机电一体化系统设计试题及答案

-《机电一体化技术》试卷(一)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)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：_内旋换和外循环机电一体化系统，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___________________________________。*光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001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。6.*4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。7.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ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts()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()齿轮传动的总等效惯量与传动级数()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.DSP5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。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。（）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". z.-什么是步进电机的使用特性"3.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"采用PLC设计二个电磁阀A、B工作的系统1)按钮*1为A电磁阀打开，按钮*2为A电磁阀关闭(输出y1);2)按钮*3为B电磁阀打开，按钮*4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)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第1页——————————————————————————————————————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Y与输入的变化量*的比值。即为传感器灵敏度。S=dy/d*=Y/**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*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3.PLC 4.20mm5.位置和速度 6.0.02 7.增加而减小 8.2 9.前馈控制器10.简单的直线运动控制三、选择题（每小题2分，共10分）1.B.2.A35、D四、判断题（每小题2分，共10分)1、√2、×3、√4、×5、√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*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，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。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)20KHz3.6º(1)梯形图：（２）助记符指令程序：STR*1ORY1. z.ANDNOT*2-OUTY1STR*3ORY2ANDNOT*4ANDY1OUTY2《机电一体化技术》试卷(二)考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1、线性度2、伺服控制系统3、三相六拍通电方式4、传感器5、系统精度二、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_____________________________。2.滚珠丝杆螺母副结构有两类： _____________________________。3、应用于工业控制的计算机主要有______________________________等类型。机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括________________________________。5、可编程控制器主要由_____________________________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_______________________________________________________。7、现在常用的总线工控制机有________、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种_____________________________。*光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是_______________________。采样/保持器在保持阶段相当于一个“_____________________________”。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：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A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A取代法B整体设计法C组合法D其它。4、机电一体化的高性能化一般包含A高速化B高精度C高效率D高可靠性。5、抑制干扰的措施很多，主要包括A屏蔽B隔离C滤波D接地和软件处理等方法四、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。（ ）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。（）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。（ ）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。（）. z.-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。（ ）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。2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响.如何处理.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.六、综合应用题(每小题10分，共20分)1.编写程序：单片机读P1.0的状态,把这个状态传到P1.7指示灯去，当P1.0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。2.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.《机电一体化技术》试卷(二)答案考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共3页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1、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、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、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→ABB→BC→C→CA→…4、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*种物理量的测量装置。5、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、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）直接数字控制系统2.外循环插管式内循环反向器式3、单片机PLC总线工控机4.性能指标系统功能使用条件经济效益。5、CPU存储器接口模块6.PLC7、STD总线工业控制机8、变压器隔离光电隔离9.20mm10.模拟信号存储器三、选择题（每小题2分，共10分）ABCD2、ABC3、ABCD4、ABCD5、ABCD四、判断题（每小题2分，共10分)1、（√）2、（√）3、（√）4、（√）5、（√）五、问答题（每小题10分，共30分)1、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*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、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、（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。. z.-六、综合应用题(每小题10分，共20分)1.光栅此时的位移细分前4mm,细分后1mm测量分辨率:细分前0.01mm/线 细分后:0.025《机电一体化技术》试卷(三)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1.机电一体化2.自动控制3.开环控制系统4.逆变器5.PWM二判断题(每空1分，共10分)直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。（）滚珠丝杆不能自锁。（）3.D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（ ）同步通信是以字符为传输信息单位。（）异步通信常用于并行通道。（）6.查询I/O方式常用于中断控制中。（ ）串行通信可以分为以下四种方式：1）全双工方式；（）2）半双工方式；（）3）同步通信；（）4）异步通信。（）三填空题：(每空1分，共40分)从控制角度讲，机电一体化可分为控制系统和控制系统。在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为:；；三种形式。多点接地：优点：，缺点：。一般来说，伺服系统的基本组成为、、和等四大部分组成。在SPWM变频调速系统中，通常载波是，而调制波是。6.从电路上隔离干扰的三种常用方法是:隔离，隔离，隔离。7.开环步进电动机控制系统，主要由、和等组成。8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1），2），3）。产生电磁干扰必备的三个条件是：，，。10.干扰传播途径有二种方式：1）传导耦合方式：干扰信号能量以或的形式，通过金属导体传递。2）幅射耦合方式：干扰信号能量以的形式，通过空间感应传递。指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式：,;哪几种属于幅射耦合方式：,,。A.静电干扰B.磁场干扰C.漏电干扰D.共阻抗感应干扰E.电磁辐射干扰。12.磁场屏蔽---对高频交变磁场应采用的金属材料作屏蔽体；对低频交变磁场应采用的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。13.一点接地中：1）串联接地：优点：，缺点：，. z.-2）并联接地：优点：，缺点：，仅适用于电路。四解答题(每小题5分，共40分)1．一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素.2．斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法.3、简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类.5．数据信息可分为哪几种.6．DAC0832有哪三种输入工作方式.有哪二种输出工作方式.7.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θ，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="8.有一变化量为0~16V的模拟信号，采用4位A/D转换器转换成数字量，输入到微机控制系统中，试求其量化单位q＝.，量化误差最大值ema*＝.《机电一体化技术》试卷(三)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第1页———————————————————————————————————一名词解释(每小题2分，共10分)1机电一体化--从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。2.自动控制—由控制装置自动进行操作的控制。3.开环控制系统—无反馈的控制系统。4.逆变器—把固定的直流电变成固定或可调的交流电的DC/AC变流器。PWM—通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器。判断题(每空1分，共10分)1.√ 2.√ 3.√4.× 5.× 6.×1）√12）√3）√4）√填空题（(每空1分，共40分）开环、闭环电压输出电流输出频率输出3.互不干扰接线多复杂4.控制器功率放大器执行机构和检测装置5.等腰三角波（三相）正弦波6.光电变压器继电器7.环形分配器功率放大器步进电动机1）采用计算机软件分配器2）小规模集成电路搭接的硬件分配器3）专用模块分配器9．干扰源传播途径 接受干扰对象原系统 系统10.1）电压；电流。 2）电磁场。C,D;A,BE。铜和铝等导电性能好；铁等高导磁率。13．1）最简单，；前后相互干扰，2）干扰小，；接线多，复杂，低频（<1MHZ）。解答题(每小题5分，共40分)1、机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分2.1）垫片调整法2）轴向压簧调整法3、一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电绕组两头端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；. z.-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的强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。4、数据信息、状态信息和控制信息5、（1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量6、（1）直通方式 （2）单缓冲方式 （3）双缓冲方式（1）单极性输出 （2）双极性输出7、L=(θp/360°)N； V=(θp/360°)f8、量化单位q＝1V，量化误差最大值ema*＝±0.5V。《机电一体化技术》试卷(四)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共2页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释（每题2分共10分）1、机电一体化2、柔性制造系统3、静态设计4、系统软件5、感应同步器二、填空题（每空１分，共3０分）1、对伺服系统的技术要求是____________、____________、____________、___________。2、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：____________、____________。3、计算机控制系统的类型包括________________________、_______________________、监督控制系统、________________________。4、拟定机电一体化系统（产品）设计方案的方法通常有____________、____________、____________。5、接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。6、对直线导轨副的基本要求是_________________________、_____________________、____________________、__________________和平稳。7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理___________、_____________、____________、____________、并满足小型、轻量等要求。8、伺服系统的基本组成包括______________、_____________________、检测装置、____________________。9、工作接地分为_______________、______________。10、STD总线的技术特点_________________、______________、______________________、高可靠性。三、简答题（每小题5分，共20分）FMC的基本控制功能。PWM脉宽调速原理。简述直流伺服电机两种控制的基本原理。控制系统接地通的目的。四、分析题（每小题20分，共40分)半桥逆变电路的工作原理。分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理1、6－小齿轮2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条《机电一体化技术》试卷(四)答案考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共3页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释（每题2分共10分）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、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，实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。2、柔性制造系统：柔性制造系统（Fle*ibleManufacturingSystem）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3、静态设计：是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。. z.-4、系统软件：系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便用户使用计算机的软件。5、感应同步器: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。二、填空题（每空１分，共3０分）1、系统精度稳定性响应特性工作频率2、静态设计动态设计3、分级计算机控制系统 直接数字控制系统 操作指导控制系统4、通常有取代法整体设计法组合法7、数据格式转换、通信联络6、导向精度高耐磨性好足够的刚度对温度变化的不敏感性。7．阻尼合理刚度大抗振性好间隙小8、控制器、执行环节、比较环节9、一点接地多点接地10、模块化设计系统组成修改和扩展方便三、简答题（每小题5分，共20分）（1）单元中各加工设备的任务管理与调度，其中包括制定单元作业计划、计划的管理与调度、设备和单元运行状态的登录与上报。（2）单元内物流设备的管理与调度，这些设备包括传送带、有轨或无轨物料运输车、机器人、托盘系统、工件装卸站等。（3）刀具系统的管理，包括向车间控制器和刀具预调仪提出刀具请求、将刀具分发至需要它的机床等。2.图中的开关S周期性地开关，在一个周期T内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U被按一定的频率开闭的开关S加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U、宽度为，如右图所示。电枢两端的平均电压为：式中

=/T=U/U，(0<<1)

为导通率（或称占空比）。d当T不变时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压Ud。当从0~T改变时，Ud由零连续增大到U。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。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（）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。四、分析题（每小题20分，共40分)半桥逆变电路原理如左图所示，它有两个导电臂，每个导电臂由一个可控元件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的联结点为直流电源的中点。设电力晶体管Vl和V2基极信号在一个周期内各有半周正偏和反偏，且二者互补。当负载为感性时，其工作波形如右图所示。输出电压波形u0为矩形波，其幅值为Um=Ud/2输出电流i0波形随负载阻抗角而异。设t2时刻以V1导通。t2时刻给V1关断信号，给V2导通信号，但感性负载中的电流i0不能立刻改变方向，于是VD2导通. z.-续流。当t3时刻i0降至零时VD2截止，V2导通，i0开始反向。同样，在t4时刻给V2关断信号，给V1导通信号后，V2关断，VD1先导通续流，t5时刻V1才导通。当V1或V2导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量；而当VD1或VD2导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，既负载将其吸收的无功能量反馈回直流侧。反馈回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容起到缓冲这种无功能量的作用。二极管VD1、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，同时起到使负载电流连续的作用，VD1、VD2被称为反馈二极管或续流二极管。分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。如图所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。《机电一体化技术》试卷(五)考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1机电一体化2伺服控制3闭环控制系统4逆变器5SPWM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。（）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）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、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：通信和通信。微机控制系统中的输入与输出通道一般包括、、、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，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、、和其它等四大类型。在SPWM变频调速系统中，通常载波是，而调制波是。异步交流电动机变频调速：2）基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于调速方式。3）基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于调速方式。开环步进电动机控制系统，主要由、和等组成。8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1），2），3）。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），2），. z.-3），4）。10．应用于工业控制的计算机主要有：1），2），3）等类型。11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以或的形式，通过金属导体传递。抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、、、、合理布局和软件抗干扰技术。电场屏蔽----通常用的金属材料作屏蔽体，并应保持良好。14．根据频率特性解释下列滤波器的作用：1）低通滤波器：只让通过，而高于受到抑制、衰减，不让通过。2）带通滤波器：只让通过，而高于部分。A换向结构B转换电路C存储电路D检测环节四解答题(每小题8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。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。5．简述伺服系统的结构组成。6．DAC0832有哪三种输入工作方式.有哪二种输出工作方式.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θ，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="测量*加热炉温度范围为100~1124℃，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。《机电一体化技术》试卷(五)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共3页 第1页——————————————————————————————————————一名词解释(每小题2分，共10分)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。5SPWM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（×）2（√）3（×）4（√）5（×）6（×）7（√）（√）（√）（√）三、选择题(每小题1分，共40分)串行通信并行通信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稳定性和精度电磁式液压式气压式等腰三角波正弦波恒转矩恒功率. z.-7.环形分配器功率驱动器步进电机8.计算机软件硬件分配专用环形分配器操作指导控制系统直接控制系统监督计算机控制系统分级计算机控制系统10．单片机PLC总线工控机电压电流隔离滤波接地铜铝等导电性能良好接地14．1）低频成分截止频率成分2）*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)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：传动机构；导向机构；执行机构。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.L=(θp/360°)N； V=(θp/360°)f8.4℃;+2℃。《机电一体化技术》试卷(六)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)机电一体化2.分辨力3.灵敏度(测量)4.永磁同步电动机:5.复合控制器二、单项选择题(每小题2分，共10分)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2.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.、外双循环D.内循环反向器式4.*光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( )A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm5.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.成反比的直流电压三、简答题(每小题6分，共30分)1、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面"2、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型"其中哪种电路适于永磁式步进电动机"3、步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么"输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关"4、什么是PLC的扫描工作制"5、PWM的工作原理"四、计算题(每小题10分，共20分)1.三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。. z.-(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少"(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少"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五、分析扩展的EPROM2764的地址范围及工作原理(20分)《机电一体化技术》试卷(六)答案考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页一、名词解释(每小题2分，共10分)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传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。3灵敏度(测量)传感器在静态标准条件下输入变化对输出变化的比值。4以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机。5复合控制器带有前馈控制系统的反馈控制器。它的作用是使系统能以稳定的零误差跟踪已知的输入信号。二、单项选择题(每小题2分，共10分)1.B2.A3.B4.C5.C三、简答题(每小题6分，共30分)1、系统功能性能指标使用条件经济效益2、单极驱动双极驱动高低电压驱动斩波电路驱动细分电路3、参考脉冲序列转速与参考脉冲频率成正比输出轴转向由转向电平决定位置由位置电平决定4、即检测输入变量求解当前控制逻辑以及修正输出指令,重复进行。5、斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制，将直流电压断续加到负载（电机）上，利用调节通、断的时间变化来改变负载电压平均值。斩波器调压控制直流伺服电机速度的方法又称为脉宽调制（PulseWidthModulation）直流调速。四、计算题(每小题10分，共20分)K=2;M=3,Z=80;α=360/2*3*80=0.75ºf=480HzK=1;M=3,Z=80;α=360/1*3*80=1.5ºf=400Hz三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。4极，空载转差率n=(1500-1450)/1500=3.3%50Hz50Hz16.5Hz五、0000H~1FFFH由于EA接地故PC指针由外部0000H开始执行,74LS373为地址锁存器用于锁存来自P0口的EPROM的地址的低8位,P2口提供EPROM的地址的高5位.P0口分时用作数据传输口。《机电一体化技术》试卷(七)考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)１、检测传感器. z.-２、伺服电动机3、静压轴承4、静压导轨5、屏蔽二、填空题（每小题１分，共30分）1、机电一体化系统中常见的轴承包括____________、___________、__________、磁轴承。2、机电一体化系统一般由______________、_____________、接口、__________________、_____________、______________等部分组成。.3、按干扰的耦合模式干扰可分为静电干扰、____________________、__________________、_________________、_______________等干扰类型。.4、机电一体化是从系统的观点出发，将_____________、____________、___________、机械技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统________而建立的一门新的科学技术。5、伺服系统的基本组成部分包括_____________、____________、执行机构、___________四大部分。6、用软件识别有用信号和干扰信号、并滤去干扰信号的方法称为_____________、识别信号的原则有_____________、______________。7、机电一体化系统（产品）设计类型大致可分为________________、适应性设计、________________。8、机电一体化系统包括______________、_____________、信息处理技术、____________、____________、总体等相关技术。9、机电一体化系统对机械传动总传动比确定的最佳选择方案有______________________、_____________________、质量最小原则。三、问答题（每题10分,共40分）1．分析、说明如图所示计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理。2、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型"3、用软件进行“线性化”处理时，采用计算法的原理是怎样的.4、模拟式四、分析扩展的RAM6264的地址范围和和工作原理。（20分传感器信号处理过程包括哪些环节.）《机电一体化技术》试卷(七)答案考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟

共２页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)１、检测传感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*种物理量的测量装置。２、伺服电动机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、速度及动力输出电动机3、静压轴承从外部油源给轴瓦提供压力油，使球磨机进、出料端的大轴在高压油膜的作用下浮起，与轴瓦无直接接触，处在液体磨擦状态，从而极大地降低了起动力矩和旋转阻力矩，4、静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，以保证两导轨面间处于液体或气体摩擦状态下工作。5、屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。二、填空题（每小题１分，共30分）1、滚动轴承滑动轴承静压轴承磁轴承。2、机械本体动力与驱动执行机构传感器检测部分控制及处理部分.3、为静电干扰 磁场耦合干扰 漏电耦合干扰. z.-.4、检测技术伺服技术计算机与信息处理技术5、控制器 检测环节比较环节 被控对象6、软件滤波时间原则空间原则属性原则7、开发性设计变参数设计8、机械技术检测技术伺服技术计算机与信息处理技术自动控制技术和系统总体技术9转动惯量原则输出轴转角误差最小原则三、问答题（每题10分,共40分）1．采样过程是用采样开关（或采样单元）将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机，故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。量化过程（简称量化）就是用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的处理方法。信号进入计算机后经其处理经D/A转换后输出。D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置。模拟量输出主要由D/A转换器和输出保持器组成。它们的任务是把微机输出的数字量转换成模拟量。多路模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的结构形式。保持器一般有数字保持方案和模拟保持方案两种。这就决定了模拟量输出通道的两种基本结构形式。2、单极驱动双极驱动高低电压驱动斩波电路驱动细分电路3、当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序，被测参数经过采样、滤波和标度变换后直接进入计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。在实际工程上，被测参数和输出电压常常是一组测定的数据。这时如仍想采用计算法进行线性化处理，则可应用数字上曲线拟合的方法对被测参数和输出电压进行拟合，得出误差最小的近似表达式。4、模拟式传感器信号处理过程包括:将非电物理量转换成电量，并经放大、滤波等一系列处理后，需经模/数变换将模拟量变成数字量，才能送入计算机系统。模/数转换过程包括信号的采样/保持、多路转换（多传感器输入时）、A/D处理等过程。四、分析扩展的RAM6264的地址范围和和工作原理。（20分）RAM6264的地址范围为0000H~1FFFHP0口与6264的I/O数据线相连，另一方面经74LS373与6264的低8位地址线连；P2.0~P2.4与6264的高5相连；6264的写使端与单片机的WR相连；输出使能端与单片机的RD相连；CS片选信号端直接接地。采用MOV*DPTR来访问此RAM考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟

《机电一体化技术》试卷(八)共２页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1、DMA2、中断3、共模干扰4、伺服控制技术5、串行通信二、填空题（每空１分，共3０分）1、机电一体化是从系统的观点出发____________、____________、___________、信息技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统________而建立的一门新的科学技术。2、机电一体化产品中需要检测的物理量分成____________和____________两种形式。3、计算机控制系统的类型包括________________________、_______________________、. z.-监督控制系统、________________________。4机械结构因素对侍服系统性能的影响有__________________、____________________、结构弹性变形、__________________间隙的影响。8、接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。9、对直线导轨副的基本要求是_________________________、_____________________、____________________、__________________和平稳。7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理___________、___________、__________、____________、并满足小型、轻量等要求。8、伺服系统的基本组成包括______________、_____________________、检测装置、____________________。9、拟定机电一体化系统的设计方案的方法有_______________、组合法、______________。10、STD总线的技术特点_________________、______________、______________________、高可靠性。三、分析下图斩波限流电路的工作原理(30分)四、分析扩展的ROM27256的工作地址范围和工作原理(30分)《机电一体化技术》试卷(八)答案考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1、外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU2、为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费大量时间去查询各外围设备的状态了。而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。3、共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口断的共有的信号干扰。4、伺服控制技术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技术。5、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。二、填空题（每空１分，共3０分）1、机械技术检测技术伺服技术协调工作2、电量非电量3、操作指导控制系统直接数字控制系统监督计算机控制系统分级计算机控制系统4、阻尼摩擦惯量10、变换耦合11、导向精度高耐磨性好 足够的刚度对温度变化的不敏感性7、摩擦小度大振性好隙小8、控制器执行环节比较环节9、取代法 整体法10、模块化设计系统组成修改和扩展方便三、分析下图斩波限流电路的工作原理(30分)当环形分配器的脉冲输入高电平（要求该相绕组通电）加载到光电耦合器OT的输入端时，晶体管VT导通，并1使VT和VT也导通。在VT导通瞬间，脉冲变压器TI在其二次线圈中感应出一个正脉冲，使大功率晶体管VT导通。2 3 2 4同时由于VT的导通，大功率晶体管VT也导通。于是绕组W中有电流流过，步进电动机旋转。由于W是感性负载，3 5其中电流在导通后逐渐增加，当其增加到一定值时，在检测电阻R上产生的压降将超过由分压电阻R和电阻R所设10 7 8定的电压值V，使比较器OP翻转，输出低电平使VT截止。在VT截止瞬时，又通过TI将一个负脉冲交连到二次ref 2 2线圈，使VT截止。于是电源通路被切断，W中储存的能量通过VT、R及二极管VD释放，电流逐渐减小。当电流4

5

10

7.

z.-减小到一定值后，在R上的压降又低于V，使OP输出高电平，VT、VT及W重新导通。在控制脉冲持续期间，上10ref24述过程不断重复。当输入低电平时，VT～VT等相继截止，W中的能量则通过VD、电源、地和VD释放。l567该电路限流值可达6A左右，改变电阻R10或R8的值，可改变限流值的大小。波形图如下四、分析扩展的ROM27256的工作地址范围和工作原理(30分)ROM27256的地址范围为0000H~7FFFHP0口与27256的I/O数据线相连，另一方面经8282与27256的低8位地址线连；用于扩展32KB的片外ROM；P2.0~P2.6与27256的7相连；6264的写使端与单片机的WR相连；输出使能端OE与单片机的PSEN相连；CE片选信号端与P2.7相连。采用MOVCA+PC或MOVCA+DPTR来访问此ROM。《机电一体化技术》试卷(九)考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1.变频调速2.FMS3.响应特性4.敏感元件5.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_________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_______。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_______。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________、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________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.试简述采样/保持器原理。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.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.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。五、综合应用题(每小题15分，共30分). z.-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"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。《机电一体化技术》试卷(九)答案考试方法：闭卷 考试时间１２０分钟 共２页 第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1.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柔性制造系统（Fle*ibleManufacturingSystem）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。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。4.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：*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、D2、B3、B4、A5、B三、简答题(每小题10分，共30分)1.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*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。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。3.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)10s内转轴转了多少转：307200÷1024=300（转）位移量（∵螺距T=2mm）∴300×2=600(mm)转速：300÷10=30（转/秒）1)K=2;M=5,Z=24;α=360/2*5*24=1.5ºf=400Hz五、综合应用题(每小题15分，共30分). z.-K=1;M=3,Z=100;α=360/1*3*100=1.2ºf=600Hz2MAIN：MOVR0，*7CH；选择AD574，并令A0=0MOV*R0，A；启动A/D转换，全12位LOOP：NOPJBP3.2，LOOP；查询转换是否结束MOV*A，R0；读取高8位MOVR2，A；存人R2中MOVR0，*7DH；令A0=1MOV*A，R0；读取低4位，尾随4个0MOVR3，A；存入R3中……《机电一体化技术》试卷(十)考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1.单片机2.I/O接口3.I/O通道4.串行通信5.直接存储器存取（DMA）二、单项选择题(每小题2分，共10分)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s的范围为（ ）。A.1<s<2B.0<s1C.-1<s<1D.-1<s<03.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.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（ ）方法实现。A.插补