2018 西南大学 大作业《机电一体化系统设计》

[0938]《机电一体化系统设计》

单项选择题

1、传感器测量系统的性能由输出-输入关系特性描写。输出变化量与对应输入（被测量）变化量的比值称为（ ）。

量程 阈值 分辨率 灵敏度

2、某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。该传感器为（ ）。

旋转变压器 感应同步器 光栅 磁栅

3、某光栅条纹密度为每lmm刻100条，光栅条纹的夹角为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度W为（ ）。

0.1mm 1mm 2mm

4、对于减速传动系统，若最后一级的间隙对系统精度影响最大，则传动比（ ）。

小于1 等于l 大于1

小于等于1

5、滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( )

A. 内循环反向器式 内循环插管式 内、外双循环 外循环反向器式

6、谐波齿轮具有速比大、传动精度和效率高等优点，试问它是由以下哪种传动演变而来的（ ）。

直齿锥齿轮传动 齿轮齿条传动 行星齿轮传动 蜗轮蜗杆传动

7、为保证系统安全可靠工作，下列机电一体化产品中，( )需要进行抗干扰设计。

自动洗衣机;

自动照相机;

滚筒型绘图机;

数控机床.

8、频率响应函数是传感器的( )

静态特性指标

动态特性指标

输入特性参数

输出特性参数

9、频矩特性表示步进电机( )与脉冲频率的关系。

额定动态转矩

最大静态转矩

最大启动转矩

最大动态转矩

10、闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的( )。

传动误差和回程误差都不会影响输出精度

传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度

回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度 传动误差和回程误差都会影响输出精度

11、多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按( )设计的传动链。

输出轴的转角误差最小原则

重量最轻原则(小功率装置)

最小等效转动惯量原则

重量最轻原则(大功率装置)

12、为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法( )。

增大系统刚度

增大系统转动惯量

增大系统的驱动力矩

减小系统的摩擦阻力

13、采用脉宽调制(PWM)进行直流电动机调速驱动时，通过改变( 电压，从而实现直流电动机的平滑调速。

脉冲的宽度 脉冲的频率 脉冲的正负 其他参数

14、在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联（ ）。

PI校正 P校正 PD校正 D校正

15、数控机床进给系统的伺服电机属于设备的（ ）。

)来改变电枢回路的平均

能源部分 测试传感部分 驱动部分 执行机构

16、某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为（ ）。

1450［r/min］ 1470［r/min］ 735［r/min] 2940［r/min］

17、某光栅条纹密度为每lmm刻100条，光栅条纹的夹角 为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度W为（ ）。

0.1mm 1mm 2mm 5mm

18、滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和（ ）。

内循环插管式 外循环反向器式 内、外双循环 内循环反向器式

19、在满量程范围内由同一方向趋近同一个输入，连续几次测量所得输出之间的最大差值称为( )。

可复现性 重复性 误差 精度

20、在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供信息的模块称( )。

软件模块 通信模块 驱动模块 微计算机模块

21、系统中用于提供驱动力改变系统运行状态，产生所希望运动的模块称为 ( )。

驱动模块 接口模块 微计算机模块 测量模块

22、某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。该传感器为( )。

旋转变压器 感应同步器 光栅 磁栅

23、

连续路径控制类中为了使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。

位置和加速度 速度和加速度 位置和速度 位置和方向

24、齿轮传动的总等效惯量随传动级数 ( )。

增加而减小 增加而增加 减小而减小 变化而不变

25、直流测速发电机输出的是与转速 ( )

C. 成正比的交流电压 成反比的交流电压 成正比的直流电压 成反比的直流电压

26、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和 检测环节 等个五部分。( )

B. 存储电路 转换电路 检测环节 换向结构 判断题

27、将传感器测量的被测对象信号输入到单片机数据总线的通道为后向通道。后向通道在单片机一侧有三种类型：数据总线、并行I/O口和定时/计数器口。( )

A.√ B.×

28、机电一体化控制系统的一般设计步骤应为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。( )

A.√ B.×

29、同步通信常用于并行通信。（ ）

A.√ B.×

30、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（ ? ）

A.√ B.×

31、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。（ ? ）

A.√ B.×

32、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（ ）

A.√ B.×

33、在全自动洗衣机产品的设计过程中，控制系统软件的设计是理论分析阶段的任务之一。( )

A.√ B.×

34、机电—体化产品的适应性设计是指对产品功能及结构重新进行的设计。( )

A.√ B.×

35、伺服驱动系统是实现电信号到机械动作的转换的装置和部件。( )

A.√ B.×

36、门动控制技术是机电一体化六个相关技术之一，而接口技术是自动控制技术中的一个方面。( )

A.√ B.×

37、在闭环控制系统中，驱动装置中各环节的误差因其在系统中所处的位置不同，对系统输出精度的影响不同。( )

A.√ B.×

38、电气驱动部件的固有频率应高于机械传动系统的基本固有频率2～3倍。( )

A.√ B.×

39、在全自动洗衣机产品的设计过程中，控制系统软件的设计是理论分析阶段的任务之一。（ ）

A.√

B.×

40、驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。（ ）

A.√ B.×

41、迟滞是传感器静态特性指标之—，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。( )

A.√ B.×

42、TTL电平接口能用于输出指示灯的控制，也能用于驱动带电气隔离的继电器。( )

A.√ B.×

43、通常，提高响应速度和提高系统的动态精度是有矛盾的，若想同时实现高速度和高精度，需要综合考虑各环节和整个系统的控制形式。( )

A.√ B.×

44、直流伺服电机的驱动电路中，脉宽凋制放大器由于管耗大，因而多用于小功率系统。( )

A.√ B.×

45、电气驱动部件的固有频率应高于机械传动系统的基本固有频率2～3倍.( )

A.√ B.×

46、伺服驱动系统是实现电信号到机械动作的转换的装置和部件。( )

A.√ B.×

47、驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。( )

A.√ B.×

48、 D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（ ）

A.√

B.×

49、无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（ ）A.√ B.×

50、直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。（ A.√

B.×

51、同步通信是以字符为传输信息单位。（ ）

A.√ B.×

52、查询I/O方式常用于中断控制中。（ ）

）A.√ B.×

53、感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（ ）

A.√ B.×

54、在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。（ ）

A.√ B.×

主观题 55、

机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?

参考答案：

应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

56、开放式体系结构的主要特点是什么?

参考答案：

答：开放式体系结构是近年来在电子工业和计算机工业中流行的一种设计思想，其主要特点是：向未来的VLSI开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要求开放；采用模块化结 构。

57、在使用光电编码器测量位移或转速时，什么是高速端测量方案，什么是低速端测量方案? 各有什么特点。

参考答案：

解答：使用光电编码器测量位移或转速有高速端测量和低速端测量两种方案。(1)高速端测量：将编码器安装在电机轴上的测量方案。高速端测量的特点：同样的测量精度要求，对编码器的测量精度要求较低。传动件包括在闭环之外，传动误差直接影响输出精度，传动误差无法通过控制进行补偿，因此对传动链的精度要求较高。 (2)低速端测量：将编码器安 装在负载轴上的测量方案。低速端测量的特点：对编码器的精度要求较高，但传动链包括在闭环内，从而通过闭环来消除传动误差，对传动链的精度要求较低。

58、

步进电机具有哪些特点?

参考答案：

步进电机具有以下特点： ①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，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作； ②步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也

会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累； ③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量精度。

59、机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？

参考答案：

精密化，高速化，小型、轻量化。

60、试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。

参考答案：

滚珠丝杠螺母副是一种高精度的传动装置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋，具有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点。由于滚珠丝杠螺母副具有摩擦小，便于消除传动间隙等突出优点，他给机电一体化系统的性能改善带来了巨

大的益处。缺点：不能自锁，用于升降传动时需另加锁紧装置。 61

、

参考答案：

62、说明机电一体化系统（产品）的设计步骤。

参考答案：

机电一体化产品的设计流程主要包括以下几步： （1） 根据目的功能确定产品的规格、性能指标 （2） 产品功能部件、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

63、支承的基本要求是什么？

参考答案：

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；⑤抗振性；⑦成本的高低。

64、

半闭环控制系统的定义及特点是什么?

参考答案：

（1）伺服系统中，当位置传感器安装在伺服电动机轴上，用以间接测量工作台的位移时，这种间接测量的系统称为半闭环系统。

（2）特点，可以避免传动机构非线性引起系统产生极限换和爬行振荡，比全闭环系统容易 实现，可节省投资

65、试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。

参考答案：

滚珠丝杠螺母副是一种高精度的传动装置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋，具

有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点。由于滚珠丝杠螺母副具有摩擦小，便于消除传动间隙等突出优点，他给机电一体化系统的性能改善带来了巨大的益处。缺点：不能自锁，用于升降传动时需另加锁紧装置。

66、机电一体化系统设计的指标主要包括哪些方面？ 参考答案：

答：主要包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益

67、机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？

参考答案：

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 68

、

参考答案：

光电隔离电路的工作原理：

为了防止强电干扰以及其他干扰信号通过I/O控制电路进入计算机，影响其工作，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。 (相关内容叙述正确给3分，其它酌情扣分)

控制输出时，从上图可知，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74LS04非门反相后，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，当然，光电耦合器还有其他连接方式，以实现不同要求的电平或极性转换。 (相关内容叙述正确给5分，其它酌情扣分) 光电隔离电路的作用：

（1）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。这样信息通过光电转换，单向传递，又由于光电耦合器输入与输出端之间绝缘电阻非常大(一般为1011Ω-1013Ω)，寄生电容很小(一般为0.5pF-2pF)，因此，干扰信号很难从输出端反馈到输入端，从而起到隔离作用。

（2） 可以进行电平转换。如上图a所示电路，通过光电耦合器可以很方便地把微机的输出信号变为12V。

（3） 提高驱动能力。隔离驱动用光电耦合器件，如达林顿晶体管输出和晶闸管输出型光电耦合器件，不但具有隔离功能，而且还具有较强的驱动负载能力。微机输出信号通过这种光电耦合器件后，就能直接驱动负载。

(内容条理叙述正确给4分，内容简要叙述的给3分，其它酌情扣分)

（1）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。这样信息通过光电转换，单向传递，又由于光电耦合器输入与输出端之间绝缘电阻非常大(一般为1011Ω-1013Ω)，寄生电容很小(一般为0.5pF-2pF)，因此，干扰信号很难从输出端反馈到输入端，从而起到隔离作用。

（2） 可以进行电平转换。如上图a所示电路，通过光电耦合器可以很方便地把微机的输出信号变为12V。

（3） 提高驱动能力。隔离驱动用光电耦合器件，如达林顿晶体管输出和晶闸管输出型光电耦合器件，不但具有隔离功能，而且还具有较强的驱动负载能力。微机输出信号通过这种光电耦合器件后，就能直接驱动负载。

(内容条理叙述正确给4分，内容简要叙述的给3分，其它酌情扣分)

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