机电一体化实验技术作业（精选8篇）
一、选择题
1、射极输出器中输入输出信号相位()
A不同B相同C相同
2、是电场场源的性质()
A高电压、大电流B高电压、小电流C低电压、大电流
3、电感性耦合应采取()
A电场屏蔽B磁场屏蔽C电磁场屏蔽
4、电磁场屏蔽，金属隔板应()
A不能接地B必须可靠接地C接地与否均可
5、一台他励直流电动机拖动恒转矩负载，当电枢电压降低时，电枢电流和转速将(A电枢电流减小、转速减小
B电枢电流减小、转速不变
C电枢电流不变、转速减小
D电枢电流不变、转速不变
二、名词解释
1、绕组元件
2、实槽
3、第一节距
4、第二节距
5、合成节距
6、换向节距
7、直流电机电枢反应
8、空载特性
9、变压器的变压比、变流比
10、变压器的额定容量
三、问答题
1、电压互感器与变压器有何不同?
2、电压互感器二次回路为什么要一点接地?
关键词：应用型高等教育,机电一体化,实训课程,改革
高等教育与社会经济的发展不但有着密切的联系, 而且还是相互作用的。社会经济不断发展的同时也在推动高等教育不断发展, 为其提供人力、物力、财力等资源。同时, 也在为高等教育的人才、课程等方面提出一些要求。而随着高等教育由精英化走向大众化, 最后的普及化, 其教育的产品———人才, 也出现一些弊端, 诸如:眼高手低、有理论无实践、高不成低不就等等。
在高等教育发展的过程中, 高等教育逐步转变成普通高等教育与应用型高等教育之分。在应用型高等教育中更加侧重实践第一的原则, 将学生的动手能力的培养视为首要目标, 在四年的培养过程中, 使得学生的理论和实践能力都得到长足的发展, 从而使教育的产品能够在社会的经济发展中找到切入点。
1 机电一体化专业存在的问题
机电一体化技术专业具有综合性、先进性、应用性的特点, 因此, 课程体系和课程内容结构也应具有相应的特点, 以培养具有综合创新能力的学生, 满足社会需要和机电专业的发展。现在, 机电一体化技术专业教育存在的问题主要有:
1.1 有的院校偏重电类方面, 有的院校偏重于机械方面, 与当前该专业所处于的“机、电、计算机”三大块内容融合的实际格局不适应。
1.2 由于追求每门课程的系统性和完整性, 造成了课程内容的重复, 理论性强, 忽视了专业知识的系统性、综合性和学生实践能力、创新能力的培养。
1.3 实训设施落后于企业, 实践训练水平不高, 缺乏融合机与电为一体的大型综合性实验或综合性课程, 影响了专业技能和工程实践能力的提高。
1.4 实习周数满足不了对岗位技能的培养。
1.5 岗位的对口率不高。
应用型高等教育下对人才的综合型、技能型提出了更全面的要求, 如何培养机电一体化专业学生的技能成为目前需要解决的首要问题。
2 机电一体化专业实训课程
为了更加清晰地分析实训课程之间的内在联系, 机电一体化专业根据人才培养的标准将其主要分为三类:学科类、职业类和工程类。
2.1 学科类课程
学科类课程往往针对的是每个学期的每门独立课程, 主要以实验为主, 验证科学道理, 认识自然规律, 突出科学的严谨性。
对于一些定理、定律、国标等方面的认知训练往往通过验证性的训练比较好, 这样可以使学生充分了解其真实的含义。比如:电工技能实训 (欧姆定律、叠加定理) 、绘图实训 (国标的运用) 、电机拆装实训 (内部绕组) 、液压气动实训等。
2.2 职业类课程
职业类课程是较为综合型的课程, 它融汇了学科课程的知识, 并将其加以提炼, 主要以实习为主, 体悟职业素养, 提高岗位技能, 突出人才培养的职业性。
在真实的职场环境下, 通过对岗位的熟悉与操作慢慢地将学科实训课程中的技能加以综合运用, 从而了解专业的岗位群以及对技能的要求。诸如:金工实习、生产实习等。
2.3 工程类课程
工程类课程是打破学科间的隔阂将多门类、多学科的课程加以融合, 主要以实践为主, 组建团队、服务地方, 突出对创业能力的培养。
3 机电一体化专业实训课程改革
针对实训课程的不同并结合社会经济对人才的需要, 机电一体化专业在学生技能的培养上进行了改革, 主要体现在以下几个方面:
3.1 整合学科类课程
每门课程在理论知识的讲解过程中往往有些知识是重复出现, 同时, 有些学科性实训也有重复的, 因此, 为了避免重复性需要对学科类的实训课程加以整合, 提炼出精华的实训项目。
3.2 提炼岗位技能课程
实训课程的目的是培养学生的动手能力, 从而使其在今后的工作中缩短适应期。
在实训课程安排中加强真实岗位的训练, 从而实现学生了解岗位和掌握岗位素养的双重目的, 主要是通过专业为学生提供的单位中加以锻炼。在此过程中, 学生也会感受到真实的职场环境对于个人成长的重要性。同时, 实习期调整为8周-11周。
3.3 两条腿走路
打破学校重机不重电或重电不重机观念, 全面培养学生的专业综合技能, 在机械和电气方面的实训上下足功夫, 引进先进的实训设备来保证对技能的培养, 从而使学生两条腿走路。这对于宽口径的机电一体化就业是有帮助的。
3.4 提升岗位对口率
在安排学生实训的单位除了考虑企业的规模以外, 更重要的是衡量企业所能给专业提供的真实岗位有哪些?与专业的对口率情况, 这些都将直接影响学生的技能培养效果。
机电一体化实训课程的改革在近几年的教学中取得了一定的效果, 通过实习、就业等方面来看, 学生的上岗速度快了, 用人单位的满意度也提升了, 学生的跳槽率降下来。这一个个侧面的数据都显示着作为应用型高等教育下的专业教育应该适时改革, 从而使得教育的产品可以很好地得到行业的好评, 这也反映出一个专业在人才上的立足点和出发点。
实训课程的改革是为了更好地适应应用型高等教育下对专业人才的培养, 突出实践第一的特点, 从而更好地彰显应用型高等教育的特点, 也更好地适合社会经济的迅速发展。
参考文献
[1]胡永信, 刘海萍, 王凤利.高职机电专业实训课程的开发与实施.张家口职业技术学报, 2004.
[2]朱涛, 吉智.机电一体化技术综合实验实训系统研究与实践.中国现代教育装备, 2011.
［关键词］机电一体化 机械本体 电气控制
［作者简介］林若森（1960- ），男，广东兴宁人，柳州职业技术学院机电工程系系主任，副教授，从事机械制造教学与研究工作；唐冬雷（1964- ），男，广西全州人，柳州职业技术学院电子电气工程系系主任，副教授，从事电力系统及自动化教学与研究工作；黄力（1969- ），男，广西巴马人，柳州职业技术学院副教授，硕士，从事计算机控制教学与研究工作。（广西 柳州 545006）
［基金项目］本文系广西教育科学“十五”规划B类重点课题“高职高专产学结合及实验实训一体化模式的研究与实践”的研究成果（课题编号：2005B084，批准文号：桂教科学［2005］1号）。
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2007）29-0112-02
一、机电一体化教学实验设备现状
当前社会经济的发展，不仅毕业生要有广博的知识面，而且要求他们具有较强的解决实际问题的能力。因此，在教学中，我们不仅要注重知识的积累，而且要加强对学生思维能力、实践能力、开拓创新能力的培养。落实到实验教学上，如何把学生推到实验主体的位置上，充分挖掘和发挥学生的主动性、创造性，引导他们向自己的未知领域迈进是至关重要的。在实验平台的设计上，既要体现实验的系统性、综合性、实践性，又要体现分层次、可扩展的特点，以利于学生创新思维的培养。
从机电一体化专业实验教学的实际情况来看，机械类课程无论在基础实验和应用实验上都比较完善，而电类、机电结合的实验相对薄弱，缺乏具有机电一体化特色的实验教学平台，学生对机电一体化专业知识的应用缺乏感性认识，难以掌握解决实际问题的能力。针对上述问题，我们通过多年摸索，设计了模块化的机电一体化实验系统。
二、机电一体化教学实验系统设计的发展方向
（一）模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事。例如，研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置时，我们可利用标准单元迅速开发出新产品、扩大生产规模。而这就需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。无论对生产标准机电一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业来说，模块化都将给它们带来美好的前程。
（二）网络化
20世纪90年代，网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将实现全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，利用现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，家庭网络（home net）就是将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（Computer Integrated Appliance System，CIAS），它使人们在家里就可以享受高科技带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑要朝着网络化方向发展。
三、机电一体化教学实验系统的一般构成
典型的机电一体化系统主要由以下几部分构成，如图1所示。
（一）机械本体
机电一体化产品中一定有运动机械，包括传动机构和运动机械本体。采用电子技术运动机械可实现柔性化和智能化，实现在重载条件下的微小运动和复杂运动，这是机电一体化追求的目标。
（二）驱动元件
驱动运动机械动作，有气动、电动和液压等不同驱动方式。
（三）检测元件
它主要负责检测运动机构或其他需要监测的物理量，并将信息送回信息处理与控制部分，是发送控制信息的依据。
（四）信息处理与控制部分
它是进行信息处理与控制的核心。其中软件和硬件的功能对系统的功能具有重要影响。因为在机电一体化系统中计算机进行信息处理与控制的目标是运动机械，所以，国外也称其为运动控制计算机。
（五）能源部分
它主要为系统提供能量和动力，如电源、气源和液力源等。
四、机电一体化教学实验系统功能的确定
机电一体化教学实验系统研制的基本出发点，是为机械制造及其自动化、机电一体化、机械电子工程等专业的本科生、专科生以及研究生学习机电类专业课程开设各种实验。根据人才培养的多层次性和机电一体化技术本身的综合性，本系统应该既能完成某个电工电子类或机械类实验，也能完成较复杂的综合性机电一体化实验。
按照《机电传动控制》《可编程控制器原理与应用》《机床电气控制》《机电一体化控制技术与系统》《机械加工自动化》《数控技术与机床》等专业课程的教学要求，本系统可开设下列几类实验：继电器接触器有关实验；三相交流异步电动机控制有关实验；步进电机控制有关实验；伺服电机控制有关实验；PLC控制有关实验；PLC与PC通信和两级系统类实验；液压控制类实验；数控机床的一般组成认识类实验；加工中心加工过程类实验等。
此外，本系统可为机电类本科生、专科生的课程设计及毕业设计提供条件，可为教师和相关科技人员从事机电产品开发提供实验平台，还可为企业培养机电一体化技术和系统的应用与设计的工程技术人才以及机电设备的维护管理人员。
五、实验系统机械本体和电气控制部分的确定
在机电一体化教学实验系统的设计中，必须考虑机电一体化人才的知识结构和主干课程如何将机械和电子“化”为一体。典型机电一体化系统包括机械本体和电气控制两大部分，这是机电系统的设计主体。
电气控制包括信号检测、信号处理和伺服控制部分。信号检测部分包括传感器和信号处理电路，属于非电量检测和模拟电子技术的内容。典型的信息处理部分可以是一个PLC，也可以是一个微机控制器，这是微型计算机的内容，其基础是数字电路和一些接口电路。伺服驱动部分将电能变换成机械能，用指令控制机械运动，这部分属于电磁机构及电力电子技术的内容。上述几部分是机电一体化人才必备的最基本的电工电子知识结构。实验系统必须能够反映这些知识点。
PLC的面世，改变了机电一体化产品的电器控制设计方法，它的电路设计简单，系统组成灵活，可靠性高。PLC几乎能实现所有的控制功能，而且简便易行。光电传感器、接近传感器和旋转编码器已广泛应用于机电一体化产品中。随着PLC技术的不断发展，标准模块已成为发展方向。常见的有开关量I/O单元、模拟量I/O单元、温度传感器单元、温度控制单元、PID控制单元、模糊逻辑单元、运动控制单元、凸轮定位器单元、语音单元、通信单元和显示单元等。
从当前情况看，如何构造出体现机电一体化技术特点的机械装置是实验设备研究中较为棘手的问题。目前的机械教具都着重展示机械原理及构造，独立性强，缺乏用于构造特定功能结构的系统性和整体性，即具有“积木特性”。只有具有这种特性各种传动零件、机构与动力元件，才能使实验具有灵活性和创造性，从而使学生充分领会机电一体化产品设计的精髓。
六、机电一体化教学实验系统的总体结构
为了实现上述实验功能，机电一体化教学实验系统主要由PC机、PLC电气控制系统、机电一体化（四轴）工作台、主轴、刀库和换刀（液压）机械手等模块组成，整体上相当于微型化教学及演示加工中心（MC），系统原理如图2所示。该实验系统采用与工业生产中实际机电系统相一致的结构模式和元器件，即系统采用PC机和PLC两级控制模式，硬件由PC机、控制柜和微型加工中心组成；电气元件包括：继电器、接触器、断路器、直流电源、伺服电机、步进电机、变频器等常用器件；机械部件包括：滚珠丝杠、直线导轨、行程开关以及齿轮泵、液压缸、电磁阀等常用部件。
总的说来，机电一体化教学实验系统具有如下特点：第一，综合性。系统按照机电类专业课程的教学要求而设计，实验内容覆盖面广，可开设十几个典型机电专业课程实验。第二，开放性。系统采用模块化设计，通过多个模块，灵活组成各种实验系统，各模块既可单独完成某个实验，也可互相配合完成较复杂的综合性实验。在每个实验中，学生可自己动手接线、编程、联机调试。第三，创新性。学生可根据自己的构思设计新的实验内容和实验方法。第四，实战性。实验过程接近实际机电产品的组装和调试过程，系统各功能部件敞开性好，有利于加深学生的感性认识。
本文设计的机电一体化教学实验系统，可以培养学生的实践能力和对先进技术的应用能力以及创新设计能力，使学生更好地掌握机电控制和机电一体化技术。根据《机电传动控制》《可编程控制器原理与应用》《机电一体化控制技术与系统》《机械加工自动化》《数控技术与机床》等课程的教学要求，本系统采用模块化设计，使各模块之间的连接具有很大的灵活性、开放性、针对性和目的性。各模块既可单独完成某个电子类或机械类实验，也可互相配合完成复杂的机电一体化综合实验。本系统具有实验内容覆盖面广、实验过程接近实际机电产品的组装调试过程、学生可根据自己的构思设计新的实验等特点。通过多个模块，灵活组成各种实验系统，各功能部件敞开性好，有利于加深学生的感性认识，满足学生亲自动手的要求。
实践教学改革和实验室建设关系到人才培养的重大问题。因此，深入实验室建设与改革应以培养人才为宗旨，以提高学生能力为目标，努力创造一个与科技时代要求相适应的实验平台。
［参考文献］
［1］潘柏全.机电一体化技术现状与发展趋势浅析［J］.装备制造技术，2006（3）：116-118.
［2］李建勇.机电一体化技术［M］.北京：科学出版社，2004．
1.1 机电一体化的涵义是什么？它包含了哪两方面内容？ 1.2 机电一体化的英文名称是什么？
1.4 为什么说微电子技术不能单独在机械领域内获得更大的经济效益？ 1.5 机电一体化对我国机械工业发展有何重要意义？ 1.6 机电一体化产品具有哪三个主要特征？ 1.7 试列举10种常见的机电一体化产品。
1.8 试分析CNC机床和工业机器人的五大要素与功能。1.9 机电一体化产品分哪三类？试举例说明。1.10 机电一体化共性关键技术主要有哪六项？
1.11 机电一体化设计时必须考虑到技术方案哪些性质？ 1.12 机电一体化设计与传统设计的主要差别是什么？
1.13 为什么产品功能越多，操作性越差？为何产品应向“傻瓜化”方向发展？
2.1 机电一体化对机械系统的基本要求有哪些？
2.2 机电一体化机械系统有哪几部分机构组成？各部分的功用是什么？ 2.3 传动机构的基本要求是什么？
2.4 常用的传动机构有哪些？各有何主要特点？ 2.5 齿轮传动机构为何要消除齿侧间隙？
2.6 斜齿轮传动机构的调整方法有哪些？各有何主要特点？ 2.7 滚珠丝杠副传动机构由哪几部分组成？
2.8 滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响？采用什么方法消除它？
2.9 双螺母消除轴向间隙（预紧）的方法有哪几种？各有何主要特点？
2.10 试举例说明滚珠丝杠副的标注方法。
2.11 滚珠丝杠副的支承形式有哪些类型？各有何主要特点？ 2.12 设计滚珠丝杠副时，必须验算哪些参数？
2.13 导轨的基本要求有哪些？它由哪几部分组成？可分成哪几类？
2.14 滚动直线导轨的形式有哪些？各有何主要特点？
2.16 执行机构是实现机电一体化产品哪一功能的重要环节？ 2.17 设计执行机构时，应考虑哪些技术要求？ 2.18 试列举常用的执行机构。
2.19 XH754型卧式加工中心分度工作台的定位精度靠什么保证？ 2.20 工业机器人末端执行器可分为哪几类？它装在操作机何处？ 2.21 机械夹持器应具备哪些功能？它分几类？
1.B, 2.B, 3.D, 4.D, 5.B, 6.C, 7.C, 8.B, 9.B, 10.C, 11.B, 12.D, 13.C, 14.D, 15.D, 16.B, 17.D, 18.C, 19.C, 20.B, 21.A, 22.B, 23.C, 24.C, 25.A, 26.C, 27.D, 28.D, 29.A, 30.D, 31.B, 32.B, 33.B, 34.B, 35.A, 36.B, 37.A,B, 38.A, 39.A, 40.B
一、选择题
1.线性度是表示实际特性曲线（）的程度。
A.接近真值
B.偏离理想特性曲线 D.测量值离散 C.正反行程不重合
2.下列哪项指标反映了传感器的动态特性（）。
A.漂移
B.相频特性
C.分辨率
D.重复性
3.传感器的分辨率越高，表示传感器（）。
A.迟滞越小
B.重复性越小
C.线性度越好
D.能感知的输入变化量越小 4.一阶系统的动态表征参数是（）。
A.线性度
B.稳定时间
C.阻尼比 5.一阶传感器系统的时间常数τ越小，（）。
A.频率响应特性越差
B.频率响应特性越好
C.灵敏度越大
D.灵敏度越小
6.二阶传感器系统的输入为一正弦信号时，其输出信号的（）。
A.频率变化，幅值和相位不变化
B.频率不变化，幅值和相位不变化 C.频率不变化 , 幅值和相位变化
D.频率相位不变化，幅值变化 7.二阶传感器系统的时域动态性能指标中，当传感器输出y(t)达到稳态值的50%时所需的时间为（）。
A.上升时间
B.稳定时间
C.延迟时间
D.峰值时间 8.下面所列传感器中，（）与其它三种传感器的工作原理不同。
A.旋转变压器
B.光栅式传感器 C.磁栅式位移传感器
D.感应同步器
D.时间常数 9.天然石英作为敏感元件常应用于（）。
A.霍尔传感器
B.压电传感器
C.热电偶传感器
D.电涡流式传感器 10.下述关于霍尔传感器不正确的是（）。
A.霍尔传感器是物性型传感器 B.霍尔传感器为能量控制型传感器
C.受其工作原理的影响其结构上不易微型化和集成电路化 D.把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
11.直线感应同步器分为以下几种类型，其中（）为绝对式，对位置具有记忆功能。
A.标准型
B.三重型
C.窄型
D.带型 12.下列关于光栅传感器叙述错误的是（）。
A.具有较高的测量精度
B.可进行无接触测量
C.为数学式传感器
D.能适应油污、灰尘等恶劣环境 13.实际使用中，选择传感器时应考虑其具体性能指标，其中对灵敏度的选择不正确的论述为（）。
A.灵敏度反映了传感器在静态标准条件下，传感器被测量的单位变化引起的输出变化量。
B.传感器的量程范围与灵敏度密切相关。
C.对于多维矢量的测量，传感器的交叉灵敏度愈大愈好。
D.在传感器的线性范围内，传感器的灵敏度越高可以感知的变化量就越小，但与被测量无关的外界噪声也容易混入被系统放大。
14.以下抑制电磁干扰的措施，除了（），其余都是从切断传播途径入手。
A.屏蔽
B.隔离
C.滤波
D.软件抗干扰 15.三相永磁同步交流伺服电机中，当定子三相绕组中接入三相对称交流电源后，三相绕组中的电流在定子与转子之间的气隙中产生的磁场是：（）A．脉动磁场；B.静止磁场；C.圆形旋转磁场；D.无磁场 16.与直流伺服电机的机械特性“软、硬”无关的参数是：（）
A.电枢电阻；B.电枢电压；C.反电动势系数；D.转矩系数
17.当直流伺服电机电磁转矩恒定时，电机转速随控制电压变化的关系曲线：（）A.直流伺服电机的机械特性；
B.动态特性；
C.失灵区；
D.直流伺服电机的调节特性 18.下列操作中，可以使直流伺服电机的理想空载转速升高的是：（）
A.增大电枢电阻；B.减小电枢电压；C.增大电枢电压；D.减小电枢电阻 19.步进电机的输出转角与下列哪项有关：（）
A.步距角；B.脉冲频率；C.脉冲数量；D.通电顺序 20.步进电机的输出转矩随着工作频率增高而：（）
A.上升；B.下降；C.不变；D.前三种情况皆有可能
21.采用PWM进行直流伺服电机调速时，通过改变下列哪一项内容来改变电枢回路的平均电压：（）
A.脉冲的宽度；B.脉冲的频率；C.脉冲的电压；D.脉冲的正负 22.在开环控制系统中，常用选择下列哪一项作为驱动元件：（）
A.直流伺服电机；
B.步进电机； C.同步交流伺服电机；
D.异步交流伺服电机 23.步进电机通过控制下列哪一项来改变转子的转向：（）
A.脉冲的数量；
B.脉冲的频率； C.定子绕组的通电顺序；
D.电机的极对数 24.下列哪项不是可逆PWM变换器的优点：()A.电流一定连续； B.电机停止时有微振电流
C.在工作过程中，4个大功率晶体管可能都处于开关状态 D.低速平稳性好，系统的调速范围宽 25.下列执行元件中，比功率最低的是：（）A.步进电机；B.直流伺服电机；C.交流伺服电机；D.交流变频电机 26.关于开环控制、半闭环控制以及全闭环控制，下列哪个描述正确：()A.开环控制的精度优于半闭环控制，但是低于全闭环控制精度； B.半闭环控制的精度和稳定性都比全闭环方式差； C.开环控制所需的成本低于半闭环控制以及全闭环控制； D.半闭环控制必须闭环在执行元件的末端 27.永磁同步交流电机的基本组成部分不包含：（）
A.定子和永磁转子；B.位置传感器；C.电子换向开关；D.电刷 28.下列哪一项不属于力反馈两级电液伺服阀的组成部分：（）
A.力矩马达；B.液压控制阀；C.反馈机构；D.传感检测机构 29.步进电机的失调角在哪个区域称为静态稳定区：（）
A.(-，+)；B.(-1/2，+1/2)；C.(-1/4，+1/4)；D.(-2，+2)； 30.下列可能的直流伺服电机的调速方案中，不包括哪一项：（）
A.改变电枢电压；
B.改变定子励磁磁通； C.改变转子电阻；
D.改变负载转矩
二、判断题(正确选A 错误选B)31.滑动导轨副产生低速爬行的主要原因是摩擦系数随运动速度的变化和传动系统刚度过大。...........................................................................................（）32.轴系组件的强迫振动是由于传动系统本身的失稳引起的。...................（）33.要使齿轮传动装置的重量最轻，各级传动比应以“先大后小”的原则处理。.......................................................................................................................（）34.旋转支承的置中精度是指运动件转动时，其轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。...........................................................................................................（）35.直线运动导轨是用来支承和限制运动部件按给定的方向作直线运动。()36.在谐波齿轮传动中，若柔轮固定、则谐波发生器与刚轮转向相反。（）
一、判断题（共 10 道试题，共 40 分。）
1.产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。A.错误
2.齿轮传动的啮合间隙会造成一定的传动死区，若在闭环系统中，传动死区会使系统产生低频震荡。B.正确 3.在滚珠丝杠螺母间隙的调整结构中，齿差式调隙机构的精度较高，且结构简单，制作成本低。A.错误
4.信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。B.正确
5.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。B.正确 6.滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。B.正确
7.采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。A.错误
8.进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。A.错误
9.传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。A.错误
10.在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以1~5倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。B.正确
二、单项选择题（共 10 道试题，共 40 分。）
1.对于机电一体化系统的齿轮传动，采取下列哪种方法是来消除齿侧间隙，使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙？（D）
A.偏心套调整法 B.轴向垫片调整法 C.薄片错齿调整法 D.轴向压簧错齿调整法 2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数(A)。
A.增加而减小 B.增加而增加
C.减小而减小 D.变化而不变
3.以下产品不属于机电一体化产品的是（B）。A.机器人 B.移动电话C.数控机床
D.复印机 4.以下产品不属于机电一体化产品的是（D）。A.工业机器人 B.打印机 C.空调 D.电子计算机
5.滚珠螺旋传动与其他直线运动副相比，以下哪一项不是滚珠螺旋传动的特点？（D）A.传动效率高
B.运动平稳
C.定位精度和重复定位精度高 D.制造工艺简单
6.导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则其折算到丝杠上的等效转动惯量为（B）kg·mm。A.48.5 B.97 C.4.85 D.9.7
7.多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（C）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重量最轻原则（大功率装置）8.机电一体化技术是以（C）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
9.机械传动部件的阻尼比和以下哪个因素无关？（C）
A.粘性阻尼系数
B.抗压刚度系数
C.转动惯量
D.质量 10.为降低机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（）。
A.减小系统刚度 B.减小系统转动惯量C.减小系统的驱动力矩D.减小系统的摩擦阻力
三、计算题（共 2 道试题，共 20 分。）1.2答案（1）B（2）C（3）C 2.答案 B A
作业二答案
1.步进电动机的转动惯量越大，同频率下的起动转矩就越大。（）A.错误 2.气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。（）A.错误
3.传感器的静态特性是特指输入量为常量时，传感器的输出与输入之间的关系。（）A.错误 4.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.错误
5.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。（）B.正确 6.气压伺服系统的过载能力强，在大功率驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。（）A.错误 7.永磁型步进电动机即使其定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用于定位驱动。（）B.正确 8.通常，步进电机的最高连续工作频率远大于它的最高启动频率。（）B.正确 9.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。（）B.正确
10.直流伺服电动机的机械特性是电机转速与其控制电压的关系。（）A.错误
二、单项选择题（共 10 道试题，共 40 分。）1.下列哪项指标是传感器的动特性（D）。A.量程
B.线性度
C.灵敏度
D.幅频特性 2.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称(B)。A.顺序控制系统
B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
3.步进电机在转子齿数不变的条件下，若拍数变成原来的2倍，则步距角为原来的（A）。A.0.5倍
B.2倍
C.0.25倍
D.不变
4.采用脉宽调制进行直流电动机调速驱动时，通过改变（A）来改变电枢回路的平均电压，从而实现直流电动机的平滑调速。
A.脉冲的宽度
B.脉冲的频率
C.脉冲的正负
D.其他参数 5.以下可对交流伺服电动机进行调速的方法是（B）。
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 6.步进电机转角的精确控制是通过控制输入脉冲的（C）来实现的。A.频率
B.数量
C.步距角
D.通电顺序 7.幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（B）。
A.静态特性指标
B.动态特性指标
C.输入特性参数
D.输出特性参数
8.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，已知转子有24个齿，步进电机的步距角是（C）。
A.0.6°
B.1.2°
C.1.5°
D.2°
9.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，经四倍细分后，此光栅传感器测量分辨率是（D）mm。
A.2.5 B.0.25 C.0.025 D.0.0025
10.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，设记数脉冲为400，光栅位移是（D）mm。
A.1 B.2 C.3 D.4
三、计算题（共 3 道试题，共 20 分。）得分：0 1.已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为
Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.004弧度，各级减速比相同，max即i1 = i2 = i3= i4 =3，求该系统的最大转角误差Δφ=（C）弧度。
解： A．
B．
C． 2.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5v减至2.5v,求该仪器的灵敏度为（C）V/mm。
解：A．S=y/x=2.5/5.0=0.5
B．S=y/x=3.5/4.5=0.778 C．S=dy/dx=(2.5-3.5)/(5.0-4.5)=-2
D．S=dy/dx=(5.0-4.5)/(3.5-2.5)=0.5 3.如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动工作台运动的三相六拍步进电机，转子齿数z为40。滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。已知传动系统的横向(x向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。试求步进电机的步距角α和减速齿轮的传动比i。
答案：C D
作业三答案
一、判断题（共 20 道试题，共 60 分。）
1.目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化，设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。（）B.正确
2.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.错误 3.PID调节器由比例调节器、积分调节器和微分调节器通过线性组合而构成。（）B.正确 4.计算机控制系统、PLC控制系统和嵌入式系统均是由硬件和软件组成。（）B.正确
5.概念设计是指在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案。（）B.正确
6.半物理仿真和全物理仿真有实物介入，但是仿真系统具有构成复杂、造价高、准备时间长等缺点。（）B.正确 7.在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，一般由专用计算机（或通用计算机）、输入输出接口以及机床控制器等部分构成。（）B.正确
8.电磁兼容设计任务是应用电磁兼容技术的科学设计和经验方法，保证产品不被周围设备产生的电磁能量干扰.错误 9.计算机仿真有实物介入，具有较高的可信度、较好的实时性与在线等特点。（）A.错误
10.嵌入式系统大多工作在为特定用户群设计的系统中，通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。（）B.正确 11.PLC具有完善的自诊断功能，能及时诊断出PLC系统的软件、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC控制系统的工作安全性。（）B.正确
12.PLC采用扫描工作方式，扫描周期的长短决定了PLC的工作速度。（）B.正确
13.工业机器人驱动部分在控制信息作用下提供动力，包括电动、气动、液压等各种类型的传动方式。（）B.正确 14.为了提高机电一体化系统的随动性，可以适当将采样周期取得小一点。（）B.正确 15.半闭环系统与闭环系统的区别在于半闭环反馈信号取自系统的执行部件。（）A.错误 16.在实际机电一体化系统中，很难建立严格的数学模型，因此建立描述模型。（）B.正确
17.虚拟设计是在基于多媒体的、交互的、嵌入式的三维计算机辅助设计环境中进行实体建模和装配建模，生成精确的系统模型，并在同一环境中进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要。（）B.正确
18.现代嵌入式系统的设计方法是将系统划分为硬件和软件两个独立的部分，然后按各自的设计流程分别完成。A.错误 19.绿色设计是指考虑新产品的整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费。（）B.正确 20.数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机则属于系统的驱动部分。（）B.正确
二、单项选择题（共 10 道试题，共 40 分。）1.以下除了（B），均是由硬件和软件组成。
A.计算机控制系统
B.继电器控制系统
C.嵌入式系统
D.PLC控制系统
2.根据系统的已有知识确定系统的模型结构，通过实验观测数据估计未知参数，这样方法称为（C）。A.机理模型法
B.统计模型法
C.混合模型法
D.试验模型法 3.含有微处理器，可进行程序编制或适应条件变化的接口是（D）。A.零接口
B.被动接口
C.主动接口
D.智能接口
4.SCARA机器人是指具有选择顺应性的装配机器人手臂，它在（B）方向上具有顺应性，而在（）方向具有很大的刚性，因而最适合装配作业使用。
A.水平
旋转
B.水平
垂直
C.垂直
水平
D.旋转
垂直 5.计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（B），具有实时性、针对性、灵活性和通用性。A.嵌入软件
B.应用软件
C.开发软件
D.系统软件
6.不进行参数的变换与调整，仅作为输入/输出的直接接口的是（A）。A.零接口
B.被动接口
C.主动接口
D.智能接口 7.以下（B）不属于PLC系统的组成部分。
A.CPU B.硬盘
C.编程器
D.I/O接口
8.（A）的主要手段是建立系统数学模型，在计算机上确定出最佳的设计参数和系统结构，提高产品的设计水平。A.优化设计
B.可靠性设计
C.反向设计
D.绿色设计 9.旋转变压器是喷漆机器人电液伺服系统中的（D）。A.驱动元件
B.能量元件
C.控制元件
D.检测元件 10.以下（D）不属于系统功能结构图的基本结构形式。A.串联结构
B.平行结构
C.环形结构
D.星形结构
作业四答案
1.简析下图中传动大负载时消除齿侧间隙的原理。
当传动大负载时，可采用上图双齿轮调整法来消除齿侧间隙，图中小齿轮1和6分别于齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加载，使大齿轮2、5同时向相反方向转动，从而带动小齿轮1、6转动，其齿面分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，从而消除了齿侧间隙。
2.简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。
在数控设备中，计算机数控装置时设备的核心部分，一般由专用计算机（或通用计算机）输入输出接口以及击穿控制器等部分组成。
计算机数控装置根据输入的数据和程序，完成数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能，机床控制器主要用于机床的辅助功能，主轴转速的选择和换刀功能的控制。
3.简析下图调整滚珠丝杠副间隙的原理。
图中所示滚珠丝杠副间隙调整是用双螺母螺纹预紧调整齿侧间隙，双螺母中的一个外端有凸缘，另一个无凸缘，但制有螺纹，它伸出套筒外用两个螺母固定锁紧，并用键来防止两螺母相对转动。旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力，之后再用锁紧螺母锁紧。
4.简述直流伺服电动机脉宽调制（PWM）的工作原理。
工作原理：假设输入直流电压U，可以调节导通时间得到一定宽度的与U成比例的脉冲方波，给伺服电动机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压，从而输出不同大小的电压Uα,使直流电动机平滑调速。
5.比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别。
直流伺服电机有较高的响应速度和精度以及优良的控制特性，但由于使用电刷和换向器，故寿命较低，需定期维护。适用于数控机床、工业机器人等机电一体化产品中。
交流伺服电动机具有调速范围宽、转子惯性小，控制功率小，过载能力强、可靠性好的特点。适用于数控机床进给传动控制、工业机器人关节传动，及运动和位置控制场合。
6.滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？
滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有：螺纹预紧调整式、双螺母齿差预紧调整式、双螺母垫片预紧调整式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预紧式。
7.简述机电一体化系统中的接口的作用。
机电一体化系统是机械、电子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素和子系统之间的接口极其重要。从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统。
二、综合题（共 2 道试题，共 30 分。）
1.已知一个绳位移控制系统的两种驱动方案分别如图（a）和（b）所示。
（1）试分析两种方案的特点；（2）画图说明方案（a）减速器滚筒驱动测量位移的方法。
解：（1）两驱动方案的特点：方案a：结构简单、易实现。绳的位移可以很大，但绳在滚筒方向会产生横向位移。需要采用制动器或者止逆型减速器才能防止绳对电机的反向驱动。
方案b：结构较简单，成本与方案a相当。绳的位移要受到丝杠长度的限制。普通丝杠具有止逆功能，无需增加制动器即可防止绳对电机的反向驱动。无横向位移。
（2）方案a的测量位移的方法如下图
1)电机轴安装编码器直接测量绳的位移
2)滚筒轴安装编码器间接测量绳的位移
2.某部门欲开发一款用于焊接印刷电路板芯片的机械手，请制订出该款机械手产品的开发设计流程。
解：机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段：产品规划、概念设计、详细设计、设计实施和设计定型阶段。第一阶段：产品规划阶段：进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。比如，可以明确：机械手的用途：焊接芯片。工作方式：手动、自动方式。主要技术参数：自由度、定位精度、运行速度等。使用环境要求：生产线。第二阶段：概念设计阶段：在功能分析的基础上，优化筛选取得较理想的工作原理方案。第三阶段：详细设计阶段。对各功能模块进行细部设计，绘制相应的工程图。该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。第四阶段：设计实施阶段。首先根据机械、电气图纸和算法文件，制造、装配和编制各功能模块，然后进行模块的调试，最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型，整理设计资料。小批量生产，试销。
作业五专题报告答案略 另一 作业四部分答案
简述典型的机电一体化的机械系统的组成及对其的基本要求。
主要包括传动机构、导向机构、执行机构、轴系、机座或机架5大部分。
与一般的机械系统相比，除了要求具有较高的定位精度等静态特性外，还应具有特别良好的动态响应特性，即动作响应要快，稳定性要好，以满足伺服系统的设计要求。
机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计的哪个阶段？
机电一体化系统仿真的模型主要有：物理模型、数学模型和描述模型。当仿真模型是物理模型时，为（全物理仿真）：是数学模型时，称之为数学（计算机）仿真。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理模型、计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用于分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件—硬件级）实时仿真、系统研制阶段（硬件级）实时仿真阶段。
齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响，如何消除直齿圆柱齿轮的齿侧间隙？
齿轮的啮合间隙会造成传动死区，若该死区是在闭环系统中，消除可能造成系统不稳定，常会使系统以1-5倍间隙角产生的低频振荡。为了降低制造成本，则多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，常用的方法有:偏心套调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法等。
根据图示气体压力传感器的原理图，分析传感检测系统的组成及各部分的作用。
答：气体压力传感器的工作原理是膜盒2的下半部与壳体1固接，上半部通过连杆与磁芯4相连，磁芯4置于两个电感线圈3中，后者接入转换电路5.气体压力传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成：（1）敏感元件：膜盒2就是敏感元件，其外部与大气压Pa想通，内部感受被测压力P，当P变化时，引起膜盒上半部移动，即输出相应的位移量。（2）转换元件：可变电感3是转化元件，他把出入的位移量转换成电感的变化。（3）基本转换电路：5即为转换电路。
某物料搬动机械手的结构如图所示，动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度，采用电磁阀控制的气缸驱动，PLC控制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。
解：系统设计的详细工程路线：(1)确定目标及技术规范：
机械手的用途：物料搬运。工作方式：手动、自动方式。主要技术参数：3自由度。使用环境要求：生产线。(2)可行性分析：
收集资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析。
(3)总体方案设计：机械手总体结构方案设计，制定研制计划；开发经费概算；开发风险分析。(4)总体方案的评审、评价
(5)理论分析阶段：机构运动学模型、作业空间分析；机构的力学计算；驱动元件的选择、动力计算；传感器选择、精度分析；建立控制模型、仿真分析。
(6)详细设计：包括系统总体设计，业务的划分；控制系统设计；程序设计；后备系统设计；设计说明书、使用说明书。
(7)详细设计方案评价
(8)试制样机：机械本体、动力驱动系统、供电系统、控制系统、传感器、检测系统。
(9)机械手样机的实验测试：调试控制系统、控制性能测试、功能测试、精度、工作空间测试、动态指标测试、作业试验。
(10)技术评价与审定：对样机及其性能进行综合评价，提供改进意见，对不满意的部分进行修改，直至样机合格后方可进入下一步骤。(11)小批量生产。(12)试销。
(13)正常生产。
关键词：机电一体化,仿真系统,运动控制系统,实验室
0引言
高等职业技术学院校企合作是企业、高职院校在各自不同利益基础上寻求共同发展、谋求共同利益的一种合作形式,是一种以培养技术应用型人才和高技能人才为主要目标的人才培养模式[1]。学院与西门子(中国)有限公司的合作,旨在培养西门子机电一体化系统工程师,使其具有丰富的实践经验,能够解决工业现场出现的各种问题。因此,有必要建设一个和工业现场环境十分接近的实验室,满足教学的需要,学员结业后可以直接进入工作角色,减少公司的培训成本。在此背景下,本文提出了机电一体化实验室的整体建设方案,阐述了实验室的基本构架。
1实验室总体建设方案
西门子机电一体化实验室的建设围绕两套系统进行:模块化生产系统(MPS)和西门子运动控制系统。
MPS实验系统由6个工作站(每个工作站由1台PLC控制)和24台计算机组成,计算机与MPS工作站通过PROFIBUS-DP总线通讯,每台计算机都安装有MPS仿真系统。每个工作站对应4台计算机,组成多主站系统。学员可以在计算机上对相应工作站进行仿真试验,仿真结束可以进入真实系统验证。待每组试验结束后进行组与组间的轮换,直到6大组学员完成6个站的仿真结果的实际验证。图1为MPS实验系统规划图。
计算机与运动控制系统通过工业以太网组成控制网络,所有计算机节点先接入路由器,路由器的一个节点再与运动控制系统相连,实现所有上位计算机对运动控制系统的监控。运动控制系统规划见图2。
2机电一体化实验室硬件建设
2.1 计算机的配置
为了充分利用MPS和运动控制系统,提高培训效率,配置多台计算机是必要的。安装有各种应用软件的计算机可以与MPS构成仿真试验系统,也可以作为上位机对运动控制系统进行监控。计算机需另外安装西门子CP5613通讯卡,实现通过PROFIBUS-DP与MPS通讯。计算机还装有自动还原系统,防止感染病毒,以免造成不必要的损失。
2.2 模块化生产系统(MPS)
模块化生产系统(MPS)是典型的机电一体化教学设备,包括6个工作站,每个工作站由1台西门子S7-300 PLC控制,可模拟零件的加工、检测、装配以及分类的过程。系统集机械技术、气动技术、传感器技术、电机控制技术、PLC技术、通讯技术于一体,学员可以通过该系统进行机电一体化技术综合训练及系统故障诊断与维修训练。
2.3 西门子运动控制系统
西门子运动控制系统包括故障安全系统S7-315F、分布式从站ET200S、电机启动器、执行器-传感器接口和变频器MM440。通过学习,学员可以掌握SIMATIC STEP 7编程、WinCC监控软件的使用、西门子变频调速技术以及现场总线技术。该系统可模拟工业现场的实际情况,采用PROFIBUS-DP现场总线,能够实现很高的实时性和大数据量的传输。同时,该系统采用西门子最新的PROFINET总线,PROFINET 是一种用于工业自动化领域的创新的、开放式的以太网标准。经过全面的培训,学员可对工业自动化系统有一个全面深刻的认识,其技能得到大大的提高。
3机电一体化实验室软件建设
3.1 SIMATIC STEP 7
SIMATIC STEP 7[2]是用于SIMATIC S7-300/400、C7系列PLC和SIMATIC WinAC的组态、编程和维护的项目管理工具。梯形图、语句表和功能块图是标准的STEP 7软件包配备的3种基本编程语言,这3种语言可以在STEP 7中相互转换。STEP 7还有多种编程语言可供用户选用,如STEP 7中的S7 Graph、S7 HiGraph软件包等。
3.2 SIMATIC WinCC
WinCC是一个“真正开放的”HMI SCADA软件,完全支持分布式系统结构,它的设计适合于广泛的应用,可以连接到已存在的自动化环境中;它有大量的通讯接口,可实现对控制系统的过程监控、报警存档、报表打印等功能。
3.3 Diagnose-KIT
Diagnose-KIT是机电一体化系统故障诊断模拟软件,软件包含若干机电一体化系统,每个系统都设置了若干个故障,故障可能存在于气动部分、液压部分、电子器件以及PLC等。学员可以通过该软件对机电一体化系统进行模拟故障诊断。
3.4 SIMIT SCE
计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程的一种重要手段和方法,已经成为一门新兴学科。当然,仿真系统的开发离不开合适的计算机开发软件,西门子公司的SIMIT SCE 5.0是功能强大的仿真系统开发软件,它不仅可以用于简单的系统输入输出信号测试,还可以用来开发非常复杂的仿真系统作为PLC控制系统的被控对象。
3.5 基于SIMIT的MPS仿真系统
由于各方面条件的限制,不可能每个学员都拥有一套实际的MPS系统。基于SIMIT开发的MPS仿真系统是西门子机电一体化实验室建设的重要工作之一,每一个可视化的仿真子系统代表实际MPS系统的一个工作站,学生可以利用STEP 7编程,操作和控制这些虚拟的工作站,达到与实际系统相一致的控制要求。
3.5.1 MPS仿真系统组成
基于SIMIT的MPS仿真控制系统由控制器、被控对象(MPS工作站)和数据接口组成,如图3所示。系统工作情况可描述为:用SIMIT开发MPS各工作站的模型,用STEP 7编制控制程序,通过PLCSIM或者物理PLC作为控制器来控制MPS仿真模型。
3.5.2 MPS仿真系统的实现
基于SIMIT的仿真系统开发一般分为3个主要步骤:数据接口的定义、仿真界面开发和系统逻辑图开发。通过接口,建立仿真对象和控制器或控制网络的联系。根据仿真对象的具体情况,开发仿真对象的外观图形。SIMIT 5.0工具箱中包含按钮、开关、状态指示等一些常用元件,SIMIT也具有绘图功能,可以绘制对象的仿真图形,也可以插入其它格式的图片。逻辑图开发对仿真系统的实现是至关重要的,主要是实现仿真系统的内部逻辑,建立仿真窗口中各元件与系统输入、输出信号间的联系,使仿真系统成为一个有机的整体,与被仿真的实际系统相一致。
以MPS中第2站——搬运站为例,开发出的仿真系统如图4所示。
4结束语
从建设具有专业特色、可扩展、综合性强的实验室角度出发,本文阐述了西门子机电一体化实验室的建设方案。西门子机电一体化实验室是一个高水平的综合性实验室,受到了各方专家的高度认可。该系统在投入使用后取得了非常好的教学效果。
参考文献
[1]胡萍,赵菲菲.走校企合作之路培养高技能人才[J].中国职业技术教育,2007(2):18-19.
关键词：机电一体化 主功能 动力功能信息处理功能 控制功能
一、机电一体化的基本概念
机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。
（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。
（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。
（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。
（四） 具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。
（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品， 可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。
机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。
①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置， 如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。
二、机电一体化产品的构成及特点
机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。
（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础， 因此对机械结构提出了更高的要求， 需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。
（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。
（三）传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。
（四）信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。
