第一篇：機電一體化系統設計第2階段練習題

江南大學現代遠程教育 第二階段練習題

考試科目:《機電一體化系統設計》第三章至第四章（總分100分）

學習中心（教學點）批次： 層次： 專業： 學號： 身份證號： 姓名： 得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、直線光柵傳感器屬于（）數字信號傳感器。

A、增量碼

B、絕對碼

C、BCD碼 D、格雷碼

2、在控制感性負載器件的直流功率接口中，為了保護功率管需要接入保護（）。A、電感

B、電阻

C、二極管 D、電容

3、為了消除A/D轉換期間由于信號變化產生誤差，需要采用（）電路。A、放大

B、采樣保持

C、模擬開關 D、分壓

4、晶體管作為無觸點開關，其導通電阻和開路電阻，依次應該（）。A、前大后小

B、前大后大

C、前小后小 D、前小后大

5、設計鍵盤程序時要考慮（）。

A、消抖功能和延時功能 B、單次響應和延時功能 C、單次響應功能和消抖功能

D、延時功能和批處理功能

6、過零比較器常用于對信號的（）。

A、電平轉換

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、有源濾波器比起無源濾波器，帶負載能力依次（）。

A、前強后弱

B、前弱后強

C、前弱后弱 D、前強后強

8、按信息傳遞方向分有兩種接口，它們是（）。

A、機械接口和物理接口 B、人機接口和機電接口 C、無源接口和有源接口

D、輸入接口和輸出接口

9、A/D轉換器的轉換速度依據對信號的（）頻率確定。A、傳送

B、變換

C、采樣 D、放大

10、在計測系統中如果需要濾除信號中的高頻干擾應該使用（）。A、低通濾波器

B、比較電路

C、微分電路 D、高通濾波器

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、在機電接口的功率接口中常用的驅動元件有（）。A、功率晶體管 B、晶閘管 C、功率場效應管 D、固態繼電器

2、以下哪些是數字濾波算法（）。

A、算術平均濾波 B、RC高通濾波 C、RC低通濾波 D、滑動平均濾波

3、傳感器的非線性補償采用的軟件方式包括（）。

A、定時法 B、計數法 C、計算法 D、查表法

4、光電編碼盤在系統中一般用于測量（）。

A、電機轉角

B、電機電流

C、電機溫升 D、電機轉速

5、濾波器的主要參數有（）。

A、截至頻率 B、線性度 C、品質因素 D、帶寬

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、軟件消抖法是指在鍵盤識別過程中采用觸發器。（）

2、SSR是固態繼電器的英文縮寫。（）

3、采用增益補償措施可以減少增益變動帶來的誤差。（）

4、相敏檢波電路是信號調制電路。（）

5、計算機對外部狀態采集方式可有兩種，一種是查詢方式，另一種是中斷方式。（）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、增益誤差補償又稱為

，采用軟件方法對系統增益漂移進行補償，其原理和數字調零方法類似。

2、D/A轉換器中的數據鎖存器可用來實現多路數字信號

轉換。

3、撥碼盤的A端接高電平時，數據輸出為與撥碼盤位置相對應的 碼。

4、多位 LED數碼管的顯示控制方式有靜態顯示和。

5、在信號采集系統中采用

能使得單個A/D轉換器進行多路信號轉換。

6、中值濾波是

的一種。

7、對矩陣式鍵盤的逐行逐列查詢方式稱作

法。

8、表達濾波器對通頻帶以外的頻率成分的衰減能力的參數是。

9、某光柵傳感器輸出兩路相位相差90度的A、B兩路脈沖，利用該兩脈沖的邊沿可得到柵距 的 細分信號。

10、機電一體化對檢測系統在性能方面的基本要求是

、靈敏度和分辨率高；線性、穩定性和重復性好；抗干擾能力強；靜、動態特性好。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、在什么情況下要對增量式脈沖傳感器的信號進行細分？

2、請畫出模擬量檢測系統的構成。

3、一般采用什么方法使得按鍵單次響應？

4、在鍵盤輸入接口和數碼顯示接口中為了節省CPU時間應采用哪種管理方法？為什么？

5、列舉幾種傳感器基本轉換電路。

6、五大結構要素之間有幾種接口？是什么接口？

六、簡單應用題（本題共2題，共15分）

1、一計測系統對一壓力值進行檢測，壓力值的范圍為0---200MPa，當輸入0MPa時，獲得的采樣轉換值為（以十進制表示）0.5，當輸入200 MPa時，獲得的采樣轉換值為（以十進制表示）9.5。1）計算系統的靈敏度（每單位壓力的采樣轉換值）。2）當采樣轉換值為5時，計算壓力值。（8分）

2、設計4X4矩陣式鍵盤的接口。說明鍵值如何產生。（7分）

七、綜合應用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、某系統需要測量輸出軸的轉速，在輸出軸上已經裝有均布120個凸齒金屬齒盤。

1）選擇傳感器，并說明測量原理；2）給出算法實現測量每分鐘轉數；3）畫出計算機測量的接口路徑圖。

2、在一交流伺服電機調速系統中，采用計算機通過變頻器對電機進行調速，變頻器的輸入控制信號為0—5V的模擬信號，對應的輸出頻率為0—50Hz，電機轉速為每分鐘0—1500轉。1）進行控制輸出接口設計；2）如輸出轉速要求1200轉，微機輸出的數字量應為多少？（采用MCS51 系列單片機作微控制器，DAC0832 作D/A轉換器）

附：參考答案：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題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、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。)

1、ABCD

2、AD

3、CD

4、AD

5、ACD

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。）

1、×

2、√

3、√

4、×

5、√

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、校準

2、同時

3、BCD

4、動態顯示

5、多路模擬開關

6、數字濾波

7、動態掃描

8、倍頻程選擇性

9、四

10、精度

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、在檢測直線位移和轉角時采用增量式傳感器如直線光柵和光電編碼盤，傳感器的分辨率是以脈沖當量表示即一個輸出脈沖所代表的位移量或轉角，為了達到要求的測量精度，脈沖當量應該足夠小，即當傳感器的脈沖當量和所允許的測量誤差相比不足夠小時就需要對傳感器信號進行細分。

2、模擬量檢測系統的構成：

*傳感器信號調理信號預處理A/D計算機

3、使得按鍵單次響應，一般采用等待按鍵釋放后再對鍵進行處理的方法。

4、在鍵盤輸入接口和數碼顯示接口中為了節省CPU時間應該采用中斷管理方法。采用中斷方式定時讀取鍵盤和輸出顯示，其余時間CPU可處理其它功能。

5、傳感器基本轉換電路有分壓電路、差動電路、非差動橋式電路和調制電路等。

6、五大結構要素之間有三種接口。它們是機械接口、信息接口和物理接口。

六、簡單應用題（本題共2題，共15分）

9.5?0.5?0.045/MPa(4分)

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

2、解：原理圖（4分）

鍵值產生辦法：1）列首號加行號；2）順序計數法，計數值即為鍵值。（3分）

以上方法只須回答一種

七、綜合應用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、解：（1）由于金屬齒盤，可選擇磁阻式傳感器，磁阻是傳感器是在一永磁鐵上繞制一線圈，當齒盤轉動切割磁力線造成回路磁阻變化使線圈產生感應電勢，當磁盤轉動一周輸出120個脈沖。

+U_（3分）

注：采用光電傳感器也可，關鍵是輸出120個脈沖

（2）設f?脈沖頻率,n=每分鐘轉速

n?60f?0.5f 120f——齒盤為單齒時每秒鐘脈沖個數 120測量方法：對傳感器信號計數0.5秒，計數值即為n(4分)

（3）接口路徑（3分）

計算機計數器傳感器放大整形電平轉換

2、解：

（1）根據變頻器的要求，需要0—5V模擬電壓。因此需要采用D/A轉換器將計算機的輸出數據轉換為0-5V模擬量。（5分）

8計算機地址D/A轉換器電壓變換變頻器控制線

（2）DAC0832為8位D/A轉換器，因此對應0—5V轉換電壓的二進制值為00H-FFH，即0-255，***0??255?204轉換二進制值為CCH，所以微機輸出為CCH（5分），n?。255n1500

第二篇：機電一體化系統設計第3階段練習題

江南大學現代遠程教育 第三階段練習題

考試科目:《機電一體化系統設計》第五章至第七章（總分100分）

學習中心（教學點）批次： 層次： 專業： 學號： 身份證號： 姓名： 得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、步進電機的驅動電路形式中性能最好的是（）。

A、高低壓電源

B、單管驅動

C、單電源 D、斬波恒流

2、脈沖寬度調制用（）表示。

A、SAH

B、LED

C、PWM D、LCD

3、改變控制脈沖的頻率可以改變步進電機（）。

A、脈沖當量

B、步距角

C、轉角 D、轉速

4、大慣量直流電機負載能力（），而小慣量直流電機動態特性好。A、強

B、小

C、弱 D、一般

5、步進電機常用于（）控制系統中作執行元件。

A、閉環

B、半閉環

C、開環 D、前饋

6、過零比較器常用于對信號的（）。

A、電平轉換

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、關于PI、PD、PID校正，下列說法正確的是（）A、PI校正可獲得快速響應，但是存在穩態誤差 B、PID校正可獲得快速響應、并消除穩態誤差 C、PD校正可獲得快速響應、并消除穩態誤差 D、PD校正降低響應速度、但消除穩態誤差

8、離散系統在時域內常用（）來描述。

A、歐拉方程

B、微分方程

C、差分方程 D、Z傳遞函數

9、對于提高系統可靠性，以下說法不正確的是（）。A、對功率接口采用升額設計提高可靠性 B、采用抗干擾措施提高可靠性 C、采用故障診斷技術提高可靠性 D、通過元器件的合理選擇提高可靠性

10、直流伺服電機驅動器的內阻增大使得電機的機械特性（）。A、變硬

B、變軟

C、變大 D、變小

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、伺服系統的構成除了被控對象還有（）。

A、執行元件 B、比較元件 C、測量反饋元件 D、調節元件

2、步進電機脈沖分配方式有（）。

A、硬件分配 B、軟件分配 C、脈沖分配 D、模擬分配

3、產品性能指標從設計角度可劃分為（）。

A、安全指標 B、尋常指標 C、特征指標 D、優化指標

4、以下哪些影響伺服系統精度？（）。

A、各組成元件的誤差 B、執行元件形式 C、伺服系統的結構 D、輸入指令形式

5、在選擇控制器的微型機時主要考慮（）等因素。

A、成本 B、計算速度 C、系統規模 D、計算精度

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、一階系統也存在穩定性問題。（）

2、設計閉環伺服系統首先要保證系統的精度。（）

3、當機械系統的固有頻率遠低于伺服電動機的固有頻率時，伺服系統的動態特性主要取決于機械系統。（）

4、控制系統設計的基本方法是把系統中環節都抽象成數學模型進行分析研究。（）

5、伺服電動機在快速啟動時的負載轉矩一般比正常運行時大得多，所以電動機的最大轉矩常按正常運行時的負載轉矩來確定。（）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、系統的阻尼比是一個既影響系統

，又影響系統快速響應性的參數。

2、計算機對外部狀態采集方式可有兩種，一種是查詢方式，另一種是。

3、如果負載等效慣量和電機慣量不匹配一般調節

使之匹配。

4、PID控制器兼有比例、積分和

三種基本控制規律的優點。

5、機電產品的性能指標可分為功能性指標、經濟性指標和。

6、步進電機有反應式、永磁式和

三種類型。

7、伺服系統僅包含二個

環節的系統稱作II型系統。

8、在控制裝置中存在三類干擾：供電干擾、過程通道干擾和。

9、電機角速度和電樞電壓之間的關系稱做直流伺服電機的 特性。

10、直流伺服電機的速度控制方法是產生

脈沖經H型橋式驅動電路控制電樞電壓。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、簡述獲得脈沖傳遞函數一般方法。

2、控制系統增加可靠性的軟件方法有哪些措施？

3、伺服系統動態響應性的兩個含義是什么？分別用什么參數來描述？

4、建立被控對象數學模型的方法有哪些？各有什么特點？

5、簡述用硬件方法產生PWM脈沖的原理。

6、簡述何謂啟動矩頻特性。

六、簡單應用題（本題共2題，共15分）

1、一個直流伺服電機在空載情況下電樞電壓和轉速之間的關系為：對應電機轉速0到每分鐘2000轉，電樞電壓為0到40V，采用PWM方式進行速度控制，試計算當控制轉速為每分鐘1500轉時的控制脈沖的占空比。（8分）

2、一絲杠傳動的工作臺系統，為二階系統。折算到絲桿軸上的總等效轉動慣量Js=0.0583kg?m，折算到絲桿軸的總等效扭轉剛度Ks=1.9X10N?m/rad，試計算該系統的扭振固有頻率ωn。（7分）

4七、綜合應用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、在一個傳動系統中，輸出軸到電機軸之間通過傳動比i1、i2傳動，傳動效率為η，各軸及其上齒輪的轉動慣量相應為J1、J2、J3，輸出軸負載轉矩為TL，電機最大角加速度為ε。1）試給出等效到電機軸的等效負載轉動慣量表達式。（3分）2）試給出等效到電機軸的等效負載轉矩表達式。（3分）3）給出所需電機最大轉矩表達式。（4分）

2、一半閉環控制系統，執行元件為直流伺服電機，電機直接驅動滾珠絲杠帶動一工作臺移動，已知絲杠導程為8mm，控制器的輸出信號控制電機驅動器。1）計算傳動系數；（2分）2）畫出該半閉環系統的系統框圖；（4分）3）給出系統傳遞函數。（4分）

附：參考答案：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分）

1、D

2、C

3、D

4、A

5、C

6、B

7、B

8、C

9、A

10、B

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。)

1、ABCD

2、AB

3、BCD

4、ACD

5、ABCD

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。）

1、×

2、×

3、√

4、√

5、×

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、穩定性

2、中斷方式

3、傳動比

4、微分

5、安全性指標

6、混合式

7、積分

8、空間干擾

9、調節

10、PWM或脈沖寬度調制

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、獲得脈沖傳遞函數方法：一般(1)、建立系統連續方程；(2)、方程離散化；（3、)對離散方程求Z變換；(4)、求出輸出信號的Z變換和輸入信號的Z變換比值即為系統的脈沖傳遞函數。

2、控制系統增加可靠性的軟件方法主要有：（1）軟件測試，消除軟件中的隱患；（2）容錯設計，使產生錯誤不致造成系統崩潰；（3）糾錯設計，錯誤發生能自動回到正確狀態運行；（4）抗干擾設計，主動杜絕由于干擾引起的系統出錯；（5）故障診斷，主動檢測故障，使故障在未發生前預報，或發生后采取措施。

3、伺服系統動態響應性有兩方面的含義，一是指動態響應過程中，輸入量跟隨輸入指令信號的迅速程度，二是指動態響應過程結束的迅速程度。分別用上升時間和調整時間來描述。

4、建立被控對象數學模型的方法有分析法和實驗法。分析法可反映被控對象的本質，建立機理模型。實驗法可對無法建立機理模型的系統建立辨識模型。

5、用硬件方法產生PWM脈沖方法一般由三角波發生器,加法器和比較器組成.三角波發生器用于產生一定平率的三角波Ut，該三角波經加法器與輸入的指令U1相加產生信號U1+Ut，然后送入比較器，產生受指令電平控制的脈寬可變矩形波，即脈寬調制波。

注：圖可不畫。

6、啟動矩頻特性是指步進電動機在有外加負載轉矩時，不失步地正常啟動所能接受的最大階躍輸入脈沖頻率與負載轉矩的對應關系。

六、簡單應用題（本題共2題，共15分）

1、解：

對應0-40V ,需要0-100%占空比

1500XY3??? 4000401004 X——電壓 Y——占空比

所以，占空=75%

2、解：

?n?Ks Js

Ks——為機械系統折算到絲杠軸上的總當量扭轉剛度 Js——折算到絲杠軸上的系統慣量 1.9?104?n??571 1/s

0.0583

七、綜合應用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、解：（1）等效負載轉動慣量（3分）

J?J1?J3J2 ?222i1i1i2（2）等效負載轉矩（3分）

TZ?TL

式中：i=i1i2 ?i（3）等效電機最大轉矩（4分）

TM?[(Jm?J）??

2、解： 解：（1）i?TLi]/? 式中Jm是電機轉動慣量

12??=0.785（轉動到移動的傳動系數）（2分）

P/2?P轉角1/SQ(S)（2）系統框圖（4分）

指令R(S)K1控制器K2驅動器KmTS+1電機Kj

（3）傳遞函數：（4分）

第三篇：機電一體化系統設計

機電一體化系統設計

1、動力系統（動力源）、傳感檢測系統（傳感器）、執行元件系統（如電動機）等五個子系統組成。

2、系統必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機電一體化系統設計的考慮方法通常有：機電互補法、結合（融合）法和結合法。

5擦、低慣量、高強度、高諧振頻率、適當的阻尼比等要求。

6、為達到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導向支承、動（靜）壓導向支承等。

2如用加預緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構；絲杠的支承設計中采用兩端軸向預緊或預拉伸支承結構等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結構緊密化，以確保系統的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第四篇：機電一體化系統設計第3階段測試題

江南大學現代遠程教育 第三階段測試卷

考試科目:《機電一體化系統設計》第五章至第七章（總分100分）時間：90分鐘

學習中心（教學點）批次： 層次： 專業： 學號： 身份證號： 姓名： 得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、直流伺服電機的速度數字控制方法通常是（）。

A、脈寬調制

B、頻率調制

C、幅值調制 D、相位調制

2、伺服系統的穩定性僅和系統的（）有關。

A、輸入信號

B、輸出信號

C、干擾信號 D、固有參數

3、在半閉環位置伺服系統中常用光電編碼盤測量電機轉速和（）。A、扭矩

B、電流

C、溫升 D、角位移 4.在開環伺服系統中，傳動系統的間隙會帶來（）。

A、不穩定

B、死區誤差

C、超調 D、阻尼

5、系統的剛度越大、慣量越小，則該系統的固有頻率（）。A、越高

B、越低

C、不變 D、不定

6、控制器中的微機目前常用的有可編程控制器、（）和工控機。A、PC

B、單片機

C、PLC D、IPC

7、脈沖傳遞函數是用于描述（）的數學模型。

A、線性系統

B、離散系統

C、非線性系統 D、鎮定系統

8、步進電機的啟動轉矩隨啟動頻率升高而（）。

A、增大

B、不變

C、降低 D、不定

9、關于半閉環和全閉環控制，以下說法正確的是（）。A、兩者區別在于傳感器檢測位置不同 B、前者精度高，后者精度低 C、兩者沒有區別

D、前者難以實現，后者易實現

10、關于步進電機驅動器，以下說法正確的是（）。A、斬波限流驅動電路往往采用較低的單電源供電 B、高低壓驅動電路效率高

C、斬波限流驅動電路出力大、功耗小、效率高 D、單電源驅動電路出力大、功耗小

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、伺服系統的誤差有（）。

A、穩態誤差 B、靜態誤差 C、隨機誤差 D、動態誤差

2、步進電機的控制要考慮（）。

A．啟動過程升速控制 Ｂ．低轉速控制 Ｃ．停止過程降速控制 Ｄ．使電機連續工作

3、直流伺服電機的動態特性主要受（）的影響。

A、動態誤差 B、機械慣量 C、跟蹤誤差 D、電磁慣量

4、采用冗余技術提高控制裝置的可靠性，常用冗余系統結構有（）。A、混聯結構 B、并聯結構 C、后備結構 D、串聯結構

5、進行機電一體化設計的充分條件是（）。

A、可選擇性 B、靈活性 C、互補性 D、等效性

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、一個節拍的控制脈沖控制步進電機使得執行器獲得的相應運動量稱為步距角。（）

2、在伺服系統中負載等效慣量大于執行元件的慣量才能獲得較好的動態特性。（）

3、系統總體技術是系統工程在機電一體化技術中的具體應用。（）

4、步進電機單雙相輪流通電時電機具有較大負載能力。（）

5、性能指標對產品結構有影響，但對設計方法沒有影響。（）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、伺服系統按控制方式可分為開環控制系統和

系統。

2、機電一體化系統對伺服系統的要求是穩定性、精度和。

3、開環伺服系統中無

元件、結構簡單，但精度低；閉環伺服系統直接對輸出量檢測和反饋，精度高，但結構復雜、成本高。

4、離散系統的脈沖傳遞函數又稱為。

5、假如反饋控制系統中各環節都是理想的，沒有慣性、、剛度為無窮大，則系統為一階系統。

6、步進電機的斬波限流驅動電路的恒流原理是對電機繞組

閉環控制。

7、系統的 越小，響應速度越快，但振蕩趨勢越大，系統穩定性變差。

8、由絲桿螺母機構的綜合拉壓剛度的變化引起的的誤差稱作。

9、設計閉環伺服系統首先要保證系統的。

10、選擇電動機的主要依據參數是負載。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、步進電機常用哪幾種驅動電路？試比較性能。

2、請畫出采用直流伺服電機驅動的數控工作臺半閉環伺服系統的系統框圖。

3、何謂鎮定控制系統、隨動系統和程序控制系統？

4、簡述伺服電機選擇的基本步驟。

5、一個五相步進電機，其轉子齒數為100，當采用單相雙相輪流通電時，步距角是多少？

6、試畫出微型機控制系統基本框圖。

六、簡單應用題（本題共2題，共15分）

1、二階系統結構圖如圖所示，設k1=4,k2=10,T=0.001，求系統固有頻率，阻尼比。

（8分）

2、在一個機電系統中要求控制器輸出一路脈沖作為步進電機基本控制脈沖，1）說明脈沖的產生方法；

2）說明步進電機變速控制方法。（7分）

七、綜合應用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、給出伺服系統設計的一般步驟和要點。

2、如圖所示的機電傳動系統，減速機構為兩級減速箱，已知齒輪齒數之比z2/z1=3，z4/z3=5，減速機構的效率ηc＝0.90，各齒輪的慣量分為J1=20kgm，J2=70kgm，J3=40kgm，J4=200kgm，電動機的慣量Jm = 300kgm，負載慣量JL=450kgm，負載轉矩T2=480Nm，試求：1）折算到電動機軸上的負載轉矩Tz ；（5分）2）折算到電動機軸上的系統慣量Jz（5分）

222

附：參考答案：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分）

1、A

2、D

3、D

4、B

5、A

6、B

7、B

8、C

9、A

10、C

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。)

1、ABD

2、AC

3、BD

4、BC

5、CD

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。）

1、×

2、×

3、√

4、√

5、×

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、閉環控制

2、快速響應性

3、檢測反饋

4、Z傳遞函數

5、沒有阻尼

6、電流

7、阻尼

8、定位誤差

9、穩定性

10、轉矩

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、步進電機的常用驅動電路有三種：單電源驅動電路、雙電源驅動電路、斬波限流驅動電路。單電源驅動電路：結構簡單、成本低、電流波形差、效率低、出力小，主要用于速度低的小型步進電機。雙電源驅動電路：和單電源驅動電路相比，輸出電流波形、輸出轉矩和運行頻率都有較大改善，但效率仍較低。斬波限流驅動電路：效率高、功耗小、出力大，目前廣泛采用。

2、采用直流伺服電機驅動的數控工作臺半閉環伺服系統是一個位置伺服系統，組成環節有比較器、控制器K1、驅動器K2、直流電機G1（s）、G2（s）、轉速測量反饋環節Kw、位置測量反饋環節Kp，檢測元件檢測電機軸，因此閉環內不包含其它機械系統。其系統框圖如下：

3、鎮定控制系統、隨動系統和程序控制系統是控制系統按系統輸出類型分類的三種控制系統。鎮定控制系統的輸出為常量，在外界干擾作用下控制輸出保持常量的系統，比如恒溫、恒壓控制系統。隨動系統的輸出可大范圍跟隨輸入或反饋的指令變化，如雷達系統，位置、力等伺服系統等。程序控制系統的輸出按預定程序變化，如機床數控系統，輸入按零件加工工藝編制的加工程序，機床的工作即按程序被控制。

4、伺服電機選擇的基本步驟：首先根據作用在電機軸上的轉矩初選電機，然后驗算功率、匹配轉動慣量。

作用在電機軸上的轉矩由兩部分組成，一是等效到電機軸端的傳動或執行機構中所受各力等效負載轉矩Td，二是啟動或加速時作用于電機軸端的慣性轉矩Tg，Tm=（Td+Tg）/η，η為傳動效率，Tg=(Jm+Jd)ε，Jd是傳動或執行機構等效到電機軸端的等效轉動慣量，Jm是電機轉動慣量，ε是電機角加速度。

慣量匹配按1/4? Jd/Jm?1原則匹配。

5、一個五相步進電機，其轉子齒數為100，當采用單相雙相輪流通電時，步距角α=360/ZKM，Z轉子齒數，K通電系數：單相雙相輪流通電時為2，M為電機相數。因此根據已知條件計算步距角為0.36度。

6、微型機控制系統基本框圖：

進入、輸出計算機的量需要經A/D（轉換為數字量）、D/A（轉換成模擬量），控制器是以軟件為主的數字控制器。

六、簡單應用題（本題共2題，共15分）

1、解：由圖可知系統傳遞函數為：

K1K?2C(s)

?TS?1S（2分）

K1KR(s)1??2TS?1S將上式換成標準形式：

KKC(s)?212R(s)TS?S?K1K2分子、分母除以T得：

K1K2/TC(s)（2分）?2R(s)S?S/T?K1K2/T從式中：固有頻率?n?K1K2=200（2分）T1=2.5(2分)

K1K2T阻尼比??

2、解： 12（1）如從8031的P1.0口輸出脈沖（如圖）（2分）

脈沖信號產生方法：采用8031內部定時器，定時使P1.0口線輪流置“1”清“0”，置位和清零P1.0口線由定時器中斷服務程序完成（2分）

（2）調節脈沖頻率就可調節步進電機轉速，脈沖頻率調節依靠改變定時器的定時時間常數來完成。（3分）

七、綜合應用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、解：

（1）設計要求分析，系統方案設計（要點：選擇控制方式、傳動系統、初選執行元件、傳感器等）（2分）

（2）系統性能分析（要點：對方案進行分析，例如穩定性精度、快速響應性分析）（2分）

（3）執行元件及傳感器的選擇（要點：根據負載的精度等、等效負載）（2分）

（4）機械系統設計（要點：消除傳動間隙、穩定精度、減小摩擦）（2分）

（5）控制系統設計（1分）

（6）系統性能重查（1分）

（7）系統測試實驗

（8）系統設計定案

2、解：

Tz——折算到電動機軸上的負載轉矩 Jz——折算到電動機軸上的系統慣量

第五篇：機電一體化系統設計第1階段測試題

江南大學現代遠程教育 第一階段測試卷

考試科目:《機電一體化系統設計》第一章至第二章（總分100分）時間：90分鐘

江蘇無錫江大網院生產力促進中心 學習中心（教學點）

批次：

201209

層次：

高起專

專業：

機械制造與自動化

學號：

身份證號：

姓名：

得分：

一、單項選擇題（本題共10小題，每小題1分，共10分。）

1、在高精度、大負荷傳動系統中滾珠絲杠一般應采用（B）支承方法。A、一端自由

B、一端游動

C、一端固定

D、兩端固定

2、機電一體化系統對傳動系統的要求是轉動慣量小、（C）。

A、剛度大、阻尼小

B、剛度小、阻尼大

C、剛度大、阻尼合適

D、剛度小、阻尼合適

3、以下哪種方法不屬于滾珠絲杠消除反向間隙的方法？（B）。

A、雙螺母墊片調隙法 B、偏心軸套調整法 C、雙螺母螺紋調隙法 D、雙螺母齒差調隙法

4、機電一體化產品是指采用機電一體化技術，在（C）基礎上創造出來的新機電產品。A、機電產品

B、電子產品

C、機械產品 D、光電產品

5、諧波齒輪減速器由諧波發生器、剛輪和（A）組成。

A、柔輪

B、軸銷

C、從動輪 D、主動輪

6、滾動直線導軌的摩擦系數很小，為滑動導軌的（D）左右。A、1/20

B、1/30

C、1/40 D、1/50

7、滾珠絲杠在垂直安裝時要注意其（B）的缺點，采取相應的措施。A、質量大

B、不自鎖

C、效率低 D、阻尼大

8、機電一體化系統的操作功能是由以下哪個結構要素完成的？（D）A、動力源

B、傳感器

C、計算機

D、執行元件

9、經濟型數控機床屬于哪種類型的機電一體化產品？（A）

A、功能附加型

B、機電融合型

C、功能替代型 D、普通機械型

10、直齒輪傳動消除反向傳動間隙常用（B）錯齒調節法。

A、螺紋

B、雙片齒輪

C、墊片 D、單片齒輪

二、多項選擇題(本題共5小題，每小題2分，共10分。多選、少選、錯選均不得分。)

1、機械系統一般由（ABCD）組成。

A、傳動機構 B、導向機構 C、支承機構 D、執行機構

2、機電一體化技術的六項共性關鍵技術是機械技術、檢測與傳感技術、系統總體技術、（ABD）。

A、自動控制技術 B、伺服驅動技術 C、液壓與氣動技術 D、計算機與信息處理技術

3、機電一體化對工業三大要素的作用是（ABD）。

A、省資源

B、信息智能化

C、信息傳送

D、省能源

4、機電一體化系統的操作功能是由以下哪些結構完成的？（AD）A、執行機構

B、傳感器

C、計算機

D、執行元件

5、下面哪些產品屬于機電一體化產品中的機電融合型產品？（BD）A、經濟型數控機床

B、加工中心

C、線切割機床 D、復印機

三、判斷題（本題共5小題，每小題1分，共5分。你認為對的打“√”，錯的“×”，不需要改錯。）

1、滾珠絲杠傳動效率比梯形螺紋絲杠的高五倍左右。（×）

2、機電融合型產品的技術附加值最高。（√）

3、采用雙螺母預緊的方法消除滾珠絲杠的傳動間隙可提高傳動精度和剛度。（√）

4、滾珠絲杠的剛度不影響傳動精度。（×）

5、在選用滾動直線導軌時除了要考慮工作載荷、精度、速度等使用條件外，還要對剛度、摩擦特性等綜合考慮。（√）

四、填空題（本題共10小題，每空1分，共10分）

1、滾珠絲杠的計算載荷Fc和載荷性質、工作精度、滾道實際硬度有關。

2、滾珠絲杠的滾珠循環形式有內循環和 外循環 兩種。

3、在傳動系統中采用滾動摩擦副器件可大大減小摩擦力的變化，并提高傳動靈敏度，有利于克服 爬行 現象。

4、機電一體化總體設計是應用 系統總體 技術，從整體目標出發，綜合分析產品的性能要求，實現機電一體化產品整體優化設計的過程。

5、通常在進行剛度驗算時，要求滾珠絲杠在工作長度的總變形量應小于傳動精度的 1/2。

6、機電一體化乃是在機械的 主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱。

7、塑料導軌帶的特點是摩擦系數低且穩定、動靜摩擦系數相近、耐磨性好 好并吸收振動。

8、滾動直線導軌的截面形狀有 矩形 和梯形兩種。

9、熱變形式執行機構是利用 電熱元件 通電后產生熱變形實現微位移的。

10、錐環無鍵連軸器能夠實現 無間隙 連接傳遞扭矩。

五、簡答題(本題共6小題，每小題5分，共30分)

1、機電一體化的實質是什么？

答：機電一體化的實質是應用系統工程的觀點和方法來分析研究機電一體化產品和系統，綜合運用現代高新技術進行產品的設計與開發，通過各種技術的有機結合，實現產品內部各組成部分合理匹配和外部整體效能最佳。

2、機電一體化產品有哪些設計類型？各有何特點？

答：機電一體化產品有三種設計類型：開發性設計、適應性設計、變異性設計。開發型設計是一個從無導游的創造過程，實在沒有樣板參照的情況下，根據功能和性能要求，根據機電一體化設計原理，未滿足市場需求所進行的設計。適應性設計是在原有產品總的方案原理基本不變的情況下，對產品的某些局部加以變動和改進，一增加功能提高性能和質量或降低成本為目的所進行的設計。變異性設計是在設計方案和功能結構不變的情況下，通過改變尺寸、速度、力或功率等參數，一滿載市場對產品規格方面的需求所進行的系列化設計。

3、給出機電一體化系統五大功能要素和結構要素圖。

答：機電一體化武大功能要素圖A,機電一體化五大結構要素圖B

4、說明滾珠絲杠的選擇方法。

答：

1、首先根據工作載荷計算出計算載荷F2、計算定額懂載荷

3、根據懂載荷值選擇絲杠參數

4、穩定性運算

5、剛度驗算

6、功率驗算

5、機械系統要達到機電一體化系統的要求應采取哪些措施？ 答：

1、采用低摩擦阻力傳導向部件

2、縮短傳動鏈

3、最佳傳動比

4、消除運動間隙

5、提高傳動支承剛度

6、現代設計方法應用

6、何謂功能替代型產品？

答：功能替代產品采用微電子技術及裝置取代原產品中的機械控制功能、信息處理功能或主功能，使產品節后簡化，性能提高，柔性增加。如電子縫紉機、自動照相機等。

六、簡單應用題（本題共2題，共15分）

1、已知雙波諧波齒輪的柔輪齒數Z1=200，剛輪齒數Z2=202，波發生器的轉速nH=600r/min。試求：柔輪固定時剛輪的轉速n2。（8分）解：

2、請按機電一體化產品的五大功能對一全自動洗衣機的結構進行功能劃分。（7分）分析：一個全自動洗衣機有點擊帶動洗衣滾筒完成主功能（操作功能）-洗衣，計算機芯片及程序完成控制功能，水位檢測傳感器等完成計策功能，機械構建完成構造功能，電源系統完成動力功能。

七、綜合應用題（本題共2題，每題10分，共20分）

1、某傳動系統中等負荷、中等定位精度、采用較長滾珠絲杠臥式安裝。1）試選擇合適的滾珠絲杠支承方式。2）請畫出所選支承方法簡圖。

2、某精密直線進給系統采用絲杠螺母傳動，為了補償傳動誤差需采用微動裝置，1）請選擇微動裝置，繪出原理簡圖；2）說明補償原理。