《机电一体化系统设计》复习题5.doc.pdf

机电一体化系统设计复习大纲 （课程代 码 :02245) 第一部分课程性质与知识要点 一、课程性质与特点 机电一体化系统设计是机械电了工程专业的一门必修专业课，是一门多学科集成的科目， 核 心是机械工程、电了工程、信息工程以及控制工程。所以这门学科具冇综合性强、实践性强、应 用性 强的特点。 二、 课程目标与基本要求 本课程设置的目的在于使考生在已学过多门课程的棊础上，能针对机电一体化系统，将有关知识 结合起來，拓展系统设计的知识，并全血了解传统机电产品更新换代和新机电一体化产品研制开发的 主要技术内容和方向，掌握必要的基本设计知识与技能。 木课程强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一，使学生对机电一体化技术有綾全而的认 识，比较系统地学握机电一体化系统各元部件的选择计算和总体设计的基本理论和方法，初步具备机 电一体化系统的设计能力。 教学的基木要求包括： 1、 了解机电一体化系统的基本概念以及相关的名词术语。理解机电一体化系统中各结构要索在 系统中的作用和相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。 2、 了解机电一体化系统中各个主要部件的工作原理，理解各种部件的性能与功能，掌握它们设 计选型原则和方法。 3、 了解步进电动机运动控制系统的组成。理解步进电动机的工作原理和分类、愆角特性。理解 步 进电动机的运动控制方法，其中包括脉冲功率放大器。脉冲分配器、运动控制指令生成原理和方法。 4、 了解闭环伺服系统的工作原理和方案。掌握闭环伺服系统的电流环，速度环及位置环等三个 环路的组成。理解闭环伺服系统的主要性能指标及分析方法。了解控制器中比例、积分及微分等三个 增益系数对系统性能的影响。 5、 了解机器运动控制指令生成的基本原理和方案。了解数字微分分析仪器生成直线和圆周运动 控制指令的方法。理解直线运动控制指令插补原理。 6、 了解基于可编程序逻辑控制器的顺序控制系统的工作原理。 三、课程使用的教材 机电一体化系统设计课程使用的教材是全国高等教冇自学考试指导委员会纟fl编，董景新、 赵 长德主编的机电一体化系统设计，机械工业出版社2007年出版。 四、课程试题结构说明 机电一体化系统设计是机械电子工程专业的助学课程，试题结构如下： 单选题20个小题，每个小题1分，共计20分； 多选题5个小题，每个小题2分，共计10分； 填空题10个小题，每个小题1分，共计10分： 简答题5个小题，每个小题5分，共计25分； 计算题2个小题，每个小题10分，共计20分； 分析题1个小题，每个小题15分，共计15分。 第一章概论 本章知识要点： 1. 机电一体化系统的基本概念：系统、机电一体化、机电一休化系统和系统的数学模型 2. 典型机电一 ?体化系统的儿种形式：机械关节伺服系统、 数控机床、工业机器人、 自动引导车、 顺序控制系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统、微机电系统 3. 典型机电一体化系统功能模块的构成：机械受控模块、测最模块、驳动模块、通信模块、微计 算机模块、软件模块、接口模块 4. 典型机电一体化系统组成模块的作用 5. 机电一体化系统设计依据与评价标准 6. 机电一体化系统的设计过程 第二章机械受控模块（重点章节） 本章知识要点： 1. 齿轮的分类及选用 2. 齿伦系传动比最佳分配条件及最小等效转动惯录原则 3. 齿轮副间隙的消除方法 4. 滚珠丝杠螺母副的结构类型 5?滚珠丝杠螺母副间隙的消除及预紧方法 6. 滚珠丝杠螺母副的支撐形式 7. 谐波齿伦减速器的工作原理及结构 8. 谐波齿轮的传动特点 9. 谐波齿轮传动速比的计算 10. 轴系的组成和分类，轴系的技术要求 11? 导轨的用途及分类 12. 滚动导轨的结构、工作原理 13. 数学模型的物理意义 第三章测量模块（重点章节） 本章知识要点： 1. 机械量传感器的分类 2. 传感器的性能指标（工作特性、静态特性和动态特性） 3. 传感器的性能要求和改善扌岀施 4. 位移传感器（旋转变压器、感应同步器、增最式光电编码器、光栅）的结构和工作原理 5. 速度传感器（直流测速发电机、码盘式转速传感器）的结构和工作原理 6. 加速度传感器的分类及特点 7. 力、转矩和压力传感器的结构和特点 8. 霍尔式电流传感器工作原理和特性 9. 信号调理电路 10. 数据采集系统的分类和数据采集系统的主要组成 第四章电机及其驱动电路（重点章节） 本章知识要点： 1. 电动机的分类及特点 2. Jf?流电动机的结构与T作原理 3. 直流电动机的静态和动态特性 4. 直流电动机的驱动电路：线性直流功率放大器和PWM功率放大器的丄作原理 5. 交流感应电动机的结构与工作原理 6. 交流感应电动机的机械特性 7. 交流变频调速（恒压频比调速和转差频率控制）的原理 8. 超声波电动机的工作原理及特点 9. 电动机的选择 第五章步进电动机运动控制系统（重点章节） 本章知识要点： 1. 步进电动机运动控制系统的组成 2. 步进电动机的分类及各自的工作原理 3. 步进电动机的特性及主要技术指标 4. 步进电动机驱动电路（单极性驱动电路、双极性驱动电路、斩波恒流驱动电路）的原理 5. 步进电动机细分驱动原理和细分驱动电路 6. 步进电动机脉冲分配器 7. 步进电动机DDA法运动控制原理 第六章闭环伺服控制系统 本章知识要点： 1. 闭环伺服系统组成方案 2. 闭环伺服系统的数学模型（电流环、速度环、位置环） 3. 闭环伺服系统的性能（静态性能、动态性能）分析及改进性能的措施 4. 模拟伺服系统的主要技术指标 5. 数字PID控制算法 6. 计算机控制的位宜伺服系统的组成 第七章数控机器运动控制指令生成 本章知识要点： 1. 运动控制分类（点位控制、连续控制） 2. 插补的概念 3. DDA法插补原理和DDA法插补 4. 数据采样法插补原理 5. 直线与圆弧轨迹插补的实现 第八章顺序控制系统 本章知识要点： 1. 顺序控制系统的组成、工作原理 2. PLC的定义和顺序控制原理 3. PLC控制和通用计算机控制的区别 4. 常用PLC （西门子S7系列PLC、欧姆龙C系列PLC）及编程软件 5. 顺序逻辑表示法（布尔代数方程、梯形逻辑图） 6. 常用PLC编程指令 第二部分复习题练习 一、单项选择题 1. 直流测速发电机输出的是与转速【: A. 成正比的交流电压B.成反比的交流电压 C.成止比的直流电压D.成反比的直流电压 2. 某4极（极对数为2）交流感应电动机，电源频率为50Hz,当转羌率为0.02时，其转速为【 A.1450 r/min B. 1470 r/mi n C. 735 r/min D. 2940 r/min 3. 由计算机网络将计算机辅助设计、计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称【 A. 顺序控制系统B.自动导引车系统 C.柔性制造系统D.计算机集成制造系统 4. 谐波齿 轮演变來自于【: A.直齿锥齿轮传动B.蜗杆副传动 C.斜齿锥齿轮传动D.行星齿伦传动 5. 某光栅条纹密度为100条/nun,光栅条纹的夹角为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度为【） 某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°, 三相双三拍运行时步距角为 A. 3 °B. 6 °C.1.5 °D. 7.5 ° 9.某交流感应电动机，实际转速1350r/min,电源频率50Hz,则其极对数为 A. 1B. 2C. 3 D. 4 10. MEMS的意思是 A.微机电系统 B.柔性制造系统 C.计算机集成制造系统 D. 微电了系统 C. 2mm D. 5mm 因而其输出将是这些单元输出的总和，这种测量技术被称 C.差动技术D.闭环技术 B.提高承载能力 D.提高精度 7. A. 0. 1mm B. lmni 利川几个传感器单元同时感受被测 量， 为 A.平均技术B.开环技术 滚珠丝杆副的基木导程减少，可以 A.加大螺旋升角 11.直流电动机机械特性的硕度与 A.电枢电阻成反比B.反电动势系数成正比 高频信号不能通过的滤波器是 B. 带通滤波器 D.带阻滤波器 欲使其步距1. 5,应采用的通电方式为 C. 单双拍制D.细分电路 “机电一体化”含义是 A.以机为主加点电 C.机械与电子的集成技术 在机电一体化系统设计中，齿轮系常用于伺服系统传动机构中，作用是【 A.减速，增矩B.增速，增矩 C.増速，减矩D.减速，减矩 某传感器是一种输出电压随转了转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测竝角位移。该传感器 为 A.旋转变压器 C.光栅 易产生低速爬行现象的导轨是 A.滚动导轨B.静压导轨 C.滑动导轨D.气浮导轨 机械传动装置在机电一 ?体化系统中是必不可少的，因为在电动机和负载之间经常需要 A.匹配转矩和转速B.增加传动功率 C.缩小传动功率D.维持转速恒定 若从系统抑制干扰的能力考虑， 采样速率应选为闭环系统通 频带的 A. 5 倍B. 10 倍C. PWM指的是 A.机器人B.脉宽调制C. 若要使长光栅能测出比栅距述小的位移量， A.莫尔条纹的作用B.细分技术 C.数显表D.计算机数字处理 交流感应电动机，对应s=l的转矩称【 A.堵转转矩B.最大转矩 C.额定转矩D.负载转矩 使滚珠丝杠具冇最大刚度的支承方式是【 A.双推一简支B.单推一单推 C.双推一双推D.双推一自由 与旋转变压器输出电压大小有关的因素是【 A.转子位置B.转子材料 C.转子直径D.转子长度 用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统称【 A.伺服系统B.自动引导车 C.工业机器人D.数控系统 转子40个齿, B.双拍制 B.机械部与电了部合并 D.以电淘汰机 B.感应同步器 D.磁栅 D. 10倍以上 计算机集成系统D.对编程控制器 则应利用 低频信号可以通过， A.高通滤波器 C.低通滤波器 菜三相步进电动机， A.单拍制 若两平而之问的汕液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。利用这一原理设计出 各种形式的滑动摩擦支承轴系为 C.液体动压支承D.气休动压支承 27. 三相交流感应电动机中，定子三相对称绕组中接入三相对称交流电源后，三相绕组中的电流在定 子与转子Z间的气隙中产生的磁场是 【 A.脉动磁场B.静止磁场 C.圆形旋转磁场D.无磁场 28. 在系统屮负责处理由测量模块和接口模块提供信息的模块称【 A.软件模块B.通信模块 C.驱动模块D.微计算机模块 29?在满量程范围内由同一方向趋近同一个输入，连续儿次测量所得输出之间的最大差值称【 A.可复现性B.重复性 C.误差D.精度 30. 齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是【 A.调整中心距法B.选择装配法 C.带锥度齿轮法D.压簧消隙结构 31. 在采样数据系统屮，若考虑对系统响应速度的影响时，采样周期应选为系统最小时间常数的 A.10 倍B.5 倍C.2 倍D. (0.11)倍 32. SIMATIC S7-200 PLC的编程软件是【 A.STEP7-Micro/WIN C.ProTool B.CX-Programmer D.WINCC 33.交流感应电动机正常工作时, 其转差率s的范围为 A. ls2 B. 0Sl C.-1S1 34. DDA插补法称为 A.逐点比较法 C.数字积分分析法 35. 描写静态系统的数学模型是 A.代数方程 C.状态空间方程 D. -ls0 B.数字微分分析法 D.数据采样插补法 B.微分方程 D.逻辑方程 36.步进电动机，乂称电脉冲马达，是通过 _ 决定转角位移的一种伺服电动机。 A.脉冲的宽度B.脉冲的数量 C.脉冲的相位D.脉冲的占空比 37.测得码盘式转速传感器发出500个脉冲所川的时间为10s,码盘每转脉冲数为20,则转速为 A. 25r/min B. 30r/min C. 50r/min D. 150r/min 38. 步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域称 为 A.死区B.振荡区C.动稳定区 39. 输入和输出满足线性叠加原理的系统称为 A.线性系统B.定常系统C.时变系统 40. 复合控制器的反馈控制是 A.误差控制B.串级控制C.闭环控制 D.平衡区 D.随机系统 D.开环控制 按照预先规定的次序完成一系列操作的系统称【 A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.工业机器人 一般说，齿轮传动的总等效惯虽随传动级数【 A.增加而减小B.增加而增加C.减小而减小D?变化而不变 滚珠丝杠螺母副结构类型主要有两类：外循环插管式和【 A.内循环插管式B.外循环反向器式 C.内、外双循环D.内循环反向器式 某光栅的条纹密度是200条/mm,光栅条纹间的夹介J *0.005孤度，则莫尔条纹的宽度是【 A.100mm B.20mm C.lOmm D. 1mm 以下传感器中测量的是相对角位移的是 A.旋转变压器B.绝对式编码器C.増量式编码器 加速度传感器的基木力学模型是 A.质量 ?阻尼系统 C.质量弹簧阻尼系统 直流电动机的反电动势与 A.电枢电流成正比 C.转子转速成正比 PLC适合于 A.数据采集为主 C.科学计算为主 B.弹簧 ?阻尼系 统 都不正确D. B. D. B. D. D.都不正确 电枢电流成反比 转子转速正反比 顺序控制为主 管理为主 利用三次多项式样条两数牛成控制指令加速度最人值在 A.运动的起点和终点B.运动的屮间点 C.常加速度D.以上都不正确 电动机屮引入电流环后的伺服系统，下列叙述正确的是 A.电流环实质上是转矩控制回路B.电流环可以稳定转速 C.电流坏可以等价成一个积分坏节D.都不正确 某光栅的条纹密度是100条/mm,要用它测出邛m的位移，应采用的细分电路是 A.四倍频B.八倍频 C.十倍频D.十六倍频 下列操作中 . 可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是 A.增人电枢电阻B.减小电枢电压 C.增人电枢电压D.减小电枢电阻 DDA法生成的直线、圆弧都是冇一系列的 _ 组成。 A.弧线 C.折线 PD控制器称为 A.比例 C.比例积分肓流测速电动机的输出是与转速 A.成正比的交流电压 C.成反比的交流电压 描写动态系统的数学模型是 A.代数方程组 C.逻辑方程组 B.抛物线 D.渐开线 控制器。 B.比例微分 D.积分微分 B.成正比的直流电压 D.成正比的交流电流 B.微分方程组 D.以上都正确 伺服控制系统 - ?般包括控制器、被控対象、执行环节、比较环节和 等五个部分。 A.换向结构B.转换电路 C.存储电路D.检测环节 58. PWM指的是 _ o A.机器人B.计算机集成系统 C.脉宽调制D.可编程控制器 59. 滚珠丝杠螺母副的精度根据使用范围 及要求，可分为 _ 个等级。 A.3 B.5 60. 压电式传感器产生的电荷极性为 A.正电荷 C.负电荷 二、多项选择题 6. 机电一体化系统设计依据和评价标 准大体上应包括 A.系统功能B.性能指标C.使用条件D.经济效益 7. 以下关于步进电动机叙述正确的是 A.脉冲分配器可以山逻辑电路硬件实现 C.步进电动机的转速由脉冲数决定 8. 消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙的措施有 A.双螺母齿差式预紧 C.双螺 “螺纹式预紧 9. 以下选项屮，能反映传感器静态特性的性能指标有 A.线性度B.重复性C.最大超调量D.可复现性 10. 在实际应用 中，可以提高传感器性能的技术有I A.差动技术B.平均技术C.闭环技术D.屏蔽、隔离抗T扰技术 11?下列关于步进电动机驱动电路叙述正确的是I A. 双极性驱动电路适合于驱动混合式步进电动机 B. 单极性驱动电路适合于驱动反应式步进电动机 1?伺服系统通常是一个闭环的位證控制系统，具输入信号可以是 A.模拟电压信号B.脉冲信号C.开关量信号 2. 下列选项中，属于超声波电动机特点的选项冇 A.输出功率大B.动态响应快C.运行无噪声 3. 以下选项中， A.灵做度 4. 以下选项屮， A.小体积， 0.二进制数字信号 D.低速大转矩 能反映传感器工作特性的性能指标有 B.量程C.分辨率D.可靠性 属于谐波齿伦传动特点的选项有人速比B. D. C.齿面磨损小 5. 机电一体化的设计依据及评价指标包括 A.系统功能B. C.性能指标 运动平稳 可实现差速传动 使川条件 D.社会经济效益 C. 7 D.9 B.正电荷和负电荷 D.正电荷或负电荷 B.脉冲分配器可以由软件实现 D.步进电动机的转速由脉冲频率决定 B.双螺母垫片式预紧 D.单螺母变导程预紧 C. 驱动直流迫动机的电路也能驱动步进电动机 D. 细分电路可以提高步进电动机的分辨率 12. 在机电一体化系统设计屮，处理“机”和“电”的关系时，所遵循的设计思想有I A.替代机械系统 13. 以F选项中，能反映传感器动态特性的性能指标有【】 A.线性度B.最大超调量 C.调整时间D.上升时间 14. 描写顺序控制的方法有【】 A.梯形图B.顺序功能图C.流程图D.状态图 15. 以下选项中，能够测量速度的传感器有【】 A.测速发电机B.光栅C.码盘式转速传感器D.感应同步器 三、填空题 I. 直流电动机的驱动电路主耍有线性直流功率放人器和_ 放人器。 2?闭坏伺服系统可分为三个控制环路：电流坏，速度坏及 _ o 3. 步进电动机的转速与输入的_ 成正比。 4. FX系列PLC是 _ 的产品。 5. _ 闭环伺服系统屮的电流环以直流 电动机的 _ 作为反馈量，以实现对转矩的控 制。 6. PID控制器中，I的作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个_ o 7. PID控制器中，P的作用是增加_ , 降低系统误差，增加系统通频带。 8. 直流伺服电动机的机械特性是指电枢电压怛定情况下，电动机转矩与_ 的关 系。 9. 旋转变压器是一种输岀电压随转子_ 变化的测量装置。 10. 滚动轴承的精度分为B、C、D、E、G五级。其中 _ 级精度最高。 II. 伺服系统的刚度是指输出轴的单位位置误差所能承受的_ o 12. 两个动合触点串联，可以表示_ 的逻辑关系。 13. 输入和输岀满足线性叠加原理的系统，称为_ 系统。 14. _ 某光 屯编码器作为系统的位置反馈，若系统中丝杠的螺距为4mm,光电编码器的分辨率为600脉冲/r,参 考输入脉冲为1800脉冲/s,则该工作台的运动速度为_ 。 15. 超声波电动机是利用压电陶瓷的_ 效应产生的超声振动来驱动转子转动 的。 16. 感应同步器是一种利用_ 原理來测量位移的检测装置。 17. 某五相步进电动机转子有36个齿，釆用二相三相运行方式，则其步距角为_ 度。 18. 按滚珠的循坏方式不同，滚珠丝杠螺母副有内循环和_ 两种结构。 19. 描述决定系统输入与输出之间的数学方程式，称为系统的_ 。 20. SIMATIC S7-200 PLC 是 _ 的产品。 21. _ 闭环伺服系统可分为三个控 制环路：电流环， _ 及位置环。 22. PID控制器中D的作用是给系统提供阻尼，增加系统的 _ o 简化机械系统 23. _ 数控机床连续路径控制中，为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须 同时控制每一个轴的位置和，使它们同步协调到达目标点。 24?某2对磁极交流感应电动机，空载转速为1200r/min,电源频率为50Hz,则空载转差率为o 25. 闭环伺服系统中的电流环以直流电动机的电枢电流作为反馈量，以实现对_ 的控制。 26. 能产生输出变化的被测变量的最小变化量称为传感器的_ o 27. 在交流电动机的恒压频比调速过程中，电动机输出的_ 基本不变。 28. 某四极 （p=2）交流电动机通以50Hz工频电时，转速为1350r/min,则该电动机的转差率 填空题答案 1.脉宽调制（PWM）2.位置环3.脉冲频率4.（日本）三菱5. 电枢电流 6.无静差度7.开环增益 At (tf - to) = max= X0 二 10-0 12-0 他)-0)心沁) 3| 二 3x16 訂 2 J 2vTnM 3x10 15 At Ay = |10-0| = 10 “ 心二6 ( 1分) max? 3,6,匕 8 =6