机电一体化系统设计基础课程作业解答(二)（范文大全）

第一篇：机电一体化系统设计基础课程作业解答(二)

机电一体化系统设计基础课程作业解答

（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

ts61.25 ns0.02240

第二篇：机电一体化系统设计基础课程作业解答3

机电一体化系统设计基础课程作业解答

（三）2003-12-08

一、填空题

1．数据总线

地址总线

控制总线

2．S－100 Multi（或STD、STE）

3．总线接口逻辑

I/O功能逻辑

I/O电气接口

4．滤波

电平变换

光电隔离

功率驱动

5．多路开关

采样保持器

转换器

总线接口逻辑

6．采样精度

采样速度

成本

7．D/A转换器

通道选择器

8．信号调理

二、简答题

1．试述可编程序控制器的功能和组成。

可编程序控制器可取代继电器控制，完成顺序和程序控制；可组成闭环系统，实现精确的位置和速度控制；可构成高速数据采集与分析系统，实现生产过程的完全自动化。

典型的可编程序控制器由电源、微处理器、存贮器、输入输出接口和编程器所组成。

2．开放式体系结构的主要特点是什麽？

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，它使得当代计算机测控系统的设计方法与传统方法有了很大区别。

开放式体系结构的主要特点是：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。

3．采用STD总线的工业控制机有哪几种工作模式？

由于STD总线的高度模块化和采用组合方法的特点，STD工业控制机可以灵活地组成各种系统。其工作模式有三种：

（1）独立工作模式

即采用微机的基本系统与工业用I/O模板单独构成控制系统。

（2）作为前端控制机 STD工业控制机可作为其它微机（工业PC机）的前端控制机，完成实时在线控制，并把采集的数据和执行结果传送给上位机。

（3）构成分布式组合利用STD控制机的组合方法，可方便地进行各种分布式系统的组合。

4．简述STD总线微机控制系统的主要特点。

STD总线微机控制系统的主要特点：

（1）采用小板结构，高度的模块化，其功能模板结构灵活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。

（2）模板设计具有严格的标准和广泛的兼容性。

（3）面向I/O的设计，具有强大的I/O扩展能力，使控制系统非常适合工业控制的应用。

（4）高可靠性。

5．STD总线系统的I/O子系统有哪些主要功能？

在计算机工业过程控制系统中，I/O子系统是过程接口，其主要功能有：

（1）开关量的输入输出

用于I/O信号的测量与控制。

（2）模拟量的输入输出

用于外部模拟量的采样及输出模拟量的控制。

（3）脉冲量的输入输出

用于输入脉冲信号的接收、输出脉冲信号的控制；定时信号的产生及处理；伺服电机使用的运动控制接口。

6．A/D、D/A接口的功能是什麽？

在工业系统中，需要测量和控制的参数经常是连续变化的模拟信号，这些物理量经传感器变成连续变化的电压、电流等信号，A/D接口的功能是将这些模拟量再变换成数字量，以便计算机识别。D/A接口的功能则是将经计算机处理后的数字量转换成模拟电压或信号，输送到执行机构，达到控制过程的目的。

三、分析题

1．画图说明工业PC机与普通信息处理计算机的主要区别是什么？

工业控制机与普通信息处理机的差别在于取消了普通信息处理机的大母板，将其改为功能插板，与普通信息处理机相比较,工业控制机有以下特点：

（1）具有丰富的过程输入输出功能。

（2）良好的时实性，能对生产过程工况变化实时地进行监控。

（3）可靠性高，故障率低，维修时间短，运行效率高。

（4）采用抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。

（5）丰富的应用软件。

（6）具有良好的技术综合性。

2．画图说明8路输入、8路输出STD总线开关量接口模板的组成原理。

如图所示，STD总线的开关量输入输出模板的典型接口由STD总线接口逻辑、I/O功能逻辑（输入缓冲器和输出锁存器）、I/O电气接口等三部分组成。输入模板的基本组成为：外部开关信号→输入信号条理电路→输入缓冲器→输入端口译码控制→STD总线；输出模板的基本组成为：STD总线信号→输出端口译码控制→输出锁存器→输出信号条理电路→负载。

3．试分析比较工业控制PC计算机与可编程序控制器的主要区别。

工业控制PC计算机与可编程序控制器以较强的输出带负载能力、良好的抗干扰能力和可靠性，在工业现场控制系统中得到了广泛的应用。但两者在系统组成、功能以及程序语言等方面有所不同。

工业控制PC计算机的基本系统与普通PC机大体相同，但备有各种控制模板，一般不需要再作硬件开发，在结构上进行了模块化；系统具备完整的控制功能，软件丰富，执行速度快，适用于需要作大量数据处理的测控系统。在程序语言方面，工业控制计算机以使用高级语言为主，也可使用汇编语言。

可编程序控制器（PLC）结构小巧，适应性强，可按照使用要求选购相应产品组成控制系统，可编程序控制器的控制功能以逻辑控制为主，小型PLC适用于实现各种逻辑控制和开关量控制，大中型的PLC为模块化结构，按用户所需的功能选配模块，可组成规模较大、精度较高的闭环控制系统。PLC的控制功能由软件实现，但信号的输入输出采用周期性的扫描方式，这一点与工业控制PC机存在重要的区别。此外，在程序语言方面PLC的编程语言多采用梯形图，大型PLC控制系统可使用高级语言。

第三篇：机电一体化系统设计基础

（一）判断题

1．在机电一体化系统驱动装置中，反馈通道上环节的误差与输入通道上环节的误差对系统输出精度的影响是相同的。（＋）

2．通常，采用STD总线的工业控制机与外部设备的电气接口均为TTL电平接口。

（－）

（二）选择题

1．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）。

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

2．在机电一体化系统中，通过（B、C、E）可有效提高系统的稳定性。

A．提高驱动元件的驱动力

B．增大执行装置的固有频率 C．提高系统的阻尼能力

D．减小机构的传动误差 E．消除传动系统的回程误差

（三）简答题

例：试述机电一体化产品的定义和分类方法。

解答：机电一体化产品是新型机械与微电子器件，特别是与微处理器、微型计算机相接合而开发的新一代电子化机械产品。

按用途可分为信息机电一体化产品、产业机电一体化产品和家庭用机电一体化产品。

（四）分析题

例：已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统中的哪个基本要素？

解：（1）依题意有两种测量方案 a.高速端测量方案：

传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。

b.低速端测量方案： 传感器安装在工作台上，直接测量工作台的位移。可选用光栅式位移传感器、感应同步器或者电位计式位移传感器。

(2)控制计算机和控制方案的选择

可以使用工业PC机及或者单片机完成系统的控制。具体可有以下三种方案： a．工业PC机集中控制方案：用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制系统原理图如下：

b．工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下：

第四篇：机电一体化系统设计基础作业第二部分

2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A）。

A．增大系统刚度B．增大系统转动惯量

C．增大系统的驱动力矩D．减小系统的摩擦阻力

3．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·mm2。

A．48.5B．97

C．4.85D．9.7

4．传动系统的固有频率对传动精度有影响，（B）固有频率可减小系统地传动误差，（A）系统刚度可提高固有频率。A

A．提高，提高B．提高，减小

C．减小，提高D．减小，减小

5．下列哪种方法是采用单螺母预紧原理来消除滚珠丝杠副的间隙？（D）

A．螺纹调隙式B．双螺母垫片调隙式

C．齿差调隙式D．偏置导程法

6.齿轮传动的总等效惯量随传动级数(?A)。B

A.增加而减小B.增加而增加

C.减小而减小D.变化而不变

7．多级齿轮传动中，各级传动比“前小后大”的分配原则不适用于按（D）设计的传动链。

A．最小等效转动惯量原则（小功率传动装置）

B．最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）

C．输出轴的转角误差最小原则

D．重量最轻原则

8．某机电一体化系统需要消除齿轮传动的齿侧间隙，采取下列哪种方法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

三、简答题

1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？

第五篇：北航《机电一体化系统设计》在线作业二

北航《机电一体化系统设计》在线作业二

试卷总分：100

测试时间：--

试卷得分：100

一、单选题（共10道试题，共30分。）得分：30 1.系统的输出量和目标值之差叫做（）。A.系统误差 B.系统差率 C.稳态误差 D.动态误差

答案:C 满分：3分得分：3 2.8086/8088的内部运算器，寄存器及内部数据总线为（）位。A.4 B.8 C.16 D.32

答案:C 满分：3分得分：3 3.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

答案:A 满分：3分得分：3 4.机械系统平移有三种阻止运动的力：惯性力、弹簧力和（）。A.摩擦力 B.阻尼力 C.重力 D.离心力

答案:B 满分：3分得分：3 5.将连续时间信号变为脉冲或者数字信号的过程称为（）。A.分析 B.调频 C.采样 D.转换

答案:C 满分：3分得分：3 6.积分调节器的特点是（）。A.能消除误差，且响应快 B.能消除误差，响应慢 C.不能消除误差，响应快 D.不能消除误差，响应慢

答案:B 满分：3分得分：3 7.下列接地措施的没有抗干扰作用的措施是（）。A.单点接地 B.并联接地 C.串联接地 D.光电隔离

答案:C 满分：3分得分：3 8.由机械传动装置的的弹性形变而产生的振动称为（）。A.自振 B.共振 C.谐振 D.误差

答案:C 满分：3分得分：3 9.（）能说明机器人的控制能力。A.编程与存储容量 B.定位精度 C.自由度 D.运动速度

答案:A 满分：3分得分：3 10.串接式接口电路中负载功率PL与直流电源短路功率PKE0成（）比。A.正 B.反 C.平方 D.立方

答案:A 满分：3分得分：3

二、多选题（共10道试题，共40分。）得分：40 1.消除结构谐振的措施有（）。A.提高传动刚度 B.提高机械阻尼 C.采用校正网络 D.应用综合速度反馈减小谐振

答案:ABCD 满分：4分得分：4 2.步进电机的主要特性包括精度和（）。A.矩角特性 B.启动频率特性 C.运行频率特性 D.矩频特性

答案:ABCD 满分：4分得分：4 3.机电一体化系统的设计方法有（）。A.纵向分层法 B.横向分块法 C.替代法 D.融合法

答案:AB 满分：4分得分：4 4.机电一体化系统设计时采用的设计方法有（）。A.机电互补法 B.结合法 C.组合法 D.原创法

答案:ABC 满分：4分得分：4 5.机电一体化系统设计原则包括机电互补原则、（）。A.功能优化原则 B.自动化省力化原则 C.效益最大原则 D.开放性原则

答案:ABCD 满分：4分得分：4 6.控制用电机选用的基本要求有（）。A.性能密度大 B.快速性好

C.位置控制精度高

D.适应启停频繁要求，寿命长、可靠性高

答案:ABCD 满分：4分得分：4 7.智能化机电一体化系统的特征主要体现在（）。A.可视性 B.复杂性 C.交叉性 D.拟人性

答案:BCD 满分：4分得分：4 8.下列选项对采样周期有影响的是（）。A.控制回路数的影响 B.闭环系统的频带范围 C.系统稳定性影响 D.执行机构的特性

答案:ABCD 满分：4分得分：4 9.光电隔离电路的作用主要有（）。

A.可将输入输出两端电路的地线分开，各自使用一套电源供电 B.可以进行电平转换 C.提高驱动能力

D.阻止发光二极管导通

答案:ABC 满分：4分得分：4 10.机电一体化系统的组成部分主要分为（）。A.机械本体和动力部分 B.测试传感部分 C.执行机构

D.控制性处理单元及接口

答案:ABCD 满分：4分得分：4

三、判断题（共10道试题，共30分。）得分：30 1.目前采用的滑动轴承有液体滑动轴承和气体滑动轴承。A.错误 B.正确

答案:B 满分：3分得分：3 2.机电系统中常用的线性结构有齿轮传动、同步带传动。A.错误 B.正确

答案:B 满分：3分得分：3 3.步进电机的运行频率小于启动频率。A.错误 B.正确

答案:A 满分：3分得分：3 4.谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相似。A.错误 B.正确

答案:B 满分：3分得分：3 5.机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。A.错误 B.正确

答案:B 满分：3分得分：3 6.步进电机角位移与输入脉冲成正比，旋转速度与输入脉冲的频率成反比。A.错误 B.正确

答案:A 满分：3分得分：3 7.支持部件通常称为导轨副。A.错误 B.正确

答案:B 满分：3分得分：3 8.无条件I/O方式常用于中断控制中。A.错误 B.正确

答案:A 满分：3分得分：3 9.物质、能量、信息是工业的三大要素。A.错误 B.正确

答案:B 满分：3分得分：3 10.在低摩擦中，谐振的消除可以用测速发电机电压正比于电动机电流的综合电压来实现。A.错误 B.正确

答案:B 满分：3分得分：3