机电一体化总复习试题及答案

一、名词解释：

1．机电一体化产品：是指按机械系统和微电子系统有机结合，从而产生新功能和新性能的新产品。

2．香农采样定理：对于一个有限频率的连续信号，当采样频率fs≥2fmax时，采样函数才能不失真地恢复原来的连续信号。

3．采样/保持器：计算机系统模拟量输入通道中的一种模拟量存储装置

4．传感器：是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

5．热电阻效应：测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。

6．热电效应：当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。

7．可编程控制器：指可通过编程或软件配置改变控制对策的控制器。

8．步进电机：用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电机

9．热电效应：将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路，当导体的两个连接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。

10．柔性制造系统：由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统

11．计算机集成制造系统：是在信息技术、自动化技术、管理与制造技术的基础上，通过计算机及其软件的辅助将分散在产品设计和制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用与多品种、小批量生产，实现整体效益的集体化和智能化制造系统

二、简答题

1. 机电一体化系统与传统机电系统的区别是什么？简述机电一体化系统的共性关键技术。 答：传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

共性关键技术：机械设计和制造技术，微电子技术，传感器技术，软件技术，通信技术，驱动

技术，自动化技术，系统技术

2. 机电一体化系统包含哪些基本要素？

答；机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。

3. 简述滚珠丝杠的工作原理及特点。

答：传动效率高，定位精度高，使用寿命长，传动可逆，同步性能好。

4. 简述滚珠丝杠的安装方式的类型及其特点。

答：单推-单推式；特点：轴向刚度较高，预拉伸安装时预紧力较大

双推-双推式；特点：刚度最高，使用与高速，高刚度、高精度的精密丝杆传动系统。 双推-简支式; 特点：双推端可拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较长

双推-自由式；特点：轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统

5. 为什么要消除齿轮副间隙？常用什么方法消除间隙？

答：齿轮副间隙影响传动精度最终影响加工精度；斜齿圆柱齿轮传动常采用轴向垫片调整法和轴向压簧调整法消除间隙 ，直齿圆柱齿轮传动常采用中心距调整法，双片薄齿轮错齿调侧隙法，轴向垫片调整法

6. 导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？

答：1）滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。

2）滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动时处于滚动摩擦状态。滚动导轨的特点是：摩擦系数小，驱动功率小，定位精度高，能无间隙运动，机械性能好，结构复杂，加工困难，成本较高

3）静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易掌握，调整较困难。摩擦系数极小，适用于精密、轻载、高速的场合。

7. 简述机电一体化系统的分类。

答：1）基于PC的控制系统2）基于微处理器的控制系统3）基于PLC的控制系统4）其他控制系统

8. 工控机的接口卡有哪些类型，各有什么功能？

答：模拟量输入/输出卡：主要作用是处理模拟信号的输入和输出。

数字量输入/输出卡：实现各类开关信号的输入输出控制。

运动控制卡：使用伺服机构来控制机器的位置和速度。

RS-232/RS-485模块：用于串行通信的标准接口卡。

CAN总线接口卡：具有多主控协议、实时能力、纠错功能和强抑噪能力。

9. 简述工业控制计算机的硬件组成结构及其作用。

答：主板：将采集到的实时信息按照预定程序进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理、及时选择控制策略并将结果输出到工业过程。

系统总线：分为内部和外部总线，内部总线是工控机内各组成部分之间进行信息传送的公共通道；外部总线是工控机与其他计算机和智能设备进行信息传送的公共通道。

输入/输出接口：是工控机和外部设备或生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。 入机接口：用于操作员与计算机之间进行嘻嘻交换。

通信接口：是工控机与其他计算机和智能设备进行信息传送的通道。

系统支持：功能主要包括监控定时器、电源掉电监测、后备存储器和实时日历时钟。 磁盘系统：存储的载体。

10. 简述工业控制计算机的软件组成及其作用。

答：系统软件：管理工控机的资源，并以渐变的形式向用户提供服务。

工具软件：是技术人员从事软件开发的辅助软件，以提高软件生产效率和改善软件产品质量。 应用软件：是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。

11. 模拟数据采集系统通常由那几部分组成，各有什么作用？

答：传感器：把被测的物理量（如压力、温度等）作为输入参数，将其转换为电量（电流、电压、电阻等）后输出。

多路模拟开关：将多路模拟信号分别与A/D转换器接通，逐一进行A/D转换，以达到分时享用A/D转换器的目的。

放大器：运算放大。

采样/保持器：保持在A/D转换过程中信号的电压不变，以保证转换精度，以及在A/D转换完成后跟踪信号电压的变化。

A/D转换器及其单片机接口：将模拟信号转变为数字量。

12. 功率输出的常用接口方式有哪些？

答：功率晶体管接口、光电耦合器隔离、双向晶闸管接口

13. 机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电耦合器，请问光电耦合器的作用有哪

些？

答：隔离和抗干扰，保护低压与高压电路还有脉冲放大作用。

14. 简述PLC系统与继电器接触器控制系统的区别。

答：1）控制方式：继电器控制系统的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点完成既定的逻辑控制。PLC控制系统采用存储逻辑，可改变内存中的程序来改变控制逻辑，称软接线。

2）工作方式：继电器控制系统采用并行的工作方式，PLC控制系统采用串行工作方式。

3）控制速度：继电器控制系统控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC控制系统是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。

4）定时与计数控制：继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，其精度不高，受环境影响大，调整困难。继电器控制系统不具备计数功能。PLC控制系统用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。另外PLC系统具备计数功能。

5）可靠性和维护性：继电器控制系统可靠性较差，线路复杂，维护工作量大，PLC控制系统可靠性较高，外部线路简单，维护工作量小。

15. 机电一体化系统中的常用传感器有哪些，并举例说明？

答：位置传感器、位移传感器、速度传感器与加速度传感器、力、压力、力矩传感器、温度传感器、视觉传感器

16. 简述热电偶的四大基本定律？P192

答：（1）均质导体定理：由同一导体构成的热电偶不能产生热电势

（2）中间导体定律：A、B构成热电偶，将冷端断开，并接入第三种导体C，若保持C两端的温度相等，则回路中的总电势不变。

（3）中间温度定律：热电偶AB(T、T0)产生的热电势等于热点偶AB（T,Tn）和热电偶AB(Tn,T0)产生的热电势的代数和。

（4）标准电极定律：热电偶AB(T、T0)产生的热电势等于热点偶AC（T,T0）和热电偶CB(T,T0)产生的热电势的代数和。

17. 简述电阻应变式加速度计的工作原理。

答：电阻应变式加速度计由质量块、悬臂梁、应变片和阻尼液组成，当传感器随被测物体运动的加速度为a时，在质量块m上产生惯性力F=m*a，受惯性力作用，悬臂梁产生变形，通过应

变片可以测量出悬臂梁的变形量，进而可以得到加速度a的数值。

18. 简述顺序控制系统的分类。

答：时间顺序控制系统、逻辑顺序控制系统、条件顺序控制系统

19. 什么是步进电机？简述步进电机的分类。

答：用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电机；分类：反应式步进电动机、永磁式步进电动机、混合式步进电动机

20. 简述自动化制造系统的常见类型。

答：刚性半自动化单机、刚性自动化单机、刚性自动线、刚性综合自动化系统、一般数控机床、加工中心、混合成组制造单元、分布式数控系统、柔性制造单元、柔性制造系统、柔性制造线、计算机集成制造系统

21. 简述机电一体化系统的设计原则、设计类型及设计方法。

答：设计原则：机电互补原则、功能优化原则、自动化、省力化原则、效益最佳原则、开放性原则；

设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计；

设计方法：机电互补法、机电综合法、组合法。

22、机电一体化系统的性能评价内容有哪些？

答：技术性评价、经济性评价、安全性评价、综合评价

三、应用题

1.采用PLC设计二台电动机A、B工作的系统。

（1） 按钮X1为A电动机起动，按钮X2为A电动机停止（输出Y1）；

（2） 按钮X3为B电动机起动，按钮X4为B电动机停止（输出Y2）；

（3） 只有A电动机在工作中，B电动机才能工作。

要求：画出梯形图，写出指令表。

2、设计一台电动机按要求动作的PLC控制系统。 具体要求：系统只有一个按钮。按一下，电动机正转5s再反转5s,如此重复3次后自动停止。 试完成设计任务：（1）列出PLC系统I/O

分配表；（2）画出梯形图。(3)写出指令表。

3、现有一电气控制的电动机Y-Δ减压起动控制电路，原理图如下。若将其改为PLC控制，试画出相应的控制电路输入输出接线图、梯形图及对应的指令程序。

4、工厂自动往复运动搬运小车的主电路如图(a)所示，原电气控制电路如下图(b)所示。现要求采用PLC控制，画出I /O接线图，并试设计相应的PLC控制电路及其程序。

5、下图为小车送料过程示意图。现采用可编程控制器控制，写出小车PLC控制的梯形图。小车的送料过程为：当小车处于左限位开关ST1处时，按下启动按钮，小车向右运行；碰到右限位开关ST2后，小车开始装料，装料时间为15秒；然后小车向左运行，碰到左限位开关ST1后，小车开始卸料，卸料时间为10秒；至此完成一次动作。任何时候压下停止按钮，小车将停止动作。根据上述描述写出用PLC控制的梯形图。

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