机电一体化技术试题及其答案

一、 名词解释（每小题2分，共10分）测量：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。2•灵敏度：指在稳态下，输出的变化量AY与输入的变化量AX的比值。即为传感器灵敏度。S=dy/dx=AY/AX压电效应：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：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：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）TOC\o"1-5"\h\z滚珠丝杆中滚珠的循环方式： 「内循环_ , _外循环_ 。机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括—性能指标系统功能使用条件经济效益 。3•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 PLC 。某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角吐孤度，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 位置和速度 ，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 简单的直线运动控制_ 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⑴c的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（B）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）A.阻尼一质量系统B.弹簧一质量系统 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（C）A.有关 B.无关C.在一定级数内有关D.在一定级数内无关4•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（C）A.单片机 B.2051 C.PLC D.DSP5、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（D）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，以获得输出与输入间的偏差信号。（V）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。（x）3、 对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（V）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。（x）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。（V）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答：单电源驱动电路双电源驱动电路斩波限流驱动电路什么是步进电机的使用特性答：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咼频率称为最咼工作频率，它与步距角一起决定执行部件的最大运行速度。最大相电压和最大相电流分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面答：应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。六、分析计算题（每小题10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答：1.20KHz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。（1）梯形图：（2）助记符指令程序：STRX1ORY1ANDNOTX2OUTY1STRX3ORY2ANDNOTX4ANDY1OUTY2一、名词解释（每小题2分，共10分）1、线性度：所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称为非线性误差。2、伺服控制系统：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、三相六拍通电方式：如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A—AB—B—BC—C—CA—...4、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。5、系统精度：指输出量复现输入信号要求的精确程度；二、填空题（每小题2分，共20分）1、计算机在控制中的应用方式主要有_操作指导控制系统—分级计算机控制系统_监督计算机控制系统（SCC）一直接数字控制系统 。滚珠丝杆螺母副结构有两类： 外循环插管式内循环反向器式。应用于工业控制的计算机主要有_单片机PLC总线工控机_等类型。机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括 性能指标系统功能使用条件经济效益。可编程控制器主要由 CPU存储器接口模块一 等其它辅助模块组成。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 _PLC_。现在常用的总线工控制机有STD总线工业控制机、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种—变压器隔离光电隔离_。某光栅的条纹密度是50条/mm,光栅条纹间的夹角吐孤度，则莫尔条纹的宽度是20mm 。采样/保持器在保持阶段相当于一个“ _模拟信号存储器_ ”。三、选择题（每小题2分，共10分）1•一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：ABCDA机械本体A机械本体B动力与驱动部分C执行机构D.控制及信息处理部分2、机电一体化系统（产品）开发的类型：ABCA开发性设计B适应性设计 C变参数设计D其它3、 机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法：ABCDD其它。D高可靠性。D接地和软件处理等方法AD其它。D高可靠性。D接地和软件处理等方法4、 机电一体化的高性能化一般包含：ABCDA高速化 B高精度 C高效率5、 抑制干扰的措施很多，主要包括：ABCDA屏蔽 B隔离 C滤波四、判断题（每小题2分，共10分）1、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（V）2、 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。V）3、 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（V）4、 数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（V）5、 FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。（V）五、问答题（每小题10分，共30分）1、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。答：软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波软件“陷井”软件“看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用监控定时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行。2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响如何处理答：如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式3、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些答：（1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。（2） 泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。（3） 共模抑制比高，能对直流和低频信号（电压或电流）进行准确、安全的测量。利用光电耦合方式实现载波调制，可获得10kHz带宽，但其隔离性能不如变压器耦合。六、综合应用题（每小题10分，共20分）1•编写程序：单片机读的状态把这个状态传到指示灯去，当为高电平时指示灯亮低电平时指示灯不亮，采用中断完成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。答:QtJGOT-I答:QtJGOT-IAJMFmai?<*上电白劲餐向主與序ORCi:外郃中断D人口地酗AJMPWINT匸梢问1「断酿务于秤序OKGME:SETBITO9诵样边厝Sik霆方:耳SKTBEXC,允阡外部屮断oSKTBBA»rrv佩许中断HRRKtAJMPhkrk風.F足中辆服•拧子程序，ORO02OCHWINT=MOVA+斗OFFHJVCOVPl.A?说输人怂MOVA/PlRRA；PJ.ti F1.7MOVPI,A；辅出豪功灯翘炭卅RKTIi中斷返回ENO2.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答：光栅此时的位移细分前4mm,细分后1mm测量分辨率：细分前mm/线细分后：一、名词解释（每小题2分，共10分）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、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。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。闭环控制系统：闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。逆变器：逆变器是将直流电变成交流电的电路。SPWM：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。二判断题：（每小题1分，共10分）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）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）异步通信是以字符为传输信息单位。（V）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（V）（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、选择题（每小题1分，共40分）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。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。在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的和稳定性和精度，并尽量高伺服系统的响应速度。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。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。异步交流电动机变频调速：1） 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。2） 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。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。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。应用于工业控制的计算机主要有：1）单片机,2）ELC，3）总线工控机等类型。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。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。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。根据频率特性解释下列滤波器的作用：1）低通滤波器：只让一低频成分通过，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 通过，而高于 部分。A换向结构 B转换电路 C存储电路 D检测环节答案：2）某一频带内的成分 上截止频率成分下截止频率成分四解答题（每小题8分，共40分）简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。答： 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直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法答：1）、偏心轴套调整法2）、双片薄齿轮错齿调整法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。答：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。答：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．简述伺服系统的结构组成。答：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．DAC0832有哪三种输入工作方式有哪二种输出工作方式答：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）双极性输出步进电动机控制系统中，电动机通过丝杠螺母带动执行部件运动:已知：步距角e,脉冲数N，频率f，丝杠导程p，试求执行部件：位移量L=移动速度V=答：L=（ep/360°）N；V=（ep/360°）f测量某加热炉温度范围为100~1124°C，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。答：4C; +2Co一、 名词解释（每小题2分，共10分）变频调速：采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式FMS:柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组成部分有：自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多层计算机控制系统等。3•响应特性：指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。敏感元件：敏感元件是直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。压电效应：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。二、 选择题（每小题2分，共10分）1、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 D—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2、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 B_。A控制电路 B转换电路C调制电路 D逆变电路3、 以下可对异步电动机进行调速的方法是__E_。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4、 执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为__A_、液压式和气动式等。A电气式 B电磁式C磁阻式 D机械式5、 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脉冲的占空比三、 简答题（每小题10分，共30分）1什么叫传感器传感器的功用是什么它是由哪几部分组成的各部分的作用及相互关系如何答：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。传感器的功用是：一感二传。组成：传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。敏感元件：直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述的电路参量进入基本转换电路中，就可以转换成电量输出。传感器只完成被测参数到电量的基本转换。2.试简述采样/保持器原理。采样/保持由存储电容C,模拟开关S等组成，如图所示。当S接通时，输出信号跟踪输入信号，称采样阶段。当S断开时，电容C二端一直保持断开的电压，称保持阶段。由此构成一个简单采样/保持器。实际上为使采样/保持器具有足够的精度，一般在输入级和输出级均采用缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗。在电容选择时，使其大小适宜，以保证其时间常数适中，并选用漏泄小的电容。工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合答：工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。根据机电一体化系统的大小和控制参数的复杂程度，选用不同的微型计算机。单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。对于数据处理量大的系统，则往往采用基于各类总线结构的工控机，如STD总线工控机、IBM-PC总线工控机、Multibus工控机等。对于多层次、复杂的机电一体化系统，则要采用分级分步式控制系统，在这种控制系统中，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。四、 简单应用题（每小题10分，共20分）刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm,编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少答：10s内转轴转了多少转：307200三1024=300（转）位移量（•.•螺距T=2mm）・•・300X2=600（mm）转速：300三10=30（转/秒）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。答：1） K=2;M=5,Z=24;a=360/2*5*24=2） f=400Hz五、 综合应用题（每小题15分，共30分）1.三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答：K=1;M=3,Z=100;a=360/1*3*100=f=600Hz根据下面的电路图，编写利用该接口电路一次完成A/D转换,并把转换的结果的高8位放入R2中，低8位放入R3中的程序段。答：MAIN：MOVR0，#7CH ；选择AD574,MOVXLOOP：@R0,ANOP；启动A/D转换，全12位JB，LOOP;查询转换是否结束MOVXA，@R0;读取高8位MOVR2，A;存人R2中MOVR0，#7DH；令A0=1MOVXA，@R0;读取低4位，尾随4个0MOVR3，A;存入R3中并令A0=0一、名词解释（每小题2分，共10分）单片机：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。I/O接口：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息交换中起着桥梁和纽带作用。I/O通道：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4•串行通信：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。直接存储器存取（DMA）:硬件在外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU。、单项选择题（每小题2分，共10分）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。（B）A脉冲的宽度 B脉冲的数量C脉冲的相位 D脉冲的占空比对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。<s<2<s1 <s<1 <s<0指的是（C）。D.可编程控制器D.比例积分微分A.机器人B.D.可编程控制器D.比例积分微分4.PD称为（C）控制算法。A.比例B.比例微分 C.比例积分5•在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（A）方法实现。A.插补 A.插补 B.切割C.画线 D.自动三、简答题（每小题5分，共30分）试简述光电式转速传感器的测量原理。答：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n60NZt式中Z 圆盘上的缝隙数；n 转速（r/min）；t 测量时间⑸。1STCP-1内部处理通倍服务输入处理程序执行输田处理fRUN试述可编程控制器的工作原理。RUN答：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。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。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；（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步进电动机是什么电机它的驱动电路的功能是什么答：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