機(jī)電一體化復(fù)習(xí)試題(附答案)

1、機(jī)電一體化復(fù)習(xí)題一、名詞解釋1機(jī)電一體化2伺服控制3閉環(huán)控制系統(tǒng)4逆變器5 SPWM 6單片機(jī)7 I/O 接口8 I/O 通道9 串行通信10直接存儲(chǔ)器存取（DMA二、判斷題：1在計(jì)算機(jī)接口技術(shù)中 I/O通道就是I/O接口。 （ x ）2滾珠絲桿不能自鎖。（ V ）3無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測(cè)裝置的精度。（x ）4異步通信是以字符為傳輸信息單位。（ V ）5同步通信常用于并行通信。（ X ）6無條件I/O方式常用于中斷控制中。（ X ）7從影響螺旋傳動(dòng)的因素看，判斷下述觀點(diǎn)的正確或錯(cuò)誤（1）影響傳動(dòng)精度的主要是螺距誤差、中徑誤差、牙型半角誤差（，）（2）螺桿軸向竄動(dòng)誤差是

2、影響傳動(dòng)精度的因素（ V ）（3）螺桿軸線方向與移動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向不平行而形成的誤差是影響傳動(dòng)精度的因素（，）（4）溫度誤差是影響傳動(dòng)精度的因素（，）三、單項(xiàng)選擇題1 .步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，又稱電脈沖馬達(dá)，是通過（ B ）決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動(dòng)機(jī)。A脈沖的寬度B脈沖的數(shù)量C脈沖的相位D脈沖的占空比2 .對(duì)于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)差率s的范圍為（ B）。A.1<s<2B.0<s 1C.-1<s<13 .PWM旨的是（C）。A.機(jī)器人B.計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)C.脈寬調(diào)制4 . PD稱為（B ）控制算法。A.比例B.比例微分C.比例積分D.-1<s<0D.可編程控制器D.

3、比例積分微分5 .在數(shù)控系統(tǒng)中，復(fù)雜連續(xù)軌跡通常采用（ A ）方法實(shí)現(xiàn)。D.自動(dòng)A.插補(bǔ)B.切割 C. 畫線 四、填空題1 .在計(jì)算機(jī)和外部交換信息中，按數(shù)據(jù)傳輸方式可分為：串行 通信和 并行 通信。2 .微機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入與輸出通道一般包括模擬量輸入通道模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸出通道四種通道。3 .在伺服系統(tǒng)中，在滿足系統(tǒng)工作要求的情況下，首先應(yīng)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度并盡量高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。4 . 一般來說，伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要分為電磁式 液壓式 氣壓式和其它 等四大類型。5 .在SPW度頻調(diào)速系統(tǒng)中，通常載波是等腰三角波，而調(diào)制波是正弦波6 .異步交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

4、：a）基頻（額定頻率）以下的恒磁通變頻調(diào)速，屬于 恒轉(zhuǎn)矩 調(diào)速方式。b）基頻（額定頻率）以上的弱磁通變頻調(diào)速，屬于 恒功率調(diào)速方式。7 .開環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，主要由 .環(huán)形分配器 功率驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)等組成。8 .實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電環(huán)形分配的三種常用方法是：1）計(jì)算機(jī)軟件2）硬件分配，3）專用環(huán)形分配器9 .根據(jù)計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式，把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為四類：1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 2）直接控制系統(tǒng)3）監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 4）分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)10 .應(yīng)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)主要有：1）單片機(jī)2） PLG 3）總線工控機(jī)等類型。11 .干擾傳播途徑有二種方式，其中傳導(dǎo)耦合方式：干擾信號(hào)能量以

5、電壓或電流的形式,通過金屬導(dǎo)體傳遞。12 .抑制電磁干擾的常用方法有屏蔽、隔離濾波接地合理布局和軟件抗干擾技術(shù)。13 .電場(chǎng)屏蔽-通常用銅、鋁等導(dǎo)電性能良好 的金屬材料作屏蔽體,并應(yīng)保持良好 接地。14 .根據(jù)頻率特性解釋下列濾波器的作用：1）低通濾波器：只讓低頻成分通過,而高于截止頻率成分受到抑制、衰減，不讓通過。2）帶通濾波器：只讓 某一頻帶內(nèi)的成分 通過，而低于 上截止頻率成分 和高于 下截止 頻率成分的成分抑制,不讓通過。五、簡答題1.試簡述光電式轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量原理。2.試述可編程控制器的工作原理。3.在模擬輸入通道中，采樣/保持器有什么作用？是否模擬輸入通道中必須采用采樣/保持器？

6、為什么？4.柔性制造系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有哪些？5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是什么電機(jī)？它的驅(qū)動(dòng)電路的功能是什么6.伺服控制系統(tǒng)一般包括哪幾個(gè)部分？每部分能實(shí)現(xiàn)何種功能?六、解答題（每小題5分，共40分）1 .簡述一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成要素。2 .直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中消除齒側(cè)隙的常用方法？3 .簡述機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求及機(jī)械系統(tǒng)的組成。4 .簡述在微機(jī)控制系統(tǒng)中I/O控制方式及I/O接口的編址方式。5 .簡述伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。6 . DAC0832有哪三種輸入工作方式？有哪二種輸出工作方式？7 .有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵(lì)磁繞組，測(cè)得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速

7、為 100r/min ,已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，求：1 ）步進(jìn)電機(jī)的步距角；2 ）脈沖電源的頻率。8.測(cè)量某加熱爐溫度范圍為1007124c，線性溫度變送器輸出 05V,用ADC080啾換器輸入到微機(jī)控制系統(tǒng)中，試求測(cè)量該溫度環(huán)境的分辨率和精度。七、計(jì)算題1 .某光柵傳感器，刻線數(shù)為 100線/mm,設(shè)細(xì)分時(shí)測(cè)得莫爾條紋數(shù)為400,試計(jì)算光柵位移是多少毫米？若經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖仍為400,則光柵此時(shí)的位移是多少？測(cè)量分辨率是多少？2 .若12位A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓是±2 .5V，試求出其采樣量化單位 q 。若輸入信號(hào)為1V,問轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)值是多少。八、綜合應(yīng)用題（每小題15分，

8、共30分）1 .分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理1、4 錐齒輪2、3鍵5-壓簧6 一螺母7 -軸2、周向彈簧調(diào)整法2 .分析下圖差動(dòng)螺旋傳動(dòng)原理設(shè)螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相同，且導(dǎo)程分別為Phi和R2。2為可動(dòng)螺母機(jī)電一體化復(fù)習(xí)題參考答案一 名詞解釋1機(jī)電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢 測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，以系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)的最佳 功能價(jià)值的系統(tǒng)工程技術(shù)。2伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度及 動(dòng)力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。3閉環(huán)控制系統(tǒng)是指具有反饋的控制系統(tǒng)。4逆變器是將直流電變成交流電的

9、電路。5 SPWM是指脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PW瞰形。6它是把組成微機(jī)的 CPU存儲(chǔ)器I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等制作在一塊集成芯片上 構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)。7 I/O 接口電路也簡稱接口電路。它是主機(jī)和外圍設(shè)備之間交換信息的連接部件（電路）。 它在主機(jī)和外圍設(shè)備之間的信息交換中起著橋梁和紐帶作用。8 I/O 通道也稱為過程通道。它是計(jì)算機(jī)和控制對(duì)象之間信息傳送和變換的連接通道。9串行通信是數(shù)據(jù)按位進(jìn)行傳送的。在傳輸過程中，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長 度，一位一位的串行傳送和接收。串行通信又分為全雙工方式和半雙工方式、同步方式 和異步方式。10硬件在外設(shè)與內(nèi)存間直接

10、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（ DMA而不通過CPU五、簡答題1 .光電式轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測(cè)軸（或與被測(cè)軸相連接的輸入軸上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成。光源發(fā)生的光通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤上的縫隙間距與指示 縫隙的間距相同，因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù) 測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù) N,則可測(cè)出轉(zhuǎn)速為60 Nn ） ,式中Z 圓盤上的縫隙數(shù)；n 轉(zhuǎn)速（r / min）;t測(cè)量時(shí)間（s）。2 .可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN和停止（STOP狀態(tài)。不管是在哪 種狀態(tài)，PLC都是反復(fù)

11、不斷地重復(fù)進(jìn)行，直至PLC停機(jī)。在每次循環(huán)中，若處于運(yùn)行（ RUN狀態(tài)，可編程控制器完成 5個(gè)階斷，如圖所示。若處于停止（STOP狀態(tài)，PLC也要循環(huán)進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)。3 .由于任何一種 A/D轉(zhuǎn)換器都需要有一定時(shí)間來完成量化及編碼操作，因此，在轉(zhuǎn)換過程中，模擬量不能發(fā)生變化，否則，將直接影響轉(zhuǎn)換精度。采樣/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，保證輸入 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量不發(fā)生變化。模擬輸入通道中不一定非得采用采樣保持器。當(dāng)輸入的模擬量信號(hào)變化緩慢時(shí)，也可省去采樣/保持器。4 . （1）柔性高，適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)； （2）系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床工藝能力上是相互補(bǔ)充和相 互替

12、代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作；（5）多層計(jì)算機(jī)控制，可以和上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；（6）可進(jìn)行三班無人干預(yù)生產(chǎn)。5 .步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)，是通過脈沖數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動(dòng)機(jī)，成本較低，易于采用計(jì)算機(jī)控制，且比直流交流電動(dòng)機(jī)組成的開環(huán)控制系統(tǒng)精度高，因而被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一個(gè)功率開關(guān)電路，為使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，提供的足夠功率的控制信號(hào)。6 .伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測(cè)環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等個(gè)五部分。比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，以獲得

13、輸出與輸入間的偏差信號(hào)，通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)；控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路；其主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作；執(zhí)行元件按控制信號(hào)的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作， 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓、氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。被控對(duì)象是指被控制的機(jī)構(gòu)或裝置，是直接完成系統(tǒng)目的的主體， 一般包括傳動(dòng)系統(tǒng)、 執(zhí)行裝置和負(fù)載；檢測(cè)環(huán)節(jié)指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。六、解答題（每小題5分，共40分）1. 1 ）機(jī)械本體2）動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)；3）傳感測(cè)試部分；4）執(zhí)行機(jī)

14、構(gòu)5）控制及信息處理單元2. 1）、偏心軸套調(diào)整法2 ）、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法3. 對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求：高精度；快速響應(yīng)；良好的穩(wěn)定性。機(jī)械系統(tǒng)的組成：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4. 程序控制方式、中斷控制方式、直接存儲(chǔ)器存取方式。獨(dú)立編址；與儲(chǔ)存器統(tǒng)一編址。5. 1） 比較環(huán)節(jié)；2）控制器；3）執(zhí)行環(huán)節(jié)；4）被控對(duì)象；5）檢測(cè)環(huán)節(jié)。6. 輸入工作方式：（1）直通方式（2）單緩沖方式（3）雙緩沖方式輸出工作方式：（1）單極性輸出 （2）雙極性輸出7.1） K=2; M=5, Z=24; a =360/2*5*24=1.5 o2） f=400Hz8. 4 C ; +2_ C。七、計(jì)算題1）

15、 100 : 1=400: xx=4 mm四細(xì)分：400: 1=400: xx=1mm分辨率:1+ 400=2.5（ m）2） q=f max f min/2 i =5/2 12=0.00122n=3.5/0.00122=28692869 化為二進(jìn)制為 101100110101八、綜合應(yīng)用題 （每小題15分，共30分）1 .在錐齒輪4的傳動(dòng)軸7上裝有壓簧5,其軸向力大小由螺母 6調(diào)節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動(dòng)，從而消除了其與嚙合的錐齒輪1之間的齒側(cè)間隙。1、4錐齒輪2、3鍵5-壓簧6 -螺母7 -軸2 .當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng) 中角時(shí)，可動(dòng)螺母 2的移動(dòng)距離為1 = 2（Ph1 -ph2）（1）

16、如果凡與 用相差很小，則L很小。因此差動(dòng)螺旋常用于各種微動(dòng)裝置中。若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)中角時(shí)，可動(dòng)螺母 2的移動(dòng)距離為中一 一、1 =2ii（Ph1 Ph2）可見，此時(shí)差動(dòng)螺旋變成快速移動(dòng)螺旋，即螺母 2相對(duì)螺母1快速趨近或離開。這種 螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。機(jī)電一體化技術(shù)試題一、填空（每空2分，共20分）1 .機(jī)電一體化產(chǎn)品按用途可以劃分為和2 .控制及信息處理單元一般由控制計(jì)算機(jī)、一一和一一組成。3 .在小功率傳動(dòng)鏈中，為使總的折算慣量最小，各級(jí)傳動(dòng)比分配應(yīng)遵守原則。4 .典型的可編程控制器由編程器、微處理器、貯存器、一一和一一等部分構(gòu)成。5

17、.傳感器的靜態(tài)特性能數(shù)主要有一一、一一二、遲滯和重復(fù)精度。二、簡答題（每題4分，共20分）1 .為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度？2 .機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)有哪些 ？ 3 .轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響 ？4.簡述機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。5 .簡述A/D、D/A接口的功能。、分析題（20分）1.已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個(gè)部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)巾的哪一 個(gè)基本要素？2.試分析圖示傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響輸出四、計(jì)算題(24分)1.如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng), 為10m/ s2',絲杠直徑為控制功放伺服電機(jī)傳感器已知工作

18、臺(tái)的質(zhì)量為m=50kg負(fù)載力為F1= 1000N,最大加速度d = 20mm 導(dǎo)程t =4mm齒輪減速比為i=5，總效率為? =30% ,忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。2.已知某工作臺(tái)采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺(tái)的行程 導(dǎo)程t = 4mm齒輪減速比為i=5 ,要求工作臺(tái)位移的測(cè)量精度為 的傳動(dòng)誤差)。(1)試采用高速端測(cè)量方法，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)L=250mrm 絲杠 o. 005mm忽略齒輪和絲杠(2)若將傳感器與絲杠的端部直接相連，no =500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用。nc同搬電機(jī)會(huì)口皿曲楮翁松探端理閆五、綜合題（16分）已知電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度位置控制

19、系統(tǒng)，單個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖所示，確定整系統(tǒng)的控制方案、畫出控制系統(tǒng)原理圖。（至少提出兩個(gè)方案）關(guān)節(jié)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（供參考）一、填空每空2分，共20分）1 .辦公機(jī)電一體化產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品民用機(jī)電一體化產(chǎn)品2 .控制軟件硬件接口3 .前小后大4 .電源輸入/輸出接口5 .靈敏度線性度二、簡答題（每題4分，共20分）1 .答：機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動(dòng)部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時(shí)由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，控制，補(bǔ)償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。2 .答：機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)有：機(jī)械技術(shù)，計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)，系統(tǒng)技術(shù)，白動(dòng)控制

20、技術(shù)，傳感器測(cè)試技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。3 .答：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大使機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度； 使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。4 .答：詳細(xì)設(shè)計(jì)主要包括：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；業(yè)務(wù)的分組；機(jī)械本體及工具設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)；后備系統(tǒng)設(shè)計(jì)；完成詳細(xì)設(shè)計(jì)書及制造圖樣；產(chǎn)品出廠及使用文件的設(shè)計(jì)。5 .答：A/D接口的功能是將溫度、壓力等物理量經(jīng)傳感器變成的電壓、電流等信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。DX A接口是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。、分析題（20分）1 .（10分）解答：圖中各部可分為：（1）控制及信息處理單元：鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示；（2）測(cè)試傳感部分：光電編碼器、信號(hào)處理；（3）能源：電源；（4）驅(qū)動(dòng)部分：功放、電機(jī)；（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：聯(lián)軸器、齒 輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)2 . （10分）解答：齒輪傳動(dòng)鏈位于