2014年机电一体化专科考试答案

第一篇：2014年机电一体化专科考试答案

机电一体化

一 判断题

1、机电一体化产品的智能化是使机电产品能快速、准确地完成规定的各项功能，提高生产率和产品质量。（×）

2、机电一体化产品在现代制造产业结构中无关紧要。（×）

3、柔性化、智能化和自动化使机电一体化产品能够灵活地满足各种要求，适应各种环境。（√）

4、电火花加工机床和激光测量机等产品是利用电子设备替换机械本体工作的产品。（√）

5、机电一体化是机械技术、电子技术、信息技术和液压技术等有机组合。（√）

6、机电一体化技术朝小型化和轻型化发展，有利于提高机械的性能（√）

7、机电一体化产品中包含微处理器，其潜在功能是固定的，不可增加。（×）

8、自动化、智能化的机电一体化技术可提高产品的生产率、降低成本、缩短产品的开发周期等，极大地增强产品的市场竞争力。

9、现代机电产品在性能上，提高了产品的加工精度，使其具有更高的可靠性。（√）

10、机电一体化技术中，机械技术必须从系统的结构、重量、体积、刚性、可靠性能及通用性等几个方面加以改进，以提高产品的可维修性（√）

11、机电一体化产品在简化结构、节约能源方面比较欠缺。（×）

12、电子称、电子交换机等产品是用电子设备全面置换机械机构的信息处理产品。（√）

13、在机电一体化技术发展方向中，复合法是指同一工位上能同时完成两种以上工序加工，通过复合化处理可最大限度降低使用空间，以实现多品种、小批量生产的自动化和高效率化。（√）

14、电子缝纫机和电子电动机等是在信息机器中与电子设备有机结合的产品。（×）

15、机电一体化技术应用领域不断扩大，大致可分为机械电子产品和机械与电子融合产品两大类。（√）

16、机电一体化系统的内部运行机制是开放的。（×）

17、机电一体化产品的高速化和精确化是使机电产品具有“思维”，通过声音和图像等指令完成指定功能，达到无人控制，实现自动化。（×）

18、数控机床和机器人这类机电产品是在原有的机械本体上采用电子控制设备实现高性能和多功能的系统。（√）

19、控制系统是机电一体化系统的基础，是机和电两种技术的综合体。（×）

20、系统中各部件配合时产生的间隙，可以采用最优化的方法选择、设计结构。（√）

21、齿轮传动调整间隙的错齿法是通过一些中间元件或改进结构使两啮合齿轮错齿，以消除齿侧间隙。（√）

22、机械传动系统的好坏不会影响整个系统的伺服性能。（×）

23、机械系统中，摩擦力小，易产生卡死现象，从而减少装置的是用寿命。（×）

24、滚珠外循环方式结构简单、加工方便、径向尺寸大、易磨损（√）

25、运动平稳、起停频繁和动态性能良好的伺服系统减速齿轮系常采用等效转动惯量最小原则设计齿轮传动系统。（√）

26、滚珠丝杆副中，由于滚珠是在淬硬并精磨后的螺纹滚道上运动，所以加工工艺简单，成本低。（×）

27、滚珠丝杆副的轴向间隙是工作时滚珠与滚道面接触点弹性变形引起的螺母位移量，它会影响反向传动精度及系统的稳定性。（√）

28、转动惯量大，机械负载随之减小，系统响应速度变快，灵敏度上升，有利于系统固有频率减低，在设计时应使机械传动部分的重量和转动惯量尽量大。（×）

29、机械的功能是完成机械运动。（√）

30、在设计机械系统时应该选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数。（√）

31、当外界传来的振动的激振频率接近或等于系统固有频率时，机械系统容易产生谐振，致使系统不能正常工作。（√）

32、滚珠丝杆副的工作原理是：在丝杆和螺母的螺纹滚道中装入一定数量的滚珠，当丝杆与螺母相对转动时，滚珠可沿螺纹滚道滚动，并沿滚珠循环装置的通道返回，构成封闭循环，使滚珠循环地参加螺旋传动，保持丝杆与螺母之间的滚动摩擦。（√）

33、真空吸附手是利用通电线圈的磁场对可磁化材料的作用力来实现对工件的吸附作用。（×）

34、直线运动工作台是最常见的执行装置，其导向宽度和导向长度没有关系。（×）

35、热变形微动装置具有高刚度和无间隙优点，并可通过控制加热电流得到所需微量位移，但由于热惯性以及冷却速度难以精确控制等原因，这种微动机构只适用于行程较短、频率不高的场合。（√）

36、步进电动机由定子和转子组成。（√）

37、工业机器人末端执行器是工业机器人的动力装置。（×）

38、圆形的抗弯刚度比方形截面的大，但其抗扭刚度较低。（×）

39、运行矩频特性是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩的特性。（×）

40、灵巧手势一种模仿人手制作的多指、多关节的机器人末端执行器。（√）

41、永磁式步进电动机的转子为永磁体，定子磁极对转子的吸引力较反应式步进电动机小。（×）

42、步进电动机的步距特性是指空载时实测的步进电动机步距角与理论步距角之差，在一定程度上反映了步进电动机的角位移精度。（√）

43、机械结构强度是指在机械结构中，承载超过限定值时执行装置发生变形，并严重影响工作性能。（×）

44、由于工程材料的磁致伸缩量有限，因此装置所提供的位移量是无限的，磁致伸缩式微动装置适用于精确位移调整、切削刀具的磨损补偿、温度补偿及自动调节系统。（×）

45、动力卡盘能保证在机床主轴转动的情况下，工件能自动回转，做到一次装夹完成全部加工工序，广泛应用于十字形零件和T形零件的车削加工过程。（√）

46、主轴部件要求具有足够的旋转精度、刚度、抗振性以及良好的热稳定性和耐磨性。（√）

47、静压轴承是流体摩擦支承的基本类型之一，它是轴径与轴承之间充有一定压力的液体或气体，将转轴浮起来并承受负荷的一种轴承。（√）

48、PID调节中，比例调节的作用主要是消除输出的静态误差，使系统有良好的静态特性。（×）

49、集成电路非直接替换的原则是替换集成电路的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同（×）

50、接地干扰是由驱动电路中的强电元件在通、断电时产生的过电压和冲击电流。（×）

51、晶闸管导通的条件是正负极间加正向电压，且控制级加触发电压，晶闸管必须有专门的触发电路才能正常工作。（√）

52、PID调节中，积分调节的作用主要是对产生信号进行比例放大，即增益。（×）

53、单结晶体管是一个负阻器件，对应每一个电流值，都有一个确定的电阻。（√）

54、施密特触发器是常用的整形电路，可以将缓慢变化的信号或波形不整齐的脉冲信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号（√）

55、供电干扰是一种比较普通的干扰，一般是由于接地不当形成接地环路而引起的干扰。（×）

56、电位器是一种具有3个接头的可变电阻，可通过调节电位器的转轴，平滑地改变其电阻值。（√）

57、工控机最大的特点是采用了存储器技术将控制过程用简单的用户编辑语言编程程序，并存入存储器中，运行时，从存储器中取出程序指令，依次控制各I/O点。（×）

58、V/F转换器将电压信号转化为频率信号，应用电路简单、外围器件性能要求不高。（√）

59、交流输出模板的驱动电路采用光控双向晶闸管进行驱动放大，所以交流数字量输出模块又称为晶闸管输出模块。（√）60、单片机是以顺序控制为主，能完成各种逻辑运算、定时、计数、记忆和算术运算等功能的计算机系统。（×）61、模拟量输出I/O板将可编程序控制器内部的数字信号转换为外部生产过程所需要的模拟信号。（√）62、单片机应用系统设计中，单片机CPU芯片的处理速度越来越快，能用硬件完成的任务，就不要用软件。（×）

63、在可编程序控制器一个扫描周期内，程序执行经过输入采样、程序执行、信号转换和输出刷新4个阶段。（×）

64、一个PLC控制系统由信号输入元件、输出执行器件、显示器件和PLC构成。（√）

65、在可编程序控制器扫描周期内，输入采样阶段PLC以扫描方式将所有输入端的信号状态读入到输入映像寄存器中寄存起来，然后转到程序执行阶段。（√）

66、在光机电一体化产品中，控制系统需要驱动执行机构或用模拟量显示设备对参数进行显示等。（√）67、有源传感器将不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容式传感器等。（×）

68、逐次逼近式A/D转换器的工作原理是用一个计量单位使连续量整量化，即用计量单位与连续量比较，把连续量变为计量单位的整数倍，略去小于计量单位的连续量部分，这样所得到的整数量即为数字量。（√）69、在线检测技术的作用只是单纯地检查产品的最终结果，并不过问和干预造成这些结果的原因。（×）70、传感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。（×）

71、传感器的静态特性是指传感器在被测量的数值处于稳定状态时的输出-输入的关系。（√）

72、最简单的采样-保持电路由一个存储器电容和一个模拟开关等组成，当模拟开关接通时，输出信号跟踪输入信号，称采样阶段，当模拟开关断开时，电容两端一直保持模拟开关断开时的电压，由此构成简单的采样-保持器。（√）

73、转换时间是A/D完成一次转换所需要的时间，转换速率为转换时间的平方。（×）74、采样－保持器将保持电容留作外接，是因为采样电容的大小与工作要求无关。（×）

75、光电传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应及与气体接触产生性质变化等原理制成，主要用于温度、压力、加速度、磁场、有害气体和气体泄漏的测量。（√）

76、A/D转换器的分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入电压的变化量，一般以二进制数或BCD码位数表示。（√）

77、速度传感器主要用于长度、厚度、应变、振动和偏转角等参数的测量。（×）

78、传统的检测方法只能将产品区分为合格品和废品，起到产品验收和废品剔除的作用，对废品的出现具有预先判断能力。（×）

79、电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变移动电位器触头改变电阻值或改变电阻丝或片的几何尺寸的原理制成，主要用于位移、力、压力、应变、力矩、气流流速和液体流量等参数的测量。（√）80、采样保持的输入在采样周期内跟踪电压的输入，并在保持周期把它保持在最初跟踪的模拟电压值。（×）81、A/D转换器的转换精度定义为一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值。（×）82、传感元件也称转换元件，是只感受敏感元件输出的与被测量成确定关系的另一种非电量，并将其转换为电量输出的元件。（√）

83、双积分式A/D转换器的转换时间最短。（×）

84、在线检测技术使检测和生产加工同时进行，及时、主动地用检测结果对生产过程进行控制，使之适应生产条件的变化或自动地调整到最佳状态。（√）

85、双积分式A/D转换器进行一次A/D转换需要两次积分（√）

86、压力传感器主要用于力、压力、重量、力矩和应力等参数的测量。（√）

87、故障诊断技术是在系统中采用冗余结构来提高系统可靠性的技术，采用并联型控系统将故障造成的影响隐蔽起来，使系统能够在一定时间内继续正常工作，这种方法适合于对随机故障的处理。（×）

88、系统的校正，就是给系统附加一些具有典型环节特性的电路、模拟运算部件及测量装置，以改善整个系统的控制性能。（√）89、常用的串联校正有超前校正和滞后校正两种，超前校正是在系统的前向通道中串联一个比例积分装置。（×）90、开环控制的特点是输出量不会对系统的控制作用发生影响。（√）

91、在控制系统中，常以稳定裕度来衡量闭环系统的温度裕度，常用的有幅值裕度和相角裕度。（√）92、控制系统的结构图包含方框、信号线、引出点和比较点等4个基本单元。（√）

93、系统受到外界干扰，不论它的初始偏差有多大，当干扰消失后，系统都能够以足够的精确度恢复到初始平衡状态，说明系统的准确性很好。（×）

94、组成控制系统的典型环节有比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节和纯滞后环节等。（√）95、控制系统的结构图中方框表示对信号进行的数学变换。（√）96、描述变量各阶导数之间关系的微分方程称为静态模型。（×）

97、闭环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反馈作用控制过程。（×）98、能够对被控对象的工作状态或参数进行控制的系统称为信号处理系统。（×）99、控制系统的状态方程是用于描述系统各元件之间信号传递关系的数学图形。（×）100、控制系统的数学模型是描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。（√）

101、闭环控制的特点是输出量通过反馈回路回到系统的输入端，对系统的控制作用产生影响。（√）102、由系统的自身结构形式、系统特征参数和输入信号的形式引起的稳态误差称为扰动误差。（×）103、表征可靠性的特征量有可靠度、失效率和平均故障间隔时间。（√）

104、反馈控制系统中扰动作用下的闭环传递函数，是令扰动输入为零，系统输出信号与输入信号之间的比值。（×）

105、在控制系统结构图中，只有串联和并联两种方式。（×）

二 单选题

1、随着液压技术、（传感器技术）、精密机械装置技术、自动控制技术、微型计算机技术和人工智能技术等新技术的发展并不断地采用，机电一体化技术正向着自动化和智能化方向发展。

2、常用的机电一体化设计方法有机电互补法、（融合法）和组合法3种。

3、（信息处理）技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策，主要设备是计算机或可编程序控制器等。

4、机电一体化系统中，（电子信息处理子系统）是指系统中将来自传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统按序、有目的地运行。

5、（系统）技术是以整体的概念组织应用各种相关技术，从系统目标出发，将整体分解成相关的若干子系统。

6、（自动控制）技术主要包括基本控制理论、自动控制设计及计算机系统仿真及研制等。

7、谐波齿轮减速器主要由钢轮、柔轮和（谐波发生器）3构建组成。

8、啮合传动装置可分为齿轮传动装置和（蜗杆传动装置）。

9、导轨副中的运动件沿支承导件运动，其运动方向有直线运动和（回转运动）两种。

10、滚珠丝杆的支撑常采用以（推力轴承）为主的轴承组合

11、滚珠丝杆副是一种（螺旋传动装置）。

12、系统刚度越大，动力损失越小，增加了（闭环伺服系统）的稳定性。

13、标准滚动轴承在使用时，主要根据刚度和（转速）来选择。

14、轴的（回转精度）是指在运转过程中轴的瞬间回转中心线的变动情况。

15、动力装置的作用是将电能或液（气）压能转换为（机械能）。

16、步进电动机可按照输入的脉冲指令一步步地旋转，即可将输入的数字信号转换成相应的（角位移）。

17、热变形式微动装置利用（电热元件）作为动力源，靠其通电后产生的热变形实现微小位移。

18、（主轴部件）在机电一体化系统中，是直接影响生产效率的执行装置。

19、空心截面惯性矩的比实心的大，加大截面轮廓尺寸，（减小）壁厚，也可以大大提高刚度。

20、对轴承有特殊要求而又不可能采用标准滚动轴承时，就需要根据使用要求自行设计（非标准滚动轴承）。

21、机械夹持器应具备的基本功能是夹持和（松开）

22、微动装置是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定的给定位置（进给运动）的装置

23、磁致伸缩式微动装置利用某些材料在磁场作用下具有改变尺寸的（磁致伸缩效应）来实现微量位移。

24、在机电一体化系统中，（干扰）是产生元器件失效、数据传输和处理错误，从而影响整个系统稳定、可靠地工作的一个最常见和最主要的因素之一。

25、电源电路主要是指为工作设备的需要，将（外部）电源转换为设备所需要的电源的电路部分。

26、PID调节器是广泛采用的通用校正装置，其作用是对经过（传感器）转换的信号与给定信号相比较得到的偏差量进行运算，产生相对的输出，去控制系统执行环节。

27、三极管按照材料可分为锗管和（硅管）

28、（静电干扰）是指人体或未可靠接地的设备带有静电电压而引起的干扰。

29、（直接替换）是指用其他集成电路不经任何改动而直接取代原来的集成电路，替换后不影响机器的主要性能与指标。

30、（电容）具有隔直流和通交流的能力，在电气工程和无线电工程中有非常重要的作用。

31、集成电路的封装形式主要有双列和（单列直插）、扁平和金属壳等。

32、集成电路在印制电路板上的位置，一要参考其逻辑功能分布，二要考虑（信号流向）。

33、（二极管）是由半导体材料制造的PN结组成，由于PN结结构的单向导电性和半导体材料的特殊性能，使其在电子线路中得到了广泛的运用

34、（非直接替换）是指不能进行直接替换的集成电路，稍加修改其外围电路，改变原引脚的排列或增减个别元件等，使之成为可替换的集成电路的方法。

35、在单片机构成的控制系统中，首先要进行（信息输入）通道的设计

36、传感器输出的信号包括模拟量、开关量和（频率量）。

37、（微机控制系统）是机电一体化系统的中枢，其主要作用是按编制好的程序完成系统信息采集、加工处理、分析和判断，作出相应的调节和控制决策，发出数字形式或模拟形式的控制信号，控制执行机构的动作，实现机电一体化系统的目的功能。

38、单片机各个部件中通过（片内总线）连在一起。

39、（I/O模块）是可编程序控制器与工业现场进行信号联系，并完成电平转换的桥梁。

40、工业控制计算机的（模块化）设计是指根据功能要求把控制系统划分成具有一种或几种独立功能的硬件模块，从内总线入手把各功能模块设计制造成标准印制电路板插件，像搭积木一样将硬件插件及模板插入一块公共的电路板插槽中，组成一个系统。

41、（传感检测技术）、计算机技术与执行机构等配合就能构成某些工业控制系统。

42、传感器的（动态特性）是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

43、（重复性）是指传感器在输入量按同一方向连续多次变动时，在全量程内连续进行重复测量所得到的输出-输入特性曲线不一致的程度。

44、传感器输出的模拟信号经过放大器后，送到（采样-保持器），多路开关根据计算机的控制信号从中选择一路信号送到A/D转换器，然后，A/D转换器将采样-保持器保持的采样值转换为数字量，经接口电路送入计算机进行数据处理，计算机将处理后的结果通过输出接口实现对被控对象的控制。

45、（线性度）是用来表示实际的输出-输入特性曲线与其拟合直线接近的一个性能指标。

46、（电荷传感器）是利用压电效应原理制成，主要用于力和加速度的测量。

47、（谐振式传感器）是利用改变机械（或电）的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用于测量压力。

48、多路开关通道选择控制信号由（计算机）发出，由于计算机的总线很忙，只能允许通道号占用很短的时间。

49、（电容式传感器）是利用改变电容的几何尺寸或改变电容介质的性质和含量，从而改变电容量的原理制成，用于位移、压力、液位、厚度和水含量等参数的测量。

50、采样－保持器中，保持电容（越小），充电速度越块，下降速率也越快，保持时间短。

51、在实现自动化过程中，信息的获取和（转换）是及其重要的组成环节。

52、（双积分式A/D转换器）采用了间接测量原理，即将被测电压值转换成时间常数，通过测量时间常数得到未知电压值。

53、在对控制系统进行分析和设计时，必须要知道系统的（数学模型）

54、负反馈是将输入量与引回的输出量（相减）后送入控制装置产生相应的控制信号，再作用于被控对象。

55、闭环控制系统中，按输出量与输入量比较方式的不同，可分为（正反馈,负反馈）。

56、自动控制系统一般由（控制装置, 被控对象）组成。

57、自动控制系统的基本控制方式有（开环控制, 反馈控制）。

58、控制系统的模型有多种形式，在时域中常用的数学模型有（微分方程,差分方程）等。

三 多选题

1、机电一体化正朝着（复合法、小型化和轻型化、高速化和精准化、智能化）和系统化方向发展。

2、到目前为止，较为全面的定义为：机电一体化是机械的（主功能、动力功能、信息功能、控制功能）引进微

3、电子技术，并将机械装置于电子装置采用相关软件有机结合而成的系统总称。齿轮传动消除间隙的方法有（错齿法、偏心套法）两种。

4、导轨副是导向装置的常用件，由（支承导件、运动件）两部分组成。

5、齿轮传动装置是（转矩,转速,转向）的变换器

6、滚珠丝杠副的轴向间隙是工作时（滚珠, 滚道面）接触点的弹性变形引起的螺母位移量。

7、滚珠丝杆副可将回转运动变为（直线运动）。

8、选择和设计导轨副时，要严格遵循导轨副应满足的基本要求，主要从（导向精度,刚度好,运动平稳,结构工艺性好）这些方面考虑。

9、直流伺服电动机按电枢的结构与形状可分成（平滑电枢型,空心电枢型,有槽电枢型）等类型。

10、交流伺服电动机分为（同步型, 异步型）两类。

11、工业机器人末端执行器一般可分为（机械夹持器,特种末端执行器,灵巧手）等3类。

12、步进电动机的主要性能指标包括（最大静转矩,步距误差,运行矩频特性,最大相电压和最大相电流）。

13、电气微动装置由（步进电动机,齿轮,丝杆螺母副,快速液压缸）和砂轮架等原件组成。

14、微动装置按其传动原理不同分为（电气－机械式,机械式,热变形式,磁致伸缩式,弹性变形式）和压电式等多种形式。

15、方形截面的抗弯刚度比圆形的大，但其抗扭刚度较低。若截面主要承受的是弯矩，则应取（方形,矩形）为好。

16、根据手指夹持工件时的运动轨迹的不同，机械夹持器分为（圆弧开合型,圆弧平行开合型,直线平行开合型）等3种。

17、步进电动机可分为（反应式,永磁式,混合式）3种。

18、在达到（设计尺寸精度,表面质量,形状位置精度）要求的前提下，高效率、低成本是切削加工的主要指标。

19、机电一体化产品具有（信息处理系统,物流系统,加工系统），是以能量物质或信息的传递、处理、转换和保存为目的的技术系统。

20、在结构设计中，构件截面形状的设计应为最基本的设计工作，因为它与（强度, 刚度）有很密切的关系。

21、辐射型干扰可分为（电磁干扰, 强电干扰）。

22、地线抗干扰中接地的种类有（数字地，模拟地,功率地，信号地，屏蔽地）。

23、电阻的阻值表示方法有（数值表示法, 色环表示法）两种。

24、电容器的种类很多，从结构上分有（固定电容, 可变电容）两种。

25、在实际的印制电路板设计中，应该要做到（降低地线阻抗, 避免平行布线 , 布线尽量短,减少通孔数量）等。

26、抗辐射干扰的主要方法有（吸收, 隔离）。

27、电阻按材料和结构可分为碳膜电阻、金属氧化膜电阻、（线绕电阻,热敏电阻, 压敏电阻）等。

28、数字电路是用以（传递,加工）和处理数字信号的电路。

29、针对交流电网采取的抗干扰措施主要有（稳压, 滤波，隔离）。

30、集成555定时器是一种运用十分广泛的多用途集成电路，只要外接几个电阻、电容元件，就可构成（施密特触发器

,单稳态触发器,多谐振荡器）等电路

工业控制计算机系统的硬件由（计算机基本系统, 人－机对话系统, 系统支持模块）和过程I/O子系统等组成。

31、一般中型的可编程序控制器都有两个CPU，即（字处理器，位处理器）。

32、Z-80CPU的算术逻辑部件由（累加器, 暂存器，全加器）、标志存储器、比较开关等组成。

33、Z-80微处理器的寄存器包括（通用寄存器，专用寄存器）。

34、根据计算机系统软件、硬件及其应用特点，常将工业控制计算机分为（单片机，可编程序控制器，总线型工业控制计算机）等。

35、Z-80控制部件由（指令寄存器

,指令译码器，控制逻辑）组成。

36、Z-80CPU有（地址总线, 数据总线，控制总线）。

37、工业控制计算机系统的软件包括适应工业控制的（实时系统软件，通用软件，工业控制软件）等。

38、在时域内，分析系统的动态响应常用（超调量, 上升时间，响应时间）等性能指标。

39、传感器的基本特性是指传感器的输出与输入之间的关系特性，一般分为（静态特性

动态特性）两类。40、传感器一般由（敏感原件，传感元件）两部分组成。

41、按被测量的类型来分，检测物体几何量可以包括（长度，厚度）等。

42、传感器分类方法很多，按能量关系可分为（有源传感器，无源传感器）。

43、A/D转换器的主要技术指标有（转换时间和转换速率, 分辨率，量化误差，转换精度）。

44、传感器分类方法很多，按工作原理可分为（电容式传感器，光电传感器,电感式传感器）。45一个自动化系统通常由多个环节组成，分别完成信息（获取 ,转换, 处理, 传递, 执行）等功能。

46、A/D转换芯片种类很多，按其变换原理可分为（逐次逼近式, 双积分式,并行式, 跟踪比较式, V/F变换式）。

47、设置故障检测系统对（温度, 压力, 流量, 转速）振动和噪声等多种参数进行长期动态检测，以便及时发现异常情况，加强故障预防，达到早期诊断的目的。

48、传感器分类方法很多，按转换过程可分为（双向传感器, 单向传感器）。

49、传感器分类方法很多，按被测物理量可分为（速度传感器 ,压力传感器,温度传感器）。

第二篇：机电一体化答案

基本概念1.机电一体化乃是在机械的主功能，动力功能，信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。2.机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个子系统组成。它的目的是提高系统的附加价值。3机电一体化共性关键技术有：检测传感技术、信息技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、系统总体技术。4机电一体化系统类型:开发性设计、适应性设计、变异性设5滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠、反向器4部分组成。具有：轴向刚度高；运动平稳；传动精度高；不易磨损；使用寿命高等优点。滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。6滚珠丝杠副的精度分为1、2、3、4、5、7、10共七个等级。最高级为1级，最低级为10级。7齿轮传动有两轴平行、两轴相交、两轴交叉3种形式。传动比的最佳分配原则：重量最轻原则、输出轴转角误差最小原则、等效转动惯量最小原则。8同步带由包布层、带齿、带背和加强筋组成。9常用的间歇机构有棘轮传动、槽轮传动、蜗形凸轮传动等。这些传动机构可将原动机构的连续运动转换为间歇运动。10常见的导轨截面形状有：三角形、矩形、燕尾形、圆形。11交流伺服电动机的调速方法有：变极调速、变转差率调速、变频调速。12锥环无链联轴器利用锥环对之间的摩擦实现轴与毂之间的无间隙联接传递转矩，且可任意调节两联接件之间的角度位置。通过选择所用锥环的对数，可传递不同大小的转矩。13在额定输出功率相同的条件下，交流伺服电动机的比功率最高，直流伺服电动机次之，步进电动机最低。

简答1.光电隔离电路的作用是什么？答：可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电、可以进行电平转换、提高驱动能力2．在机电一体化系统中应用的传感器的类型通常都有哪些？答： 按作用分为：（1）检测机电一体化系统内部状态的内部信息转换器（2）检测作业对象和外部环境状态的外部信息传感器;按输出信号的性质分为：（1）开关型（2）模拟型（3）数字型3.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些？答：圆柱齿轮传动：（1）偏心套调整法（2）轴向垫片调整法（3）双片薄齿轮错齿调整法 ；斜齿轮传动：（1）垫片错齿调整（2）轴向压簧错齿调整4．滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些?答：（1）双螺母螺纹预紧调整式（2）双螺母齿差预紧调整式（3）双螺母垫片调整预紧式（4）弹簧式自动调整预紧式（5）单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式5．对传感器的应用中，通常采取哪些技术措施来改善传感器的性能？ 答：（1）平均技术（2）差分技术（3）稳定性处理（4）屏蔽和隔离6.你对机电一体化微机控制系统设计思路的理解是什么？答：（1）微机控制系统整体控制方案的确定（2）控制算法的确定（3）微机计算机的选择（4）控制系统总体设计（5）软件设计7.谐波齿轮传动的特（优）点是什么？答：具有结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等优点。8.同步带传动的特（优）点是什么？答：传动比准确、传动效率高、能吸震、噪声低、传动平稳、能高速传动、维护保养方便等优点。9.同步带传动的主要失效形式有哪三种？答：（1）同步带的承载绳疲劳拉断（2）同步带的打滑和跳齿（3）同步带齿的磨损。10.机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求有哪些？答：（1）惯量小，动力大（2）体积小，重量轻（3）便于维修，安装（4）易于微机控制。11.机电一体化系统对控制用电动机的基本要求有哪些？答：（1）性能密度大（2）快速性好（3）位置控制精度高，调速范围高，低速运行平稳无爬行现象，分辨率高，震动噪声小（4）适应起、停频繁的工作要求（5）可靠性高，寿命长。12.与一般带传动相比较，同步带传动具有特点是什么？ 1)传动比准确，传动效率高;2)工作平稳，能吸收振动；3)不需润滑，耐油、水、耐高温，耐腐蚀，维护保养方便；4)中心距要求严格，安装精度要求高;5)制造工艺复杂，成本高。13.机电一体化系统中常用的间歇传动部件通常有哪几种，其基本要求是什么？答：（1）棘轮传动（2）槽轮传动（3）蜗形凸轮传动；基本要求：位移迅速，位移过程中运动无冲击，停位准确可靠14导轨副应满足的基本要求？答：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等。

15．导轨副的组合形式包括哪几种？答：（1）双三角形（2）矩形和矩形组合（3）三角形和矩形组合（4）三角形和平面组合（5）燕尾形导轨及其组合16.提高导轨副耐磨性的措施通常有哪几种？答：（1）采用镶装导轨（2）提高导轨精度与改善表面粗糙度（3）减小导轨单位面积上的压力17.齿轮传动中，各级传动比的最佳分配原则都有哪些？答：

（1）重量最轻原则（2）输出轴转角误差最小原则（3）等效转动惯量最小原则18.执行元件的种类及特点?答：根据能量不同分为：（1）电动式 ：可使商用电源信号与动力的传送方向相同，有交流和直流之别，应注意电压之大小；（2）液动式 ：要求操作人员技术熟练，液压源压力为（20~80）*10^5（3）气动式 ：空气压力源的压力为（5~7）*10^5Pa，要求操作人员技术熟练19.保证机电一体化系统可靠性的方法有哪些？答：（1）提高系统的设计和制造质量（2）冗余技术（3）诊断技术

第三篇：机电一体化答案

1、控制用电机有哪些种类、特点及应用？

控制用电动机：力矩电动机、脉冲电动机、开关磁阻电动机、变频调速电动机和各种AC/DC电动机...在额定输出功率相同的条件下，比功率（dp/dt）：交流伺服电机>直流伺服电机>步进电机。

控制用旋转电机按工作原理分：（1）旋转磁场型：同步电动机（永磁）、步进电机（永磁）；（2）旋转电枢型：直流电动机（永磁）、感应电动机（按矢量控制等效模型）；

DC伺服电机（永磁）：槽铁心电枢型、无槽（平滑型）铁心电枢型、电枢型—无槽（平滑）铁心型与无铁心型。AC伺服电机：同步型SM、感应型IM 步进电机：变磁阻型（VR）、永磁型（PM）、混合型（HB）

DC伺服电机：

1、高响应特性；

2、高功率密度（体积小、重量轻）；

3、可实现高精度数字控制；

4、接触换向部件（电刷与换向器）需要维护。应用：NC机械、机器人、计算机外围设备、办公机械、音响和音像设备、计测机械。

晶体管式无刷直流伺服电机：

1、无接触换向部件；

2、需要磁极位置检测器（如同轴编码器等）；

3、具有DC伺服电机的全部优点。应用：音响和音像设备、计算机外围设备。

AC伺服电机（永磁同步型）:

1、无接触换向部件；

2、需要磁极位置检测器（如同轴编码器等）；

3、具有DC伺服电机的全部优点;

4、对定于电流的激励分量和转矩分量分别控制。应用：音响和音像设备、计算机外围设备、NC机械、机器人。

AC伺服电机（感应型（矢量控制））：

1、对定于电流的激励分量和转矩分量分别控制；

2、具有DC伺服电机的全部优点。应用：NC机械、机器人。

步进电机：

1、转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制；

2、有定位转矩；

3、可构成廉价的开环控制系统。应用：计算机外围设备、办公机械、数控装置

2、直流伺服电机的驱动方式有哪几种？ 晶体管脉宽调理驱动、晶闸管直流调速驱动

3、旋转式步进电机按其结构可分为哪几种？各有何特点？

1、可变磁阻（VR）型：转子结构简单，转子直径小，有利于快速响应。由于VR型步进电机的铁心无极性，故不需要改变电流极性，因此多为单极性励磁。该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。具有制造成本高、效率低、转子的阻尼差、噪声差的缺点。但由于其制造材料费用低、结构简单、步距角小，随着加工技术的进步，可望成为多用途的机种。

2、永磁（PM）型：采用永久磁铁，即使定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用做定位驱动。PM型电动机的特点是励磁功率小、效率高、造价低，因此需求量也大。由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难以制造，故步距角较大。与VR型相比转矩大，但转子惯量也较大。

3、混合（HB）型：具有VR型步进电机步距角小、响应频率高的优点，还具有PM型步进电机励磁功率小、效率高的优点。这类电动机都由转子铁心的凸极数决定步距角的大小，可制造出步距角较小的电动机。永久磁铁也可磁化轴向的两极，可使用轴向各向异性磁铁制成高效电动机。由于采用了永久磁铁，所以无励磁时具有保持力。励磁时的静止转矩都比VR型步进电机的大。HB和PM型步进电机能够用做超低速同步电动机。步进电机与DC和AC伺服电机相比起转矩、效率、精度、高速性比较差，但步进电机具有低速时转矩大、速度控制比较简单、外形尺寸小等优点，应用在办公室自动化方面的打印机、绘图机、复印机等机电一体化产品，在工厂自动化方面也可以代替低档的DC伺服电机。

4、步进电机有哪几种通电方式？步距角与通电方式有否有关？ 答：三相步进电机：

1、单相轮流通电方式，三相单三拍通电。

2、双相轮流通电方式，三相双三拍通电.3、单双相轮流通电方式，三相六拍通电。其他相步进电机。。

步距角与通电方式的关系：α运行拍数。

5、步进电机的主要性能指标有哪些？

答：

1、分辨力；

2、静态特性；

3、动态特性—（1）动态稳定区（2）启动转矩Tq（3）最高连续运行频率及矩-频特性（4）空载启动频率与惯-频特性；

4、步进电机技术指标实例—型号表示方式、技术性能参数：相数、步距角、电压、相电流、最大转矩、空载启动频率、空载运行频率、电感、电阻、分配方式、外形尺寸（轴径）、质量、转子转动惯量

6、步进电机驱动电源的组成及作用有哪些？

答：驱动电源由脉冲分配器、功率放大器等组成。

驱动电源是将变频信号源（微机或数控装置等）送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动机转子正反向旋转。

7、实现脉冲环形分配的方法有哪些，各有何特点？

答：1软环分（采用计算机软件，利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配）；充分利用计算机软件资源以减低硬件成本，对多相的脉冲分配具有更大的优点；但软环分占用计算机的运行时间，会使插补一次的时间增加，易影响步进电机的运行速度。

2、采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器；

灵活性很大，可搭接任意相、任意通电顺序的环形分配器，同时在工作时不占用

=360°/（zm）；α

：步距角；z:转子齿数；m为计算机的工作时间。

3、采用专用环形分配器器件，如CH250。

可以实现三相步进电机的各种环形分配，使用方便、接口简单、种类众多、功能齐全，有的还具有其他许多功能。

8、单电压、双电压、斩波恒流功放电路的特点？

答：

1、单电压功放电路：结构简单，但绕组串联的电阻在大电流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。同时由于绕组电感较大，电路对脉冲电流的反映较慢，因此输出脉冲的波形差、输出功率低。主要用于对速度要求不高的小型步进电机中。

2、双电压功放电路：该功放电路仅在脉冲开始的一瞬间接通高压电源，其余的时间均由低压供电，故效率很高。由于电流上升率高，故高速运行性能好，但由于电流波形陡，有时还会产生过冲，故谐波成分丰富，致使电动机运行时（尤其在低速时）振动较大。

3、斩波恒流功放电路：该电路去掉了限流电阻，效率显著提高，并利用高压给电动机绕组储能，波的前沿得到了改善，从而使步进电机的输出加大，运行效率得到提高。

9、步进电机的微机控制方式有哪些？各有何特点？

答：

1、串行控制：在具有串行控制功能的单片机系统中驱动电源中必须含有环形分配器。因为这种系统与步进电机驱动电源之间具有较少的连线将信号送入步进电机驱动电源的环形分配器。

2、并行控制：并行控制是用微型计算机系统的整个端口直接去控制步进电机各相驱动电路的方法。在电动机驱动电源内，还包括环形分配器，而且并行控制功能必须由微型计算机系统完成。

10、步进电机升降速规律有哪些？各有何特点？

答：

1、按照直线规律升速；加速度为恒指，要求步进电动机产生的转矩为恒值。

2、按指数规律升速；加速度是逐渐下降的，接近电动机输出转矩随转速变化的规律。

1、滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有几种？各有何特点？

答：内循环：滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。优点滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。缺点：反向器加工困难、装配调整不方便。

外循环：滚珠在循环反向时离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外坐循环运动。（1）螺旋槽式；工艺简单、径向尺寸小、易于制造。但挡珠器刚性差、易磨损。（2）插管式；结构简单、易于制造；但径向尺寸较大，弯管端部用做挡珠器比较容易磨损。（3）端盖式；结构简单、工艺性好，但滚道吻接和弯曲处圆角不易准确制作而影响其性能，故应用较少。常以单螺母形式用做升降传动机构。

2、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧方式有几种？各有何特点？

答：（1）双螺母螺纹预紧调整式L；结构简单刚性好、预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量地进行调整；（2）双螺母齿差预紧调整式Ch或C；可实现定量调整，即可进行精密微调，使用中调整较方便。（3）双螺母垫片调整预紧式D；结构简单、刚度高、预紧可靠，但使用中调整不方便。（4）弹簧式自动调整预紧式；能消除使用过程中因磨损或弹性变形产生的间隙，但其结构复杂、轴向刚度低，适合用于轻载场合。（5）单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式B。结构简单、紧凑，但使用过程中不能调整，且制造困难。

3、滚珠丝杠副的支承方式有几种？各有何特点？

答：（1）单推-单推式；轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推-双推式低；（2）双推-双推式；轴向刚度较高，适合于高刚度、高转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随着温度的升高会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不对称；（3）双推-简支式；轴向刚度较低，应注意减少丝杠热变形的影响。双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统。（4）双推-自由式；轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装的丝杠传动系统。

4、滚珠丝杠的公称直径应根据什么选择？基本导程应根据什么选取？

答：公称直径d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。螺纹长度L1在允许的情况下要尽量短，一般取L1/d0小于30为宜。基本导程Ph（或螺距t）应按承载能力、传动精度及传动速度选取，Ph大，承载能力也就大；Ph小，传动精度较高。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。

5、在伺服电机驱动负载的传动系统中，常采用什么方式选择最佳传动比？ 答：采用使负载加速度最大的方法。

6、齿轮传动系统各级传动比的最佳分配原则有哪些？各适用于何种场合？

答：（1）重量最轻原则；适用于要求体积小、重量轻的齿轮传动系统；（2）输出轴转角误差最小原则；适用于要求传动精度高，回程误差小的传动齿轮系；（3）等效转动惯量最小原则；适用于要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的伺服系统的减速齿轮系。

7、直齿圆柱齿轮传动和斜齿圆柱齿轮传动齿侧间隙的调整方法有哪几种？各有何特点？

答：

1、直齿圆柱齿轮传动

（1）偏心套（轴）调整法；结构简单，但侧隙不能自动补偿；（2）轴向垫片调整法；转配时轴向垫片使齿轮之间齿侧间隙小，运转又灵活。特点同（1）；（3）双片薄齿轮错齿调整法；可自动补偿侧隙。1）周向弹簧式；受到周向圆弧槽及弹簧尺寸限制，故仅适用于读数装置而不适用于功率驱动装置。2）可调弹簧式；

2、斜齿圆柱齿轮传动

消除斜齿轮传动齿侧隙的方法与上述错齿调整法基本相同。1）垫片错齿调整法；结构比较简单，但调整较费时，且齿侧间隙不能自动补偿。2）轴向压簧错齿调整法；齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构欠紧凑。

8、滑动导轨的截面形状有哪些?各有何特点？导轨间隙的调整方法有哪些？各适合何种场合？

答：(1)三角形（分对称、不对称两类）；导向精度较高。导轨水平与垂直方向误差相互影响，给制造、检验和修理带来困难。(2)矩形导轨；结构简单，制造、检验和修理方便，导轨面较宽，承载能力大，刚度高，应用广泛；(3)燕尾型导轨；磨损后不能自动补偿间隙，需设调整间隙装置。两燕尾面起压板作用，用一根镶条就可调节水平和垂直方向的间隙，且高度小，结构紧凑，可以承受颠覆力矩；但刚度较差，摩擦力较大，制造、检验和维修都不方便。适用于运动速度不高、受力不大、高度尺寸受到限制的场合。（4）圆形导轨；制造方便但磨损后难以调整和补偿间隙，适用于同时作直线运动和转动的地方或者承受轴向载荷的场合。

导轨间隙的调整方法：压板和镶条法两种。燕尾型导轨：镶条法；矩形导轨：修刮压板、修刮调整垫片的厚度或调整螺钉的方法；平镶条调整用于受力较小、或短的导轨。斜镶条应用较广。三角形导轨的上滑面能自动补偿，下滑面的间隙调整和矩形导轨的下压调整底面间隙相同。圆形导轨的间隙不能调整。

9、简述静压导轨副的工作原理。简述卸荷导轨的工作原理。

答：静压导轨是将具有一定压力的油或其气体介质通入导轨的运动件与导向支承之间，运动件浮在压力油或气体薄膜之上，与导向支承件脱离接触，致使摩擦阻力（力矩）大大降低。运动件受外载荷作用后，介质压力会反馈升高，以支承外载荷。

静压卸载导轨是将导轨承受的载荷的一部或大部用辅助导轨支承，从而改善主导轨的负载条件，以提高耐磨性和低速运动的稳定性。

10、滚动导轨副有哪些特点及应用场合？滚动导轨副的预紧方式？

答：优点：

1、摩擦系数小（0.003—0.005），运动灵活；

2、动、静摩擦系数基本相同，因而启动阻力小，而不易产生爬行；3可以预紧，刚度高；

4、寿命长；

5、精度高；

6、润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；

7、由专业厂生产，可以外购选用。广泛地被应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器等。

缺点：抗振性差，接触应力大；对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体的尺寸精度要求高；结构复杂，制造困难，成本较高；对赃物比较敏感，必须有良好的防护装置。

（1）滚动体不循环的滚动导轨副；结构简单，容易制造，成本较低，有时难以施加预紧力，刚度较低，抗振性能差，不能承受冲击载荷。适用于行程短的场合；（2）滚动体循环的滚动导轨副；适合行程较长的场合；（3）滚动轴承导轨副；摩擦力矩小，运动平稳、灵活，承载能力大，调节方便，导轨面积小，加工工艺性好，能长久地保持较高的精度。在精密机械设备和仪器中均有采用，如：精缩机、万能工具显微镜、测长仪等。

滚动导轨副的预紧方式：

1、调整螺钉

2、塞块调整

3、偏心销轴调整.11、旋转支承的种类及基本要求。

答：按其相互摩擦的性质分：滑动、滚动、气体（或液体）摩擦支承。滑动摩擦支承按其结构特点分：圆柱、圆锥、球面和滚针支承；滚动摩擦支承按其结构特点分：填入式滚珠支承和刀口支承。

基本要求：

1、方向精度和置中精度；

2、摩擦阻力矩的大小；

3、许用载荷；

4、对温度变化的敏感性；

5、耐磨性以及磨损的可补偿性；

6、抗振性；

7、成本的高低。

12、轴系设计的基本要求。

答：对于中间传动轴系一般要求不高。而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等得要求较高。

（1）旋转精度；其大小取决于轴系各组成零件及支承部件的制造精度与装配调整精度。在工作转速之下取决其转速、轴承性能以及轴系的动平衡状态（2）刚度；除强度验算之外，还必须进行刚度验算。（3）抗振性；对于高速运动的轴系必须用提高其静态刚度、动刚度、增加轴系阻尼比等措施来提高轴系的动态性能，特别是抗振性；（4）热变形；应采取措施将轴系部件的温升限制在一定的范围之内；（5）轴上零件的布置；在通过带轮将运动传入轴系尾部时，应该采用卸荷式结构，使带的压力不直接作用在轴端；传动齿轮应尽量安置在靠近支承处，以减少轴的弯曲和扭转变形。

13、铸造机座的设计要点是什么？

答：必须保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度，同时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以及节省材料、降低成本和缩短生产周期的问题。

（1）保证自身刚度的措施；

1、合理选择截面形状和尺寸；

2、合理布置筋板和加强筋；

3、合理地开孔和加盖；

（2）提高机座连接处的接触刚度；

1、固定接触面的表面粗糙度应小于Ra2.5um,以便增加实际接触面积；

2、固定螺钉应在接触面上造成一个预紧力，压强一般为2Mpa;

3、增加局部刚度。（3）机座的模型刚度试验；

1、采用模型试验方法可测得与实际相接近的变形量；

2、采用有限元法计算机座刚度。（4）机座的结构工艺性；

1、保证刚度的情况下应力求形状简单；

2、机座壁厚应尽量均匀；

3、铸件要便于清砂；

4、在同一侧面的加工表面，应处于同一平面上；

5、必须有可靠的加工工艺基面。

（5）机座的材料选择；应根据其结构、工艺、成本、生产周期等要求选择，常用的材料：铸铁和钢、石材、陶瓷等。

14、常用的机械传动部件有哪些？滚珠丝杠副的组成？

答：螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动;如：丝杠螺母、齿轮、齿轮齿条、链轮链条、带/带轮、缆绳/绳轮、杠杆机构、连杆机构、凸轮机构、摩擦轮、万向联轴器、软轴、涡轮蜗杆、间歇机构。

滚珠丝杠副组成；

1、丝杠；

2、螺母；

3、滚珠；

4、反向器（滚珠循环反向装置）。

1、机电一体化的涵义、内容、目的。

答：机电一体化是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中形成的一个新概念。机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技 术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。目的是提高系统（产品）的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使产品结构向短、小、轻、薄化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。

2、机电一体化系统的基本构成。

答：机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）

3、接口的功能及其分类。

答：接口是构成机电一体化系统的要素或子系统连接处必须具备的联系条件。广义的接口功能有两种：一种是变换、调整；另一种是输入/输出。

（1）根据接口的变换、调整功能分：

1、零接口；

2、无源接口；

3、有源接口；

4、智能接口。

（2）根据接口的输入/输出功能分：

1、机械接口；

2、物理接口；

3、信息接口；

4、环境接口。

4、机电一体化系统的综合评价指标，各内部功能的评价内容是什么？ 答：机电一体化系统的综合评价指标：附加价值。

主功能：系统误差、抗干扰能力、废弃物输出变换效率； 动力功能：输入能量、能源；

控制功能：控制输入/输出接口个数、手动操作； 构造功能：尺寸、重量、强度； 计测功能：精度。

5、机电一体化系统的设计步骤。

答：

1、根据目的功能确定产品规格、性能指标；

2、系统功能部件、功能要素的划分；

3、接口的设计；

4、综合评价（或整体评价）；

5、可靠性复查。

6、试制与调试。

第四篇：机电一体化答案

I

目录

机电一体化技术第1 章习题-参考答案

.................................................................................1 1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。............................................................1 1-4 何谓机电一体化技术革命？

........................................................................................1 1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？

.................................1 1-8.工业三大要素指的是什么？........................................................................................1 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？..................................................................1 1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？..................................................................1 机电一体化技术第2 章习题-参考答案

.................................................................................2 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些 要求？.................................................................................................................................2 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？................................................................2 2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？

.....................................2 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿 数为 100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？

...................................................2 2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？...............2 2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=…=0.005 rad,各 级减速比相同，即ί1=ί2=…=ί4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差∆φmax;为缩小 ∆φmax，应采取何种措施？

...............................................................................................2 2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？

.......................................3 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为100.当刚轮固定时,试求该 谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较).........................3 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些?................................................................3 2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？..........................................................................4 机电一体化技术第3 章参考答案

..........................................................................................5 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。........................................................5 II

3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？....................................................5 3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。....................................................5 3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么？..........................................................5 3-6 简述 PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。.........................................................6 步进电机具有哪些特点？

..................................................................................................6 简述步进电机三相单三拍的工作原理？..........................................................................6 3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法？.................................................................7 3-12 简述三相步进电机的环形分配方式？...............................................................7 简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理..................................................................7 机电一体化技术第4 章参考答案

..........................................................................................9 试说明CPU、MC 和MCS 之关系。..................................................................................9 4-

3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么？.............................................9 4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。......................................................................9 4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。

..............................................................9 机电一体化技术第5 章参考答案

........................................................................................11 5-2 简述采样定理？.........................................................................................................11 5-3 简述数字控制系统A/D 转换过程。

..........................................................................11 5-5 简述多输入多输出系统的静力学方程。..................................................................11 5-6 简述两自由度机器人逆动力学方程。

......................................................................12 机电一体化技术第7 章参考答案

........................................................................................13 7-3 机电一体化系统中的典型负载有哪些？说明以下公式的含义：

...........................13 7-4 设有一工作台x 轴驱动系统，已知参数为下表中所列，已知mA=400 ㎏，Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作台与导轨间为滑动摩擦，其摩擦系数为 0.2，试求转换到电动机轴上的等效转动惯量和等效转矩。

........................................13 7-5.简述机电一体化系统的数学模型建立过程。比例环节（P）、积分环节(I)、比例-积分环节(PI)和比例-积分-微分调节(PID)各有何优缺点？.............................................14 7-8 何谓机电一体化系统的“可靠性”？

......................................................................17

机电一体化技术第 1章习题-参考答案

1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。

答：机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技 术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

1-4 何谓机电一体化技术革命？

答：将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以“智能”的技术革新潮流可称 “机电一体化技术革命”。

1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？

答：

机电一体化系统（产品）要素

功能

控制器（计算机等）

控制（信息存储、处理、传送）

检测传感器

计测（信息收集与变换）

执行元件

驱动（操作）

动力源

提供动力（能量）

机构

构造

1-8.工业三大要素指的是什么？

答：物质、能量、信息。

1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？

答：一种是变换、调整;

另一种是输入/输出。

1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？

答：机电互补法又称取代法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。

融合法它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件（子系统），其要 素之间机电参数的有机匹配比较充分。

组合法它是将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统）、功能模块，像积木那样组 合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。2

机电一体化技术第 2章习题-参考答案 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提 出哪些要求？

答：常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。

2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？

答：传递转矩和转速。

2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？

答：精密化，高速化，小型、轻量化。

2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的 齿轮齿数为 100、另一端的齿轮齿数为 98，当其一端的外齿轮相对另一端的外 齿轮转过 2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？

答：Z1 =100，Z2 =98，ΔS=(2/Z1)* λ0=0.02*6 mm=0.12 mm。

2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？

答：（1）各级传动比的分配原则是：

重量最轻原则

输出轴转角误差最小原则 等效转动惯量最小原则

（2）输出轴转角误差最小原则是：

为提高机电一体化系统齿轮传动的精度，各级传动比应按先小后大的原则分配，以

便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。总转角误差主要 取决于最未一级齿轮的转角误差和转动比的大小，在设计中最未两级传动比应取大一些，并尽量提高最未一级齿轮的加工精度。

2－17

已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=… =0.005 rad,各级减速比相同，即ί1=ί2=…=ί4=1.5。求：该传动系统的最大转 角误差∆φmax;为缩小∆φmax，应采取何种措施？

解：（1）

∆φmax= i + 4 3 2 3 2 i i i

+ 4 3 5 4 i i

+ 4 7 6 i +∆φ8

=0.005/1.5 4 +0.01/1.5 3 +0.01/1.5 2 +0.01/1.5+0.005

=0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005

=0.02006 rad 3

=1.1499

o

（1）

总转角误差主要取决于最未一级齿轮的转角误差和传动比的大小，所以，为缩小∆ φmax，在设计中最未两级的传动比应取大一些，尽量提高最未一级轮副的加工精 度。

2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？

答：（1）谐波齿轮传动特点有：结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声 低、传动平稳、承载能力强、效率高等特点。

谐波齿轮传动的波发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于 中心轮。故谐波齿轮传动装置的传动比可以应用行星轮系求传动比的方式来计算。设 H g r、、分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度，则

g H r H rg g H r Z i Z。

当柔性轮固定时，g g g r g H H r H rg Hg g H r H g g g g r Z Z Z Z Z i i Z Z Z Z Z

当刚性轮固定时，0 g g r H r H r Hr H r H r g r g Z Z Z i Z Z Z Z

2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100，柔轮齿数为 99 当刚轮固定时, 试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较)答：根据公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:

当 iHr=100 时,Zg=99,（但一般刚轮齿数比柔轮齿数多，所以舍去）

当 iHr=-100 时,Zg=101;

故该谐波减速器的刚轮齿数为 101,（柔轮）输出轴方向与（波发生器）输入轴转向相反。

(提示：一般来说，刚轮仅比柔轮多几个齿；刚轮固定时，柔轮与输出轴固联；柔轮固定 时，刚轮与输出轴固联，两种情况下，波发生器均与输入轴固联)

2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些?

答(1)圆柱齿轮传动:1 偏心套(轴)调整法;2 轴向垫片调整法;3 双片薄齿轮错齿调整法。

(2)斜齿轮传动:错齿调整法,用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合,只是在两个薄片斜齿轮 的中间隔开了一小段距离,这样它的螺旋线便错开了。

（3）锥齿轮采用弹簧调整方式。

2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？

答：①旋转精度

②刚度

③抗震性

④热变形

⑤轴上零件的布置 5

机电一体化技术第 3章参考答案 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。

答: 种 类

特点

优点

缺点

电 动 式

可使用商用电源；信号 与动力的

传动方向相同；有交流 和直流之

别，应注意电压之大小

操作简便；编程容易；能 实现

定位伺服；响应快、能与 CPU

相接；体积小、动力较 大；无污

染

瞬时输出功率大；过载能力 差，特别是由于某种原因而 卡住是，会引起烧毁事故，易受外部噪声影响

气 动 式

空气压力源的压力为（5-7）×10 5 Pa；要求

操作人员技术熟练

气源方便、成本低；无泄 漏污染

速度快、操作比较简单

功率小，体积大，动作不够平稳，不易小型化，远距离 传输困难，工作噪声大，难 于伺服

液 动 式

要求操作人员技术熟 练；液压源压力（20-80）×10 5 Pa

输出功率大，速度快，动 作平稳，可实现定位伺 服；易于 CPU 相接；响应 快

设备难于小型化，液压源或 液压油要求（杂质、温度、油量、质量）严格；易泄露 且有污染

3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？

答: 1 惯量小、动力大

体积小、重量轻便于维修、安装

易于微机控制

3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。

答:电动机的功率密度 PG=P/G.电动机的比功率 dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn 2 /Jm

其中 Tn----电动机的额定转矩，N*M Jm——电动机转子的转动惯量,kg*m 2

3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么？

答: 直流伺服电机为直流供电，为调节电动机的转速和方向，需要对其直流电压的大小和 方向进行控制。目前常用晶体管脉宽调理驱动和晶闸管直流调速驱动两种方式。

晶闸管直流驱动方式，主要通过调节触发装置控制晶闸管的触发延迟角（控制电压的大 小）来移动触发脉冲的相位，从而改变整流电压的大小，使直流电动机电枢电压的变化易 于平滑调速。

脉宽调制（PWM）直流调速驱动系统当输入一个直流控制电压 U 时，就可得到一定宽度与 U 成比例的脉冲方波给伺服电机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电 压，从而得到不同电压的电压值 Ua，使直流电动机平滑调速。6

3-6 简述 PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。

答：通过电源的通断来获得电压脉冲信号，控制通断的时间比来获得不同的电压脉冲，通 的时间越长，获得的平均电压越大，电机转的就快，反之，电机转的就慢。电机的换向是 通过桥式电路来实现的，它是由四个大功率的晶体管组成，通过在不同晶体管的基极加正 负脉冲从而实现电机的转向控制。为使其实现双向调速，多采用桥式电路，其工作原理与 线性放大桥式电路相似。

电桥由四个大功率的晶体管组 成。分别记作 1.2.3.4.如果在 1 和 3 的基极上加以正脉冲的同 时，在 2 和 4 的基级上加以负脉 冲，这时 1 和 3 导通，2 和 4 导 通。设此时的电动机转向为正； 反之，则为负。电流的方向与前 一情况相反，电动机转向，显

然，如果改变加到 1 和 3，2 和 4 这两组管子基极上控制脉冲的正 负和导通率就可以改变电动机的 转向和转速。

步进电机具有哪些特点？

答： 步进电机的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形 的变化、温度等）的影响，只要在他们的大小引起步进电机产生“丢步”的现象之 前，就不影响其正常工作； 步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过 一转以后，其累计误差变为“零”，因此不会长期累积；控制性能好，在起动、停止、反转时不易“丢步”

因此，步进电机广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得 较高的位置精度。

简述步进电机三相单三拍的工作原理？

答：如教材图例所示：如果先将电脉冲加到 A 相励磁绕组，定子 A 相磁极就产生磁通，并

对转子产生磁拉力，使转子的 1 3 两个齿与定子的 A 相磁极对齐，而后再将电脉冲通入

B 相磁绕组，B 相磁极便产生磁通，这时转子 2 4 两个齿与 B 相磁极靠的最近，于是转子便

沿着逆时针方向转过 30 度角，使转子 2 4 两个齿与定子 B 相磁极对齐。如果按照 A→C→B →A„„的顺序通电，步进电机讲沿顺时针方向一步步地转动。7

3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法？

答： a=360/（K*M）

式中：Z=转子齿数。

M=运行拍数。通常等于相数或相数整数倍，即 M=K*N（N 为电动机的相

数，单拍是 K=1，双拍时 K=2）。

3-12 简述三相步进电机的环形分配方式？

答：1.采用计算机软件，利用查表式计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分。2.采 用小规模集成电路搭接而成的脉冲分配器。3.采用专用环形分配器件。

简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理.答：

单电压功率放大电路

如图所示 ABC 分别为步进电机的三相，每一项由一组放大器驱动。没有脉冲输入时 3DK4 和

3DD15 功率晶体管截止，绕组中无电流通过，电机不转。当 A 相得电时，步进电机转动一

步，当脉冲依次加到 ABC 三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，是电机一步一

步的转动。电路终于绕组并联的二极管 VD 其续流作用记在功率截至时，是储存在绕组中的

能量通过二级管形成续流回路泄放，从而保护功放管。

高低压功串放大电路

（一）无脉冲输入时，VT1、VT2、VT3、VT4 均截止，电动机绕组 W 无电流通过，电动机不转。有

脉冲通过时，VT1、VT2、VT3、VT4 饱和导通，在 vt2 有截止到饱和期间，其集电极电流，迅速上升。当 vt2 进入稳态后 t1 一次测电流暂时恒定，无磁通变化二次侧的感应电压为 零，vt3 截止。12v 低电压经 vd1 加到电动机绕组我 w 上并维持绕组中的电流。输入结束后

vt1、vt2、vt3、vt4 又都截止，储存在 w 中的能量通过 18 欧姆的电阻和 vd2 放电，电阻 的作用时间小放电回路的时间常数，改善电流波形的后沿。8

机电一体化技术第 4章参考答案

试说明 CPU、MC 和 MCS 之关系。

答：微处理机简称 CPU，它是一个大规模集成电路器件或超大规模集成电路器件，器 件中有数据有数据通道、多个寄存器、控制逻辑和运算逻辑部件，有的器件还含有时钟电 路，为器件工作提供定时信号。

微型计算机简称 MC。它是以微处理机为中心，加上只读存储器，随机存取存储器，输 入|输出接口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。

上述微处理机、微型计算机都是从硬件角度定义的，而计算机的使用离不开软件支

持。一般将配有系统软件、外围设备、系统总线接口的微型计算机系统，简称 MCS。

3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么？

答： 在设计微机控制系统时，首先会遇到专用与通用的抉择和硬件与软件的权衡问题。

4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。

答:光电隔离电路主要 由光电耦合器的光电 转换元件组成，如下 图所示.控制输出时，从上图 a 可知，微机输出的控 制信号经 74LS04 非门 反相后，加到光电耦 合器 G 的发光二极管 正端。当控制信号为

高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电 压。当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的 光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可将光电耦合器用于信息的输 入，如上图 b所示。

4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。

答：①模拟量接口方式：传感器输出信号→放大→采样/保持→模拟多路开关→A/D 转换→ I/O 接口→微机

②开关量接口方式：开关型传感器输出二值式信号(逻辑 1 或 0)→三态缓冲器→微机 10

③数字量接口方式：数字型传感器输出数字量(二进制代码、BCD 代码、脉冲序列等)→计数器→三态缓冲器→微机 11

机电一体化技术第 5章参考答案

5-2 简述采样定理？

如果 是有限带宽信号，即| |> 时，E（j）=0。而 是 e（t）的理想

采样信号，若采样频率 ,那么一定可以有采样信号 唯一地决定出原始信号 e（t）。也就是说，若，则由 可以完全地恢复 e（t）。

5-3 简述数字控制系统 A/D 转换过程。

模/数转换装置每隔 T 秒对输入的连续信号 e（t）进行一次采样，采样信号为 e*（t），如 图 a 所示。该采样信号是时间上离散而幅值上连续的信号，它不能直接进入计算机进行运 算，必须经量化后成为数字信号才能为计算机所接受。将采样信号经量化后成为数字信号 的过程是一个近似过程，称量化过程。现对量化过程作简单的说明：将采样信号 e*（t）的变化范围分成若干层，每一层都用一个二进制数码表示，这些数码可表示幅值最接近它 的采样信号。如图 b 所示，采样信号 A1为 1.8V，则量化值 A1 ’为 2V，用数字 010 来代表； 采样信号 A2为 3.2V，则量化值 A2 ‘为 3V，用数字量 011 代表。这样就把采样信号变成了数 字信号。

a

b

5-5 简述多输入多输出系统的静力学方程。

答 ： 设 对 微 小 输 入 位 移 有 微 小 的 输 出 位 移，则输入功的总和和输出功的总和分别为：

其中

忽略机构内部机械损失时，两式相等。由于 相互独立，则对第 i 个输入有

用 表示输入力（或转矩）时，写成式中 ——力（或转矩）的变换系数，是 n*m 矩阵。

5-6 简述两自由度机器人逆动力学方程。

答：首先利用逆运动学方法将轨迹｛x(t),y(t)｝变换成为关节运动φ1(t)、φ2(t)，然后

从φ1和φ2导出计算关节力矩 T1、T2的计算公式。由平面几何学知识，可得逆运动学解为

=

=

式中

p=，q=。

逆运动学解可由 Lagrange 公式解出。设计器人得负载只有各臂端部的质量，则

= ]*[ ]+

式中第一项相当于惯性项，第二项相当于离心力与哥氏力。13

机电一体化技术第 7章参考答案

7-3 机电一体化系统中的典型负载有哪些？说明以下公式的含义：2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J

答：典型负载是指惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载（滑动摩擦负载、粘性摩擦 负载、滚动摩擦负载等）。对具体系统而言，其负载可能是以上几种典型负载的组合，不一 定均包含上述所有负载项目。

第一式表示等效转动惯量。该系统运动部件的动能总和为 2 2 1 1 1 1 2 2 m n i i j j i i

设、等效到元件输出轴上的总动能为 2 1 2 k k cq k，由能量守恒：E =E k

故2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J

用工程上常用单位时，可将上式改写为 2 2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k n v J m J

第二式表示等效负载转矩。设上述系统在时间 t 内克服负载所作的功德总和为： 1 1 m n i i j j i j，同 理，执 行 元 件 输 出 轴 在 时 间 t 内 的 转 角 为

k k 则，执行元件所作的功为 k K eq k，由 1 / / m n k eq i i k j j k i j，或 1 1 / / 2 m n k eq i i k j j k i j T Fv n T n n

7-4 设有一工作台 x 轴驱动系统，已知参数为下表中所列，已知 mA=400 ㎏，Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作台与导轨间为滑动摩擦，其摩 擦系数为 0.2，试求转换到电动机轴上的等效转动惯量和等效转矩。

答：

（1）由公式：2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k

得： n v J m J

可得：v1=n 丝*Ph/1000（和转速 n的单位要统一所以不必算出最终值）

J k eq =1/4л2 ma(v1/nk)2 +JG1(nG1/ nk)2 +JG2(nG2/ nk)2 +JG3(nG3/ nk)2 +JG4(nG4/ nk)2 +JⅠ(nⅠ/ nk)2 +JⅡ(nⅡ/ 14

nk)2 +J 丝（n 丝/ nk）2 +Jm=0.0508()

（2）当工作台向右时：

F=F*u-FL 水平=(FL 垂直+G)*u-FL 水平=（600+400*9.8）*0.2-800=104（N）

由 1 1 / / m n k eq i i k j j k i j

得：TK= F*V/nk/（2*pi）=F*（n 丝*Ph/1000）/nk/（2*pi）=104*(180*5/1000)/*720/(2*3.14)= 0.0207（N*m）。

（3）当工作台向左时：

F=(FL垂直+G)*u+ FL水平=（600+400*9.8）*0.2+800=1704（N）TK=(F*V/nk)/(2*pi)==0.339（N*m）

Matlab程序：

n1=720;n2=360;n3=360;n4=180;n11=720;n22=360;ns=180;nd=720;ph=5;pi=3.1415927;j1=.01;j2=.016;j3=.02;j4=.032;j11=.024;j22=.004;js=.012;jd=.004;v1=ns*ph*.001;

a=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)b=j1

c=j2*(n2/nd)^2 d=j3*(n3/nd)^2 e=j4*(n4/nd)^2 f=js*(ns/nd)^2 g=j11*(n11/nd)^2 h=j22*(n22/nd)^2

J=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)+j1+j2*(n2/nd)^2+j3*(n3/nd)^2+j4*(n4/nd)^2+js*(ns/nd)^2+j11*(n11/ nd)^2+j22*(n22/nd)^2+jd fs=800;fc=600;ma=400;fiz=fs+(fc+ma*9.8)*0.2;fiy=-fs+(fc+ma*9.8)*0.2;tiz=fiz*v1/nd /(2*pi);tiy=fiy*v1/nd /(2*pi);

7-5.简述机电一体化系统的数学模型建立过程。比例环节（P）、积分环节(I)、比例-积分环节(PI)和比例-积分-微分调节(PID)各有何优缺点？

答：在稳态设计的基础上，利用所选元部件的有关参数，可以绘制出系统框图，并根据自 动控制理论基础课所学知识建立各环节的传递函数，进而激励系统传递函数。

以闭环控制方式为例：

图（1）为检测传感器装在丝杆端部的半闭环伺服控制系统。它的系统框图如图（2）所 示。该图的传递函数为 15

G（s）= =

=

=

式中：K=

(1)用滚珠丝杠传动工作台的伺服进给系统

（2）系统框图

-前置放大器增益；-功率放大器增益；-直流伺服电机增益；

-速度反馈增益；-直流伺服电机时间常数；-减速比；

-位置检测传感器增益；（s）-输入电压的拉氏变换；

-丝杠输出转角的拉氏变换

当系统受到外扰动转矩 时，图（2）就变为图（3）。为分析方便起见，见图（3）改画成 图（4）所示，则传递函数为：

G(s)= = 16

（3）附加扰动力矩（以电压 表示）的系统框图

-直流伺服电机的转矩常数；-直流伺服电机转子的绕组阻抗；

-功率放大器的输出阻抗；-对应于扰动力矩的等效扰动电压的拉氏变换

（4）附加扰动力矩的等效电压后的框图

比例调节（P）、积分调节（I）、比例-积分调节（PI）和比例-积分-微分调节（PID）各自 的优缺点

（1）比例（P）调节

比例调节网络图如图（a），其传递函数为

Gc(s)=–Kp

式中 Kp=R2/R1

它的调节作用的大小主要取决于增益 Kp 的大小。Kp 越大，调节作用越强，但是存在调 节误差。而且 Kp太大会引起系统不稳定。

（2）积分（I）调节

积分调节网络图如图(b)，其传递函数为

Gc(s)=1/（Tis）

式中 Ti=RC。

系统中采用积分环节可以减少或消除误差，但由于积分环节效应慢，故很少单独使 用。

（3）比例-积分（PI）调节

其网络如图(c)。他的传递函数为

Gc(s)=–[ KP（1+1/（Tis））] 式中 Kp=R2/R1；Ti=R2C。

这种循环既克服了单纯比例环节有调节误差的缺点，又避免了积分环节响应慢的弱17

点，既能改善系统的稳定性能能，又能改善其动态性能。

（4）比例-积分-微分（PID）调节

这种调节网络的组成如图（d），其传递函数为

Gc(s)=–Kp[1+1⁄（Tis）+Tds ]

式中 Kp=（R1C1+R2C2）/(R1R2)；Ti=R1C1+R2C2;T=R1C1R2C2 ⁄(R1C1+R2C2)。

这种校正环节不但能改善系统的稳定性能，也能改善其动态性能。但是，由于它含有

微分作用，在噪声比较大或要求响应快的系统中不宜采用；PID 调节器能使闭环系统更加 稳定，其动态性能也比用 PI调节器时好。

7-8 何谓机电一体化系统的“可靠性”？

答：机电一体化可靠性是指，系统（产品）在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能 力。2 2 2 2 2 3 1 2 4 1 2 3 4 2 1 4 k si A cq A si D k k k k k k n n v n n n J m J J J J J J

第五篇：机电一体化考试

1.机电一体化以计算机控制中心？

2.机电一体化三大机构？传动机构、导向机构、执行机构

3．步进电动机控制属于什么控制？开环

4．线性化处理有那三种方法？计算法、查表法、插值法

5．采样保持器保持阶段相当于什么？模拟信号存储器

6．传感与检测原件关键元素（原件）是什么？传感原件

7．机电一体化基础是什么？机械技术

8．机电一体化伺服系统有哪五大部分组成？

比较环节控制器被控对象执行环节 检测环节

9．步进电动机转速与输入脉冲之间的关系？（通过脉冲数量决定转角位移）

步进电机的运转速度会与输入的脉冲频率成正比例的关系（相同电压下），所以在脉冲的速度越快时，步进电机的转速也会跟着加快；脉波速度越慢时，电机的转速自然也跟着变慢。

10．计算机I/O编制方式有哪两种？P129

IO接口独立编址方式、IO接口与存储器统一编址方式

11．传感器能检测到最小的输入增量称为什么？分辨力

12．机电一体化的四大原则？P3

接口耦合、运动传递、信息控制、能量转换

13．计算量化误差最大值137页

14．在微机控制系统中主机与外部交换有哪三种信息？P121

数据信息.状态信息控制信息

15．滑动螺旋传动有哪三种特点？P39

传动比大、驱动负载能力强、自锁

16．机电一体化的机械传动部件有哪些要求？P15

高精度快速响应良好地稳定性体积小无间隙

17.AD转换器所得到的信号是一串以采样周期为周期？以采样时间为脉宽？以采样时刻信号振幅为幅值的脉冲信号？

18．什么是单片机最小应用系统？（以下个人见解）

单片机、晶振电路、复位电路

19．什么是造成螺旋传动误差的主要因素？P42

螺纹参数误差(螺距误差、中径误差、牙型半角误差)、螺杆轴向窜动误差、偏斜误差、温度误差

20.机电一体化设计过程是以什么多次分析得综合过程？P7

目标--功能--结构--效果

选择

1.机电一体化英语单词是什么？Mechatronics

2．步进电动机属于什么控制？开环控制

3．FMC是什么意思？、柔性制造单元

4．FMS是什么意思？ 柔性制造系统

5．机电一体化的发展趋势？P10页

高性能、智能化、系统化以及轻量,微型化发展

6．测量放大器特点？89页

很高的共模抑制高增益低噪音高输入阻抗

7．工业控制计算机特点？109页

实时性高可靠性硬件配置的可装配可扩充性可维护性

8．伺服电动机与普通电动机比较有什么特点？163页

具有良好的调整特性，较大的启动转矩和相对功率，易于控制及响应特点伺服电动机：当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。（仅是个人见解）

9．滚珠螺旋传动有什么特点？46页

运动效率高运动精度高具有传动的可逆性,但不能自锁制造工艺复杂,成本成本高使用寿命长维护简单

10．什么是整流器、逆变器、整波器、周期变流器？

整流器把交流电变为固定的或者可调的直流电

斩波器把固定的的直流电压变成可调的直流电压

逆变器把把固定的的直流电变成固定或者可调的交流电

周期变流器把固定的交流电压和频率变成可调的交流电压和频率

11．同步转速公式？ 电源频率与转速关系：n＝60f/P（n：同步转速；f：电源频率；P：电机极对数

12．传感器输出电信号以哪种信号最多？电压输出型

分析题

1.29页2-16

1.闭环之外的齿轮G1，G4的齿隙对系统稳定性无影响，但影响伺服系统精度。由于齿隙的存在，在传动装置逆远行时可造成回程误差

2.闭环之内传递动力的齿轮G2的齿隙对系统静态精度无影响，这是因为控制系统有自动校正作用。

3.反馈回路上数据传递齿轮G3的齿隙既影响稳定性，又影响精度

2．提高导轨耐磨性有哪些方法？P58

合理选择导轨的材料及热处理减小导轨面压强保证导轨良好地润滑提高导轨的精度

3．伺服电机比普通电机有什么优点？（自己总结）

伺服系统具有良好地调速特征,较大的启动转矩和相对功率,控制精度高及响应快,抗过载能力强低速运行平稳具有及时性.4．机电一体化系统中什么是隔离？隔离方法？P198

隔离是指把干扰源与接收系统隔离起来.使有用信号正常传输,而干扰耦合通道被切断,已达到抑制干扰的目的方法有光电隔离变压隔离继电器隔离

5．什么是伺服控制系统？机电一体化对伺服控制系统技术有什么要求？160，161页

伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作,从而获得精确的位置,速度及动力输出的自动控制系统要求:精度高响应速度快稳定性好,负载能力强和工作频率范围大 同时还要求体积小,重量轻可靠性高成本低等

6．机电一体化基本要素和作用？2页

机械本体{高效率高可靠性 }动力与驱动 {为系统提供能量和动力}

传感测试部分{参数检测生成可识别信号}执行机构 ｛根据控制信息和指令，完成要求的动作｝控制及信息转换 ｛按照一定程序和节奏发出相应指令，控制系统有目的的运行｝接口耦合与能力转换{完成信息和能量的统一}信息控制｛达到信息控制的的目的｝运动传递｛提高系统的伺服性能｝

7．计算机I/O编址方式有哪些？有什么优缺点？129页

I/O接口独立编址方式｛优点是内存地址空间与I/O地址空间分开,互不影响,译码电路较简单,设有专门的I/O指令,所编程易于区分,且执行时间短缺点是只用I/O指令访问I/O端口，功能有限且要采用专门I/O周期和专门的I/O控制线，数据处理复杂｝

I/O接口与存储器统一编址方式｛访问内存的指令都可以用于I/O操作，数据处理功能强同时I/O接口可以存储器部分公用译码和控制键电路，缺点就是 I/O接口要占用存储器地址空间的一部分。又因为不用专门的I/O指令，程序中较难区分i/0操作，8.接口电路主要作用有哪些？

解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题

解决主机CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题

解决CPU的负载能力和外围设备端口的选择问题

可实现端口的可编程功能以及错误检测功能

计算题

步进电动机

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