机电一体化系统设计基础课程作业解答

机电一体化系统设计基础课程作业解答（精选8篇）

机电一体化系统设计基础课程作业解答 篇1

（二）一、填空题

1．低频分量高频分量

2．固有频率阻尼能力

3．相对阻尼系数

4．固有频率

5．变频信号源脉冲分配器功率放大器

6．最大动态转矩降低

7．线性直流伺服放大器脉宽调制放大器

8．电源频率磁极对数转差率

9．电液比例阀电液伺服阀

10．定位精度定位时间

二、简答题

1．如何提高伺服系统的响应速度？

伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。

（1）提高系统的固有频率，减小阻尼。增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。

（2）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。

2．步进电机是如何实现速度控制的？

步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。

3．试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。

脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。

4．交流伺服电机有哪些类型？交流伺服驱动的主要特点是什麽？

交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。

交流伺服驱动的主要特点有：（1）调速范围大；（2）适合大、中功率伺服系统；（3）运行平

稳，转速不受负载变化的影响；（4）输出转矩较大，而转矩脉动小。

三、分析题

1．分析传感器的误差对输出精度的影响

传感器位于反馈通道，误差的低频分量影响系统的输出精度和系统的稳定性，因此传感器应有较高的精度；而误差的高频分量不影响输出精度，可以允许传感器及放大电路有一定的高频噪声。

2．分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。

对于开环步进电机位置控制系统，由于无检测装置，不对位置进行检测和反馈，齿轮减速器的传动误差（误差的高频分量）和回程误差（误差的低频分量）将直接影响工作台的输出精度。

四、计算题

1．如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为m＝50kg，工作台与导轨间的摩擦系数f＝0.1，负载力为FW＝1000N，丝杠直径为D＝16mm，导程为ts＝4mm，齿轮减速比为i＝5，工作台的最大线速度为v＝0.04m/s，试求：（1）折算到电机轴上的负载力矩；

（2）电机轴的转速；（3）电机所需功率。

解：（1）折算到电机轴上的负载力矩

摩擦负载力Ff＝mgf＝50×10×0.1＝50N

外负载力Fw＝1000N

电机上的负载力矩为

1t1Tms(FWFf)i2

141031 (100050)520.7

0.191Nm

（2）电机轴的转速

niv0.04550r/s3000r/min ts0.004

（3）电机所需功率

Pm1.5~2.5TLPnLP

取系数为2，则

Pm2T2n20.191250120W

2．如图所示的开环步进电机位置控制系统，已知负载力F=2000N，工作台长L=400mm，往复精度为0.02mm，丝杠导程6mm，直径d＝32mm，步进电机的步距角为α＝1.5，试确定齿轮减速比i。

解：步进电机的每转脉冲数

ns360

360240脉冲/转 1.5

根据工作台定位精度的要求，选用脉冲当量

δ=0.02mm/脉冲

设传动比为i，每个脉冲对应工作台的位移为



则ts ins

i

机电一体化系统设计基础课程作业解答 篇2

机电一体化系统设计是机械制造及其自动化专业的一门重要专业必修课, 它是融合机械技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、信息处理技术、系统总体技术等多种技术于一体的新兴综合性学科, 综合性和应用性强, 对培养学生自动化设计能力具有重要作用。但是, 受传统教育观念和当时教学和实验条件的限制, 《机电一体化系统设计》课程过去侧重于理论知识的讲授, 实践环节偏少, 学生普遍反映该课程的学习枯燥无味, 大大削减了课程培养效果, 为了提高学生的学习积极性, 笔者在教学内容和教学方法上进行了一系列改革。

2. 教学内容的改革

2.1 明确教学目标, 优选教材

机电一体化技术作为一门新兴的综合性学科, 发展非常迅速;目前现有的教材虽然版本繁多, 但各有局限。为此按照教学大纲的要求选取一套内容体系相对合理且能反映机电一体化学科水平的教材, 就尤为重要。所选教材要能够从系统的角度出发, 全面阐述机电一体化系统设计, 既要有入门的引导, 又要兼顾提高和深入。此外, 所选教材要与时俱进, 内容新颖, 技术先进, 要能够及时把最新技术和学科前沿知识引入教学内容, 让学生感受到本门技术的迅速发展, 激发学生的浓厚兴趣。

2.2 教学内容的改革

机电一体化系统设计内容多, 涉及面广, 综合性强, 然而理论课时少。因此, 要根据教学大纲要求, 精选教学内容, 制定合理的教学计划, 达到最佳的教学效果。首先, 透彻讲述机电一体化的概念、体系结构等。本部分内容对学生建立机电一体化系统设计框架, 有高屋建瓴的作用, 透彻的理解能对课程学习能起到事半功倍的效果。其次对各单元技术的讲解, 要分明主次。机电一体化技术是机械技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、信息处理技术、系统总体技术等多种技术的融合。虽然这些技术在系统设计中都很重要, 但是如果在教学过程中不分主次, 对每项技术的讲解等同视之, 势必会大大加重学生负担, 转移系统设计这一教学重点。因此, 要分清主次, 增删结合。对伺服驱动技术和检测传感技术要重点讲解, 特别是伺服驱动技术, 它是系统设计的核心;检测传感技术要突出检测系统的设计, 减少传感技术的讲解, 可改为学生自学。自动控制技术、信息处理技术内容较多, 且前期相关科目有所讲解, 所以不宜过细, 可以总结性的讲解。第三, 重点引导学生运用所学知识进行系统设计, 可以采用较多课时, 分析实际系统的设计过程。比如工业机器人、数控改造、自动售货机等典型机电一体化产品实例, 可以精讲其中一两个, 使达到举一反三的效果。同时, 可以根据实际情况, 引入最新科技产品, 提高学生学习兴趣。

在教学过程中, 由于学生缺乏实际经验, 普遍感到学习《机电一体化系统设计》的难度较大。因此, 开好实验教学就显得尤为重要。根据课程特点, 在此环节中应该避免或减少验证性实验, 加强综合性、设计性实验的开设。随着我校实验设备的不断完善, 机械创新实验室, 柔性制造系统实验室, 工业机器人实验室等综合性实验室的逐步投入使用, 实验条件大大改善。同时, 在实验教学中, 做到以学生动手为主, 教师辅导为辅的教学模式, 充分调动学生的主观能动性, 由被动学习转变为主动学习。

3. 教学方法的改革

3.1 采用多媒体教学

多媒体是目前广泛使用的教学手段, 其特点是利用多媒体制作文字、图片、声音甚至动画演示。它不仅带给学生很强的视觉、听觉冲击, 吸引其注意力, 加深印象, 而且能在短时间内给学生传输大量的信息。针对《机电一体化系统设计》课程的特点, 采用多媒体教学, 能够生动的展示课程内容, 使课堂教学过程更加符合学生的认知规律, 提高了学生的学习兴趣和理解能力。

3.2 师生互动的教学方法

传统的讲述式教学, 容易使学生疲惫, 可以让学生参与课堂。在课程过半以后, 笔者给学生布置设计性的大作业, 让每个学生根据所需知识, 设计一机电一体化产品, 在每次上课前几分钟, 由学生详细讲解设计过程。这既能督促学生充分利用课余时间, 查阅大量文献资料, 加深课堂知识的理解, 又能活跃课堂, 强化课堂效果。

3.3 理论联系实际的教学方法

本课程理论性强, 难度大, 与实际联系紧, 因此很必要在教学中采用理论联系实际的教学方法。通过对学生熟悉的机电一体化产品 (如:打印机, 全自动洗衣机, 数控机床等) 的分析讲解, 能够帮助学生直观的认识所学知识, 加深理解;有条件的话也可以带领学生到工厂参观实习。

此外, 现在国家每年举办有大学生科技创新活动, 大多高校都有相应的政策支持, 笔者在教学中充分利用这一条件, 带领学生实际动手设计各种机器人、智能电器等创新项目, 使学生学以致用, 活学活用。

4. 结束语

通过对我校《机电一体化系统设计》课程的教学改革, 使课程的教学紧紧围绕着工程应用这个中心, 注重应用和实践。实践证明, 通过该课程的教学改革增强了学生的学习兴趣, 提高了教学效果取得了优良的教学效果。

参考文献

[1].张健民主编.机电一体化系统设计[M].第2版.北京:高等教育出版社.

[2].左月明.浅谈机电一体化课程的教法[J].山西农业大学学报.2000, (3) :307-308.

机电一体化系统设计基础课程作业解答 篇3

关键词：机电一体化系统设计；教学改革；教学效果

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）11-0029-02

“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的，涉及机械学、电子学和信息科学的新兴交叉学科[1]。作为机械类专业的一门重要课程，《机电一体化系统设计》对培养学生的创新能力和机电产品设计能力具有重要作用[2]。由于综合了多门学科，该课程所涉及的知识点量多面广，而且有些内容学生在相关的课程中接触过，如果在教学过程中不加注意，容易使本门课程变成“炒剩饭”，影响学生的学习兴趣和教学效果。本文针对课程学习中存在的问题，结合作者多年的教学经验，从教学内容、教学方式两个方面提出了改革措施。

一、课程存在问题

《机电一体化系统设计》的教学内容各部分内容差别很大，连续性差，教师在讲授过程中，必须将各个章节的内容有机联系起来；此外，各部分内容又相对独立，若讲授时一视同仁，不分主次，往往给学生造成是在重温旧知识的感觉，甚至搞不懂学习这门课程的真正目的是什么[3]。《机电一体化系统设计》的主要任务是使学生树立正确的系统设计思想，培养理论联系实际、调查研究、刻意创新的能力，使学生掌握机电有机结合的理论、机电一体化系统设计的基本规律及基本方法，具备机电一体化产品的设计能力。仅靠传统的课堂授课是无法实现这个任务目标的，必须从教学内容和教学方式上作出改革。

二、教学内容改革

1.以系统设计思想为主线。机电一体化的目的是提高产品或系统的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源，并使产品结构向轻、薄、短、小化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。因此，机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑，应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程都要贯彻系统设计的思想。首先是从整体角度及可行性方面对系统进行多种整体方案设计；然后对其机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置等组成部分及相关接口进行细节设计；最后对系统性价比进行衡量，得出优化设计方案，选择原则是在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。以上三个环节相互影响，一般在绪论里讲第一个环节，在此环节让学生了解一个典型的机电一体化系统或产品整体上的五大功能构成和五大功能要素，在进行系统整体方案设计时可能有多种选择，需要结合系统的功能要求、技术指标和成本控制多方面因素进行综合评价，优化出最佳的方案。以设计精密数控机床为例，从总体上对其五大功能和功能要素进行分解，分解的结果可以用功能矩阵来表示[4]，最终设计方案的选择取决于能否提高产品或系统的附加价值。第二个环节分别讲述构成机电一体化的功能要素，尽管每一功能要素在内容上相对独立，但它们作为机电一体化系统或产品组成部分，通过广义接口联系在一起，彼此相互影响，学生只有认识了这一点，才能从总体上把握机电一体化的系统设计思想。还以设计精密数控机床为例，为了达到高精度，可以选用精密机械，但这势必造成系统成本的增加，而且，成本有可能随着精度要求的提高成几何倍数增加。另一个可行的方法是采用软件补偿来提高精度，但这会对微机控制系统和传感检测系统提出新的要求。第三个环节是对系统性能的综合评价，评价的结果不符合要求时还有可能需要对整体方案或各个功能要素重新选择，直至满足要求为止。在课程讲述过程中，仅仅介绍系统设计思想，既抽象又枯燥，若能结合实际案例，学生就会在潜移默化中逐渐领略机电一体化系统设计方法的精髓。一般教材在后面的章节中都会给出很多的案例，建议这些案例不要都放在最后讲，找出一个或几个典型案例，在讲授每一部分内容时都结合该案例，并将系统设计方法融于其中，既利于学生对知识的掌握，又能起到举一反三的作用，便于学生分析和设计其他的机电一体化产品。

2.以理论联系实际为导向。高等学校培养的是具有创新能力的高级应用型人才，即具有较高的综合素质，宽厚扎实的专业理论，并能将理论应用于解决实际问题，且有创新实践能力的高级专门人才。机电一体化系统设计综合性较高，知识点量多面广，并且内容抽象，学生很难在有限的课时内完全掌握；而对于从事该门课程教学的教师来讲，不能只注重理论知识的讲解，要以理论联系实际为导向。为此，课前要做大量的准备，广泛积累素材以丰富课堂教学效果，将抽象的道理通俗化、形象化，加深学生的印象。如有时教材上只介绍某些元部件的工作原理，学生即使明白其工作原理了，但对其长什么样却知之甚少，更谈不上怎么用了。可以利用网络平台下载很多产品样本，产品样本主要是推销产品用，一般会详细介绍产品的外形和应用，将教材和样本二者结合在一起讲述，无形中就将理论和实际联系在一起了。此外，还可以在授课过程中加强演示验证内容，俗话说百闻不如一见，有的知识应用性较强，理论比较抽象，很难通过讲的方式让学生掌握，但通过实验或者观看视频等，立刻就拨开云雾见晴天了。如在讲光电编码器时提到，光电编码器的输出信号可以经过2倍频或4倍频以提高检测分辨率，用语言描述时学生不容易理解，把光电编码器信号引出来，用示波器一看，一目了然。当然也可以通过《机电一体化系统设计》课程设计，让学生利用所学亲自参与机电一体化产品设计，在设计过程中通过查阅资料、技术调研、设计加工、组装调试等可进一步加强学生理论联系实际的能力。

三、教学方式改革

明确了教学内容，还要通过适当的方式将知识传授给学生。首先要培养学生的学习兴趣，学生对某一学科有兴趣，才会不知疲倦，才会有灵感，才会乐在其中，既能提高学习效果，又能成为创新的动力和源泉。如在讲述第一章绪论时，在引出机电一体化的概念和内涵后，不是把重点放在对概念的进一步解释上，而是以图片或录像的方式列举了大量机电一体化产品实例。这些实例中大部分来自生活或生产实践，学生在观看这些实例的过程中，对这些产品的神奇功能产生了浓厚的兴趣，自然就会产生探个究竟甚至亲自进行设计的愿望。其次，要重视学生的基础知识，如果说兴趣是前进的动力，那么基础知识就是成功的基石，学生要想真正掌握这门技术，必须拥有牢固的基础知识。在讲数控部分内容时，很多同学说参加过数控编程的实习活动，会用G代码编程，当问到编程的几个坐标系时，却没有几个人真正明白，但数控机床的坐标系是编程的基础，是数控加工的参照，如果连参照都不知道在哪儿，怎么能真正掌握数控技术呢？最后，对授课内容要“避轻就重”，机电一体化作为综合学科，包含的内容较多，不同专业培养目标不同，讲课的重点也不应一样，在讲述时要结合专业“避轻就重”。“避轻”就是对学生有一定基础的内容少讲，“就重”就是对学生难以理解、接触较少的内容重点讲。机械类专业的学生机械基础较好，对机构的力传递、运动传递容易掌握，对执行元件的学习基础较弱，但这部分内容在机电一体化系统中有重要的地位，因此要重点讲述。

机电一体化是一门不断发展、高技术密集的新型交叉学科，所涉及的知识量多面广，本文针对课程存在的问题，基于作者的教学实践经历，从教学内容、教学方式提出了改革措施，在教学内容上强调以系统设计方法为主线，以理论联系实际为导向，在教学方式中重视培养学生的学习兴趣和基础知识，对授课的内容不是一刀切，而是避轻就重。通过这些改革措施，取得了较为满意的教学质量和效果。

参考文献：

[1]张建民.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]赵江铭，杨杰伟，白国长.《机电一体化系统设计》教学改革探讨[J].科技信息，2011，（25）：168.

[3]文振華，尹欣，孙新.机电一体化课程教学探讨[J].管理工程师，2011，（5）.

[4]赵松年，张鹏奇，等.机电一体化机械系统设计[M].北京：机械工业出版社，1996.

机电一体化系统设计基础课程作业解答 篇4

单项选择题

1、传感器测量系统的性能由输出-输入关系特性描写。输出变化量与对应输入（被测量）变化量的比值称为（）。

量程 阈值 分辨率 灵敏度

2、某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。该传感器为（）。

旋转变压器 感应同步器 光栅 磁栅

3、某光栅条纹密度为每lmm刻100条，光栅条纹的夹角为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度W为（）。

0.1mm 1mm 2mm

4、对于减速传动系统，若最后一级的间隙对系统精度影响最大，则传动比（）。

小于1 等于l 大于1

小于等于1

5、滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和()A.内循环反向器式 内循环插管式 内、外双循环 外循环反向器式

6、谐波齿轮具有速比大、传动精度和效率高等优点，试问它是由以下哪种传动演变而来的（）。

直齿锥齿轮传动 齿轮齿条传动 行星齿轮传动 蜗轮蜗杆传动

7、为保证系统安全可靠工作，下列机电一体化产品中，（）需要进行抗干扰设计。

自动洗衣机;

自动照相机;

滚筒型绘图机;

数控机床.8、频率响应函数是传感器的（）静态特性指标

动态特性指标

输入特性参数

输出特性参数

9、频矩特性表示步进电机（）与脉冲频率的关系。

额定动态转矩

最大静态转矩

最大启动转矩

最大动态转矩

10、闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的（）。

传动误差和回程误差都不会影响输出精度

传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度

回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度 传动误差和回程误差都会影响输出精度

11、多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按()设计的传动链。

输出轴的转角误差最小原则

重量最轻原则(小功率装置)

最小等效转动惯量原则

重量最轻原则(大功率装置)

12、为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（）。

增大系统刚度

增大系统转动惯量

增大系统的驱动力矩

减小系统的摩擦阻力

13、采用脉宽调制(PWM)进行直流电动机调速驱动时，通过改变(电压，从而实现直流电动机的平滑调速。

脉冲的宽度 脉冲的频率 脉冲的正负 其他参数

14、在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联（）。

PI校正 P校正 PD校正 D校正

15、数控机床进给系统的伺服电机属于设备的（）。)来改变电枢回路的平均

能源部分 测试传感部分 驱动部分 执行机构

16、某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为（）。

1450［r/min］ 1470［r/min］ 735［r/min] 2940［r/min］

17、某光栅条纹密度为每lmm刻100条，光栅条纹的夹角 为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度W为（）。

0.1mm 1mm 2mm 5mm

18、滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和（）。

内循环插管式 外循环反向器式 内、外双循环 内循环反向器式

19、在满量程范围内由同一方向趋近同一个输入，连续几次测量所得输出之间的最大差值称为()。可复现性 重复性 误差 精度

20、在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供信息的模块称()。

软件模块 通信模块 驱动模块 微计算机模块

21、系统中用于提供驱动力改变系统运行状态，产生所希望运动的模块称为()。

驱动模块 接口模块 微计算机模块 测量模块

22、某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。该传感器为()。

旋转变压器 感应同步器 光栅 磁栅

23、连续路径控制类中为了使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

得它们同步协调到达目标点。

位置和加速度 速度和加速度 位置和速度 位置和方向

24、齿轮传动的总等效惯量随传动级数()。

增加而减小 增加而增加 减小而减小 变化而不变

25、直流测速发电机输出的是与转速()C.成正比的交流电压 成反比的交流电压 成正比的直流电压 成反比的直流电压

26、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。()B.存储电路 转换电路 检测环节 换向结构

判断题

27、将传感器测量的被测对象信号输入到单片机数据总线的通道为后向通道。后向通道在单片机一侧有三种类型：数据总线、并行I/O口和定时/计数器口。()A.√ B.×

28、机电一体化控制系统的一般设计步骤应为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。()A.√ B.×

29、同步通信常用于并行通信。（）

A.√ B.×

30、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。（）

A.√ B.×

31、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。（）

A.√ B.×

32、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。（）

A.√ B.×

33、在全自动洗衣机产品的设计过程中，控制系统软件的设计是理论分析阶段的任务之一。()A.√ B.×

34、机电—体化产品的适应性设计是指对产品功能及结构重新进行的设计。()A.√ B.×

35、伺服驱动系统是实现电信号到机械动作的转换的装置和部件。()A.√ B.×

36、门动控制技术是机电一体化六个相关技术之一，而接口技术是自动控制技术中的一个方面。()A.√ B.×

37、在闭环控制系统中，驱动装置中各环节的误差因其在系统中所处的位置不同，对系统输出精度的影响不同。()A.√ B.×

38、电气驱动部件的固有频率应高于机械传动系统的基本固有频率2～3倍。()A.√ B.×

39、在全自动洗衣机产品的设计过程中，控制系统软件的设计是理论分析阶段的任务之一。（）

A.√

B.×

40、驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。（）

A.√ B.×

41、迟滞是传感器静态特性指标之—，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。()A.√ B.×

42、TTL电平接口能用于输出指示灯的控制，也能用于驱动带电气隔离的继电器。()A.√ B.×

43、通常，提高响应速度和提高系统的动态精度是有矛盾的，若想同时实现高速度和高精度，需要综合考虑各环节和整个系统的控制形式。()A.√ B.×

44、直流伺服电机的驱动电路中，脉宽凋制放大器由于管耗大，因而多用于小功率系统。()A.√ B.×

45、电气驱动部件的固有频率应高于机械传动系统的基本固有频率2～3倍.()A.√ B.×

46、伺服驱动系统是实现电信号到机械动作的转换的装置和部件。()A.√ B.×

47、驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。()A.√ B.×

48、D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（）

A.√

B.×

49、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。（）A.√ B.×

50、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。（A.√

B.×

51、同步通信是以字符为传输信息单位。（）

A.√ B.×

52、查询I/O方式常用于中断控制中。（））A.√ B.×

53、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。（）

A.√ B.×

54、在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。（）

A.√ B.×

主观题

55、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?

参考答案：

应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

56、开放式体系结构的主要特点是什么?

参考答案：

答：开放式体系结构是近年来在电子工业和计算机工业中流行的一种设计思想，其主要特点是：向未来的VLSI开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要求开放；采用模块化结 构。

57、在使用光电编码器测量位移或转速时，什么是高速端测量方案，什么是低速端测量方案? 各有什么特点。

参考答案：

解答：使用光电编码器测量位移或转速有高速端测量和低速端测量两种方案。(1)高速端测量：将编码器安装在电机轴上的测量方案。高速端测量的特点：同样的测量精度要求，对编码器的测量精度要求较低。传动件包括在闭环之外，传动误差直接影响输出精度，传动误差无法通过控制进行补偿，因此对传动链的精度要求较高。(2)低速端测量：将编码器安 装在负载轴上的测量方案。低速端测量的特点：对编码器的精度要求较高，但传动链包括在闭环内，从而通过闭环来消除传动误差，对传动链的精度要求较低。

58、步进电机具有哪些特点?

参考答案：

步进电机具有以下特点： ①步进电机的工作状态不易受各种干扰因素(如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作； ②步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也

会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累； ③控制性能好，在起动、停止、反转时不易“丢步”。因此，步进电机广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位量精度。

59、机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？

参考答案：

精密化，高速化，小型、轻量化。

60、试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。

参考答案：

滚珠丝杠螺母副是一种高精度的传动装置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋，具有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点。由于滚珠丝杠螺母副具有摩擦小，便于消除传动间隙等突出优点，他给机电一体化系统的性能改善带来了巨

大的益处。缺点：不能自锁，用于升降传动时需另加锁紧装置。

61、参考答案：

62、说明机电一体化系统（产品）的设计步骤。

参考答案：

机电一体化产品的设计流程主要包括以下几步：（1）根据目的功能确定产品的规格、性能指标（2）产品功能部件、功能要素的划分（3）接口的设计

（4）综合评价（或整体评价）（5）可靠性复查（6）试制与调试

63、支承的基本要求是什么？

参考答案：

①方向精度和置中精度；②摩擦阻力矩的大小；③许用载荷；④对温度变化的敏感性；

⑤耐磨性以及磨损的可补偿性；⑤抗振性；⑦成本的高低。

64、半闭环控制系统的定义及特点是什么?

参考答案：

（1）伺服系统中，当位置传感器安装在伺服电动机轴上，用以间接测量工作台的位移时，这种间接测量的系统称为半闭环系统。

（2）特点，可以避免传动机构非线性引起系统产生极限换和爬行振荡，比全闭环系统容易 实现，可节省投资

65、试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。

参考答案：

滚珠丝杠螺母副是一种高精度的传动装置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋，具

有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点。由于滚珠丝杠螺母副具有摩擦小，便于消除传动间隙等突出优点，他给机电一体化系统的性能改善带来了巨大的益处。缺点：不能自锁，用于升降传动时需另加锁紧装置。

66、机电一体化系统设计的指标主要包括哪些方面？ 参考答案：

答：主要包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益

67、机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？

参考答案：

答： 1 惯量小、动力大 2 体积小、重量轻 3 便于维修、安装 4 易于微机控制

、参考答案：

光电隔离电路的工作原理：

为了防止强电干扰以及其他干扰信号通过I/O控制电路进入计算机，影响其工作，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。(相关内容叙述正确给3分，其它酌情扣分)控制输出时，从上图可知，微机输出的控制信号经74LS04非门反相后，加到光电耦合器G的发光二极管正端。当控制信号为高电平时，经74LS04非门反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电压。

当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可将光电耦合器用于信息的输入，当然，光电耦合器还有其他连接方式，以实现不同要求的电平或极性转换。(相关内容叙述正确给5分，其它酌情扣分)光电隔离电路的作用：（1）可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电。这样信息通过光电转换，单向传递，又由于光电耦合器输入与输出端之间绝缘电阻非常大(一般为1011Ω-1013Ω)，寄生电容很小(一般为0.5pF-2pF)，因此，干扰信号很难从输出端反馈到输入端，从而起到隔离作用。

（2）可以进行电平转换。如上图a所示电路，通过光电耦合器可以很方便地把微机的输出信号变为12V。

（3）提高驱动能力。隔离驱动用光电耦合器件，如达林顿晶体管输出和晶闸管输出型光电耦合器件，不但具有隔离功能，而且还具有较强的驱动负载能力。微机输出信号通过这种光电耦合器件后，就能直接驱动负载。

机电一体化系统设计基础课程作业解答 篇5

1.D, 2.C, 3.B, 4.C, 5.B, 6.D, 7.D, 8.A, 9.C, 10.A, 11.C, 12.B, 13.C, 14.A, 15.C, 16.A, 17.A, 18.D, 19.C, 20.B, 21.B, 22.A, 23.B, 24.D, 25.B, 26.C, 27.B, 28.D, 29.A, 30.D, 31.A, 32.A, 33.A, 34.B, 35.A, 36.B, 37.B, 38.B, 39.B, 40.A

一、选择题

1.以下产品不属于机电一体化产品的是（）。

A.工业机器人

B.打印机

C.空调

D.电子计算机

2.RS232C属于什么接口类型？（）

A.机械接口

B.物理接口

C.信息接口

D.环境接口

3.以下哪项不属于机电一体化的发展方向。（）

A.高精度

B.机械化

C.模块化

D.网络化

4.以下属于机电一体化产品的是（）。

A.手机

B.电磁炉

C.高级轿车

D.投影仪 5.机电一体化系统有时采用半闭环控制，可能原因是（）。

A.提高控制精度

B.检测末端行为的传感器不成熟 C.节省能源

D.减轻重量 6.能够使工业机器人传动链短的主要原因是（）。

A.工业机器人体积小，不需长传动链 B.运行速度慢，减速比小

C.各自由度协调运动靠机械传动实现

D.伺服驱动变速、每个自由度单独驱动与多自由度软件控制协调 7.关于机电一体化说法不确切的表达是（）。

A.机电一体化方法

B.机电一体化工程 C.微机电一体化

D.机械电气化 8.关于机电一体化说法不确切的表达是（）。

A.检测控制一体化

B.机电液一体化 C.机电仪一体化

D.光机电一体化

9.机电一体化技术是以（）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术

A.自动化

B.微电子 C.机械

D.软件 10.以下哪项不属于概念设计的特征。（）

A.可靠性

B.创新性 C.多解性

D.约束性

11.在机电一体化概念设计过程中，形态学矩阵的作用是（）。

A.最优方案确定

B.方案评价 C.方案综合D.任务创新

12.在机电一体化概念设计过程中，黑箱分析方法的作用是（）。

A.方案求解简单

B.利于方案创新 C.方案具体化

D.方案形象化

13.关于机电一体化系统可靠性，以下论述错误的是（）。

A.软件能够提高系统可靠性

B.传动链越短可靠性越高 C.对功率接口采用增额设计提高可靠性

D.采用并联元件系统提高可靠性

14.机电一体化现代设计方法不包括（）。

A.串行设计

B.快速响应设计 C.绿色设计

D.优化设计

15.谐波齿轮具有速比大、传动精度和效率高等优点，它是由以下哪种传动演变而来的。（）

A．直齿锥齿轮传动

B．齿轮齿条传动

C．行星齿轮传动

D．蜗轮蜗杆传动 16.使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是（）

A．双推－双推

B．双推－简支 C．单推－单推

D．双推－自由

17.在机电一体化系统设计中，齿轮系常用于伺服系统传动机构中，作用是（）A．减速，增矩

B．增速，增矩 C．增速，减矩

D．减速，减矩

18.多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按（）设计的传动链。

A.最小等效转动惯量原则

B．输出轴的转角误差最小原则

C.重量最轻原则(小功率装置)

D．重量虽轻原则(大功率装置)19.下列哪种传动机构具有自锁功能

（）

A.齿轮传动

B.同步带传动

C.蜗轮蜗杆传动

D.丝杠传动 20.滚珠丝杠传动轴向间隙的调整，下列哪一种方法精度高，结构复杂。（）

A.变位螺距调整式

B.齿差调隙式

C.螺纹调隙式

D.垫片调隙式

21.为了提高滚珠丝杠副的旋转精度，滚珠丝杠副在使用之前应该进行（）

A．调整径向间隙 Ｂ．预紧

Ｃ．预加载荷 Ｄ．表面清洗

22.在同步齿型带传动中，节线的长度在工作过程中（）

A．不变 Ｂ．变长

Ｃ．变短

Ｄ．几乎不变

23.滚珠丝杠副基本导程指丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的（）

A．径向位移 Ｂ．轴向位移 Ｃ．螺旋线长度

Ｄ．坐标值

24.在两级齿轮传动中，若传动比的分配方案是i1i2，则其遵循的原则是（）

A.加速度响应最快

Ｂ．等效转动惯量最小 C.输出轴转角误差最小

Ｄ．重量最轻

25.当刚轮固定，柔轮输出，波形发生器输入时，谐波齿轮可实现（）传动。

A．减速异向

B．增速异向 C．减速同向

D．增速同向 26.圆柱齿轮传动中常用的调整齿侧间隙的方法不包括（）

A.偏心套（轴）调整法

B.轴向垫片调整法 C.轴向压簧错齿调整

D.双片薄齿轮错齿调整法

27.导轨副用于引导运动部件按给定的方向运动。若导轨副机构简单、阻尼系数大、刚度大，但易产生低速爬引现象，则导轨副是（）

A．滚动导轨副

B．滑动导轨副

C．液体静压导轨副

D．气浮导轨副 28.滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分类，不包括（）

A.单圆弧

B.双圆弧

C.矩形

D.梯形 29.下列传感器类型属于能量转换型的为（）。

A.压电式加速度传感器

B.霍尔式传感器

C.电阻式传感器

D.热敏电阻 30.下列传感器类型属于物性型传感器的为（）。

A.电感式传感器

B.电容式传感器

C.光栅式位移传感器

D.半导体传感器

10机电一体化系统设计 试题 篇6

姓名：

年级： 级 专业 成绩： 函授站 ：珠海函授站

所读学校： □首大、□昆工

层次：□高起专

□专升本

速度。

10．步进电动机是把输入的电脉冲信号，转换成（）的控制电机。11．步进电机控制步进频率和电脉冲数获得所需转速，改变（）得到所需的转向。12．步进电机接受一个电脉冲,转子转过相应的角度叫（）。

13．步进电机转过角度与输入脉冲频率成正比，电机转速与拍数成（）比。

14． PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定

一、单项选择题。在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。（每小题1分，共10分）1.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

2．机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是()。

A．机械本体

B．动力部分

C．控制器

D．执行机构 3．将脉冲信号转换成角位移的执行元件是()。

A．旋转变压器

B．交流伺服电动机

C．步进电动机

D．光电编码盘

4．在下列电机中，()既可通过闭环实现速度或位置控制，又可作步进方式运行，且电机转速不受负载影响，稳定性高。

A．步进电机

B.直流伺服电机

C．交流同步伺服电机

D．笼型交流异步电机

5．如果三相步进电动机绕组为U、V、W，其通电顺序为UVVWWUUV，则这种分配方式为()。

A．三相三拍

B．三相四拍

C．三相六拍

D．双三拍

6．某三相反应式步进电动机转子有40个磁极，采用三相单三拍供电，步距角为()。

A.1.50 B.30 C.60 D.90

7．一台三相磁阻式步进电动机，采用三相单三拍方式通电时，步距角为 1.50，则其转子齿数为()。

A.40 B.60 C.80 D．100 8.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 9.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角=0.001弧度，则莫尔条纹的宽度是()。

A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 10．在工业控制计算机中，控制总线的功能是()。

A.确切指定与之通信的外部硬件

B．确定总线上信息流的时序

C．在计算机内部传输数据

D.连接控制电源

二、填空题（每小题1分，共15分）

1．机电一体化技术是机械技术和（）技术相互融合的产物。

2.无论传递功率大小如何，按“等效转动惯量最小”原则来确定的各级传动比，从高速级到低速级，其传动比是逐级增大的，而且级数越多，总等效惯量越（）。

3．在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守（）原则。

4．在小功率传动链中，为使总的质量最小，各级传动比分配应遵守（）原则。5.谐波齿轮传动是利用行星轮系传动原理，组成它的三个基本构件是柔轮、刚轮和（）。6．摩擦对伺服系统的影响主要有：引起动态滞后、降低系统的响应速度、导致系统误差和（）。

7．对于执行装置，选择较大的传动比可使系统的（）增大，有利于系统的稳定性。8．电气伺服驱动装置包括（）、交流伺服电机和直流伺服电机。

9．在伺服系统中，通常采用（）原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应

（）的方波电压，通过对方波脉冲的控制，改变输出电压的平均值。15．交流异步电动机的转速与电源频率、磁极对数和（）有关。

三、简答题（共10题，每小题3分，共30分）1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?

2．影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些？

3．转动惯量对传动系统有哪些影响？

4．为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？

5．简述伺服机械传动系统的主要要求。

6．如何提高伺服系统的响应速度？

7．伺服电动机的作用是什么？伺服电动机应具备的基本要求是什么？

8．试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。

9．步进电机是如何实现速度控制的？

10．简述A／D、D／A接口的功能。

四、分析题。（共两小题，共15分）

1．如图所示的开环步进电机位置控制伺服系统，试分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。（7分）

6．试分析比较液压马达和直流电机实现转动输出驱动的不同特点。（8分）

五、计算题（共3小题，每小题10分，共30分）

1.如图，已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速n1；(2)柔轮固定时刚轮的转速n2。

2．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。

机电一体化系统设计期末复习题 篇7

一、选择题（每题2分，共50分）1.那些不是结构型传感器

A.弹簧管 B.双金属片

C.水银温度计 D.电感电容 2.那些不是物理型传感器的特点

A.无中间转换机构 B.固体传感

C.集成 D.体积大 3.哪一项不是传感器指标

A.类型 B.容量 C.体积

B.线性度 4.下列哪项对热电偶的说法不正确

A.不能测量绝对温度 B.利用的是温差效应 C.铂电阻属于热电偶 D.需要冷端补偿 5.传感器的环境参数不包括什么

A.环境温度

B.湿度 C.冲击

D.噪音 6.传感器的基本性能参数不包括什么

A.量程

B.灵敏度

C.动态特性

D.尺寸 7.半闭环伺服结构的特点不包括：

A.系统简单 B.稳定性好 C.调试困难 D.成本较低

8.际转速1350r/min、电源频率50Hz的交流感应电动机，其转差率是多少？

A.0.05 B.0.1 C.0.15 D.0.2 9.某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相六拍运行时步距角是多少？

A.3°

B.6°

C.2°

D.1.5° 10.采用PWM驱动系统的优点不包括

A.频率高、频带窄 B.电流脉动小 C.电源的功率因数高 D.动态硬度好

11.设丝杠导程5mm，2/4相步进电机的步距角为1.8度，半步驱动时的脉冲当量为多少？

A.0.00625mm B.0.0125mm C.0.025mm D.0.05mm 12.下列哪一项不是机电一体化系统的主要构成装置

A.电子装置 B.控制装置

C.驱动装置

D.机械装置 13.下列把一项是出现低速爬行现象不稳定的主要原因

A.电压不稳定 B.非线性摩擦力 C.负载扭矩不稳定 D.润滑不良 14.滚动导轨预加负载的目的是什么

A.防止超速

B.消除间隙

C.降低噪音 D.提高刚度 15.哪项不是滚珠丝杠副的主要尺寸参数

A.公称直径

B.长度

C.导程

D.行程 16.哪项不是机械传动要满足伺服控制的主要要求

A.传动精度

B.寿命长

C.稳定性

D.快速响应性 17.下列哪一项属于变异性设计

A.没有参照样板的设计 B.根据故障查找故障原因

C.部更改，适应性变动

D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 18.哪项不是机电一体化产品概念设计的核心内容

A.功能

B.原理

C.结构

D.模式 19.传统的机电产品的设计注重

A.安全系数设计

B.功能设计

C.机械设计

D.电路设计 20.PI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 21.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.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

23、哪项不是串行通讯的特点（）。

A．数据位传送

B．传输按位顺序进行 C．只需要两根传输线

D．成本低但送速度慢

24、哪项不是传动机构的本质（）。

A．速度变换

B．转速变换

C．力矩变换

D．转角控制

25、开关缓冲电路使用的二极管是（）。

A．普通整流二极管

B．检波二极管

C．快速二极管

D．大电流功率二极管 26.下列哪一项不是DCS分布式控制系统的特点

A.具有三层结构

B.系统控制危险性分散 C.集中监视、操作和管理

D.布线简洁，系统开放 27.哪项不是固态继电器SSR的特点

A.高寿命 B.开关速度快 C.电磁兼容性好 D.有噪音

28、测速发电机在机电一体化系统中主要用作测量（）A、交流电压

B、直流电压 C、位移量

D、转速

29、在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的三个主要要求是（）。A．传动精度、稳定性、快速响应性

B．传动精度、稳定性、低噪声

C．传动精度、高可靠性、小型轻量化

D．传动精度、高可靠性、低冲击振动 30..使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是（）A、一端装止推轴承

B、一端装化推轴承，另一端装向心球轮承 C、两端装止推轴承

D、两端装止推轴承及向心球轮承

31.信号采样频率Ws，信号有效频带Wc和抗混叠滤波频率Wf应满足如下关系（）A、Wc

32、直流电动机电枢绕组的阻值小说明电机（）

A、特性硬

B、始动电压低

C、特性软

D、启动电流大

33、步进电动机转速与脉冲电源的关系是（）A、与电源脉冲频率成正比 B、与电源脉冲数成正比

C、与电源脉冲宽度成正比 C、与电源脉冲幅值成正比

34、绝对码盘码道数越多,则（）A、能分辨的角度越大

B、能分辨的角度越小 C、测量精度降低

D、能分辨的角度不变 35.进行行为、结构的映射是（）设计过程, A．功能建模 B.行为建模 C.结构建模 D.评价决策 36.下列哪一项不是机电产品设计的类型，A.开发性设计 B.可靠性设计 C.适应性设计 D.变异性设计 37.下列哪一项属于适应性设计

A.没有参照样板的设计

B.根据故障查找故障原因

C.局部更改，适应性变动 D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 38.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

A.前大后小

B.前小后大

C.前后相等

D.平方关系 39.哪项不是谐波传动部件基本组成部件

A.刚轮

B.柔轮

C.波发生器

D.行星轮 40.全闭环系统的优点是

A.精度高 B.系统简单 C.成本较低

D.调试简单

41.如忽略电机电磁时间常数, 电压为输入量，转角为输出量时，直流伺服电机数学模型是

A.比例环节

B.一阶系统

C.二阶系统

D.积分环节 42.滚珠丝杠副的基本导程减小，可以（）

A、提高精度 B、提高承载能力 C、提高传动效率 D、加大螺旋升角 43.下列哪一项不是机电一体化系统的主功能组成（）。

A．物质、能量、信息的变换

B．物质、能量、信息的传递

C．物质、能量、信息的存储 D．物质、能量、信息的融合 44.下列哪一项是机电一体化的特性（）。

A．装置的控制属于强电范畴

B．自动信息处理, C．支撑技术是电工技术 D．以机械联结为主

45.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为()A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 46.右图称()A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性

47.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()使得它们同步协调到达目标点。

A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向 48.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为()A.(A+A)·(B+B)B.A·B+A·B C.(A+B)·(A+B)D.A·B+A·B

49.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（）方法实现。

A.插补 B.切割

C.画线 D.自动 50.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 51.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 52.步进电机一般用于（）控制系统中。

A.开环

B.闭环

C.半闭环 D.前馈 53.下列哪个不是传感器的动特性()A.临界速度 B.临界频率 C.稳定时间 D.分辨率

54.感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的()A.代数和 B.代数差 C.矢量和 D.矢量差

55.在直流电机速度控制中改变电枢供电电压U(保持励磁磁通Φ不变)属于()调速

A.恒功率 B.变功率 C.恒转矩 D.变转矩

56、输入电压量程为-10V～+10的10位AD转换器的转换公式，-5V对应的AD输出值是（）。

A．100H

B．200H

C． 1FFH

D．7FH

57、设某光栅的条纹密度是250条/mm，要用它测出1um的位移，应采用（）细分电路。

A．1倍频

B．2倍频

C．3倍频

D．4倍频

58、哪一项不是机电一体化系统中的测速元件（）。

A．测速发电机

B．光电编码器

C．应变片

D．涡流传感器

59、绝对编码盘的道数为10道，则位数为10，能分辨的最小角度为（）。A．360/

2B．360/2

C．360/2

D．360/260、对RS-232C通讯方式描述正确的是（）。

A．接口的信号电平值较低，不易损坏接口电路的芯片

B．传输速率较高，在异步传输时，波特率为200Kbps C．其传输距离有限

D．只用两根线即可实现

二、判断题（本大题共10个小题，每题2分，共计20分，请使用“A对B错”答案形式）。1.功能的等效性、各环节的互补性是机电一体化优化设计的条件。2.系统可靠性是各组成环节可靠性的逻辑或。

3.可靠性原理是指规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。4.工业三要素是资金、人才、技术。

5.全闭环数控机床上位置传感元件是装在执行机构上。6.逻辑功能元包括:与、或、非、加、减、乘、除。7.现代设计方法强调产品全寿命周期最优化。

8.机电一体化设计以强度和低压控制为中心，强调功能设计。

9.液压伺服的缺点是效率低,保养麻烦,漏油污染环境，运动形式少，成本高，有附加装置。10.直流伺服电动机的空载转速n0与堵转矩Tb之比的绝对值越小，则电机特性越软。

11.RS-232接口在总线上允许连接多个收发器

12.为了防止采样过程信号发生频率混叠可以在采样前设置一个高通滤波器

13.液压马达为得到合适的运动速度和负载能力，一般要使用较大传动比的减速器，传动机构的尺寸较大

14.串口通讯至少要包含物理层（硬握手电气特性）和协议层（软握手）15.DCS分布式控制系统具有集中管理和分散控制的特点。（）

16.采用惠斯登电桥结构传感检测时，为消除温度干扰应采用的激励电源为恒压源。（）17.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前大后小原则。（）18.电气伺服驱动装置包括直流伺服和交流伺服。（）

19.传动出现低速爬行现象不稳定的主要原因是摩擦系数和转动惯量。（）

20.连续控制系统与点位控制系统之间最主要的区别在于点位控制系统有一个插补器 21.机电产品的功能可以划分原理、结构、行为。

22.能实现顺序控制的基本功能是组合逻辑，计数器，定时器。1

1。

10。

2。23.规划一个PLC控制系统的步骤为,分解被控对象和机器；建立功能规范,安全电路设计, 详细说明操作功能，建立PLC配置图, 建立符号名表。

24.顺序控制包括以状态控制为主和以时间控制为主两类。

25.测速发电机的原理与直流电机相同

26.27.28.29.30.对于传感器的非线性，可以通过标定采用曲线拟合和线性插值的方法来提高数据精度。

常用的测温传感器中Pt热电阻和热电偶测量的是相对温度。电液比例阀是用比例电磁铁来代替手动调节。

开环控制系统中，多数采用步进电机作为伺服电机。

产品的功能、原理、结构设计，是机电一体化产品概念设计的核心内容。

三、分析题计算题

1.机械工业中微电子技术应用有哪些方面，及其对机电一体化设计的意义？

2.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t=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，采用绝对旋转编码器，则绝对码盘最少要求的道数为多少？（忽略齿轮和丝杠的传动误差）。

3．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ŋ=30％，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。

4.数字采样闭环控制中误差En（n=1,2,3,…），输出控制量Un（n=1,2,3,…），比例系数为Kp，微分时间常数为Td，积分时间常数Ti，采样周期为Ts，试写出数字PID调节时的控制算式？

5.画出集电极开路输出（OC方式）驱动继电器的电路图和相应的缓冲电路，试分析采用OC驱动的特点。

6、丝杠导程6mm，3相步进电机的步距角为1.2度，3相6拍驱动时的脉冲当量为多少？(15分)？

7.设直流电机电枢感抗为La，电枢内阻为Ra，转动惯量为Jm，速度电势常数Kb，电流力矩常数Ki，电压u(t)为输入量，速度w(t)为输出量时，求直流电机的传递函数？（15分）

8.分别说明相对旋转光电编码器的A、B相和Z相表示意义，请设计旋转方向鉴别电路？ 参考答案：

一、CDCCD BABBB BACDC BAABC CADBB CADCC

二、ABABA BABBB

BBBAA BBBBB BAAAA ABAAA

三、1.应用方面：

1）对机器或机组系统运行参数进行巡检传感或控制 2)对机器或机组系统工作程序的控制

3)用电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构 4)节约材料 5)节能降耗

对机电一体化设计的意义：

功能模块化；封装模块化；电路（板）器件微型化；可靠性高；抗干扰能力强；结构一体化；机电产品体小、性优、价廉。

2、电机每转的工作台位移量为： 4mm/5=0.8mm 要求的每转脉冲数为： 0.8/0.005=160 27<160<28

答：绝对码盘的道数至少是8道。

3、计算负载力

负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成（1）外负载力Fl＝100N（2）惯性载力Fm＝ma＝50×10＝500N 电机的驱动力矩为

DCBDA BDDAC DDDAC BCBDA BCAAB ADCBC

1t1Tm(FlFm)i2

10.0041(1000500)0.63N520.34.根据PID的控制算式

Un(t)Kpe(t)Kdde/dtKie(t)dt

TT可以得到绝对算式：UnKpend(enen1)sTsTi或者是增量算式：

ek1nkUinitial

UnKp(enen1)TdT(enen22en1)sen

TsTi5．OC方式驱动继电器电路图和相应的缓冲电路图：

缓冲电路方式可采用并联二极管、并联RC电路和并联压敏电阻等方法。交流开关的缓冲主要使用并联一个RC串连电路和并联压敏电阻的方法。

缓冲过程，例如并联二极管的缓冲电路：晶体管关断时，负载电流通过二极管续流，减轻了晶体管的负担，抑制了du/dt和过电压。采用集电极OC输出的特点：

相当于开关输出。有较大电流驱动能力；能够实现“线与”功能；能够实现不同电路的接口。

6、3相6拍驱动时步进电机的脉冲当量角＝1.2／2＝0． 6。

反映在丝杠上的脉冲当量＝6／【360／0．6】＝0．01mm

7、设电机输出力矩为Mm(t)，那么 Ea(t)=Kbωm(t)； Ea(s)=Kbωm(s)

Mm(t)Kiia(t)Mm(s)KiIa(s)U(s)RI(s)LsI(s)E(s)aaaaab

整理并消去中间变量得： Jmdm(t)Mm(t)Jms(s)Mm(s)dt

1ˆRLaKbJ(s)ma，其中，电磁时间常数，机电时间常数 TTam2RaU(s)TaTmsTms1KbKi8.A、B两相是两组检测窄缝群，节距同光电脉冲发生器圆盘上节距相等的窄缝，但两组检测缝与圆盘上窄缝的对应位置错开1/4节距，其目的是使a,b两个光电变换器的输出信号相位上相差90。Z相是零点脉冲，可以提示被测轴已经旋转一周。

顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B波形90°；逆时针旋转时，通道A输出波形滞后通道B波形90°；光电编码器每旋转一圈，Z相输出一个基准脉冲，基准脉冲的波形中心对准通道A输出的波形中心。

机电一体化系统设计基础课程作业解答 篇8

考试科目:《机电一体化系统设计》第三章至第四章（总分100分）

学习中心（教学点）批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分。）

1、直线光栅传感器属于（）数字信号传感器。

A、增量码

B、绝对码

C、BCD码 D、格雷码

2、在控制感性负载器件的直流功率接口中，为了保护功率管需要接入保护（）。A、电感

B、电阻

C、二极管 D、电容

3、为了消除A/D转换期间由于信号变化产生误差，需要采用（）电路。A、放大

B、采样保持

C、模拟开关 D、分压

4、晶体管作为无触点开关，其导通电阻和开路电阻，依次应该（）。A、前大后小

B、前大后大

C、前小后小 D、前小后大

5、设计键盘程序时要考虑（）。

A、消抖功能和延时功能 B、单次响应和延时功能 C、单次响应功能和消抖功能

D、延时功能和批处理功能

6、过零比较器常用于对信号的（）。

A、电平转换

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、有源滤波器比起无源滤波器，带负载能力依次（）。

A、前强后弱

B、前弱后强

C、前弱后弱 D、前强后强

8、按信息传递方向分有两种接口，它们是（）。

A、机械接口和物理接口 B、人机接口和机电接口 C、无源接口和有源接口

D、输入接口和输出接口

9、A/D转换器的转换速度依据对信号的（）频率确定。A、传送

B、变换

C、采样 D、放大

10、在计测系统中如果需要滤除信号中的高频干扰应该使用（）。A、低通滤波器

B、比较电路

C、微分电路 D、高通滤波器

二、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。多选、少选、错选均不得分。)

1、在机电接口的功率接口中常用的驱动元件有（）。A、功率晶体管 B、晶闸管 C、功率场效应管 D、固态继电器

2、以下哪些是数字滤波算法（）。

A、算术平均滤波 B、RC高通滤波 C、RC低通滤波 D、滑动平均滤波

3、传感器的非线性补偿采用的软件方式包括（）。

A、定时法 B、计数法 C、计算法 D、查表法

4、光电编码盘在系统中一般用于测量（）。

A、电机转角

B、电机电流

C、电机温升 D、电机转速

5、滤波器的主要参数有（）。

A、截至频率 B、线性度 C、品质因素 D、带宽

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。你认为对的打“√”，错的“×”，不需要改错。）

1、软件消抖法是指在键盘识别过程中采用触发器。（）

2、SSR是固态继电器的英文缩写。（）

3、采用增益补偿措施可以减少增益变动带来的误差。（）

4、相敏检波电路是信号调制电路。（）

5、计算机对外部状态采集方式可有两种，一种是查询方式，另一种是中断方式。（）

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、增益误差补偿又称为

，采用软件方法对系统增益漂移进行补偿，其原理和数字调零方法类似。

2、D/A转换器中的数据锁存器可用来实现多路数字信号

转换。

3、拨码盘的A端接高电平时，数据输出为与拨码盘位置相对应的 码。

4、多位 LED数码管的显示控制方式有静态显示和。

5、在信号采集系统中采用

能使得单个A/D转换器进行多路信号转换。

6、中值滤波是

的一种。

7、对矩阵式键盘的逐行逐列查询方式称作

法。

8、表达滤波器对通频带以外的频率成分的衰减能力的参数是。

9、某光栅传感器输出两路相位相差90度的A、B两路脉冲，利用该两脉冲的边沿可得到栅距 的 细分信号。

10、机电一体化对检测系统在性能方面的基本要求是

、灵敏度和分辨率高；线性、稳定性和重复性好；抗干扰能力强；静、动态特性好。

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、在什么情况下要对增量式脉冲传感器的信号进行细分？

2、请画出模拟量检测系统的构成。

3、一般采用什么方法使得按键单次响应？

4、在键盘输入接口和数码显示接口中为了节省CPU时间应采用哪种管理方法？为什么？

5、列举几种传感器基本转换电路。

6、五大结构要素之间有几种接口？是什么接口？

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、一计测系统对一压力值进行检测，压力值的范围为0---200MPa，当输入0MPa时，获得的采样转换值为（以十进制表示）0.5，当输入200 MPa时，获得的采样转换值为（以十进制表示）9.5。1）计算系统的灵敏度（每单位压力的采样转换值）。2）当采样转换值为5时，计算压力值。（8分）

2、设计4X4矩阵式键盘的接口。说明键值如何产生。（7分）

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、某系统需要测量输出轴的转速，在输出轴上已经装有均布120个凸齿金属齿盘。

1）选择传感器，并说明测量原理；2）给出算法实现测量每分钟转数；3）画出计算机测量的接口路径图。

2、在一交流伺服电机调速系统中，采用计算机通过变频器对电机进行调速，变频器的输入控制信号为0—5V的模拟信号，对应的输出频率为0—50Hz，电机转速为每分钟0—1500转。1）进行控制输出接口设计；2）如输出转速要求1200转，微机输出的数字量应为多少？（采用MCS51 系列单片机作微控制器，DAC0832 作D/A转换器）

附：参考答案：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分）

1、A

2、C

3、B

4、D

5、C

6、B

7、A

8、D

9、C

10、A

二、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。)

1、ABCD

2、AD

3、CD

4、AD

5、ACD

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。）

1、×

2、√

3、√

4、×

5、√

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、校准

2、同时

3、BCD

4、动态显示

5、多路模拟开关

6、数字滤波

7、动态扫描

8、倍频程选择性

9、四

10、精度

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、在检测直线位移和转角时采用增量式传感器如直线光栅和光电编码盘，传感器的分辨率是以脉冲当量表示即一个输出脉冲所代表的位移量或转角，为了达到要求的测量精度，脉冲当量应该足够小，即当传感器的脉冲当量和所允许的测量误差相比不足够小时就需要对传感器信号进行细分。

2、模拟量检测系统的构成：

*传感器信号调理信号预处理A/D计算机

3、使得按键单次响应，一般采用等待按键释放后再对键进行处理的方法。

4、在键盘输入接口和数码显示接口中为了节省CPU时间应该采用中断管理方法。采用中断方式定时读取键盘和输出显示，其余时间CPU可处理其它功能。

5、传感器基本转换电路有分压电路、差动电路、非差动桥式电路和调制电路等。

6、五大结构要素之间有三种接口。它们是机械接口、信息接口和物理接口。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

9.50.50.045/MPa(4分)

1、解：（1）灵敏度=200（2）压力值=（5-0.5）/0.045=100MPa（4分）

2、解：原理图（4分）

键值产生办法：1）列首号加行号；2）顺序计数法，计数值即为键值。（3分）

以上方法只须回答一种

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、解：（1）由于金属齿盘，可选择磁阻式传感器，磁阻是传感器是在一永磁铁上绕制一线圈，当齿盘转动切割磁力线造成回路磁阻变化使线圈产生感应电势，当磁盘转动一周输出120个脉冲。

+U_（3分）

注：采用光电传感器也可，关键是输出120个脉冲

（2）设f脉冲频率,n=每分钟转速

n60f0.5f 120f——齿盘为单齿时每秒钟脉冲个数 120测量方法：对传感器信号计数0.5秒，计数值即为n(4分)

（3）接口路径（3分）

计算机计数器传感器放大整形电平转换

2、解：

（1）根据变频器的要求，需要0—5V模拟电压。因此需要采用D/A转换器将计算机的输出数据转换为0-5V模拟量。（5分）

8计算机地址D/A转换器电压变换变频器控制线