機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題

1、中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第一學(xué)期“開放本科”期末考試機(jī)械專業(yè)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題 2004年1月一、填空(每空2分，共20分) L機(jī)電一體化產(chǎn)品按用途可以劃分為和 2控制及信息處理單元一般由控制計(jì)算機(jī)、和組成。 3在小功率傳動(dòng)鏈中，為使總的折算慣量最小，各級(jí)傳動(dòng)比分配應(yīng)遵守原則。 4典型的可編程控制器由編程器、微處理器、貯存器、和等部分構(gòu)成。 5傳感器的靜態(tài)特性能數(shù)主要有、二、遲滯和重復(fù)精度。二、簡(jiǎn)答題(每題4分，共20分) 1為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度? 2機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)有哪些? 3轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響? 4簡(jiǎn)述機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，詳細(xì)設(shè)計(jì)的

2、主要內(nèi)容。 5簡(jiǎn)述AD、DA接口的功能。三、分析題(20分) 1已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個(gè)部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)巾的哪一個(gè)基本要素? 2試分析圖示傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響?四、計(jì)算題(24分) 1如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為m=50kg負(fù)載力為F11000N，最大加速度為10ms2，絲杠直徑為d20mm，導(dǎo)程t4mm，齒輪減速比為i=5，總效率為=30，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。2已知某工作臺(tái)采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺(tái)的行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺(tái)位移的測(cè)量精度為

3、o005mm(忽略齒輪和絲杠的傳動(dòng)誤差)。 (1)試采用高速端測(cè)量方法，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(2)若將傳感器與絲杠的端部直接相連，n。=500脈沖轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用。 五、綜合題(16分) 已知電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度位置控制系統(tǒng)，單個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖所示，確定整系統(tǒng)的控制方案、畫出控制系統(tǒng)原理圖。(至少提出兩個(gè)方案)中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第一學(xué)期“開放本科”期末考試機(jī)械專業(yè)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(供參考) 2004年1月一、填空每空2分，共20分) L辦公機(jī)電一體化產(chǎn)品 產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品 民用機(jī)電一體化產(chǎn)品 2控制軟件 硬件接口 3前小后大 4電源

4、 輸入輸出接口 5靈敏度 線性度二、簡(jiǎn)答題(每題4分，共20分) 1答：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。 2答：機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)有：機(jī)械技術(shù)，計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)，系統(tǒng)技術(shù)，白動(dòng)控制技術(shù)，傳感器測(cè)試技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 3答：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。 4答：詳細(xì)設(shè)計(jì)主要包括：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；業(yè)務(wù)的分組；機(jī)械本體及工具設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)；后備系統(tǒng)設(shè)計(jì)；完成詳

5、細(xì)設(shè)計(jì)書及制造圖樣；產(chǎn)品出廠及使用文件的設(shè)計(jì)。 5答：AD接口的功能是將溫度、壓力等物理量經(jīng)傳感器變成的電壓、電流等信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。DA接口是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。三、分析題(20分) 1.(10分)解答：圖中各部可分為：(1) 控制及信息處理單元：鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示(2)測(cè)試傳感部分：光電編碼器、信號(hào)處理 (3)能源：電源 (4)驅(qū)動(dòng)部分：功放、電機(jī) (5)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) 2(10分)解答： 齒輪傳動(dòng)鏈位于電機(jī)之后，前向通道的閉環(huán)之外，其傳動(dòng)誤差的低頻分量和高頻分量都不 能通過閉環(huán)控制來(lái)消除，都會(huì)影響輸出精度。 四、計(jì)算題(24分) 1(12分)

6、解： (1)計(jì)算負(fù)載力 (4分)負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成(1)高速端測(cè)量 設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為，n，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為滿足題目要求。 (2)低速端測(cè)量 傳感器直接與絲杠連接，與減速比無(wú)關(guān) 可知”。500脈沖轉(zhuǎn)的編碼器不合用。五、綜合題(16分) 解：可以使用工業(yè)PC機(jī)或者單片機(jī)完成系統(tǒng)的控制。具體可以有下三種方案： (1)工業(yè)PC機(jī)集中控制方案： 用一臺(tái)工業(yè)PC機(jī)對(duì)三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)集中控制，包括任務(wù)管理和三個(gè)自由度的伺服控制系統(tǒng)原理圖如下。 (2)工業(yè)PC機(jī)、單片機(jī)分級(jí)控制方案：用一臺(tái)工業(yè)PC機(jī)與三個(gè)單片機(jī)通信，對(duì)三個(gè)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)管理，每個(gè)單片機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)自由度的伺服控制，控

7、制系統(tǒng)原理圖如下。(3)單片機(jī)、單片機(jī)分級(jí)控制方案：用一個(gè)單片機(jī)作為主單片機(jī)與三個(gè)從單片機(jī)通信，對(duì)三個(gè)從單片機(jī)實(shí)現(xiàn)管理，每個(gè)從單片機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確回答出三種方案之中的任意兩個(gè)即可得滿分。試卷代號(hào)：1118中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第二學(xué)期“開放本科”期末考試機(jī)械(過)專業(yè) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 試題2004年7月一、填空(每空2分，共20分) 1機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的能源有、和。 2市場(chǎng)預(yù)測(cè)的方法主要有和。 3在小功率傳動(dòng)鏈中，為使總的重量最小，各級(jí)傳動(dòng)比分配應(yīng)遵守原則。 4典型的可編程控制器由編程器、電源和輸入輸出接口等部分構(gòu)成。 5

8、傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)主要有靈敏度、線性度、和。二、簡(jiǎn)答題(每題4分，共20分)1測(cè)試傳感部分的作用是什么?2對(duì)控制及信息處理單元的基本要求是什么?3機(jī)電一體化產(chǎn)品對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些要求?4簡(jiǎn)述STD總線的工作模式。5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)。三、分析題(20分)1 1 畫出工業(yè)PC機(jī)基本組成框圖，并說明工業(yè)PC機(jī)與普通信息處理計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別。(12分)2 2 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。(8分)四、計(jì)算題(24分)1 1 已知圖示絲杠螺母驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作臺(tái)的質(zhì)量m=100kg，絲杠螺距t8mm，絲杠長(zhǎng)度L05m，中徑為d48mm，材料密度為P=78

9、X103kgm3，齒輪傳動(dòng)比i2，兩齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為了Jz1=12X10-4kgm2，Jz219X10-3kgm2。試求折算到電機(jī)軸上的總等效慣量了。?(14分) 2如圖所示的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，已知負(fù)載為F1000N，工作臺(tái)長(zhǎng)L=500mm，往復(fù)精度為00lmm，絲杠導(dǎo)程ts=8mm，直徑d20mm，步進(jìn)電機(jī)的步距角為a=18。，試確定齒輪減速比i。 五、綜合題(16分) 已知電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度位置控制系統(tǒng)，單個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖所示，試確定單自由度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)量方案。試卷代號(hào)：1118中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第二學(xué)期“開放本科”期末考試機(jī)械(過)專業(yè) 機(jī)電一體化系

10、統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(供參考) 2004年7月一、填空(每空2分，共20分) 1電源 液壓源 氣壓源 2定期預(yù)測(cè) 定量預(yù)測(cè) 3傳動(dòng)比相等 4微處理器 貯存器 5遲滯 重復(fù)精度二、簡(jiǎn)答題(每題4分，共20分) 1答：測(cè)試傳感部分的作用：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)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息。 2，答：對(duì)控制及信息處理單元的基本要求：提高信息處理速度和可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力，完善系統(tǒng)自診斷功能，實(shí)現(xiàn)信息處理智能化和小型化，輕量，標(biāo)準(zhǔn)化等。 3答：機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求有：精度；穩(wěn)定性；快速響應(yīng)性；還應(yīng)滿足小型、輕量、高速、低沖擊

11、振動(dòng)、低噪聲和高可靠性。 4答：STD總線有3種工作模式：獨(dú)立工作模式，前端控制器工作模式和分布式組合工作模式。5答：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)性分析；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)；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)；正常生產(chǎn)；銷售。三、分析題(20分) 1(12分)解答： 與普通信息處理機(jī)相比較，工業(yè)PC機(jī)有以下特點(diǎn)： (1)將普通信息處理機(jī)的大母板改為功能插板，具有豐富的過程輸入輸出功能，以完成對(duì)各種設(shè)備和工藝裝置的控制。 (2)良好的時(shí)實(shí)性，能夠?qū)ιa(chǎn)過程工況變化實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。 (3)抗干擾電源，密封機(jī)箱，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。(4)豐富的應(yīng)用軟件。 2(8分)解答： 傳感器位于閉環(huán)之內(nèi)的反饋通道上，其誤差的高頻分量(噪聲信號(hào))因系統(tǒng)的低通作用得到校正，不影響輸出精度; 傳感器誤差的低頻分量，如靜態(tài)精度(分辨率等)直接影響輸出精度，它決定了系統(tǒng)精度的上限。四、計(jì)算題(24分)1(14分)解：等效慣量可以分為以下