1、机电一体化复习题库（含答案）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
2、 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。 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
3、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ZtNn60式中 Z圆盘上的缝隙数；n转速(rmin)；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
4、 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。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
5、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
6、的要求，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 21） 、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
7、。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 2) 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：1400=2.5(m)2) q=fmaxf min/2i=5/212=0.00122n=3.5/0.00122
8、=28692869 化为二进制为 101100110101八、综合应用题 (每小题 15 分，共 30 分)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 之间的齿侧间隙。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（1 ） )(212hPl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、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动 角时，可动螺母 2 的移动距离为（2）)(12hl可见，此时差动螺
9、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
10、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 F11000N，最大加速度为 10ms2 ，丝杠直径为 d20mm，导程 t4mm，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。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 t4mm，齿轮减
11、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 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
12、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
13、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。DA 接口是将二进制数字量转换成电压信号。三、分析题(20 分)1.(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2(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)1(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(
14、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。(3)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。
