《机电一体化系统设计》——期末复习题及答案_60341459302595687

中国石油大学（北京）远程教育学院 《机电一体化系统设计》期末复习题

第一章绪论

判断（A对，B错）

1. 工业三要素是资金、人才、技术。

2. 机电一体化系统的执行机构功能是主操作功能。

答案：B A

单选

1、机电一体化系统机械本体的功能是（）

A执行机构 B动力源 C固定其它部件 D主操作功能 2、下列哪一项是机电一体化的特性。

A装置的控制属于强电范畴 B自动信息处理 C支撑技术是电工技术 D以机械联结为主

3、机电一体化系统的主要构成装置不包含以下哪一项（）

A电子装置 B控制装置 C驱动装置 D机械装置 答案：C B A

问答题

1、在机械工业中微电子技术应用有哪些方面，及其对机电一体化产品设计的意义？ 1)对机器或机组系统运行参数进行巡检传感或控制 2)对机器或机组系统工作程序的控制

3)用电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构 4)节约材料 5)节能降耗

对机电一体化产品设计的意义表现在：功能模块化；封装模块化；电路（板）器件微型化；可靠性高；抗干扰能力强；结构一体化；机电产品体小、性优、价廉。

2、机电一体化系统的主功能组成是那些？

物质、能量、信息（工业三要素）的变换（加工处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、记录）

3、机械电气化与机电一体化的区别

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机械电气化

– 很少考虑电器与机械的内在联系；根据机械要求选用电气传动 – 机械电气界限分明，以机械联结为主，装置是刚性的

– 装置的控制属于强电范畴，支撑技术是电工技术（电磁学，输配电）

机电一体化

产品的新功能、智能化进步：自动检测，自动显示，自动记录，自动信息处理，自动调节控制，自动诊断，自动保护

4、简要说明机电一体化系统组成要素及其功能？

五个方面，各组成及功能分别是：机械本体(构造功能:固定其它部件)；执行机构(主操作功能)；驱动部件(动力功能)；传感部件(信息检测)；控制部分(信息处理及控制)

5、传统机电产品与机电一体化产品的主要区别表现哪些方面？ 技术范畴 生产 机械部分 运动循环 速度控制 同步性 结构重量 精度控制 操作控制 传统机电产品 机械电气化产品 传统机械产品 大批量 复杂的机械系统 常速驱动 机械同步 笨重结构 机械公差定精度 人工控制 机电一体化产品 机电一体化产品 现代机械产品 中小 简化 变速控制 电子同步 轻巧 反馈实现 自动可编程 不可调的运动循环 可编程运动 6、机电一体化的关键支撑技术有哪些？它们的作用如何？

系统论、信息论、控制论是理论基础和方法论，具体来说有六个方面的关键技术： 检测传感技术：是自动化、智能化、闭环控制基础 信息处理技术：控制的基础,处理速度,可靠抗干扰

自动控制技术：核心是计算机控制,关系着系统的静动特性和稳定性 伺服传动技术：动力和运动控制实现 包括电,液,气的伺服传动技术

精密机械技术：基础技术 涉及产品部件的模块化标准化规格化 表现为减轻重量，缩小体

积，提高精度，改善性能，提高可靠性

系统总体技术：包括总体设计和接口设计；涉及到产品的功能分解与技术实现、系统总体综合与接口技术

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第二章系统总体设计

判断（A对，B错）

1、产品的功能、原理、结构设计，是机电一体化产品概念设计的核心内容。 2、机电产品的功能可以划分原理、结构、行为。 3.逻辑功能元包括:与、或、非、加、减、乘、除。 4.现代设计方法强调产品全寿命周期最优化。

5.机电一体化设计以强度和低压控制为中心，强调功能设计。

6.如果在所设计的产品中具备等效性环节或互补性环节，那么该产品的设计只需采用常规设计方法。

7.系统可靠性是各组成环节可靠性的逻辑或。

8.可靠性原理是指规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。

9、机电结合(融合法)是指制成的功能模块象积木一样组成机电一体化系统。 10、优化设计是工程优化的重要组成部分，以数学规划为核心，以计算机为工具。 11、优化设计包括建立数学模型，选择合适的优化算法及程序及方案评价决策。 12、优化设计算法把多目标问题转化为单目标问题求解的方法。

13、机电一体化系统设计中产品规划要求进行需求分析、需求设计、可行性分析。

14、液压源、气压源同液动、气动系统一样，存在着提高可靠性、标准化和增加质量的问题。 15、机电一体化系统设计过程可分为5个阶段：产品规划、概念设计、结构设计、设计实施和设计定型阶段。

16、机电一体化系统设计中功能模块是实现某一特定功能的具有标准化、通用化或系列化的技术物理效应。

17、机电一体化系统设计的概念设计的结果是产生实际产品方案。 18、系统的任何输入、输出都可用物料、能量、信号来概括。

19、机电一体系统的设计过程中，将总功能分解后，前级功能是后级功能的手段功能，后级功能是前级功能的目的功能。

20、可靠性分配中常用的数学方法有代数方法和最优化分配法。

21、通过“黑箱”可以明确所设计的系统与输入输出量及外界环境的关系。

22、一个产品的功能就是产品的效能和作用，即产品行为产生的作用和对环境的配置影响。 23、微机接口通常由接口电路和与之配套的驱动程序组成。

24、为提高机械系统可靠性，应尽可能地加长传动链，增加元件数。 25、进行反求设计的目的是为了开发新的产品。

26、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一种新概念。 27、逻辑功能元包括:与、或、非、加、减、乘、除。 答案：ABBAB BBABA AAABB ABABA AAABA AB

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单选

1、寻找实现功能的物理效应，化学效应或生物效应，构思实现功能的行为，是什么设计过程？

A行为建模 B结构建模 C功能建模 D评价决策 2、进行行为、结构的映射是（ ）设计过程 。

A功能建模 B行为建模 C结构建模 D评价决策 3、下列哪一项属于适应性设计？

A没有参照样板的设计 B原理不变，改变结构

C局部更改，适应性变动 D适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 4、下列哪一项属于变异性设计？

A没有参照样板的设计 B原理不变，改变结构

C局部更改，适应性变动 D适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 5、传统的机电产品的设计注重 （ ）。

A.安全系数设计 B.功能设计 C.机械设计 D.电路设计 6、机电一体化产品的设计注重（ ）。

A.安全系数设计 B.功能设计 C.机械设计 D.电路设计 7、传统设计方法的特点是（ ）。

A绿色设计 B设计和制造的一体化 C设计过程的并行化 D用经验公式 8、现代设计方法的特点是（ ）。

A用经验公式 B以图表手册为设计依据 C设计手段的计算机化 D预测性设计 9、机电一体化系统设计中概念设计阶段最终目标是建立在（）的基础上。 A结构分析 B功能分析 C系统分析 D总体分析 10、机电一体化系统设计强调的是()实现上的概念设计。 A电子 B结构 C机械 D功能 11、工程设计中常用的抽象方法是（）。

A黑箱法 B白箱法 C虚拟设计法 D反求设计法 12、对于技术系统来说，其功能可以描述为（）之间的关系。 A机械结构与电子结构 B输入量与输出量 C物料、能量和信号 D系统与用户

13、在机电一体化产品中，对于一些简单的二值性的控制参数，可以考虑采用（）。 A控制开关 B BCD拨码盘 C行列式键盘 D鼠标

14、在机电一体化产品中，对一些少量的数值型参数的输入可以考虑使用（）。 A控制开关 B BCD拨码盘 C行列式键盘 D鼠标

15、在机电一体化产品中，要求输入的控制命令和参数比较多时，则应考虑使用（）。 A控制开关 B BCD拨码盘 C 行列式键盘 D鼠标

16、( )是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力是（ ）。 A可靠性 B安全性 C保障性 D测试性

17、在( )中，只要有一个单元功能失效，整个系统的功能也随之失效。 A串联系统 B并联系统 C复杂系统 D混联系统 18、( )是产生元部件失效或数据传输、处理失误、进而影响其可靠性的最常见和最主要的因素。 A机械干扰 B电磁噪声干扰 C光电干扰 D环境干扰 19、当失效真正是( )时，冗余技术就能大大提高可靠度。 A早期失效 B损耗失效 C晚期失效 D随机失效

4

20、机电一体化优化设计通常采用( )的方法。

A单目标规划 B整体规划 C多目标规划 D详细规划 21、机电一体化系统中解决功能模块间的信号匹配问题的是（）。 A通信模块 B接口模块 C测量模块 D软件模块 答案： ACCDA BDCBD ABABC AABDC B

问答题

1、试论述机电一体化产品的概念设计步骤及过程？

概念设计过程的步骤如下：设计任务抽象化，确定系统的总功能→将总功能分解为子功能，直到功能元→寻找子功能(功能元)的解→将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案→对众多方案进行评价决策，选定最佳方案→概念产品。

设计过程可以表述为根据需求确定产品功能，构思产品行为，指定产生期望行为从而实现功能的结构，然后评价的有限循环过程。

设计过程包括以下活动：功能建模、行为建模、结构建模及评价和决策。

1) 功能建模。确定某个抽象层次的功能，分解功能，建立功能结构图和功能结构。 2) 行为建模。寻找实现功能的物理效应、化学效应或生物效应，构思实现功能的行为，即进行功能+行为的映射。

3) 结构建模。指能产生所要求行为、完成预定功能的系统结构，即进行行为→结构的映射。

4) 评价和决策。测试和评价设计方案，检验功能域、行为域和结构域上变量的一致性、完备性，决定是接收、改进或是放弃该设计方案，并决定是继续进行概念设计循环还是返回到需求分析或进入详细设计。

2、产品的性能要求分类有哪些？简要分类说明。

可按使用要求划分为功能性指标、经济性指标和安全性指标三类外，还可以从设计的角度划分为特征指标、优化指标和寻常指标三类。不同的性能指标，对产品总体设计的限定作用也不同。

产品的功能性要求是要求产品在预定的寿命期间内有效地实现其预期的全部功能和性能。包括功能范围，精度指标，可靠性指标，维修性指标

产品的经济性要求是指用户对获得具有所需功能和性能的产品所需付出的费用方面的要求。该费用包括购置费用和使用费用。

安全性要求包括对人身安全的要求和对产品安全的要求。

特征指标是决定产品功能和基本性能的指标，是设计中必须设法达到的指标。

优化指标是在产品优化设计中用来进行方案对比的评价指标。优化指标一般不像特征指标那样要求必须严格达到，而是有一定范围和可以优化选择的余地。常被选作的优化指标有生产成本、可靠度等。

寻常指标是产品设计中作为常规要求的一类指标，寻常指标有较为固定的范畴，一般不定量描述，如工艺性、人机接口、美学指标、安全性、标准化指标等。寻常指标一般不参与优化设计，只需采用常规设计方法来保证。

3、什么是机电一体化产品概念设计的核心内容？

产品的功能设计、原理设计和结构设计是机电一体化产品概念设计的核心内容。 4、机电产品设计有哪些类型？试简要说明？

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第五章检测传感系统

判断题

A．对 B.错

1、对于传感器的非线性,可以采用多点标定、曲线拟合和线性插值方法可用来提高传感精度。 2、采用惠斯登电桥结构传感检测时，为消除温度干扰应采用的激励电源为恒压源。 3、物理型传感器无中间转换机构。

4、传感器的线性度表示的是输入输出特性。 5、涡流传感器是基于法拉第电磁感应原理。

6、常用的测温传感器中Pt热电阻和热电偶测量的是相对温度。 7、恒流激励可降低差动电桥检测时的引线误差。

8、传感器的可靠性是指工作寿命、平均无故障时间。 9、传感器的容量是指输入信号工作范围或量程。

10、传感器的输出—输入关系特性是传感器的基本特性。 11、压电式传感器适宜做静态测量。

12、动圈式磁电传感器即可测量线速度，也可以测量角速度。

13、在具有压电效应的的物质的极化方向施加电场,这些物质会产生变形,这种现象称为压电效应。 14、采用惠斯登电桥结构传感检测时，为消除温度干扰应采用的激励电源为恒压源。 15、常用的测温传感器中Pt热电阻和热电偶测量的是相对温度。 16、测速发电机的原理与直流电机相同。 17、测速发电机的内阻应尽可能大。 18、光电编码器适合较高转速测量。 19、物理型传感器无中间转换机构。

20、热电阻的激励电流应尽量的大,以增大信号的输出。 答案：ABAAA BAAAA BABBB ABAAB

单选题

1、下列传感元件的属于物理型（）。

A．测速发电机 B．光电编码器 C．应变片 D．涡流传感器 2.下列哪项对热电偶的说法不正确 是（）。

A.不能测量绝对温度 B.利用的是温差效应 C.铂电阻属于热电偶 D.需要冷端补偿 3.传感器的基本性能参数不包括（）。

A.量程 B.灵敏度 C.动态特性 D.尺寸 4、结构型传感器不包括（）。 A弹性片 B电容传感器 C压电传感器 D电感传感器

5、模拟式光电传感器有以下几种工作形式，其中（）用来对气体进行成分分析。 A吸收式 B反射式 C遮光式 D辐射式

6、模拟式光电传感器有以下几种工作形式，其中（）用来测量零件表面粗糙度。

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A吸收式 B反射式 C遮光式 D辐射式

7、模拟式光电传感器有以下几种工作形式，其中（）可以用来测量线位移和角位移。 A吸收式 B反射式 C遮光式 D辐射式

8、模拟式光电传感器有以下几种工作形式，其中（）用于防火警报。 A吸收式 B反射式 C遮光式 D辐射式 9、绝对值式编码器与增量式编码器相比具有优点是（）。

A结构简单 B成本较低 C误差不会累计 D不必使用减速齿轮 10、为辨别增量式光电码盘的旋转方向，通常A\\B相脉冲相差（）周期。 A 1/4 B 1/2 C 1 D整数倍 11、加速度传感器的基本力学模型是（）。 A阻尼-质量系统 B弹簧-质量系统 C弹簧-阻尼系统 D弹簧系统

12、某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹夹角θ=0.001弧度，则莫尔条纹的宽度是（）。 A 100mm B 50mm C 10mm D 0.1mm 13、光栅检测利用( )，使得它能测得比栅距还小的位移量。

A莫尔条纹作用 B模拟信号 C细分技术 D高分辨率指示光栅

14、码盘式转速传感器采用增量式编码器直接连接到转轴上，产生一系列脉冲，从而得到（）。 A电压信号 B数字式电流信号 C数字积分信号 D数字式速度信号

15、能消除零位输出和偶次非线性项,抵消共模误差,减少非线性,这种传感器性能改善措施是（）。 A平均技术 B差动技术 C稳定性处理 D闭环技术 16、模拟两线制传感器常采用的输出信号为（）。

A 4～20mA电流 B0～20mA电流 C 0～10V电压 D 0～5V电压信号 17、绝对码盘码道数越多,则（）。

A、能分辨的角度越大 B、能分辨的角度越小 C、测量精度降低 D、能分辨的角度不变

18.感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( ) 。

A.代数和 B.代数差 C.矢量和 D.矢量差

19、设某光栅的条纹密度是250条/mm，要用它测出1um的位移，应采用（）细分电路。 A．1倍频 B．2倍频 C．3倍频 D．4倍频

20、绝对编码盘的道数为10道，则位数为10，能分辨的最小角度为（）。 A．360/9 B．360/2 C．360/10 D．360/221.下列属于传感器动态特性的为( ) 。

A.量程 B.带宽 C.灵敏度 D.分辨率 22.下述哪一种是物理型传感器（）。

A.弹簧管 B.双金属片 C.水银温度计 D.电感电容 答案：CCDCA BCDCA BCCDB ABCDB BC

注释：12. 条纹宽度B和光栅宽度W以及光栅条纹夹角θ之间的关系为：B=W/θ。

。

。

10

。

。

9

问答题

1、某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm,丝杠导程t=4mm,齿轮减速比为i=5,要求工作台位移的测量精度为0.005mm，采用高速端测量方法，采用绝对旋转编码器，则绝对码盘最少要求的道数为多少？（忽略齿轮和丝杠的传动误差）。

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解：电机每转工作台位移为：4mm/5=0.8mm 要求的每转脉冲数为：0.8/0.005=160 27<160<28

答：绝对码盘的道数至少是8道。

2、设某光栅的条纹密度是250条/mm，要用它测出1μm的位移，应采用几倍频细分电路？数字细分电路与模拟细分电路有何不同？

每条条纹宽度为1mm/250=0.004mm=4μm，而4μm/1μm=4，所以应采用四倍频细分电路。 一般数字电路能够实现四倍频的细分电路；而模拟电路能够实现更高倍频的细分。

3、分别说明相对旋转光电编码器的A、B相和Z相表示意义，请设计简单的鉴别方向电路？

A、B两相是两组检测窄缝群，节距同光电脉冲发生器圆盘上节距相等的窄缝，但两组检测缝与圆盘上窄缝的对应位置错开1/4节距，其目的是使A、B两个光电变换器的输出信号相位上相差90。Z相是零点脉冲，可以提示被测轴已经旋转一周。

顺时针旋转时，设通道A输出波形超前通道B波形90°；则逆时针旋转时，通道A输出波形滞后通道B波形90°；光电编码器每旋转一圈，输出一个基准脉冲，基准脉冲的波形中心对准通道A输出的波形中心。 采用D触发器即可以实现鉴向，AB两相脉冲分别接到数据输入端和时钟端口，输出端的0和1输出表示不同的旋转方向。

4、常用的测温传感器中精度最高的是什么？不能测量绝对温度的传感器是什么？

常用的测温传感器中精度最高的是铂（Pt）电阻；不能测量绝对温度的传感器是热点偶，因为热电偶利用的是温差效应，只能测量两节点间的温差，而且还需要冷端补偿。 5、比较结构型传感器和物理型传感器特点，并举例说明。

结构型传感器是依靠传感器结构参数的变化来实现信号转换的，结构组成为：敏感元件＋变换器；例如：电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起的自感或互感变化。其它如弹簧管,双金属片,电感电容，现阶段广泛使用；

物理型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的，无中间转换机构，具有,体积小，速度快，寿命长，便于集成的特点。例如：利用水银的热胀冷缩现象制成水银温度计来测温；利用石英晶体的压电效应制成压力测力计等。 6、在传感器选型时要注意那些方面？

1）类型——与被测对象类型有关； 2）容量——输入信号工作范围或量程；

3）驱动——输出的负载能力（包括数字输出接口）、电气、机械特性； 4）线性度——输入输出特性； 5）精度——最小分辨率；

6）速度——输出对输入信号的反映时间或频响； 7）可靠性——单位时间的故障； 8）寿命期——连续工作时间；

9）性价比——是选型的重要约束条件之一。

7、解释差动电桥的检测原理和应用，采用差动电桥进行检测时如何才能消除引线误差？

? 差动电桥的检测原理和应用：

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差动电桥

U?EZ1Z4?Z2Z3EZ1?Z2Z3?Z4 ?(Z1?Z2)(Z3?Z4)2Z1?Z2为了消除引线误差，一般采取措施为：

1）大多数电桥都采用6引线装配：2根电桥输出引线、2根电桥激励引线和2根检测引线，来消除引线误差；

2）采用恒流激励将引线误差减至最小。

8、简述涡流传感器的原理，说明有哪些应用。

原理：基于法拉第电磁感应原理，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，被测金属导体内产生成漩涡状的感应电流，成电涡流效应，使传感器线圈等效阻抗发生变化。

Z = F(ρ,μ, r, f , x)

其中：ρ金属电阻率，μ金属磁导率， r 线圈与被测物体的尺寸因子， f 激磁电流频率， x 线圈与导体间的距离

特点：非接触连续测量，灵敏度高、频响宽、分辨率高

应用：可用来测：位移、厚度、表面温度、速度、应力，无损探伤。 9、试分析传统模拟二次传感器采用电流输出信号4～20mA的好处？

可以2线制工作，减少布线。传感器工作需要工作电流激励，若电流输出i=0mA，传感器就不能二线制工作，还须要有额外的工作电源的回路线。传感器有一个输出电流下限4mA，不仅可以提供工作激励电流，还可以提高传输相对精度。

有一个输出电流下限（不为0），便于检测传感器是否开路、短路。例如：传感器中如果开路，则电流变为0，而不是4mA，就可以检测到；传感器中如果短路，i将变得很大，也可以检测到。

采用电流输出信号，可以抵抗布线阻抗的干扰。

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第六章计算机控制系统

判断

A．对 B.错

1、数控机床伺服系统按控制方式分类：开环和闭环控制系统。

2、为了防止采样过程信号发生频率混叠可以在采样前设置一个带通滤波器。 3、二线平衡传输抗共模干扰和差模干扰，适合长距离传输。

4、DCS分布式控制系统具有两层结构：工作站和现场总线智能仪表。 5、造成地线干扰的原因是地线存在阻抗，由电流流过时有压降，产生差模干扰；防止地线干扰、的原则：单点接地。

6、采用集电极OC输出的特点：相当于开关输出；有较大电流驱动能力；能够实现“线与”功能；能够实现不同电路的接口。

7、PID数字控制算式中，积分初值相当于设置了合适的静态工作点，避免冲击。

8、限幅滤波能有效去掉脉冲干扰，其原理为对信号连续进行n次采样（n>3）,然后对采样值进行由小到大的排列，取出序列的中间值作为采样有效值。

9、通信双方在通信时需要遵循的规则和约定就是协议，包括语义、语法、定时和通信介质。 10、RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好且具有多站能力。

11、光电耦合器由发光二极管和光敏晶体管或光敏晶闸管组成，通过光信号实现电信号传递，用于接口，是SSR的核心器件。 12、路径控制在容许的加速度条件下，以最大速度在两点之间移动，多轴在运动过程是独立的。

13、RS-232是被定义为一种串行通讯的双端标准。

14、直角坐标式运动状态循环图可以表达运动先后次序、位置关系、运动速度和停留时间。 15、时序逻辑输出仅与当前的输入有关。

16、微机控制系统中，数据处理的软件主要有数据的采集、数据滤波、标度变换以及数值计算等。

17、模拟量输入A/D转换器的量化误差和分辨率是统一的，即提高分辨率可以减小量化误差。18、模拟量输入A/D转换器采样时间必须小于转换时间。

19、在异步串行通讯中，为了鉴别数据帧，需要在每一帧数据前后加入起始和停止位。 20、多机网络的基础就是网络总线通讯。

21、高频的磁场干扰比低频的磁场干扰较难屏蔽

22、闭环控制系统是根据输入的指令值与输出的物理量之间的偏差进行动作控制的, 使被控对象输出量始终跟踪输入的指令值。

23、数字PI控制中，P调节作用是消除静差，I调节作用是改善动态特性。 24、DCS分布式控制系统具有集中管理和分散控制的特点。 25.RS-232接口在总线上允许连接多个收发器。

26.顺序控制包括以状态控制为主和以时间控制为主两类。

27.串口通讯至少要包含物理层（硬握手电气特性）和协议层（软握手）。 28、能实现顺序控制的基本功能是组合逻辑，计数器，定时器。 29、规划一个PLC控制系统的步骤为,分解被控对象和机器；建立功能规范,安全电路设计, 详细说明操作功能，建立PLC配置图, 建立符号名表。

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答案：BBBBB AABBA ABBAB AABAA BABAB AAAA

单选

1、顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常采用（）。 A单片机 B IPC C PLC DSSR

2、电话线属于哪种通信？ A半单工 B单工 C半双工 D全双工

3、机电一体化系统中，控制对象仅作简单的单一运动时，宜采用（）。

A机械控制系统 B液压或气压控制系统 C微机伺服控制系统 D组合机构系统 4、机电一体化系统中，当控制对象实现不同的工况（工进）要求时，宜采用（）。 A机械控制系统 B液压或气压控制系统 C微机伺服控制系统 D组合机构系统 5机电一体化系统中，当控制对象有多个自由度，需要较高自动化程度时，宜采用（）。 A机械控制系统 B液压或气压控制系统 C微机伺服控制系统 D组合机构系统 6、CNC系统的插补运算属于（）。 A路径控制 B点到点控制 C直线运动控制 D曲线运动控制

7一个D/A转换器能够转换8位二进制数，转换后的电压满量程是5V，则它的分辨率为（）。 A 10mV B 20mV C12.5mV D 6.25mV 8闭环数控系统中，位置检测元件是（）。 A数控系统中第一个环节 B数控系统中执行环节 C反馈通道中第一个环节 D反馈通道中比较环节 9下列滤波方法类似于RC低通滤波电路的是（）。 A算术平均滤波 B平滑滞后滤波 C中值滤波 D限幅滤波 10现场总线是一种（）通信链路。

A 串行的数字数据 B串行的模拟 C并行的数字 D并行的模拟 11总线型串行网常采用的电气接口标准是（）。

A RS-232 B RS-232C C RS-422 D RS-485 12开放系统互联参考模型OSI共分为（）。 A 3层 B 4层 C 6层 D 7层 13对RS-232C通讯方式描述正确的是（）。 A接口的信号电平值较低，不易损坏接口电路的芯片 B只用两根线即可实现 C传输速率较高，在异步传输时，波特率为200Kbps D其传输距离有限 14开关缓冲电路使用的二极管是（）。 A普通整流二极管 B检波二极管 C快速二极管 D大电流功率二极管 15二线制平衡传输的RS－485串行通信属于（）方式通讯。 A单工 B双工 C半双工 D单双工 16、RS-485最常用的通信介质是（）。 A双绞线 B多股屏蔽线 C同轴电缆 D光纤电缆

17现场总线模型参照OSI模型建立，具有物理层、数据链路层、应用层和（）。 A会话层 B网络层 C用户层 D表示层

18、（）适用于大规模的工业现场控制，具有标准化接口配置相关接口模板。 A PC计算机 B总线工控机 C单片微型计算机 D可编程逻辑控制器 19.输入电压量程为-10V～+10的10位AD转换器的转换公式，-5V对应的AD输出值是（）。

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A、100H B、200H C、1FFH D、7FH

20.对于确定的交流电磁元件产品其工作电压取决于（）。 A、电流 B、频率 C、铁芯材料 D、磁路气隙

21. 信号采样频率Ws，信号有效频带Wc和抗混叠滤波频率Wf应满足如下关系（）。 A、Wc

A.比例 B.比例微分 C.比例积分 D.比例积分微分 23.在反馈控制系统中，采用PI控制算法可以改善系统的（ ）。

A.稳定时间 B.稳定性 C.控制精度 D.动特性 24.连续路径控制类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( )使得它们同步协调到达目标点。

A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向

25.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 26、在数字PID算式中，与采样周期TS无关的是（）。

A．比例项 B．积分项 C．微分项 D．积分和微分项 27、连续控制系统与点位控制系统之间最主要的区别在于前者有一个（）。 A．位置控制器 B．反馈装置 C．插补器 D．CPU 28、数控机床伺服系统按控制方式分类，可分为（）。

A．点位及连续轨迹控制系统 B．点位及轮廓控制系统 C．开环、半闭环及闭环控制系统 D．速度及位置控制系统 答案：CDABC ABCBA DDDCC ACBAB BBCCA ACC

问答题

1、简要分析比较RS232和RS485串行通讯的特点？

RS232,采用电平信号，电压较高，容易造成物理损坏，属于点到点通讯，抗干扰能力较差，通讯距离较近，常见于办公环境的计算机应用。

RS485，采用电流环信号，具有使能控制的双向通讯端口，可以总线连接，抗干扰能力强，传输距离较远，普遍应用于工业的串行总线标准。

2、设在数字采样闭环控制中误差En（n=1,2,3,…），输出控制量Un（n=1,2,3,…），比例系数为Kp，微分时间常数为Td，积分时间常数Ti，采样周期为Ts，试写出数字PID调节时的控制算式？积分初值的作用是什么？ 根据PID的控制算式

Un(t)?Kpe(t)?Kdde/dt?Ki?e(t)dt

TT可以得到绝对算式：Un?Kpen?d(en?en?1)?sTsTi或者是增量算式：

?ek?1nk?Uinitial

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?Un?Kp(en?en?1)?TdT(en?en?2?2en?1)?sen TsTi积分初值的作用相当于设了合适的静态工作点，加速调节过程，降低超调量，避免冲击。 3、解释计算机进行数据采集信号过程中发生频率混叠的原因及危害，如何解决？

采样频率小于干扰信号频率带宽或信号带宽，采样不能满足采样定理的条件，采样后的数字信号由于频谱混叠并不可通过滤波恢复真实信号；

通过增加前置低通滤波器来滤掉无用高频信号，减小带宽，满足采样频率要求；或者增加采样频率来满足采样定理要求。

4、什么是光电耦合器，其主要参数有哪些？

光电耦合器由发光二极管和光敏晶体管或光敏晶闸管组成，通过光信号实现电信号传递，用于接口隔离，也是SSR的核心器件。

主要参数：电流传输比CTR与时间延迟，耐压；

5、连续路径系统（CP）与点位（PTP）控制系统之间最主要的区别是什么？如何实现路径控制？

连续控制系统与点位控制系统之间最主要的区别在于连续控制系统有一个插补器。

点位控制：在容许的加速度条件下，以最大速度在两点之间移动，多轴系统同时启动，同时停止；

路径控制：在两点之间，通过插补计算方法和连续路径规划的样条插补等方法，以直线和曲线(圆)移动。

插补计算分为脉冲增量插补和数据采样插补，其中，脉冲增量插补计算主要是为各坐标轴进行脉冲分配计算，用于以步进电机为驱动装置的开环控制系统中；数据采样插补计算主要用于闭环和半闭环的直流或交流伺服电动机为驱动装置的位置采样控制器。

脉冲增量插补算法中较为成熟并得到广泛应用的有：逐点比较法、数字积分法和比较积分法。 实现脉冲算法的装置称为插补器，分为硬件插补器与软件插补器。

6、数控机床伺服系统按控制方式与轨迹方式分类，分别可分为那几种形式？ 按控制方式分类：开环、半闭环、闭环控制系统； 按轨迹方式分类：点位控制、轨迹控制。

7、什么是数字滤波器？常用的数字滤波方法有哪些算法？

数字滤波器是通过一定的计算程序对采集信号进行平滑加工，以消除各种干扰和噪声。 数字滤波器与模拟RC滤波器相比优点为：不需增加任何硬件设备。

常用的数字滤波方法有中值滤波、限幅滤波、算术平均滤波、滞后平滑滤波 8、造成地线干扰的原因以及防止地线干扰的方法有哪些？ 原因：地线存在阻抗，由电流流过时有压降，产生共模干扰； 防止地线干扰的原则：单点接地；或者地线隔离浮置。 9、比较DCS分布式控制系统与FCS现场总线控制系统？

都具有集中管理和分散控制特点的特点。

DCS分布式控制系统1）具有三层结构，分别为：操作管理层，现场集中控制层，底层单元（传感器仪表，执行器）；2）系统控制危险性分散、可靠性提高；集中监视、操作和管理，管理更综合化和系统化；3）但是模拟信号的传感、控制，布线复杂，系统不开放

FCS—现场总线控制系统(Fieldbus Control System)：1）具有二层结构，分别为：工作站和现场总线智能仪表；2）结构简单，实施容易。两层结构，即操作管理层和底层的数字化传感器、执行器；所有单元都连接到一根总线。调试和维护简单；性能提高。3）采用数字化的仪表和执行器、开放的

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总线网络，投资费用大。

10、顺序控制包括哪两类？有什么特点？

顺序控制主要包括以状态控制为主和以时间控制为主两类。

时间控制是一直开环控制，以时间为代价控制状态的转移；状态控制采用状态反馈的闭环控制，具有安全高效的特点。

11、数字逻辑包括哪两类？各有什么不同？ 包括：组合逻辑和时序逻辑。

组合逻辑的输出仅与当前的输入有关；而时序逻辑的输出不但与输入有关，还和系统上一个状态有关。

12、简述PID控制变速积分算法的思路？P和I调节作用分别是什么？

变速积分PID的基本思路是设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差越大，积分越慢；反之，则越快。用比例消除大偏差，用积分消除小偏差，可完全消除积分饱和现象；各参数容易整定，易实现系统稳定；超调量大大减小，改善了调节品质，适应性较强。

PI控制中，P调节作用是调节动态性能，提升改善中频段；I调节作用是消除静差，提升

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