電大機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題

1、、填空題1. 控制及信息處理單元一般由 控制計(jì)算機(jī) 、控制軟件 和 硬件電路接口 組成。2. 機(jī)電一體化產(chǎn)品按用途可以劃分為 民用機(jī)電一體化、半工機(jī)電一體化 和 產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化 產(chǎn)品。3. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量管理主要體現(xiàn)在 質(zhì)量目標(biāo)管理 、實(shí)行可行性設(shè)計(jì) 和 進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)審 三個(gè)方面。4. 市場(chǎng)預(yù)測(cè)主要包括 定期預(yù)測(cè) 和 定量預(yù)測(cè) 方法。5. 機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)要滿足伺服控制在 精度、穩(wěn)定性和 快速響應(yīng) 等方面的要求。6. 在多級(jí)傳動(dòng)中，為了減小傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)比的分配應(yīng)遵守 先小后大 原則。7. 當(dāng)負(fù)載折算到電機(jī)軸上的慣量等于 轉(zhuǎn)子慣量 時(shí)，系統(tǒng)能達(dá)到慣性負(fù)載和驅(qū)動(dòng)力矩的最佳匹

2、配。8. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)傳動(dòng)精度的誤差可分為 傳動(dòng)誤差 和 回程誤差 兩種。二、簡(jiǎn)答題1. 機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳感測(cè)試部分的作用是什么？ 傳感測(cè)試部分的作用是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變?yōu)榭勺R(shí) 別的信號(hào)，使輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?。?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息。2. 簡(jiǎn)述機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程路線（主要步驟） 擬定產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標(biāo)和技術(shù)規(guī)范， 收集資料， 市場(chǎng)分析， 可行性分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)型分析， 總體方案設(shè)計(jì)， 總體方案的評(píng)審和評(píng)價(jià)，詳細(xì)設(shè)計(jì)，方案的評(píng)審和評(píng)價(jià)，試制樣機(jī)，樣機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，技術(shù)評(píng)價(jià)與審定，小 批量生產(chǎn)，試銷，正常生產(chǎn)，銷售。3. 為什么采用機(jī)電一體化技

3、術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度？ 機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動(dòng)部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減 少，同時(shí)由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、控制補(bǔ)償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。4. 影響機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的主要因素有哪些？ 系統(tǒng)的負(fù)載變化、傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性、傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率、傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦與潤(rùn)滑。5. 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響？ 在傳動(dòng)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大使機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗大，使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度，使 系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。6. 為減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，可采用哪些結(jié)構(gòu)措施？ 適當(dāng)提高零部件本身的精度，合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，

4、減小零部件制造、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響，采用 消隙機(jī)構(gòu)以減小或消除回程誤差。三、計(jì)算題1圖示絲杠螺母驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 已知工作臺(tái)的質(zhì)量 m=200Kg，絲杠螺距 t =5mm,絲杠長(zhǎng)度 L=0.8m, 中徑為 d=30mm, 材料密度為 ，齒輪齒數(shù)分別為 z1 20，z245，模數(shù) m 2mm，齒寬 b20mm。試求折算到電機(jī)軸上的總等效慣量 J 。解：(1) 計(jì)算各傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J z1J z2JsJ 18 md2347.8 10 0.04 0.02327.8 103 0.094 0.0232347.8 103 0.034 0.832(2) 工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為d 4L32523.9

5、2 10 5 kg m2321.0 10 3kg m24.96 10 4 kg m2JG m( t )2 200( 5 10 )2 1.2 10 4kg m2 22(3) 折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1Je Jz1 2 (Jz1 J zs JG)iJ e 3.92 10 5 1 2 (1.0 10 5 4.96 10 4 1.2 10 4) 6.86 10 5kg m2e2.2522試設(shè)計(jì)一數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)用滾珠絲杠副。已知平均載荷Fm 3600N，絲杠工作長(zhǎng)度 l轉(zhuǎn)速 nm120r/min ，每天開(kāi)機(jī) 6h，每年 250 個(gè)工作日計(jì)，要求工作 10年以上。絲杠材料為 道硬度為 58 62HRC，絲杠

6、傳動(dòng)精度要求為± 0.03mm。四、分析題 一數(shù)控系統(tǒng)如圖所示，試說(shuō)明圖中的各個(gè)部分分別屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的哪一基本結(jié)構(gòu)要素。1.25m，平均CrWMn鋼，滾 控制及信息處理單元：鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示 測(cè)試傳感部分：光電編碼器、信號(hào)處理 能源：電源 驅(qū)動(dòng)部分：功放、電機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)一、填空題1. 在機(jī)電一體化系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置中，位于前向通道閉環(huán)之內(nèi)的環(huán)節(jié)，其誤差的 低頻分量 對(duì)輸出精度基本 無(wú)影響，而誤差的 高頻分量 影響系統(tǒng)的輸出精度。2. 為提高閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)增大執(zhí)行裝置的固有頻率 和系統(tǒng)的 阻尼能力。3. 對(duì)于執(zhí)行裝置，選擇較大的傳動(dòng)比

7、可使系統(tǒng)的相對(duì)阻尼系數(shù) 增大，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4. 對(duì)于線性控制系統(tǒng)，若要求在達(dá)到高精度的同時(shí)減小定位時(shí)間，則必須提高系統(tǒng)的 固有頻率 。5. 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由 變頻信號(hào)源、脈沖分配器 和 功率放大器 組成。6. 由矩頻特性曲線可知，步進(jìn)電機(jī)的 最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 小于最大靜轉(zhuǎn)矩，并隨著脈沖頻率的升高而 降低 。7. 當(dāng)前，廣泛采用的直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有 線性直流伺服放大器 和 脈沖調(diào)制放大器 兩種。8. 交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與 電源頻率、磁極對(duì)數(shù) 和 轉(zhuǎn)差率 有關(guān)。9. 液壓系統(tǒng)的伺服控制元件主要有 電液比例閥 和 電液伺服閥。10. 評(píng)定定位系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是 定位精度 和 定位時(shí)

8、間。二、簡(jiǎn)答題1. 如何提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度？ 伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度主要取決于伺服系統(tǒng)的頻率特性和伺服系統(tǒng)的加速度。(1) 提高系統(tǒng)的固有頻率減小阻尼，增加傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，減小折算的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小摩擦力，均有利于 提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。(2) 提高驅(qū)動(dòng)原件的驅(qū)動(dòng)力可以提高系統(tǒng)的加速度，由此也可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。2. 步進(jìn)電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)速度控制的？ 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)是由輸入電脈沖信號(hào)控制的。每當(dāng)電機(jī)繞組接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的角 度，其角位移量與輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比。 在時(shí)間上與輸入脈沖同步， 因而只要控制輸入脈沖的數(shù)量， 頻率和電機(jī)繞組的相序，即可得到所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向。3.

9、 試述直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中脈寬調(diào)制放大器的基本工作原理。 脈寬調(diào)制放大器是直流伺服電機(jī)常用的晶體管驅(qū)動(dòng)電路。利用大功率的晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將直流電 源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，施加于直流電機(jī)的電樞，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平 均電壓，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。4. 交流伺服電機(jī)有哪些類型？交流伺服驅(qū)動(dòng)的主要特點(diǎn)是什么？ 類型：永磁式交流同步電機(jī)和籠型異步電機(jī)。 主要特點(diǎn)：調(diào)速范圍大，適合大中功率伺服系統(tǒng)，運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化的影響，輸 出轉(zhuǎn)矩較大，而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量小。三、分析題1. 如圖所示的系統(tǒng)，試分析傳感器的誤差對(duì)輸出精度的影響。圖 1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線伺服系統(tǒng)傳感器位于反饋通道，

10、誤差的低頻分量影響系統(tǒng)的輸出精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，傳感器應(yīng)有較高 的精度，而誤差的高頻分量不影響輸出精度，可以允許傳感器及放大器有一定的高頻噪聲。2. 如圖所示的伺服系統(tǒng)，試分析齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響。圖 2 開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)四、計(jì)算題1. 如圖 1 所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線伺服系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為50kg ，工作臺(tái)與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù) f 0.1 ，負(fù)載力為 1000N，絲杠直徑為 16mm，導(dǎo)程為 4mm，齒輪減速比為 5，工作臺(tái)的最大線速度為 0.05m/s ，試求： （ 1）折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩；（ 2）電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速；（ 3）電機(jī)所需功率。解：折算到電機(jī)

11、軸上的負(fù)載力矩摩擦負(fù)載力Ff mgf 50 10 0.1 50N外負(fù)載力Fw 1000N電機(jī)上的負(fù)載力矩為1 ts1 1 4 10 3 1Tms (Fw Ff )(1000 50) 0.191N mi 2n 5 2 0.7(2)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速v0.04n i 550r / s 3000r / mints0.004(3) 電機(jī)所需功率Pm (1.52.5)Tlpnlp2. 如圖 2 所示的開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)， 已知負(fù)載力 F=2000N，工作臺(tái)長(zhǎng) L=400mm，往復(fù)精度為mm，絲杠導(dǎo)程 6mm，直徑 d32mm，步進(jìn)電機(jī)的步距角為 ，試確定齒輪減速比 i 。解：步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)ns36

12、0360 240脈沖/ 轉(zhuǎn)1.50.02 mm / 脈沖設(shè)傳動(dòng)比為 i ，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為tsinstsins61.250.02 240一、填空題1. 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線（信號(hào)線）有 數(shù)據(jù)總線 、地址總線 和 控制總線 等三類。2. 第一條標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線是 S-100 總線，而 multi 總線可支持多 CPU并行工作。3. 開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出模板的典型接口由總線接口邏輯、I/O 功能邏輯 和 I/O 電氣接口 所組成。4. 典型開(kāi)關(guān)量 I/O 模板的 I/O 電氣接口的主要功能有濾波、 變頻變換 、光電隔離 和 功率驅(qū)動(dòng)。5. 一般的多路 A/D 轉(zhuǎn)換模板由 多路開(kāi)關(guān)、采樣保持器、轉(zhuǎn)換

13、器 和 總線接口邏輯 所組成。6. 選擇 A/D 模板的主要依據(jù)是 采樣精度、 采樣速度 和 成本。7. 與 A/D 轉(zhuǎn)換模板不同， 在多路 D/A 轉(zhuǎn)換模板中， 需要多個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換器 ，各通道 D/A 的有效數(shù)據(jù)由 通道 選擇器 產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)決定。8. 在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的指令進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換后，須經(jīng)過(guò) 信號(hào)調(diào)理 環(huán)節(jié)才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。二、簡(jiǎn)答題1. 試述可編程序控制器的功能及組成。 可編程序控制器取代繼電器控制，完成順序控制和程序控制，可組成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確的位置和速 度控制，可構(gòu)成高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的完全自動(dòng)化。典型的可編程序控制器是由電源、微處理器、存

14、儲(chǔ)器、輸入輸出接口和編程器組成。2. 開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是什么？ 開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)是近年來(lái)在電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中流行的一種設(shè)計(jì)思想，它使得當(dāng)代計(jì)算機(jī)測(cè)控系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法有了很大區(qū)別。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：想未來(lái)的 VLSI 開(kāi)放，向不同的 用戶層次開(kāi)放，向用戶的特殊要求開(kāi)放，利用模塊化結(jié)構(gòu)。3. 采用 STD總線的工業(yè)控制機(jī)有哪幾種工作模式？由于 STD總線高度模塊化和采用組合方法的特點(diǎn)， STD工業(yè)控制機(jī)可以靈活的組成各種系統(tǒng)， 其工作模 式有三種獨(dú)立工作模式，即采用微機(jī)的基本系統(tǒng)與工業(yè)用 I/O 模板單獨(dú)構(gòu)成控制系統(tǒng)；作為前端控制 機(jī)， STD工業(yè)控制機(jī)可作為其他微機(jī)

15、（工業(yè) PCG）的前端控制機(jī)，完成實(shí)時(shí)在線控制，并把采集的數(shù)據(jù)和 執(zhí)行結(jié)果傳送給上位機(jī)；構(gòu)成分布式組合，利用STD控制機(jī)的組合方法可方便地進(jìn)行各種分布式系統(tǒng)的組合。4. 簡(jiǎn)述 STD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。 采用小板結(jié)構(gòu)，高度的模塊化，其功能模板結(jié)構(gòu)靈活，可靠性高，硬件冗余小，成本低；模具設(shè) 計(jì)具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和廣泛的兼容性；面向 I/O 的設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)大的 I/O 擴(kuò)展能力，使控制系統(tǒng)非常適合 工業(yè)控制的應(yīng)用。5.STD 總線系統(tǒng)的 I/O 子系統(tǒng)有哪些主要功能？在計(jì)算機(jī)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中， I/O 子系統(tǒng)是過(guò)程接口，其主要功能有開(kāi)關(guān)量的輸入輸出，用于 I/O 信號(hào)的測(cè)量與控制 ; 模擬量

16、的輸入輸出，用于外部模擬量的采樣及輸出模擬量的控制; 脈沖量的輸入輸出，用于輸入脈沖信號(hào)的接收，輸出脈沖信號(hào)的控制，定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生及處理，伺服電機(jī)使用的運(yùn)動(dòng)控制 接口。6.A/D 、D/A 接口的功能是什么？ 在工業(yè)系統(tǒng)中需要測(cè)量和控制的參數(shù)經(jīng)常是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，這些物理量經(jīng)傳感器變成連續(xù)變化 的電壓電流等信號(hào)， A/D 接口的功能是將這些模擬量再變成數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)識(shí)別， D/A 接口的功能則 是將經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或信號(hào)，輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制過(guò)程的目的。三、分析題 1畫圖說(shuō)明工業(yè)控制機(jī)與普通信息處理計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別是什么？工業(yè)控制機(jī)與普通信息處理機(jī)的差別：在于取消

17、了普通信息處理機(jī)得大母板，將其改為功能插板與普通信息處理機(jī)相比較，工業(yè)控制機(jī)有以下特點(diǎn)具有豐富的輸入輸出功能；良好的實(shí)時(shí)性，能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程工況變化實(shí)時(shí)的進(jìn)行控制；可靠性高，故障率低，維修時(shí)間短，運(yùn)行效率高；采用抗干擾電源，密 封機(jī)箱，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性；豐富的應(yīng)用軟件；具有良好的技術(shù)綜合性。2畫圖說(shuō)明 8 路輸入、 8 路輸出 STD總線開(kāi)關(guān)量接口模板的組成原理。3試分析比較工業(yè)控制 PC計(jì)算機(jī)與可編程序控制器的主要區(qū)別。"If we don't do that it will go on and go on. We have to stop it; we need the

18、courage to do it." His comments came hours after Fifa vice-president Jeffrey Webb - also in London for the FA's celebrations - said he wanted to meet Ivory Coast international Toure to discuss his complaint.CSKA general director Roman Babaev says the matter has been "exaggerated"b

19、y the Ivorianand the British media.Blatter, 77, said: "It has been decided by the Fifa congress that it is a nonsense for racism to be dealt with with fines. You can always find money from somebody to pay them."It is a nonsense to have matches played without spectators because it is agains

20、t the spirit of football and against the visiting team. It is all nonsense."We can do something better to fight racism and discrimination."This is one of the villains we have today in our game. But it is only with harsh sanctions that racism and discrimination can be washed out of football

21、."The (lack of) air up there150th anniversary City's Premier League Sunday.Watch m Cayman Islands-based Webb, the head of Fifa's anti-racism taskforce, is in London for the Football Association's celebrations and will attend match at Chelsea on"I am going to be at the match tom

22、orrow and I have asked to meet Yaya Toure," he told BBC Sport."For me it's about how he felt and I would like to speak to him first to find out what his experience was."Uefa has opened disciplinary proceedings against CSKAfor the "racistbehaviour of their fans" during Ci

23、ty's 2-1 win.Michel Platini, president of European football's governing body, has also ordered an immediate investigation into the referee's actions.CSKA said they were "surprised and disappointed" by Toure's complaint. In a statement the Russian side added: "We found

24、no racist insults from fans of CSKA."Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunda.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitat

25、ion or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruisin

26、g altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause),e can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (Then, I would assume, he will slowly step out onto s

27、omething resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, he'll be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving

28、 into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water,he will begin to slow as he approaches the more dense aircloser to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes it's not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-squar