機電一體化考試試卷A卷

1、-作者xxxx-日期xxxx機電一體化考試試卷A卷【精品文檔】機電一體化考試試卷A卷一. 名詞解釋1. 接口機電一體化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間進行物質、能量和信息傳遞與交換的聯(lián)系部件。2. 連續(xù)控制系統(tǒng)信號在時間上是連續(xù)變化的系統(tǒng)。3. 計算機控制系統(tǒng)采用計算機作為控制器的控制系統(tǒng)即為計算機控制系統(tǒng)，又被稱為離散控制系統(tǒng)。5. 直流伺服系統(tǒng)采用直流伺服電動機作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)。8. 同步調制在改變正弦調制波的頻率f的同時成正比的改變三角載波的頻率fc，使載頻比N保持不變，則稱為同步調制。9. 異步調制在改變正弦調制波的頻率f的同時，三角載波的頻率fc的值保持不變,使載頻波比N值不斷變化，則稱為異

2、步調制。11. 抗干擾技術研究電子設備及系統(tǒng)抵抗外部和內部電磁干擾，保證其正常工作的具體措施。12. 工業(yè)機器人一種能自動定位控制、可重復編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操作工具，用以完成各種作業(yè)。二. 填空1. 接口的基本功能有三個，一是 交換 ，通過接口完成信號模式或能量的統(tǒng)一，二是 放大 ，達到能量的匹配，三是 傳遞 ，遵循協(xié)調一致的時序，信號格式和邏輯規(guī)范將放大后的信號可靠.快速.精確地交換。3. 在機電一體化系統(tǒng)中，機械結構主要用于 執(zhí)行 機構、 傳動 機構和 支承 部件，用以完成規(guī)定的動作；傳遞 功率 、 運動 和 信息 ；起支承連接作用等。通常，它們是 微機

3、控制伺服傳動 系統(tǒng)的有機組成部分。4. 對機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動系統(tǒng)建模一般分兩步進行，首先把機械系統(tǒng)中各 基本物理量 折算到傳動鏈中的某個元件上，然后，再根據 輸入量 和 輸出量 的關系建立它的 數學模型 。6. 由于非線性摩擦的存在，機械系統(tǒng)在低速運行時，常常出現 爬行 現象，導致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。爬行一般出現在某個 臨界轉速 以下，而在 高速 運行時并不出現。7. 慣量的適當增大只有在改善 低速爬行 時有利。因此，機械設計時，在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應盡量 減小 慣量。10. 一般來說，伺服系統(tǒng)的基本組成可包括 控制器 、 功率放大器 、 執(zhí)行機構 和 檢測裝置 等四大部分。11.

4、常用的伺服電動機有 直流伺服電動機 、 交流伺服電動機 、 步進電動機三種。14. 若系統(tǒng)的輸出量為 速度 ，將此 速度 反饋到輸入端，并與 輸入量 比較，就可以實現對系統(tǒng)的速度控制，這種控制系統(tǒng)稱為 速度 伺服控制系統(tǒng)。17. 單片微計算機是將 CPU 、 RAM 、 ROM 、定時/計數、多功能I/O(并行、串行、A/D)、通信控制器，甚至圖形控制器、 高級語言 、 操作系統(tǒng) 等都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上。19. 對于只進行二維平面作業(yè)的工業(yè)機器人只需 三個 自由度，若要使操作具有隨意的位姿，則工業(yè)機器人至少需要 六個 自由度。而對于回避障礙作業(yè)的工業(yè)機器人則需要有比 六個 自由度更

5、多的 冗余 自由度。三. 判斷題1. 機電一體化技術件是一門獨立發(fā)展起來的新型技術，在機電一體化技術的研究與生產應用過程中，不再需要強調技術融合，學科交叉的作用。 （O）2. 執(zhí)行機構的功能是根據控制信息和指令完成所要求的動作。執(zhí)行機構是運動部件，它將輸入的各種形式的能量轉換為機械能。 （P）3. 機電一體化技術的主要相關技術可以歸納為機械本體，動力部分，檢測部分，執(zhí)行機構，控制器，接口等六個方面。 （O）6. 閉環(huán)控制輸出信號的全部或部分被反饋到輸入端，以偏差信號形成負反饋控制被控對象形成閉環(huán)回路。 （P）7. 摩擦對伺服系統(tǒng)的影響主要有：引起動態(tài)滯后，降低系統(tǒng)的響應速度，導致系統(tǒng)誤差和低速

6、爬行。 （P）9. 通常采用提高系統(tǒng)剛度、增加阻尼、調整機械構件質量和自振頻率等方法來提高系統(tǒng)的抗振性，防止諧振發(fā)生。 （P）12. 在不改變機械結構固有頻率t的情況下，僅僅通過增大阻尼也不能有效地抑制諧振。 （O）13. 在伺服系統(tǒng)中，通常采用負載角加速度最小原則選擇總傳動比，以提高整個系統(tǒng)的響應速度。 （O）17. 以步進電動機為驅動裝置的伺服系統(tǒng)，包括驅動控制系統(tǒng)和步進電動機兩大部分。 （P）19. 分布式控制系統(tǒng)（DCS）是以多臺微型機為基礎的，這種系統(tǒng)采用分散控制、集中操作、分級管理和分而自治的原則。 （P）四. 簡答題1. 簡述機電一體化技術的基本概念和涵義。機電一體化是從系統(tǒng)的觀

7、點出發(fā)，將機械技術、微電子技術、信息技術、控制技術等在系統(tǒng)工程的基礎上有機地加以綜合，實現整個機械系統(tǒng)最佳化而建立起來的一門新的科學技術。3. 相關技術可以歸納為哪六個方面？（1）機械技術，（2）檢測傳感技術，（3）信息處理技術，（4）自動控制技術，（5）伺服傳動技術，（6）系統(tǒng)總體技術。4機電一體化系統(tǒng)有哪六個基本功能要素？（1）機械本體，（2）動力部分，（3）檢測部分，（4）執(zhí)行機構，（5）控制器，（6）接口。5. 右圖為一旋轉工作臺伺服系統(tǒng)框圖。其中齒輪在系統(tǒng)中的位置不同，其間隙的影響不同。根據右圖試述齒輪間隙對系統(tǒng)的影響。（1）閉環(huán)之外的數據傳遞的齒輪(G1、G4)齒隙對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影

8、響，但影響伺服精度。齒隙會在傳動裝置逆運行時造成回程誤差，使輸出軸與輸入軸之間呈非線性關系，輸出滯后于輸入，影響系統(tǒng)的精度。（2）閉環(huán)之內傳遞動力的齒輪(G2) 齒隙對系統(tǒng)靜態(tài)精度無影響，這是因為控制系統(tǒng)有自動校正作用。又由于齒輪副的嚙合間隙會造成傳動死區(qū)，若閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度較小，則會使系統(tǒng)產生自激振蕩，因此閉環(huán)之內動力傳遞齒輪的齒隙對系統(tǒng)穩(wěn)定性有影響。（3）反饋回路上數據傳遞齒輪(G3)的齒隙既影響穩(wěn)定性，又影響精度。6. 機電一體化系統(tǒng)對機械傳動的要求是什么？機電一體化系統(tǒng)中多采用計算機控制和多重功能伺服電動機，簡化了傳動鏈，其中的機械傳動裝置也不再只是轉矩和轉速的變換器，已成為伺服系統(tǒng)

9、的組成部分，必需根據伺服控制的要求進行選擇和設計。7. 根據右圖簡述諧波齒輪傳動的結構特征諧波齒輪傳動主要由波形發(fā)生器H、柔輪1和剛輪2組成。柔輪具有外齒，剛輪具有內齒，它們的齒形為三角形或漸開線型。其齒距相等，但齒數不同。剛輪的齒數zg比柔輪的齒數zr多。柔輪的輪緣極薄，剛度很小，在未裝配前，柔輪是圓形的。由于波形發(fā)生器的直徑比柔輪內圓的直徑略大，所以當波形發(fā)生器裝入柔輪的內圓時，就迫使柔輪變形，呈橢圓形。在橢圓長軸的兩端，剛輪與柔輪的輪齒完全嚙合；而在橢圓短軸的兩端，兩輪的輪齒完全分離；長短軸之間的齒，則處于半嚙合狀態(tài)，即一部分正在嚙入，一部分正在脫出。發(fā)生器有兩個觸頭，稱雙波發(fā)生器，其剛

10、輪與柔輪的齒數相差為2，周長相差2個齒距的弧長。9. 空心圓錐滾子軸承中滾子的結構特點是什么？滾子是中空的，大部分潤滑油通過滾子中間小孔冷卻滾子，另一部分潤滑油潤滑滾子與滾道。中空滾子能產生一定的彈性變形以吸收一部分振動。10. 簡述開環(huán)控制伺服系統(tǒng)和閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的特征。（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)，結構較為簡單，技術容易掌握，調試、維護方便，工作可靠，成本低。缺點是精度低、抗干擾能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的機電一體化系統(tǒng)。（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)，采用反饋控制原理組成系統(tǒng)，具有精度高、調速范圍寬、動態(tài)性能好等優(yōu)點，缺點是系統(tǒng)結構復雜、成本高等。一般用于要求高精度高速度的機電一體化系統(tǒng)

11、。11. 簡述步進電動機的工作原理。目前在工業(yè)中廣泛應用的有哪三種步進電動機？步進電動機是一種將脈沖信號轉換成角位移的執(zhí)行元件。對這種電動機施加一個電脈沖后，其轉軸就轉過一個角度，稱為一步；脈沖數增加，角位移隨之增加；脈沖頻率高，則電動機旋轉速度就高，反之則慢；分配脈沖的相序改變后，電動機便反轉。與通常均勻旋轉電動機不同，以步進形式運動的。目前在工業(yè)中廣泛應用的有三種：反應式步進電動機、永磁式步進電動機和永磁感應式步進電動機。12. 脈寬調制型（PWM）功率放大器的基本原理是什么？PWM的控制電路由哪些器件組成？PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的開關作用，將直流電壓轉換成一定頻率的

12、方波電壓，通過對方波脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。PWM的控制電路主要包括脈沖調制器，邏輯延時環(huán)節(jié)和晶體管基極驅動器等。其中最關鍵的部件是脈沖調制器。13. 影響伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，導致系統(tǒng)產生穩(wěn)態(tài)誤差的主要因素有哪3個？影響伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，導致系統(tǒng)產生穩(wěn)態(tài)誤差的主要因素有3個：由檢測元件引起的檢測誤差；由系統(tǒng)的結構和輸入信號引起的原理誤差；負載擾動引起的擾動誤差。14. 常用的接口方式有哪幾種？對于多臺計算機同時工作的計算機控制系統(tǒng)，各個系統(tǒng)間應當有系統(tǒng)間通道接口，接口有通用和專用之分，外部信息的不同，采用的接口方式也不同。一般可分為如下幾種：（1）人機通道及接口，（2）檢測通道及接

13、口，（3）控制通道及接口，（4）系統(tǒng)間通道及接口。16. 提高系統(tǒng)可靠性，應從哪幾個方面考慮？（1）提高系統(tǒng)各組成元、器件的設計、制造質量及系統(tǒng)的裝配質量；（2）采用容錯法設計；（3）采用故障診斷術，提高系統(tǒng)的可維護性。17. 工業(yè)機器人有哪三個重要特性？（1）是一種機械裝置，可以搬運材料、零件、工具、或者完成多種操作和動作功能，也即具有通用性；（2）是可以再編程的，具有多種多樣程序流程的，這為人一機聯(lián)系提供了可能，也使之具有獨立的柔軟性；（3）有一個自動控制系統(tǒng)，可以在無人參與下，自動地完成操作作業(yè)和動作功能。18. 研究工業(yè)機器人機構運動學的目的是什么？研究工業(yè)機器人機構運動學的目的是建立

14、工業(yè)機器人各運動構件與手部在空間的位置之間的關系，建立工業(yè)機器人手臂運動的數學模型，為控制工業(yè)機器人的運動提供分析的方法和手段，為仿真研究手臂的運動特性和設計控制器實現預定的功能提供依據。20. 簡述工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能及其結構組成。目前大部分工業(yè)機器人都采用二級計算機控制，第一級為主控制級，第二級為伺服控制級，控制系統(tǒng)中主控制級和伺服控制級的結構組成和功能：（1）主控制級，主控制級的主要功能是建立操作和工業(yè)機器人之間的信息通道，傳遞作業(yè)指令和參數，反饋工作狀態(tài)，完成作業(yè)所需的各種計算，建立與伺服控制級之間的接口。它由以下幾個主要部分組成：1）主控制計算機，2）主控制軟件，3）外圍設備。（2）伺服控制級，伺服控制級由一組伺服控制系統(tǒng)組成，每一個伺服控制系統(tǒng)分別驅動操作機的一個關節(jié)。關節(jié)運動參數來自主控制級的輸出。主要組成部分有：1）伺服驅動器，2）伺服控制器。五. 計算與分析某數控機床位置控制系統(tǒng)的參數如下：K35Nm/rad；fm=8sNm；f=12sNm；J=21kgm。求其臨界轉速c。（提示：K系統(tǒng)的剛度系數；fm電動機電磁粘滯摩擦系數；f機械系統(tǒng)粘滯摩擦系數；J系統(tǒng)的轉動慣量；Ts靜摩擦力矩；Tc動摩擦力矩；已知，出現爬行時系統(tǒng)的臨界初始相位c79）解根據求