控制控制数据。题5图步进电动机的接口电路图6.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，求步进电机的步距角和脉冲电源的频率。7.四相步进电动机的脉冲分配硬件控制电路如题7图所示。试完成其双、三相轮流通电的软件脉冲分配数据题7表。题7图单片机与步进电动机接口电路题7表四相八拍脉冲分配控制数据表节拍序号Y向电动机X向电动机通电相数控制数据旋转方向P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0DCBADCBA1正反转转23456788.三相步进电动机的通断电方式为：A→B→C→A→……，若采用单片机8031进行软件脉冲分配控制。请画出其接口电路图，并计算脉冲分配控制数据。9.四相步进电动机的脉冲分配硬件控制电路如题9图所示。试完成其单、双相轮流通电的软件脉冲分配数据题9表。题9图单片机与步进电动机接口电路题9表四相八拍脉冲分配控制数据表节拍序号Y向电动机X向电动机通电相数控制数据旋转方向P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0DCBADCBA1正反转转23456789.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为980r/min。1）该电动机为几极，空载转差率是多少?2）若最大转矩时对应的转差率为0.1，则该电动机稳定运行转速范围是多少?3）最大转矩时，转子绕组电势频率为多少?10.三相步进电动机的通断电方式为：AB→BC→CA→AB→……，若采用单片机8031进行软件脉冲分配控制。请画出其接口电路图，并计算脉冲分配控制数据。11.三相感应式步进电动机，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?12.步进电动机的控制电路如题12图所示，试计算四相双四拍通电方式的脉冲分配控制控制数据。题12图步进电动机的接口电路图机电一体化系统设计习题参考解答总论一、选择题1.Ｃ；2.B；3.A；4.C；5.C；6.A二、名词解释题1.机电一体化：是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、计算机信息技术、自动控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最优化而建立起来的一门新的科学技术。2.机电一体化技术：是指包括技术基础和技术原理在内的，使机电一体化系统得以实现、使用和发展的技术。3.机电一体化产品：是指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代产品或设备。4.机电一体化生产系统：是运用机电一体化技术把各种机电一体化设备按目标产品的要求组成的一个高生产率、高柔性、高质量、高可靠性、低能耗的生产系统。5.开放性：是指以一组标准、规范或约定的原则来统一这个系统的接口、通信和与外部的连接，使系统能容纳不同厂家制造的设备及软件产品，同时又能适应未来新技术的发展。6.开发性设计：是在既没有参考样板又没有具体设计方案的情形下，仅根据抽象的设计原理和对新系统的性能要求进行设计方法。7.适应性设计：是指在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有系统进行局部更改的设计方法。8.变异性设计：是指在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有系统的规格尺寸，使之适应某种量值变化的要求的设计方法。三、简述题1.答：1）主功能；2）动力功能；3）计测功能；4）控制功能；5）构造功能2.答：机电一体化总的发展趋势概括为以下三个方面：1）性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；2）功能上，向小型化、轻型化、多功能化方向发展；3）层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。3.答：1）整体结构最优化；2）系统控制智能化；3）操作性能柔性化。4.答：1）变换（加工、处理）功能；2）传递（移动、输送）功能；3）储存（保持、积蓄、记录）功能。5.答：1）机械本体；2）动力源；3）检测与传感装置；4）控制与信息处理装置；5）执行机构。6.答：1）物流系统；2）能量流系统；3）信息流系统。7.答：1）机电互补原则；2）功能优化原则；3）自动化、省力化原则；4）效益最大原则；5）开放性原则。8.答：1）开发性设计；2）适应性设计；3）变异性设计。第1章机械系统设计一、选择题1.Ｃ；2.Ｂ；3.A；4.D；5.A；6.B；7.A；8.A；9.B；10.B；11.B；12.B；13.B；14.D；15.B；16.A；17.C；18.C；19.A；20.D；21.B；22.D；23.C；24.B；25.C；26.B；27.C；28.A；29.C；30.B；31.D二、名词解释题1.失动量：指启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值。2.等效负载转矩：将机电传动系统中各运动件的负载力矩或负载力在单位时间内所做的功折算到电动机轴上的等效总功所需要的负载转矩。3.死区误差：指启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值。4.丝杠副的轴向间隙：是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。5.载荷的类比法：是参照同类或相近的机械，根据经验或简单的计算确定所设计机械载荷的方法。6.载荷的计算法：根据机械的功率和结构特点运用各种力学原理、经验公式或图表等计算确定载荷的方法。7.等效负载转动惯量：是将机电传动系统中各运动件的转动惯量按动能折算到电动机轴上的等效转动惯量。8.滚珠丝杆螺母副的传动刚度：是丝杠本身的拉压刚度、丝杠螺母间的接触刚度以及轴承和轴承座的支承刚度组成的综合刚度。9.峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将各负载的峰值取代数和，折算到电动机轴上，称为等效峰值综合负载转矩10.方和根综合：若各种负载为随机性负载，取各负载的方和根折算到电动机轴上，称为等效方和根综合负载转矩。11.最佳总传动比：为了达到使系统响应快、精度高的要求，在设计时寻求使等效负载转矩值最小或负载加速度最大的齿轮传动副的总传动比，称为最佳总传动比。12.压电晶体的逆压电效应：是指当对压电晶体施加激励电场，晶体介质将产生微小的弹性变形。三、简述题1.答：1）转动惯量：在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小，可提高系统的固有频率，增大响应速度，转动惯量大系统的负载力越大。2）刚度：刚度大系统固有频率高，系统响应快。3）阻尼：阻尼越大，其最大振幅就越小且衰减也越快，阻尼大使系统的稳态误差增大、精度降低。2.答：1）加预紧提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动与支承刚度；2）采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；3）在丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。3.答：转动惯量小：在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。1)转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；2)转动惯量大系统响应速度降低，灵敏度下降；3)转动惯量大系统固有频率减小，容易产生谐振。4.答：1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。2）缩短传动链，提高传动与支承刚度。3）选用最佳传动比。4）缩小反向死区误差。5）改进支承及支架的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。5.答：1）轴向消隙法；2）径向消隙法；3）周向消隙法。6.答：刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。①伺服系统刚度越大则动力损失随之减小；②刚度越大机构固有频率越高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振；③刚度越大闭环伺服系统的稳定性越高。7.答：在传动系统中，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。8.答：减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有：适当提高零部件本身的精度；合理设计传动链，减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。四、综合应用题1.解：（1）计算各传动件的转动惯量材料密度，齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直径取中径。由工作台折算到丝杠上的转动惯量为（2）折算到电机轴上的转动惯量2.解：（1）求计算载荷由题设条件，查题2表取：KF＝1.2，KH＝1.0，KA＝1.0则计算载荷Fc＝KFKHKAFm＝1.2×1.0×1.0×3600＝4320N（2）计算所要求的额定动载荷Ca′预期使用寿命Lh′＝6×250×10＝15000h并代入nm＝120r/min，FC＝4320N3.解：系统中伺服电动机的每转脉冲数脉冲/转由图可知，该传动系统是两级齿轮减速传动，根据开环步进数控系统的传动比计算公式计算系统总传动比得：；按最小惯量条件，总传动比与各级传动比之间的关系为将系统的传动比代入计算得由公式解得故伺服电动机的每转脉冲数为24脉冲/转，该系统的齿轮传动比为50，按最小负载惯量原则分配：第一级传动比为4.13，第二级传动比为12.09。4.解：查题4表长度系数μ＝2/3丝杠轴惯性矩不发生失稳之最大载荷安全系数查表许用安全系数[S]＝2.5～3.3，由于S>[S]，可见丝杠稳定性合乎要求。5.解：由图根据开环步进数控系统的传动比计算公式计算系统总传动比得：；按最小惯量条件系统的传动比为由公式解得故按最小负载惯量原则该系统的齿轮传动比为5，第一级传动比为1.9，第二级传动比为2.6。6.解：（1）死区误差计算设齿轮传动和丝杠螺母机构分别采取了消隙和预紧措施，则由摩擦力引起的最大反向死区误差为约为两个脉冲当量，说明该系统较难满足单脉冲进给(即步进运行)的要求。（2）由系统刚度变化引起的定位误差计算由丝杠螺母机构综合拉压刚度的变化所引起的最大定位误差为由于系统要求定位精度为，即允许,<因而，系统刚度满足定位精度要求。7.解：（1）死区误差计算设齿轮传动和丝杠螺母机构分别采取了消隙和预紧措施，则由摩擦力引起的最大反向死区误差为约为两个脉冲当量，说明该系统较难满足单脉冲进给(即步进运行)的要求。（2）由系统刚度变化引起的定位误差计算由丝杠螺母机构综合拉压刚度的变化所引起的最大定位误差为由于系统要求定位精度为，即允许,<因而，系统刚度满足定位精度要求。8.解：丝杠—工作台纵振系统的最低固有频率为如果忽略电动机轴及减速器中的扭转变形，则系统的最低扭振固有频率为

和都较高，说明系统动态特性较好。第2章检测系统设计一、选择题1.D；2.A；3.B；4.B；5.A；6.B；7.C；8.C；9.D；10.A；11.C；12.B；13.C；14.D；15.B；16.C；17.B；18.D；19.A；20.C；21.B；22.C；23.B；24.A；25.C；26.B；27.B；28.D；29.A；30.C；31.B；32.C二、名词解释题1.包络检波：是利用二极管等具有单向导电性能的器件截去调幅信号的下半部，再用滤波器滤除其高频成分，从而得到按调幅波包络线变化的调制信号。2.旋转变压器的鉴相工作方式：是根据旋转变压器转子绕组中感应电动势的相位来确定被测位移大小的检波方式。3.滤波器的截止频率：是指滤波器的幅频特性值等于所对应的频率。4.小信号双线变送器：将现场微弱信号转化为4～20mA的标准电流输出，然后通过一对双绞线传送信号以实现信号和电源的一起传送。5.莫尔条文：是指用平行光垂直照射相互倾斜微小角度而重叠在一起的指示光栅与标尺光栅时，在光栅的另一面所出现的与刻线垂直、明暗相间的粗大条纹。6.增量式编码器是将位移转换成周期性变化的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。7.调频与解调：调频是用调制信号去控制高频振荡的载波信号的频率；调频波的解调是先将调频波变换成调频调幅波，然后进行幅值检波。8.低通滤波器：能使频率不超过截止频率的低频信号顺利通过，迅速衰减截止频率以上的高频信号的电路装置。三、简述题1.答：1）低通滤波器；2）高通滤波器；3）带通滤波器；4）带阻滤波器。2.答：1）幅度调制及其解调；2）频率调制及其解调；3）相位调制及其解调；4）脉冲宽度调制及其解调。3.答：旋转变压器处于鉴相式工作方式时，其转子绕组中的感应电动势为由式可见，旋转变压器转子绕组中的感应电动势VB与定子绕组的励磁电压同频率，但相位不同，其差值为。通过比较感应电动势与定子励磁电压信号的相位，便可求出旋转变压器转子相对于定子的转角。4.答：1）放大作用；2）起平均误差的作用（平均效应）；3）莫尔条纹的移动与栅距间的移动成正比。5.答：具有高输入阻抗、共模抑制能力强、失调及漂移小、噪声低、闭环增益稳定性高等。6.答：旋转变压器处于鉴幅式工作方式时，其转子绕组中的感应电动势为由上式可以看出，感应电动势是以角速度为角频率的交变信号，其幅值为。若电气角已知，那么只要测量出的幅值，便可间接地求出即被测位移值的大小。7.答：1）经过传感器变换以后的信号常常是一些缓变的微弱电信号，直接传输受到干扰，并且损失大，因此往往先将信号调制成变化较快的交流信号，交流放大后传输。2）传感器的电参量在变换成电压量的过程中用调制和解调的方法进行变换。8.答：1）测量处于高共模电压下的低电平信号；2）消除由于信号源地网络的干扰所引起的误差；3）避免形成地回路及其寄生拾取问题（不需要对偏流提供返回通路）；4）保护应用系统电路不致因输入端或输出端大共模电压造成损坏；5）为仪器仪表提供安全接口。四、综合应用题1.解：（1）当>0时，二极管截止，电容C通过R被充电，输出电压；（2）当<0时，二极管导通，电容C通过RL放电，输出电压；（3）当电路处于稳态时，充电电荷等于放电电荷，其负载两端电压为直流电压信号，其波形如答1图所示。答1图2.答：解：由电路图列出电压和电流平衡方程得在稳态时令得输入与输出之间的传递函数为由上式可得通频带增益为截止频率为3.解：(1)当V0=5.8时，解得

(２)空载时设测量出5.8Ｖ输出电压时的测量误差则4.解：由电路图列出电压和电流平衡方程得在稳态时令得输入与输出之间的传递函数为由上式可得通频带增益为截止频率为5.解：低通滤波器的频率特性为式中，T＝RC为惯性环节的时间常数。令解得其上截止频率为所以（Hz）6.解：（1）当>0、开关S断开时，电容C通过R被充电，输出电压；（2）当<0、开关S闭合时，电容C通过RL放电，输出电压；（3）当电路处于稳态时，充电电荷等于放电电荷，则电容两端电压在充放电过程中变化很小，其负载两端电压为直流电压信号，其波形如答6图所示。答6图7.解：设传感器的每转脉冲数为m，每个脉冲对应工作台的位移为则选取m=200光电编码器，则测量精度为满足题目要求。8.解：当Uc=1时，VF导通，放大器的同相输入端接地，us只从反相输入端输入，放大器增益，其输出信号为：，如答8图a、b中实线所示；当Uc＝0时，VF截止，us同时从同相和反相输入端输入。其反相输入时有；联解得输出信号为：。即放大器增益为+1，输出信，答8图a、b中虚线所示。（a）（b）答8图9.解：当Uc＝1时，VF导通，对输入信号Ui采样，ui通过N1和VF向电容C充电，并通过N2输出uo，由于N1的输出阻抗很小，N2的输入阻抗很大，因而在VF导通期间，uo＝ui；当Uc＝0时，VF截止，电容C将采样期间的信号电平保持下来，并经N2缓冲后输出。10.解：此电路为整流型精密相敏检波电路。波形如图：图1为不接电容C的情况下UO的波形；图2为接电容C的情况下UO的波形11.解：此电路为高共模抑制比放大电路。若：特点：1、电阻对称，增益可调2、共模电压，飘移，失调电压均在RP两端自动消除，不产生影响，具有高共模抑制能力1213当时，VD导通，求阈值电压。VTOC\o"1-1"当时，VD截止，阈值电压TOC\o"1-1"第3章控制系统设计一、选择题1.C；2.A；3.A；4.D；5.B；6.A；7.A；8.A；9.D；10.B；11.B；12.C；13.A；14.B；15.C；16.C；17.D；18.A；19.B；20.C；21.A；22.C；23.A；24.B；25.B；26.C；27.D；28.C；29.B；30.A；31.A；32.D二、名词解释题1.最少拍控制系统：是指在最少的几个采样周期内达到在采样时刻输入输出无差的系统。2.保持器：将离散的采样信号恢复到原连续信号的装置。3.数字控制器D（z）物理可实现：是要求数字控制器算法中不允许出现对未来时