國家開放大學2021年（202101-202107）《1118機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》期末考試真題及答案完整版（共2套）

試卷代號：1118國家開放大學2020年秋季學期期末統(tǒng)一考試機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題2021年1月一、單選題（每小題3分，共24分）1.機電一體化產(chǎn)品的主功能主要是由什么裝置具體實現(xiàn)()。 A.檢測裝置 B.電氣裝置 C.機械裝置 D.動力裝置2.為提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法()。 A.增大系統(tǒng)剛度 B.增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量 C.增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 D.減小系統(tǒng)的摩擦阻力3.下列哪個不是傳感器的動態(tài)特性？() A.幅頻特性 B.臨界頻率 C.相頻特性 D.分辨率4.光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，此光柵傳感器測量分辨率是()mm。 A.1 B.0.1 C.0.01 D.0.0015.閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中，絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的()。 A.回程誤差不影響輸出精度，但傳動誤差影響輸出精度 B.傳動誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度 C.回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度 D.回程誤差和傳動誤差都會影響輸出精度6.以下可實現(xiàn)交流伺服電動機調(diào)速的方法是()。 A.改變供電電壓的大小 B.改變電動機的供電頻率 C.改變?nèi)嚯妷旱南辔徊?D.改變電動機轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)7.以下()不屬于系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖的基本結(jié)構(gòu)形式。 A.串聯(lián)結(jié)構(gòu) B.平行結(jié)構(gòu) C.星形結(jié)構(gòu) D.環(huán)形結(jié)構(gòu)8.數(shù)控機床的加工刀具屬于系統(tǒng)的()。 A.能源部分 B.傳感部分 C.驅(qū)動部分 D.執(zhí)行機構(gòu)二、判斷題（正確的打√，錯誤的打X.每題3分，共30分） 9.機電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對輸入的物質(zhì)按照要求進行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)。() 10.為減少機械傳動部件對電機動態(tài)性能的影響，控制系統(tǒng)的工作頻率應(yīng)遠離機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。() 11.滾珠絲杠垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。() 12.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。() 13.傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標標定或校準，以確保傳感器的性能指標達到要求。() 14.驅(qū)動裝置在控制信息作用下輸出動力，伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置。() 15.交流伺服電機具有良好的調(diào)速特性，可以方便地實現(xiàn)平滑無極調(diào)速，故多應(yīng)用于高端機電一體化設(shè)備中。() 16.一般說來，全物理仿真較之計算機仿真在時間、費用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點，是一種經(jīng)濟、快捷與實用的仿真方法。() 17.PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器、除法調(diào)節(jié)器和加法調(diào)節(jié)器組合構(gòu)成一個控制器，在工程中廣泛應(yīng)用。() 18.反求設(shè)計是建立在概率統(tǒng)計基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費用。()三、簡答題（每小題8分，共24分） 19.完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？ 20.齒輪傳動中圓柱直齒輪的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？斜齒輪的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法又有哪些？ 21.何謂概念設(shè)計？簡述概念設(shè)計的設(shè)計過程。四、計算題（10分） 22.一個四相八拍運行的步進電機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50，則其步距角為多少？如要求步進電機2秒鐘轉(zhuǎn)10圈，則每一步需要的時間T為多少？五、綜合題（12分） 23.分析圖中整體式PLC的各組成部分中CPU、存儲器、電源、輸入／輸出單元的功能。試卷代號：1118國家開放大學2021年春季學期期末統(tǒng)一考試機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題2021年7月一、單選題（每小題3分.共24分）1.以下不屬于機電一體化系統(tǒng)主要功能的是()。 A.控制功能 B.檢測功能 C.計算功能 D.動力功能2.為了提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)該()。 A.增大系統(tǒng)剛度 B.增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量 C.增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 D.減小系統(tǒng)的摩擦阻力3.光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，當經(jīng)四倍細分后記數(shù)脈沖為400時，光柵位移是()mm。 A.1 B.2 C.3 D.44.以下不能實現(xiàn)交流異步伺服電動機調(diào)速的方法是()。 A.改變電動機的轉(zhuǎn)差率 B.改變供電電壓的大小 C.改變電動機的供電頻率 D.改變電動機定子極對數(shù)5.在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程中，需要根據(jù)系統(tǒng)功能要求編寫()，具有實時性、針對性、靈活性和通用性。 A.平臺軟件 B.開發(fā)軟件 C.系統(tǒng)軟件 D.應(yīng)用軟件6.機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的第一道工序和概念設(shè)計的出發(fā)點是()。 A.結(jié)構(gòu)分析 B.功能分析 C.工藝分析 D.流程分析7.含有微處理器，可進行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是()。 A.零接口 B.被動接口 C.主動接口 D.智能接口8.HRGP-IA噴漆機器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的()。 A.能源部分 B.測試傳感部分 C.驅(qū)動部分 D.執(zhí)行機構(gòu)二、判斷題（正確的打√，錯誤的打×，每題3分，共30分）9.機電一體化產(chǎn)品具有“智能化”的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。()10.產(chǎn)品的零部件和裝配精度高，系統(tǒng)的精度一定就高。()11.采用虛擬樣機代替物理樣機延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，增加了產(chǎn)品開發(fā)成本，但是可以改進產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，提高面向客戶與市場需求能力。(.)12.傳感器的敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。()13.遲滯是傳感器的一種靜態(tài)誤差，是由于在傳感器的正反行程中的輸出輸入特性曲線不重合引起的。()14.脈寬調(diào)制(PulseWidthModulator，簡稱PWM)控制就是對脈沖寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即通過脈沖寬度進行控制輸出。()15.步進電動機的轉(zhuǎn)動慣量越大，同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩就越大。()16.從計算機的精度來看，需要計算機控制系統(tǒng)的采樣周期短一些，這是因為工業(yè)控制用的微型機字長固定，前后兩次采樣的數(shù)值之差可能因計算機精度不高而反映不出來，從而使控制作用減弱。()17.反求設(shè)計是建立在概率統(tǒng)計基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費用。()18.在數(shù)控設(shè)備中，通過計算機數(shù)控裝置控制執(zhí)行機構(gòu)的進給以及刀具的運行等。()三、簡答題（每小題8分，共24分）19.滾珠絲杠副消除軸向間隙的預緊調(diào)整方法有哪些？20.什么是傳感器的校準？并簡述如何進行校準？21.步進電動機的輸入信號是什么？如何實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制？四、計算題（10分）22.下圖所示的機電一體化伺服驅(qū)動系統(tǒng)，系統(tǒng)脈沖當量δ為控制器輸出一個脈沖時執(zhí)行機構(gòu)的直線位移，系統(tǒng)設(shè)計脈沖當量要小于0.Olmm，傳動機構(gòu)采用滾珠絲桿，其基本導程l0為4mm，減速機構(gòu)采用了齒輪減速，齒輪機構(gòu)的傳動比i=3，當使用驅(qū)動元件為步進電動機時，試求步進電機的步距角口。五、綜合題（12分）23.某部門欲開發(fā)一款用于焊接印刷電路板芯片的機械手，請制訂出該款機械手產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計流程.試卷代號:1118國家開放大學2020年秋季學期期末統(tǒng)一考試機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題答案及評分標準(供參考)2021年1月一、單選題(每小題3分,共24分) 1.C 2.A 3.D 4.C 5.D 6.B 7.C 8.D二、判斷題(正確的打√,錯誤的打×,每題3分,共30分) 9.× 10.√ 11.√ 12.× 13.√ 14.√ 15.√ 16.× 17.× 18.×三、簡答題(每小題8分,共24分) 19.完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分? 答:機械本體、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào),共同完成所規(guī)定的目的功能。 20.齒輪傳動中圓柱直齒輪的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些?斜齒輪的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法又有哪些? 答:圓柱直齒輪傳動齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有:偏心套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法、雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法(周向拉簧式、可調(diào)拉簧式);斜齒輪傳動齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有:墊片錯齒調(diào)整法。 21.何謂概念設(shè)計?簡述概念設(shè)計的設(shè)計過程。 答:概念設(shè)計是指在確定任務(wù)之后,通過抽象化,擬定功能結(jié)構(gòu),尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等,確定出基本求解途徑,得出求解方案。設(shè)計過程:設(shè)計任務(wù)抽象化,確定系統(tǒng)的總功能→將總功能分解為子功能,直到功能元→尋找子功能(功能元)的解→將原理解進行組合,形成多種原理設(shè)計方案→對眾多方案進行評價決策,選定最佳方案→概念產(chǎn)品。四、計算題(10分) 22.解:步距角θ=360° 每一步需要的時間T=每圈時間/每圈的步數(shù), T=210mz五、綜合題(12分) 23.答:(1)中央處理器CPU是PLC的運算和控制核心,控制其它所有部件的運行,功能相當于人的大腦。(3分) (2)存儲器用來存儲數(shù)據(jù)和程序,包括隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)分別用于存儲用戶程序和數(shù)據(jù),以及系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。(3分) (3)輸入/輸出(I/O)單元是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。(3分) (4)電源包括系統(tǒng)電源和后備電池,其中后備電池可在停電時繼續(xù)保持幾十小時的供電。(3分)試卷代號：1118國家開放大學2021年春季學期期末統(tǒng)一考試機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題答案及評分標準（供參考）2021年7月一、單選題（每小題3分，共24分）1．C2．A3．A4．B5．D6．B7．D8．C二、判斷題（正確的打√，錯誤的打×，每題3分，共30分）9．√10.×11.×12.√13.√14.√15.×16.X17.×18.√三、簡答題（每小題8分，共24分）19.滾珠絲杠副消除軸向間隙的預緊調(diào)整方法有哪些？答：滾珠絲杠副消除軸向間隙的預緊調(diào)整方法有：螺紋預緊調(diào)隙式、雙螺母差齒預緊調(diào)隙式、雙螺母墊片預緊調(diào)隙式、彈簧式自動調(diào)整預緊式、單螺母變位導程自預緊式。20.什么是傳感器的校準？并簡述如何進行校準？答：傳感器在使用前、使用中或擱置一段時間再使用時必須對其性能參數(shù)進行復測或做必要的調(diào)整和修正，以確保傳感器的測量精度，這個復測調(diào)整過程稱為校準。為了對傳感器有一個長期的、穩(wěn)定的和高精度的基準，對傳感器進行校準時，需要精度比它高的基準器，這種基準器受時間的推移和使用的磨損等因素的影響，參數(shù)會隨之改變。因此對這種基準器還要用更高精度的基準器來定期校準。在一些測量儀器中特別是內(nèi)部裝有微處理器的測量儀器中，很容易實現(xiàn)自動校準功能。21.步進電動機的輸入信號是什么？如何實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制？答：步進電機的輸入信號是脈沖序列。步進電機的步矩角α與運行拍數(shù)m、通電方式k(m=k?N，單拍時k=1，雙拍時是k=2，N為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)。步進電機定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即輸入脈沖頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。步進電機的轉(zhuǎn)角大小由輸入脈沖的個數(shù)決定，改變步進電機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。四、計算題（10分）22．解：設(shè)β為控制器輸出一個脈沖絲桿轉(zhuǎn)過的角度，則β=360°l°×δ°齒輪機構(gòu)的傳動比i=αβ=αl則步進電機的步距角α=360°×δ×il0因此為了保證系統(tǒng)脈沖當量小于0.01mm，步進電機的步距角必須小于2.7°（1分）五、綜合題（12分）23.答：機電一體化系統(tǒng)的主要設(shè)計流程分為五個階段：產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、詳細設(shè)計、設(shè)計實施和設(shè)計定型階段。（2分）第一階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段：進行需求分析和需求設(shè)計，以明確設(shè)計任務(wù)。機械手的用途：焊接芯片。工作方式：手動、自動方式。主要技術(shù)參數(shù)：3自由度。使用環(huán)境要求：生產(chǎn)線。（2分）第二階段