机电一体化系统设计第3阶段练习题（5篇）

第一篇：机电一体化系统设计第3阶段练习题

江南大学现代远程教育 第三阶段练习题

考试科目:《机电一体化系统设计》第五章至第七章（总分100分）

学习中心（教学点）批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分。）

1、步进电机的驱动电路形式中性能最好的是（）。

A、高低压电源

B、单管驱动

C、单电源 D、斩波恒流

2、脉冲宽度调制用（）表示。

A、SAH

B、LED

C、PWM D、LCD

3、改变控制脉冲的频率可以改变步进电机（）。

A、脉冲当量

B、步距角

C、转角 D、转速

4、大惯量直流电机负载能力（），而小惯量直流电机动态特性好。A、强

B、小

C、弱 D、一般

5、步进电机常用于（）控制系统中作执行元件。

A、闭环

B、半闭环

C、开环 D、前馈

6、过零比较器常用于对信号的（）。

A、电平转换

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、关于PI、PD、PID校正，下列说法正确的是（）A、PI校正可获得快速响应，但是存在稳态误差 B、PID校正可获得快速响应、并消除稳态误差 C、PD校正可获得快速响应、并消除稳态误差 D、PD校正降低响应速度、但消除稳态误差

8、离散系统在时域内常用（）来描述。

A、欧拉方程

B、微分方程

C、差分方程 D、Z传递函数

9、对于提高系统可靠性，以下说法不正确的是（）。A、对功率接口采用升额设计提高可靠性 B、采用抗干扰措施提高可靠性 C、采用故障诊断技术提高可靠性 D、通过元器件的合理选择提高可靠性

10、直流伺服电机驱动器的内阻增大使得电机的机械特性（）。A、变硬

B、变软

C、变大 D、变小

二、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。多选、少选、错选均不得分。)

1、伺服系统的构成除了被控对象还有（）。

A、执行元件 B、比较元件 C、测量反馈元件 D、调节元件

2、步进电机脉冲分配方式有（）。

A、硬件分配 B、软件分配 C、脉冲分配 D、模拟分配

3、产品性能指标从设计角度可划分为（）。

A、安全指标 B、寻常指标 C、特征指标 D、优化指标

4、以下哪些影响伺服系统精度？（）。

A、各组成元件的误差 B、执行元件形式 C、伺服系统的结构 D、输入指令形式

5、在选择控制器的微型机时主要考虑（）等因素。

A、成本 B、计算速度 C、系统规模 D、计算精度

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。你认为对的打“√”，错的“×”，不需要改错。）

1、一阶系统也存在稳定性问题。（）

2、设计闭环伺服系统首先要保证系统的精度。（）

3、当机械系统的固有频率远低于伺服电动机的固有频率时，伺服系统的动态特性主要取决于机械系统。（）

4、控制系统设计的基本方法是把系统中环节都抽象成数学模型进行分析研究。（）

5、伺服电动机在快速启动时的负载转矩一般比正常运行时大得多，所以电动机的最大转矩常按正常运行时的负载转矩来确定。（）

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、系统的阻尼比是一个既影响系统

，又影响系统快速响应性的参数。

2、计算机对外部状态采集方式可有两种，一种是查询方式，另一种是。

3、如果负载等效惯量和电机惯量不匹配一般调节

使之匹配。

4、PID控制器兼有比例、积分和

三种基本控制规律的优点。

5、机电产品的性能指标可分为功能性指标、经济性指标和。

6、步进电机有反应式、永磁式和

三种类型。

7、伺服系统仅包含二个

环节的系统称作II型系统。

8、在控制装置中存在三类干扰：供电干扰、过程通道干扰和。

9、电机角速度和电枢电压之间的关系称做直流伺服电机的 特性。

10、直流伺服电机的速度控制方法是产生

脉冲经H型桥式驱动电路控制电枢电压。

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、简述获得脉冲传递函数一般方法。

2、控制系统增加可靠性的软件方法有哪些措施？

3、伺服系统动态响应性的两个含义是什么？分别用什么参数来描述？

4、建立被控对象数学模型的方法有哪些？各有什么特点？

5、简述用硬件方法产生PWM脉冲的原理。

6、简述何谓启动矩频特性。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、一个直流伺服电机在空载情况下电枢电压和转速之间的关系为：对应电机转速0到每分钟2000转，电枢电压为0到40V，采用PWM方式进行速度控制，试计算当控制转速为每分钟1500转时的控制脉冲的占空比。（8分）

2、一丝杠传动的工作台系统，为二阶系统。折算到丝杆轴上的总等效转动惯量Js=0.0583kg•m，折算到丝杆轴的总等效扭转刚度Ks=1.9X10N•m/rad，试计算该系统的扭振固有频率ωn。（7分）

4七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、在一个传动系统中，输出轴到电机轴之间通过传动比i1、i2传动，传动效率为η，各轴及其上齿轮的转动惯量相应为J1、J2、J3，输出轴负载转矩为TL，电机最大角加速度为ε。1）试给出等效到电机轴的等效负载转动惯量表达式。（3分）2）试给出等效到电机轴的等效负载转矩表达式。（3分）3）给出所需电机最大转矩表达式。（4分）

2、一半闭环控制系统，执行元件为直流伺服电机，电机直接驱动滚珠丝杠带动一工作台移动，已知丝杠导程为8mm，控制器的输出信号控制电机驱动器。1）计算传动系数；（2分）2）画出该半闭环系统的系统框图；（4分）3）给出系统传递函数。（4分）

附：参考答案：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题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、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。)

1、ABCD

2、AB

3、BCD

4、ACD

5、ABCD

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。）

1、×

2、×

3、√

4、√

5、×

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、稳定性

2、中断方式

3、传动比

4、微分

5、安全性指标

6、混合式

7、积分

8、空间干扰

9、调节

10、PWM或脉冲宽度调制

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、获得脉冲传递函数方法：一般(1)、建立系统连续方程；(2)、方程离散化；（3、)对离散方程求Z变换；(4)、求出输出信号的Z变换和输入信号的Z变换比值即为系统的脉冲传递函数。

2、控制系统增加可靠性的软件方法主要有：（1）软件测试，消除软件中的隐患；（2）容错设计，使产生错误不致造成系统崩溃；（3）纠错设计，错误发生能自动回到正确状态运行；（4）抗干扰设计，主动杜绝由于干扰引起的系统出错；（5）故障诊断，主动检测故障，使故障在未发生前预报，或发生后采取措施。

3、伺服系统动态响应性有两方面的含义，一是指动态响应过程中，输入量跟随输入指令信号的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。分别用上升时间和调整时间来描述。

4、建立被控对象数学模型的方法有分析法和实验法。分析法可反映被控对象的本质，建立机理模型。实验法可对无法建立机理模型的系统建立辨识模型。

5、用硬件方法产生PWM脉冲方法一般由三角波发生器,加法器和比较器组成.三角波发生器用于产生一定平率的三角波Ut，该三角波经加法器与输入的指令U1相加产生信号U1+Ut，然后送入比较器，产生受指令电平控制的脉宽可变矩形波，即脉宽调制波。

注：图可不画。

6、启动矩频特性是指步进电动机在有外加负载转矩时，不失步地正常启动所能接受的最大阶跃输入脉冲频率与负载转矩的对应关系。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、解：

对应0-40V ,需要0-100%占空比

1500XY3 4000401004 X——电压 Y——占空比

所以，占空=75%

2、解：

nKs Js

Ks——为机械系统折算到丝杠轴上的总当量扭转刚度 Js——折算到丝杠轴上的系统惯量 1.9104n571 1/s

0.0583

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、解：（1）等效负载转动惯量（3分）

JJ1J3J2 222i1i1i2（2）等效负载转矩（3分）

TZTL

式中：i=i1i2 i（3）等效电机最大转矩（4分）

TM[(JmJ）

2、解： 解：（1）iTLi]/ 式中Jm是电机转动惯量

12=0.785（转动到移动的传动系数）（2分）

P/2P转角1/SQ(S)（2）系统框图（4分）

指令R(S)K1控制器K2驱动器KmTS+1电机Kj

（3）传递函数：（4分）

第二篇：机电一体化系统设计第2阶段练习题

江南大学现代远程教育 第二阶段练习题

考试科目:《机电一体化系统设计》第三章至第四章（总分100分）

学习中心（教学点）批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分。）

1、直线光栅传感器属于（）数字信号传感器。

A、增量码

B、绝对码

C、BCD码 D、格雷码

2、在控制感性负载器件的直流功率接口中，为了保护功率管需要接入保护（）。A、电感

B、电阻

C、二极管 D、电容

3、为了消除A/D转换期间由于信号变化产生误差，需要采用（）电路。A、放大

B、采样保持

C、模拟开关 D、分压

4、晶体管作为无触点开关，其导通电阻和开路电阻，依次应该（）。A、前大后小

B、前大后大

C、前小后小 D、前小后大

5、设计键盘程序时要考虑（）。

A、消抖功能和延时功能 B、单次响应和延时功能 C、单次响应功能和消抖功能

D、延时功能和批处理功能

6、过零比较器常用于对信号的（）。

A、电平转换

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、有源滤波器比起无源滤波器，带负载能力依次（）。

A、前强后弱

B、前弱后强

C、前弱后弱 D、前强后强

8、按信息传递方向分有两种接口，它们是（）。

A、机械接口和物理接口 B、人机接口和机电接口 C、无源接口和有源接口

D、输入接口和输出接口

9、A/D转换器的转换速度依据对信号的（）频率确定。A、传送

B、变换

C、采样 D、放大

10、在计测系统中如果需要滤除信号中的高频干扰应该使用（）。A、低通滤波器

B、比较电路

C、微分电路 D、高通滤波器

二、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。多选、少选、错选均不得分。)

1、在机电接口的功率接口中常用的驱动元件有（）。A、功率晶体管 B、晶闸管 C、功率场效应管 D、固态继电器

2、以下哪些是数字滤波算法（）。

A、算术平均滤波 B、RC高通滤波 C、RC低通滤波 D、滑动平均滤波

3、传感器的非线性补偿采用的软件方式包括（）。

A、定时法 B、计数法 C、计算法 D、查表法

4、光电编码盘在系统中一般用于测量（）。

A、电机转角

B、电机电流

C、电机温升 D、电机转速

5、滤波器的主要参数有（）。

A、截至频率 B、线性度 C、品质因素 D、带宽

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。你认为对的打“√”，错的“×”，不需要改错。）

1、软件消抖法是指在键盘识别过程中采用触发器。（）

2、SSR是固态继电器的英文缩写。（）

3、采用增益补偿措施可以减少增益变动带来的误差。（）

4、相敏检波电路是信号调制电路。（）

5、计算机对外部状态采集方式可有两种，一种是查询方式，另一种是中断方式。（）

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、增益误差补偿又称为

，采用软件方法对系统增益漂移进行补偿，其原理和数字调零方法类似。

2、D/A转换器中的数据锁存器可用来实现多路数字信号

转换。

3、拨码盘的A端接高电平时，数据输出为与拨码盘位置相对应的 码。

4、多位 LED数码管的显示控制方式有静态显示和。

5、在信号采集系统中采用

能使得单个A/D转换器进行多路信号转换。

6、中值滤波是

的一种。

7、对矩阵式键盘的逐行逐列查询方式称作

法。

8、表达滤波器对通频带以外的频率成分的衰减能力的参数是。

9、某光栅传感器输出两路相位相差90度的A、B两路脉冲，利用该两脉冲的边沿可得到栅距 的 细分信号。

10、机电一体化对检测系统在性能方面的基本要求是

、灵敏度和分辨率高；线性、稳定性和重复性好；抗干扰能力强；静、动态特性好。

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、在什么情况下要对增量式脉冲传感器的信号进行细分？

2、请画出模拟量检测系统的构成。

3、一般采用什么方法使得按键单次响应？

4、在键盘输入接口和数码显示接口中为了节省CPU时间应采用哪种管理方法？为什么？

5、列举几种传感器基本转换电路。

6、五大结构要素之间有几种接口？是什么接口？

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、一计测系统对一压力值进行检测，压力值的范围为0---200MPa，当输入0MPa时，获得的采样转换值为（以十进制表示）0.5，当输入200 MPa时，获得的采样转换值为（以十进制表示）9.5。1）计算系统的灵敏度（每单位压力的采样转换值）。2）当采样转换值为5时，计算压力值。（8分）

2、设计4X4矩阵式键盘的接口。说明键值如何产生。（7分）

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、某系统需要测量输出轴的转速，在输出轴上已经装有均布120个凸齿金属齿盘。

1）选择传感器，并说明测量原理；2）给出算法实现测量每分钟转数；3）画出计算机测量的接口路径图。

2、在一交流伺服电机调速系统中，采用计算机通过变频器对电机进行调速，变频器的输入控制信号为0—5V的模拟信号，对应的输出频率为0—50Hz，电机转速为每分钟0—1500转。1）进行控制输出接口设计；2）如输出转速要求1200转，微机输出的数字量应为多少？（采用MCS51 系列单片机作微控制器，DAC0832 作D/A转换器）

附：参考答案：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题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、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。)

1、ABCD

2、AD

3、CD

4、AD

5、ACD

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。）

1、×

2、√

3、√

4、×

5、√

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、校准

2、同时

3、BCD

4、动态显示

5、多路模拟开关

6、数字滤波

7、动态扫描

8、倍频程选择性

9、四

10、精度

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、在检测直线位移和转角时采用增量式传感器如直线光栅和光电编码盘，传感器的分辨率是以脉冲当量表示即一个输出脉冲所代表的位移量或转角，为了达到要求的测量精度，脉冲当量应该足够小，即当传感器的脉冲当量和所允许的测量误差相比不足够小时就需要对传感器信号进行细分。

2、模拟量检测系统的构成：

*传感器信号调理信号预处理A/D计算机

3、使得按键单次响应，一般采用等待按键释放后再对键进行处理的方法。

4、在键盘输入接口和数码显示接口中为了节省CPU时间应该采用中断管理方法。采用中断方式定时读取键盘和输出显示，其余时间CPU可处理其它功能。

5、传感器基本转换电路有分压电路、差动电路、非差动桥式电路和调制电路等。

6、五大结构要素之间有三种接口。它们是机械接口、信息接口和物理接口。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

9.50.50.045/MPa(4分)

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

2、解：原理图（4分）

键值产生办法：1）列首号加行号；2）顺序计数法，计数值即为键值。（3分）

以上方法只须回答一种

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、解：（1）由于金属齿盘，可选择磁阻式传感器，磁阻是传感器是在一永磁铁上绕制一线圈，当齿盘转动切割磁力线造成回路磁阻变化使线圈产生感应电势，当磁盘转动一周输出120个脉冲。

+U_（3分）

注：采用光电传感器也可，关键是输出120个脉冲

（2）设f脉冲频率,n=每分钟转速

n60f0.5f 120f——齿盘为单齿时每秒钟脉冲个数 120测量方法：对传感器信号计数0.5秒，计数值即为n(4分)

（3）接口路径（3分）

计算机计数器传感器放大整形电平转换

2、解：

（1）根据变频器的要求，需要0—5V模拟电压。因此需要采用D/A转换器将计算机的输出数据转换为0-5V模拟量。（5分）

8计算机地址D/A转换器电压变换变频器控制线

（2）DAC0832为8位D/A转换器，因此对应0—5V转换电压的二进制值为00H-FFH，即0-255，***0255204转换二进制值为CCH，所以微机输出为CCH（5分），n。255n1500

第三篇：机电一体化系统设计

机电一体化系统设计

1、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）等五个子系统组成。

2、系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；③储存（保持、积蓄、记录）功能。

3的变换、调整功能，可将接口分成四种：1）零接口；2）无源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、结合（融合）法和结合法。

5擦、低惯量、高强度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。

6、为达到上述要求，主要从以下几个方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向支承、动（静）压导向支承等。

2如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。

3的等效动惯量，尽可能提高加速能力。

5如选用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性化。

第四篇：机电一体化系统设计第3阶段测试题

江南大学现代远程教育 第三阶段测试卷

考试科目:《机电一体化系统设计》第五章至第七章（总分100分）时间：90分钟

学习中心（教学点）批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分。）

1、直流伺服电机的速度数字控制方法通常是（）。

A、脉宽调制

B、频率调制

C、幅值调制 D、相位调制

2、伺服系统的稳定性仅和系统的（）有关。

A、输入信号

B、输出信号

C、干扰信号 D、固有参数

3、在半闭环位置伺服系统中常用光电编码盘测量电机转速和（）。A、扭矩

B、电流

C、温升 D、角位移 4.在开环伺服系统中，传动系统的间隙会带来（）。

A、不稳定

B、死区误差

C、超调 D、阻尼

5、系统的刚度越大、惯量越小，则该系统的固有频率（）。A、越高

B、越低

C、不变 D、不定

6、控制器中的微机目前常用的有可编程控制器、（）和工控机。A、PC

B、单片机

C、PLC D、IPC

7、脉冲传递函数是用于描述（）的数学模型。

A、线性系统

B、离散系统

C、非线性系统 D、镇定系统

8、步进电机的启动转矩随启动频率升高而（）。

A、增大

B、不变

C、降低 D、不定

9、关于半闭环和全闭环控制，以下说法正确的是（）。A、两者区别在于传感器检测位置不同 B、前者精度高，后者精度低 C、两者没有区别

D、前者难以实现，后者易实现

10、关于步进电机驱动器，以下说法正确的是（）。A、斩波限流驱动电路往往采用较低的单电源供电 B、高低压驱动电路效率高

C、斩波限流驱动电路出力大、功耗小、效率高 D、单电源驱动电路出力大、功耗小

二、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。多选、少选、错选均不得分。)

1、伺服系统的误差有（）。

A、稳态误差 B、静态误差 C、随机误差 D、动态误差

2、步进电机的控制要考虑（）。

A．启动过程升速控制 Ｂ．低转速控制 Ｃ．停止过程降速控制 Ｄ．使电机连续工作

3、直流伺服电机的动态特性主要受（）的影响。

A、动态误差 B、机械惯量 C、跟踪误差 D、电磁惯量

4、采用冗余技术提高控制装置的可靠性，常用冗余系统结构有（）。A、混联结构 B、并联结构 C、后备结构 D、串联结构

5、进行机电一体化设计的充分条件是（）。

A、可选择性 B、灵活性 C、互补性 D、等效性

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。你认为对的打“√”，错的“×”，不需要改错。）

1、一个节拍的控制脉冲控制步进电机使得执行器获得的相应运动量称为步距角。（）

2、在伺服系统中负载等效惯量大于执行元件的惯量才能获得较好的动态特性。（）

3、系统总体技术是系统工程在机电一体化技术中的具体应用。（）

4、步进电机单双相轮流通电时电机具有较大负载能力。（）

5、性能指标对产品结构有影响，但对设计方法没有影响。（）

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、伺服系统按控制方式可分为开环控制系统和

系统。

2、机电一体化系统对伺服系统的要求是稳定性、精度和。

3、开环伺服系统中无

元件、结构简单，但精度低；闭环伺服系统直接对输出量检测和反馈，精度高，但结构复杂、成本高。

4、离散系统的脉冲传递函数又称为。

5、假如反馈控制系统中各环节都是理想的，没有惯性、、刚度为无穷大，则系统为一阶系统。

6、步进电机的斩波限流驱动电路的恒流原理是对电机绕组

闭环控制。

7、系统的 越小，响应速度越快，但振荡趋势越大，系统稳定性变差。

8、由丝杆螺母机构的综合拉压刚度的变化引起的的误差称作。

9、设计闭环伺服系统首先要保证系统的。

10、选择电动机的主要依据参数是负载。

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、步进电机常用哪几种驱动电路？试比较性能。

2、请画出采用直流伺服电机驱动的数控工作台半闭环伺服系统的系统框图。

3、何谓镇定控制系统、随动系统和程序控制系统？

4、简述伺服电机选择的基本步骤。

5、一个五相步进电机，其转子齿数为100，当采用单相双相轮流通电时，步距角是多少？

6、试画出微型机控制系统基本框图。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、二阶系统结构图如图所示，设k1=4,k2=10,T=0.001，求系统固有频率，阻尼比。

（8分）

2、在一个机电系统中要求控制器输出一路脉冲作为步进电机基本控制脉冲，1）说明脉冲的产生方法；

2）说明步进电机变速控制方法。（7分）

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、给出伺服系统设计的一般步骤和要点。

2、如图所示的机电传动系统，减速机构为两级减速箱，已知齿轮齿数之比z2/z1=3，z4/z3=5，减速机构的效率ηc＝0.90，各齿轮的惯量分为J1=20kgm，J2=70kgm，J3=40kgm，J4=200kgm，电动机的惯量Jm = 300kgm，负载惯量JL=450kgm，负载转矩T2=480Nm，试求：1）折算到电动机轴上的负载转矩Tz ；（5分）2）折算到电动机轴上的系统惯量Jz（5分）

222

附：参考答案：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题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、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。)

1、ABD

2、AC

3、BD

4、BC

5、CD

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。）

1、×

2、×

3、√

4、√

5、×

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、闭环控制

2、快速响应性

3、检测反馈

4、Z传递函数

5、没有阻尼

6、电流

7、阻尼

8、定位误差

9、稳定性

10、转矩

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、步进电机的常用驱动电路有三种：单电源驱动电路、双电源驱动电路、斩波限流驱动电路。单电源驱动电路：结构简单、成本低、电流波形差、效率低、出力小，主要用于速度低的小型步进电机。双电源驱动电路：和单电源驱动电路相比，输出电流波形、输出转矩和运行频率都有较大改善，但效率仍较低。斩波限流驱动电路：效率高、功耗小、出力大，目前广泛采用。

2、采用直流伺服电机驱动的数控工作台半闭环伺服系统是一个位置伺服系统，组成环节有比较器、控制器K1、驱动器K2、直流电机G1（s）、G2（s）、转速测量反馈环节Kw、位置测量反馈环节Kp，检测元件检测电机轴，因此闭环内不包含其它机械系统。其系统框图如下：

3、镇定控制系统、随动系统和程序控制系统是控制系统按系统输出类型分类的三种控制系统。镇定控制系统的输出为常量，在外界干扰作用下控制输出保持常量的系统，比如恒温、恒压控制系统。随动系统的输出可大范围跟随输入或反馈的指令变化，如雷达系统，位置、力等伺服系统等。程序控制系统的输出按预定程序变化，如机床数控系统，输入按零件加工工艺编制的加工程序，机床的工作即按程序被控制。

4、伺服电机选择的基本步骤：首先根据作用在电机轴上的转矩初选电机，然后验算功率、匹配转动惯量。

作用在电机轴上的转矩由两部分组成，一是等效到电机轴端的传动或执行机构中所受各力等效负载转矩Td，二是启动或加速时作用于电机轴端的惯性转矩Tg，Tm=（Td+Tg）/η，η为传动效率，Tg=(Jm+Jd)ε，Jd是传动或执行机构等效到电机轴端的等效转动惯量，Jm是电机转动惯量，ε是电机角加速度。

惯量匹配按1/4 Jd/Jm1原则匹配。

5、一个五相步进电机，其转子齿数为100，当采用单相双相轮流通电时，步距角α=360/ZKM，Z转子齿数，K通电系数：单相双相轮流通电时为2，M为电机相数。因此根据已知条件计算步距角为0.36度。

6、微型机控制系统基本框图：

进入、输出计算机的量需要经A/D（转换为数字量）、D/A（转换成模拟量），控制器是以软件为主的数字控制器。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、解：由图可知系统传递函数为：

K1K2C(s)

TS1S（2分）

K1KR(s)12TS1S将上式换成标准形式：

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从式中：固有频率nK1K2=200（2分）T1=2.5(2分)

K1K2T阻尼比

2、解： 12（1）如从8031的P1.0口输出脉冲（如图）（2分）

脉冲信号产生方法：采用8031内部定时器，定时使P1.0口线轮流置“1”清“0”，置位和清零P1.0口线由定时器中断服务程序完成（2分）

（2）调节脉冲频率就可调节步进电机转速，脉冲频率调节依靠改变定时器的定时时间常数来完成。（3分）

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、解：

（1）设计要求分析，系统方案设计（要点：选择控制方式、传动系统、初选执行元件、传感器等）（2分）

（2）系统性能分析（要点：对方案进行分析，例如稳定性精度、快速响应性分析）（2分）

（3）执行元件及传感器的选择（要点：根据负载的精度等、等效负载）（2分）

（4）机械系统设计（要点：消除传动间隙、稳定精度、减小摩擦）（2分）

（5）控制系统设计（1分）

（6）系统性能重查（1分）

（7）系统测试实验

（8）系统设计定案

2、解：

Tz——折算到电动机轴上的负载转矩 Jz——折算到电动机轴上的系统惯量

第五篇：机电一体化系统设计第1阶段测试题

江南大学现代远程教育 第一阶段测试卷

考试科目:《机电一体化系统设计》第一章至第二章（总分100分）时间：90分钟

江苏无锡江大网院生产力促进中心 学习中心（教学点）

批次：

201209

层次：

高起专

专业：

机械制造与自动化

学号：

身份证号：

姓名：

得分：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分。）

1、在高精度、大负荷传动系统中滚珠丝杠一般应采用（B）支承方法。A、一端自由

B、一端游动

C、一端固定

D、两端固定

2、机电一体化系统对传动系统的要求是转动惯量小、（C）。

A、刚度大、阻尼小

B、刚度小、阻尼大

C、刚度大、阻尼合适

D、刚度小、阻尼合适

3、以下哪种方法不属于滚珠丝杠消除反向间隙的方法？（B）。

A、双螺母垫片调隙法 B、偏心轴套调整法 C、双螺母螺纹调隙法 D、双螺母齿差调隙法

4、机电一体化产品是指采用机电一体化技术，在（C）基础上创造出来的新机电产品。A、机电产品

B、电子产品

C、机械产品 D、光电产品

5、谐波齿轮减速器由谐波发生器、刚轮和（A）组成。

A、柔轮

B、轴销

C、从动轮 D、主动轮

6、滚动直线导轨的摩擦系数很小，为滑动导轨的（D）左右。A、1/20

B、1/30

C、1/40 D、1/50

7、滚珠丝杠在垂直安装时要注意其（B）的缺点，采取相应的措施。A、质量大

B、不自锁

C、效率低 D、阻尼大

8、机电一体化系统的操作功能是由以下哪个结构要素完成的？（D）A、动力源

B、传感器

C、计算机

D、执行元件

9、经济型数控机床属于哪种类型的机电一体化产品？（A）

A、功能附加型

B、机电融合型

C、功能替代型 D、普通机械型

10、直齿轮传动消除反向传动间隙常用（B）错齿调节法。

A、螺纹

B、双片齿轮

C、垫片 D、单片齿轮

二、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。多选、少选、错选均不得分。)

1、机械系统一般由（ABCD）组成。

A、传动机构 B、导向机构 C、支承机构 D、执行机构

2、机电一体化技术的六项共性关键技术是机械技术、检测与传感技术、系统总体技术、（ABD）。

A、自动控制技术 B、伺服驱动技术 C、液压与气动技术 D、计算机与信息处理技术

3、机电一体化对工业三大要素的作用是（ABD）。

A、省资源

B、信息智能化

C、信息传送

D、省能源

4、机电一体化系统的操作功能是由以下哪些结构完成的？（AD）A、执行机构

B、传感器

C、计算机

D、执行元件

5、下面哪些产品属于机电一体化产品中的机电融合型产品？（BD）A、经济型数控机床

B、加工中心

C、线切割机床 D、复印机

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。你认为对的打“√”，错的“×”，不需要改错。）

1、滚珠丝杠传动效率比梯形螺纹丝杠的高五倍左右。（×）

2、机电融合型产品的技术附加值最高。（√）

3、采用双螺母预紧的方法消除滚珠丝杠的传动间隙可提高传动精度和刚度。（√）

4、滚珠丝杠的刚度不影响传动精度。（×）

5、在选用滚动直线导轨时除了要考虑工作载荷、精度、速度等使用条件外，还要对刚度、摩擦特性等综合考虑。（√）

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、滚珠丝杠的计算载荷Fc和载荷性质、工作精度、滚道实际硬度有关。

2、滚珠丝杠的滚珠循环形式有内循环和 外循环 两种。

3、在传动系统中采用滚动摩擦副器件可大大减小摩擦力的变化，并提高传动灵敏度，有利于克服 爬行 现象。

4、机电一体化总体设计是应用 系统总体 技术，从整体目标出发，综合分析产品的性能要求，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。

5、通常在进行刚度验算时，要求滚珠丝杠在工作长度的总变形量应小于传动精度的 1/2。

6、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。

7、塑料导轨带的特点是摩擦系数低且稳定、动静摩擦系数相近、耐磨性好 好并吸收振动。

8、滚动直线导轨的截面形状有 矩形 和梯形两种。

9、热变形式执行机构是利用 电热元件 通电后产生热变形实现微位移的。

10、锥环无键连轴器能够实现 无间隙 连接传递扭矩。

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、机电一体化的实质是什么？

答：机电一体化的实质是应用系统工程的观点和方法来分析研究机电一体化产品和系统，综合运用现代高新技术进行产品的设计与开发，通过各种技术的有机结合，实现产品内部各组成部分合理匹配和外部整体效能最佳。

2、机电一体化产品有哪些设计类型？各有何特点？

答：机电一体化产品有三种设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计。开发型设计是一个从无导游的创造过程，实在没有样板参照的情况下，根据功能和性能要求，根据机电一体化设计原理，未满足市场需求所进行的设计。适应性设计是在原有产品总的方案原理基本不变的情况下，对产品的某些局部加以变动和改进，一增加功能提高性能和质量或降低成本为目的所进行的设计。变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下，通过改变尺寸、速度、力或功率等参数，一满载市场对产品规格方面的需求所进行的系列化设计。

3、给出机电一体化系统五大功能要素和结构要素图。

答：机电一体化武大功能要素图A,机电一体化五大结构要素图B

4、说明滚珠丝杠的选择方法。

答：

1、首先根据工作载荷计算出计算载荷F2、计算定额懂载荷

3、根据懂载荷值选择丝杠参数

4、稳定性运算

5、刚度验算

6、功率验算

5、机械系统要达到机电一体化系统的要求应采取哪些措施？ 答：

1、采用低摩擦阻力传导向部件

2、缩短传动链

3、最佳传动比

4、消除运动间隙

5、提高传动支承刚度

6、现代设计方法应用

6、何谓功能替代型产品？

答：功能替代产品采用微电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品节后简化，性能提高，柔性增加。如电子缝纫机、自动照相机等。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200，刚轮齿数Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。试求：柔轮固定时刚轮的转速n2。（8分）解：

2、请按机电一体化产品的五大功能对一全自动洗衣机的结构进行功能划分。（7分）分析：一个全自动洗衣机有点击带动洗衣滚筒完成主功能（操作功能）-洗衣，计算机芯片及程序完成控制功能，水位检测传感器等完成计策功能，机械构建完成构造功能，电源系统完成动力功能。

七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、某传动系统中等负荷、中等定位精度、采用较长滚珠丝杠卧式安装。1）试选择合适的滚珠丝杠支承方式。2）请画出所选支承方法简图。

2、某精密直线进给系统采用丝杠螺母传动，为了补偿传动误差需采用微动装置，1）请选择微动装置，绘出原理简图；2）说明补偿原理。