1118機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)-國家開放大學2020年1月至2020年7月期末考試試題及答案（202001-202007共2套）

1、試卷代號：1118 座位號口口國家開放大學2 0 1 9年秋季學期期末統(tǒng)一考試機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題 2020年1月一、單選題(每小題3分，共24分) 1以下產(chǎn)品不屬于機電一體化產(chǎn)品的是( )。 A機器人 B移動電話 C數(shù)控機床 D_復(fù)印機 2影響機電一體化系統(tǒng)中傳動機構(gòu)動力學特性的因素不包含下列哪個？( ) A負載 B系統(tǒng)慣性 C傳動比 D固有頻率 3需要消除圓柱斜齒輪傳動的齒側(cè)間隙，采取( )調(diào)整法使得調(diào)整過程中能自動補償齒側(cè)間隙。 A偏心套 B軸向墊片 C. 薄片錯齒 D.軸向壓簧錯齒 4幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的( )。 A靜態(tài)特性指標 B. 動態(tài)特性指標 C輸入特性參數(shù)

2、D輸出特性參數(shù) 5全閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中，絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之內(nèi)，所以它的( )。 A回程誤差不影響輸出精度，但傳動誤差影響輸出精度 B傳動誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度 C. 回程誤差和傳動誤差都會影響輸出精度 D回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度 6有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進電機定子勵磁繞組，已知轉(zhuǎn)子有24個齒，步進電機的步距角是( )。 A0.6 B1.2 C1.5 D2 7在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中確定總功能的方法一般采用( )。 A黑箱法 B能量流法 C白箱法 D信息流法 8HRGP-1A噴漆機器人中的旋轉(zhuǎn)變壓器屬于系統(tǒng)中的( )。 A能源

3、部分 B測試傳感部分 C控制器 D執(zhí)行機構(gòu)二、判斷題（正確的打，錯誤的打，每題3分，共30分） 9機電一體化技術(shù)是一個技術(shù)群的總稱，包括檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。( ) 10一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包括機械本體、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行部件和信息處理及控制系統(tǒng)，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。( ) 11對于機械傳動部件的摩擦特性，其靜摩擦力盡可能小，動摩擦力應(yīng)為盡可能小的負斜率，若為正斜率則易產(chǎn)生爬行、精度降低且壽命減小。( ) 12采用虛擬樣機代替物理樣機對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計測試和評估，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，增加了產(chǎn)品開發(fā)成本，

4、但是可以改進產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，提高面向客戶與市場需求能力。( ) 13傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標標定或校準，以確保傳感器的性能指標達到要求。( ) 14步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械位移的機電執(zhí)行元件，每當一個脈沖信號施加于電機的控制繞組時，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個固定的角度。( ) 15異步交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵，其轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機理與直流伺服電動機相同，當定子繞組通以三相或兩相交流電時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，從而吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。( ) 16一般說來，全物理仿真較之計算機仿真在時間、費用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點，是一種經(jīng)濟、快捷與實用的仿真方法。( ) 17可靠性設(shè)計是指將

5、優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程，最終獲得比較合理的設(shè)計參數(shù)，各種計算機程序能解決不同特點的工程問題。( )18在數(shù)控設(shè)備中，計算機數(shù)控裝置是設(shè)備的核心部分，一般由專用計算機（或通用計算機）、輸入輸出接口以及機床控制器等部分構(gòu)成。( )三、簡答題（每小題8分，共24分） 19滾珠絲杠副消除軸向間隙的預(yù)緊調(diào)整方法有哪些？ 20傳感器一般由哪幾部分組成？各部分作用是什么？21PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？四、計算題(10分） 22已知某四級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為1=2=8 =0. 004弧度，各級減速比相同，即i1=i2=i4=2，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差max。五

6、、綜合題(12分) 23假定你在設(shè)計一套典型的機電一體化系統(tǒng)，比如數(shù)控機床，請制訂出概念設(shè)計的流程。試卷代號：1118機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 試題答案及評分標準2020年1月一、單選題（每題3分，共24分） 1B 2C 3D 4B 5D 6C 7A 8B二、判斷題（正確的打，錯誤的打，每題3分，共30分） 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18三、簡答題（每小題8分，共24分） 19滾珠絲杠副消除軸向間隙的預(yù)緊調(diào)整方法有哪些？ 答：滾珠絲杠副消除軸向間隙的預(yù)緊調(diào)整方法有：螺紋預(yù)緊調(diào)隙式、雙螺母差齒預(yù)緊調(diào)隙式、雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)隙式、彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式、單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式。

7、 20傳感囂一般由哪幾部分組成？各部分作用是什么？ 答：傳感器一般出敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路和輔助電源四部分組成： (l)敏感元件：直接感受被測量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成與被測量有確定對應(yīng)關(guān)系的其他物理量； (2)轉(zhuǎn)換器件：將敏感元件輸出的非電物理量（如位移、應(yīng)變、光強等）轉(zhuǎn)換成電參數(shù)量（如電阻、電感、電容等）。 (3)信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號進行放大、運算、處理等進一步轉(zhuǎn)換以獲得便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號。 (4)輔助電源：提供能源。有的傳感器需要外部電源供電；有的傳感器則不需要外部電源供電。 21PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？

8、答：P(比例)I(積分)D(微分)調(diào)節(jié)器是將編差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。其中比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，其反應(yīng)迅速；積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過渡過程。此三部分配合得當，可使調(diào)節(jié)過程快速、平穩(wěn)、準確，收到較好的效果。四、計算題（10分） 22解：由系統(tǒng)可知： （5分）五、綜合題（12分） 23解：產(chǎn)品概念設(shè)計決定性地影響產(chǎn)品創(chuàng)新過程中后續(xù)的產(chǎn)品詳細設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)、產(chǎn)品市場開發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。產(chǎn)品概念設(shè)計包含以下流程：（5分） (l）首先是將設(shè)計任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能；（2分） (2)根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成

9、系統(tǒng)的功能要素進行總功能分解，劃分出各功能模塊，將總功能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系；(2分) (3)對各功能模塊輸入輸出關(guān)系進行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)；(2分) （4)尋找子功能（功能元）的解，并將原理解進行組合，形成多種原理解設(shè)計方案；（2分） (5)以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計組討論、審定。由于體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作原理；（2分） (6)方案進行整體評價：對不同的方案進行整體評價，選擇綜合指標最優(yōu)的設(shè)計方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品。（2分） （注：繪制出流程圖或文字作答均可。）試

10、卷代號：1118國家開放大學2 0 2 0年春季學期期末統(tǒng)一考試機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 試題2020年7月一、單選題（每小題3分，共24分）1.以下產(chǎn)品不屬于機電一體化產(chǎn)品的是（ ）。A.工業(yè)機器人B.打印機C.空調(diào)D.計算機2.為提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（ ）。A.增大系統(tǒng)剛度B.增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量C.增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩D.減小系統(tǒng)的摩擦阻力3.下列哪項指標是傳感器的動特性？（ ）A.量程B.線性度 C.靈敏度D.幅頻特性4.在開環(huán)控制系統(tǒng)中，常用（ ）做驅(qū)動元件。A.直流伺服電動機B.步進電動機C.同步交流伺服電動機D.異步交流伺服電動機5.采用脈寬調(diào)制(PWM)進行直流

11、電動機調(diào)速驅(qū)動時，通過改變（ ）來改變電樞回路的平均電壓，從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。A.脈沖的寬度B.脈沖的頻率C.脈沖的正負D.其他參數(shù)6.PID控制算法中，積分調(diào)節(jié)器的主要作用是（ ）。 A.消除靜差B.加快響應(yīng) C.減小振蕩D.提高穩(wěn)定性7.不進行參數(shù)的變換與調(diào)整，即輸入與輸出的直接連接的接口是（ ）。 A.機械接口B.被動接口 C.零接口D.物理接口8.HRGP-IA工業(yè)機器人中的旋轉(zhuǎn)變壓器屬于系統(tǒng)中的（ ）。 A.能源部分B.測試傳感部分 C.控制器D.執(zhí)行機構(gòu)二、判斷題（正確的打，錯誤的打，每題3分，共30分）9.機電一體化系統(tǒng)是以機械裝置為主體，微電子技術(shù)為核心，強調(diào)各種技術(shù)

12、的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。（ ）10.現(xiàn)代系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機電一體化技術(shù)的方法論。（ ）11.在進行機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)減少齒輪傳動機構(gòu)的摩擦，減少轉(zhuǎn)動慣量，提高傳動效率等措施，從而提高機電一體化系統(tǒng)的響應(yīng)速度。（ ）12.雙螺母消除滾珠絲桿軸向間隙的機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。（ ）13.選擇傳感器時，如果測量目的是定性分析，則選用重復(fù)度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。（ ）14.步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械位移的機電執(zhí)行元件，每當一個脈沖信號施加于電機

13、的控制繞組時，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個固定的角度。（ ）15.永磁型步進電動機即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動。（ ）16.自動控制是在人類參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。（ ）17.計算機控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（ ）18.虛擬設(shè)計是一種以先進產(chǎn)品設(shè)備的實物、樣件、軟件或影像作為研究對象，應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計方法學、系統(tǒng)工程學、計算機輔助設(shè)計的理論和方法進行系統(tǒng)分析和研究，探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進而開發(fā)出同類的或更先進的技術(shù)。（ ）三、簡答題（每小題8分，共24分）19.完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？20.選擇傳感器

14、時需要考慮哪些因素？21.機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的哪個階段？四、計算題（10分）22.經(jīng)濟型數(shù)控車床的進給系統(tǒng)，通常是采用步進電動機驅(qū)動滾珠絲杠、帶動刀架或工作臺作直線往復(fù)運動。所選三相六拍步進電動機的轉(zhuǎn)子有80齒，所選絲桿基本導(dǎo)程為6mm，設(shè)計的進給系統(tǒng)脈沖當量為0. Olmm，請計算中間齒輪的傳動比。五、綜合題（12分）23.分析圖中整體式PLC的各組成部分中CPU、存儲器、電源、輸入輸出單元的功能。 試卷代號：1118國家開放大學2 0 2 0年春季學期期末統(tǒng)一考試機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題答案及評分標準（供參考） 2020年7月一、單選題（每小題3分，

15、共24分） 1D 2A 3D 4B 5A 6A 7C 8B二、判斷題（正確的打，錯誤的打，每題3分，共30分） 9 10. II. L2.X 13. 14. 15. 16. 17. 18.三、簡答題（每小題8分，共24分） 19.完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？ 答：機械本體、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。 20.選擇傳感器時需要考慮哪些因素？ 答：選擇傳感器除主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度等幾個方面的問題之外，還要考慮測量目的、測量對象、測量環(huán)境、測量條件和測量方式，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡單、體積小。重量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。 21.機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的哪個階段？ 答：機電一體化系統(tǒng)的仿真模型主要有：物理模型、數(shù)學模型和描述模型。當仿真模型是物理模型時，為（全）物理仿真；是數(shù)學模型時，稱之為數(shù)學（計算機）仿真。用已研制出來的系統(tǒng)中的實際部件或子系統(tǒng)代替部分數(shù)學模型所構(gòu)成的仿真稱為半物理仿真。計算機仿真、半物理仿真、全物理仿真分別應(yīng)用在分析設(shè)計階段（軟件級）、部件及子系統(tǒng)研制階段（軟件一硬件級）、系統(tǒng)研制階段（硬件級）。四、計算題（10分） 22.解：步進電機的步距角=360Zm=360806=0.75 (5分) 中間齒輪的傳