國(guó)家開(kāi)放大學(xué)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》章節(jié)測(cè)試參考答案

國(guó)家開(kāi)放大學(xué)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》章節(jié)測(cè)試參考答案1機(jī)電一體化導(dǎo)論一、單選題1.以下產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（）。A.游標(biāo)卡尺B.電話C.全自動(dòng)洗衣機(jī)D.非指針式電子表2.以下產(chǎn)品不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（）。A.工業(yè)機(jī)器人B.電子計(jì)算機(jī)C.空調(diào)D.復(fù)印機(jī)二、判斷題3.自動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（√）4.機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對(duì)輸入的物質(zhì)按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)。（×）5.系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。（√）6.信息處理技術(shù)是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過(guò)程中，與工作過(guò)程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)控制有關(guān)的信息輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸出和決策分析等技術(shù)。（√）7.機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）三、問(wèn)答題8.完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要組成部分有哪些？答：機(jī)械本體、動(dòng)力系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(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)，共同完成所定的目的功能。9.傳統(tǒng)機(jī)械、電子產(chǎn)品與機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要區(qū)別是什么？答：傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品機(jī)械與電子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可以分別工作。機(jī)電一體化產(chǎn)品是機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，從而賦予其新的功能和性能的一種新產(chǎn)品，產(chǎn)品功能是由所有功能單元共同作用的結(jié)果。2機(jī)電一體化機(jī)械技術(shù)一、單選題1.為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)慣量C.增大系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力矩D.減小系統(tǒng)的摩擦阻力2.導(dǎo)程L0=8mm的絲杠的總質(zhì)量為6kg，標(biāo)稱直徑為40mm，則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（）kg·mm2。A.1200B.480C.120D.483.傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率對(duì)傳動(dòng)精度有影響，（）固有頻率可減小系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，（）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。A.提高，提高B.提高，減小C.減小，提高D.減小，減小4.機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)的主要影響表現(xiàn)為（）等方面。A.固有頻率、響應(yīng)速度、慣量B.固有頻率、失動(dòng)量、穩(wěn)定性C.摩擦特性、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性D.摩擦特性、失動(dòng)量、慣量5.多級(jí)齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比相等的分配原則適用于按（）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。A.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則B.輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則C.重量最輕原則（小功率裝置）D.重量最輕原則（大功率裝置）二、判斷題6.機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）7.為減少機(jī)械傳動(dòng)部件的扭矩反饋對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動(dòng)部件的固有頻率的2~3倍，同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（×）8.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于機(jī)構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（×）9.阻尼比除了與機(jī)械系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù)B有關(guān)外，還與系統(tǒng)的抗壓剛度系數(shù)K0和質(zhì)量m有關(guān)。（√）10.進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于阻尼對(duì)系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，因此機(jī)械系統(tǒng)的阻尼比ξ取值越小越好。（×）11.滾珠絲杠垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。（√）12.雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。（×）13.齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配原則中等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則是使所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)換算到該齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。（×）14.采用偏心軸套調(diào)整法對(duì)齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可以自動(dòng)補(bǔ)償側(cè)隙。（×）15.采用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)測(cè)試和評(píng)估，延長(zhǎng)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，增加了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，但是可以改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高面向客戶與市場(chǎng)需求能力。（×）三、問(wèn)答題16.簡(jiǎn)述典型的機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)的組成。答：概括地講，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)包括以下三大部分機(jī)構(gòu)。（1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，因此，它實(shí)際上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。（2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。其作用是支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)應(yīng)能保證安全、準(zhǔn)確。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。用來(lái)完成操作任務(wù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下，完成預(yù)定的操作。17.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求。答：對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求：高精度；快速響應(yīng)；良好的穩(wěn)定性。18.滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？答：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(dòng)調(diào)整預(yù)緊式、單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式。19.齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？答：齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有圓柱齒輪傳動(dòng)、偏心套軸向墊片雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法（軸向拉簧式、可調(diào)拉簧式）；斜齒輪傳動(dòng)；墊片錯(cuò)齒調(diào)整。3傳感檢測(cè)技術(shù)一、單選題1.檢測(cè)環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱，一般包括傳感器和（）。A.控制電路B.轉(zhuǎn)換電路C.放大電路D.逆變電路2.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(biāo)B.動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)C.輸入特性參數(shù)D.輸出特性參數(shù)3.光柵傳感器的光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，，經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（）mm。A.1B.2C.3D.4二、判斷題4.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分。（×）5.感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造的高精度檢測(cè)元件，有直線和圓盤(pán)式兩種，分別用作檢測(cè)直線位移和轉(zhuǎn)角。（√）6.選擇傳感器時(shí)，如果測(cè)量的目的是進(jìn)行定性分析，則選用絕對(duì)量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。（×）7.傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對(duì)其主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以確保傳感器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。（√）三、簡(jiǎn)答題8.什么是傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？答：傳感器的靜態(tài)特性就是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)不隨其時(shí)間變化或變化非常緩慢時(shí)，所整體表現(xiàn)出的輸入積極響應(yīng)特性。須要介紹的主要參數(shù)存有：線性范圍、線性度、靈敏度、精確度、分辨力、阻滯、穩(wěn)定性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有：幅頻特性和相頻特性。4伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)一、單選題1.不屬于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求是（）。A.慣性小、動(dòng)力大，具有良好的動(dòng)態(tài)特性B.成本低，集成化程度高C.高可靠性、高效率和高準(zhǔn)確性D.宜于計(jì)算機(jī)控制2.伺服控制系統(tǒng)中定位精度最高的是（）。A.開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)B.閉環(huán)伺服系統(tǒng)C.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)D.三種伺服系統(tǒng)定位精度一樣高3.通過(guò)以下哪種方式可以提高步進(jìn)電機(jī)的走步精度（）。A.提高頻率B.減小步距角C.減小電源電壓D.提高轉(zhuǎn)矩4.直流伺服電機(jī)的PWM調(diào)速法具有調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，是因?yàn)椋ǎ.采用大功率晶體管B.電機(jī)電樞的電流脈沖小，接近純直流C.采用橋式電路D.脈沖開(kāi)關(guān)頻率固定5.使用測(cè)速電機(jī)作為檢測(cè)裝置，從而構(gòu)成位置閉環(huán)的控制系統(tǒng)屬于何種控制方式。（）A.開(kāi)環(huán)B.閉環(huán)C.半閉環(huán)D.前饋二、判斷題6.步進(jìn)電機(jī)在輸入一個(gè)脈沖時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。（√）7.閉環(huán)伺服系統(tǒng)比開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。（×）8.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變電脈沖頻率就可調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（√）9.直流伺服電動(dòng)機(jī)具有較高的響應(yīng)速度和精度以及良好的控制特性，同時(shí)直流伺服電機(jī)具有使用壽命長(zhǎng)，無(wú)需維修等特點(diǎn)。（×）10.永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的基本原理是利用電力電子變換器件代替直流伺服電動(dòng)機(jī)中的整流子和電刷，其控制可以通過(guò)變頻的PWM控制方式實(shí)現(xiàn)。（√）11.直線電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)、高可靠性、易于維護(hù)等特點(diǎn)。（√）12.氣壓式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常在定位精度較高的場(chǎng)合使用。（×）13.電液伺服系統(tǒng)的過(guò)載能力強(qiáng)，在強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)和高精度定位時(shí)性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動(dòng)。（√）14.永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即使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(dòng)。（√）15.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)沒(méi)有反饋回路，只能依據(jù)時(shí)間和邏輯順序決定被控制對(duì)象的運(yùn)行方式，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，但精度較低，無(wú)自動(dòng)糾偏能力。（×）三、簡(jiǎn)答題16.什么是伺服系統(tǒng)？答：伺服系統(tǒng)又稱為隨動(dòng)系統(tǒng)或自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)是所有機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指以機(jī)械位置、速度和加速度為控制對(duì)象，在控制命令的指揮下，控制執(zhí)行元件工作，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件按照控制命令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。如果把機(jī)電一體化系統(tǒng)比作人的話，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是人的四肢，它能夠準(zhǔn)確快速地執(zhí)行控制器發(fā)出的運(yùn)動(dòng)命令。17.伺服系統(tǒng)的一般組成有哪幾個(gè)部分？答：一般來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)主要包含控制器、功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)裝置等四大部分，其組成如圖所示。（1）控制器：伺服系統(tǒng)中控制器的主要任務(wù)是根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控制策略，控制器通常由電子線路或計(jì)算機(jī)組成。（2）功率放大器：伺服系統(tǒng)中功率放大器的作用是將信號(hào)進(jìn)行放大，并用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成某種操作，功率放大裝置主要由各種電力電子器件組成。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由伺服電動(dòng)機(jī)或液壓伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。（4）檢測(cè)裝置：檢測(cè)裝置的任務(wù)是測(cè)量被控制量，實(shí)現(xiàn)反饋控制。無(wú)論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測(cè)裝置的精度，因此檢測(cè)裝置的精度是至關(guān)重要的，還要求檢測(cè)裝置具有線性度好、可靠性高、響應(yīng)快等特點(diǎn)。18.簡(jiǎn)述直流伺服電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制的工作原理。答:直流伺服電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制（PWM）的工作原理：假設(shè)輸入直流電壓，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間得到一定寬度的與成比例的脈沖方波，給伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路供電，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變電樞回路的平均電壓，從而輸出不同大小的電壓，使直流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。19.比較直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境差別。答:直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。與直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，交流伺服電動(dòng)機(jī)不需要電刷和換向器，因而維護(hù)方便和對(duì)環(huán)境無(wú)要求；此外，交流電動(dòng)機(jī)還具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積和重量較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；尤其是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。20.刻線為1024的增量式角編碼器安裝在機(jī)床的絲桿轉(zhuǎn)軸上，已知絲桿的螺距為2mm，編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個(gè)脈沖，試求刀架的位移量和絲桿的轉(zhuǎn)速分別是多少？解:（1）絲杠旋轉(zhuǎn)一周有1024個(gè)脈沖，307200個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于絲杠旋轉(zhuǎn)307200/1024=300周，故刀架的位移量為300*2mm=600mm（2）絲杠的轉(zhuǎn)速為300*2π//10=60π（弧度/秒）5自動(dòng)控制技術(shù)一、單選題1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要由用戶自行編寫(xiě)（）。A.實(shí)時(shí)軟件B.開(kāi)發(fā)軟件C.系統(tǒng)軟件D.應(yīng)用軟件2.以下除了（），均是由硬件和軟件組成。A.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)B.PLC控制系統(tǒng)C.嵌入式系統(tǒng)D.繼電器控制系統(tǒng)3.以下抑制電磁干擾的措施，除了（），其余都是從切斷傳播途徑入手。A.屏蔽B.隔離C.濾波D.軟件抗干擾4.PID控制算法中，微分調(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5.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)定性二、判斷題6.無(wú)論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測(cè)裝置的精度。（×）7.自動(dòng)控制是在人直接參與的情況下，通過(guò)控制器使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。（×）8.一般說(shuō)來(lái)，全物理仿真較之計(jì)算機(jī)仿真在時(shí)間、費(fèi)用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷與實(shí)用的仿真方法。（×）9.在實(shí)際機(jī)電一體化系統(tǒng)中，很難建立嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型，因此建立描述模型。（√）10.半物理仿真和全物理仿真都有實(shí)物介入，且具有構(gòu)成復(fù)雜、造價(jià)高、準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。（√）11.仿真根據(jù)采用的模型可以分為計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真和全物理仿真。（√）12.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（×）13.通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。（×）14.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，首先需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。（×）15.現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個(gè)獨(dú)立的部分，然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。（×）16.PLC完善的自診斷功能，能及時(shí)診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護(hù)故障現(xiàn)場(chǎng)，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（√）17.PLC采用掃描工作方式，故PLC的工作速度僅決定于PLC的程序長(zhǎng)度。（×）18.現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采用一對(duì)一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（×）19.PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和加法調(diào)節(jié)器通過(guò)線性組合而構(gòu)成。（×）三、回答題20.機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中所起的作用是什么？答：在進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，往往需要對(duì)項(xiàng)目的合理性、經(jīng)濟(jì)性等品質(zhì)加以評(píng)價(jià)；在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前，也希望對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果加以預(yù)測(cè)，以便選擇正確、高效的運(yùn)行策略或提前消除設(shè)計(jì)中的缺陷，最大限度地提高實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行水平。采用仿真技術(shù)可以省時(shí)、省力、省錢(qián)地達(dá)到上述目的。21.機(jī)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(jì)的哪個(gè)階段？答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的仿真模型主要有：物理模型、數(shù)學(xué)模型和描述模型。當(dāng)仿真模型是物理模型時(shí)，為全物理仿真；是數(shù)學(xué)模型時(shí)，稱之為數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)仿真。用已研制出來(lái)的系統(tǒng)中的實(shí)際部件或子系統(tǒng)代替部分?jǐn)?shù)學(xué)模型所構(gòu)成的仿真稱為半物理仿真。計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真、全物理仿真分別應(yīng)用在分析設(shè)計(jì)階段（軟件級(jí)）、部件及子系統(tǒng)研制階段軟件一硬件級(jí)實(shí)時(shí)仿真、系統(tǒng)研制階段硬件級(jí)實(shí)時(shí)仿真階段。22.PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？答：按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，將偏差的比例、積分、微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，簡(jiǎn)稱為P（比例）I（積分）D（微分）調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。（1）PID調(diào)節(jié)器中比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，其反應(yīng)迅速；（2）積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；（3）微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。23.系統(tǒng)采樣周期的選擇，主要考慮的影響因素主要有哪些？答：（1）根據(jù)香農(nóng)采樣定理，確定采樣周期：為被采信號(hào)角頻率上限。（2）采樣周期應(yīng)大于執(zhí)行元件動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間。（3）從系統(tǒng)隨動(dòng)性和抗干擾的角度，采樣周期應(yīng)盡可能小，這樣時(shí)延小，反應(yīng)迅速。（4）在多回路控制中，由于采用巡檢控制方式，采樣周期應(yīng)足夠大，以確保在一個(gè)采樣周期內(nèi)，能處理完所有回路的算法計(jì)算。（5）從計(jì)算機(jī)的精度上講，采樣周期不應(yīng)太小。24.分析圖中整體式PLC的設(shè)備組成部分中CPU、存儲(chǔ)器、電源、輸入/輸出單元的功能。答：（1）中央處理器CPU是PLC的運(yùn)算和控制核心，控制其他所有部件的運(yùn)行，功能相當(dāng)于人的大腦。（2）存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，包括隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM），分別用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和用戶程序。（3）輸入/輸出（I/O）單元是CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。（4）電源包括系統(tǒng)電源和后備電池，其中后備電池可在停電時(shí)繼續(xù)保持幾十小時(shí)的供電。25.簡(jiǎn)述下圖所示梯形圖的工作過(guò)程及邏輯關(guān)系。圖中接線為：開(kāi)關(guān)1（I0.0），開(kāi)關(guān)2（I0.1），開(kāi)關(guān)3（I0.2），紅燈（Q0.0），綠燈（Q0.1）。答：由圖可知：開(kāi)關(guān)1、開(kāi)關(guān)2為常開(kāi)，開(kāi)關(guān)3為常閉。當(dāng)開(kāi)關(guān)1、開(kāi)關(guān)2接通，開(kāi)關(guān)3為常閉狀態(tài)時(shí)，紅燈亮，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T0，沿時(shí)3秒，3秒后如果開(kāi)關(guān)3為常閉狀態(tài)，則綠燈亮。26.用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制?？刂埔鬄椋菏紫入妱?dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，3秒后自動(dòng)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動(dòng)又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時(shí)停車(chē)。（1）寫(xiě)出I/O分配表；（2）選擇PLC，畫(huà)出梯形圖。答：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.0，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.1，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)I0.1。6機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合一、單選題1.對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)的涵義，至今還有不同的認(rèn)識(shí)，但對(duì)機(jī)電一體化的本質(zhì)特性一般認(rèn)為是一個(gè)（）。A.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)B.機(jī)械系統(tǒng)C.傳感系統(tǒng)D.電氣系統(tǒng)2.接口有三個(gè)基本功能，它們是（）。A.變換、放大、傳遞B.變換、放大、轉(zhuǎn)換C.變換、放大、控制D.變換、放大、處理3.機(jī)電一體化技術(shù)是各種技術(shù)相互滲透的結(jié)果，下列技術(shù)不屬于其主要相關(guān)技術(shù)的是（）。A.機(jī)械技術(shù)B.檢測(cè)傳感技術(shù)C.自動(dòng)控制技術(shù)D.多媒體技術(shù)4.機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)之間要能順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換，必須在各要素或子系統(tǒng)的相接處具備一定的連接部件，這個(gè)連接部件就稱為（）。A.傳感檢測(cè)單元B.執(zhí)行單元C.驅(qū)動(dòng)單元D.接口5.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景應(yīng)從如下方面考慮，說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）。A.從性能上B.從功能上C.從層次上D.從高技術(shù)的水平上6.機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透過(guò)程中逐漸形成的一種綜合技術(shù)。是一門(mén)集機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及其他技術(shù)互相融合而成的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。機(jī)電一體化的概念是哪國(guó)學(xué)者提出的？（）A.中國(guó)B.美國(guó)C.德國(guó)D.日本二、判斷題7.采用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)測(cè)試和評(píng)估，延長(zhǎng)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。（×）8.反求設(shè)計(jì)是建立在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，降低維修費(fèi)用。（×）9.仿真根據(jù)采用的模型可以分為計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真和全物理仿真。（√）10.接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中的一個(gè)方面，它的功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分之間的可靠連接。（√）11.機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對(duì)輸入的物質(zhì)按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)。（×）12.機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微電子技術(shù)為主體，以機(jī)械部分為核心，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。（×）13.機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)是在保持原理方案不變條件下，對(duì)產(chǎn)品功能及結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)。（×）14.機(jī)電一體化產(chǎn)品的變參數(shù)設(shè)計(jì)是指改變部分結(jié)構(gòu)尺寸而形成系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。（√）15.機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）16.機(jī)電一體化產(chǎn)品適應(yīng)性設(shè)計(jì)是指改變部分結(jié)構(gòu)尺寸而形成系列產(chǎn)品。（×）17.機(jī)電一體化產(chǎn)品的適應(yīng)性設(shè)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品功能及結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行的設(shè)計(jì)。（√）18.綠色設(shè)計(jì)是對(duì)已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對(duì)該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。（×）19.系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。（√）20.需求設(shè)計(jì)是指新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)生命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明書(shū)的形式來(lái)描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過(guò)程。（√）21.虛擬設(shè)計(jì)是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。（√）三、回答題22.說(shuō)明機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想方法。答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一直要堅(jiān)持貫徹機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個(gè)組成要素間的有機(jī)聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，并用自動(dòng)控制理論的相關(guān)手段，進(jìn)行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。23.開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)、變異性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)有何異同？答：開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)是沒(méi)有參照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理和要求，設(shè)計(jì)出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品。變異性設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的需求。適應(yīng)性設(shè)計(jì)是在總的設(shè)計(jì)方案、原理基本保持不變的情況下，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以使產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上增加某些附加價(jià)值。24.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比較有何突出特點(diǎn)？答：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，它是以計(jì)算機(jī)為輔助手段進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效方法。其設(shè)計(jì)步驟通常是：技術(shù)預(yù)測(cè)—市場(chǎng)需求—信息分析—科學(xué)類(lèi)比—系統(tǒng)設(shè)計(jì)—?jiǎng)?chuàng)新性設(shè)計(jì)—因時(shí)制宜地選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法—機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)等。25.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、并行工程、虛擬設(shè)計(jì)、快速響應(yīng)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)等的含義。答：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的有力工具。用來(lái)設(shè)計(jì)一般機(jī)械產(chǎn)品的CAD的研究成果，包括計(jì)算機(jī)硬件和軟件以及圖像儀和繪圖儀等外圍設(shè)備都可以用于機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需要補(bǔ)充的不過(guò)是有關(guān)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的數(shù)據(jù)、計(jì)算方法和特殊表達(dá)的形式而已。并行工程是把產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造及其相關(guān)過(guò)程作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行綜合并行協(xié)調(diào)的一種工作模式。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像。快速響應(yīng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要一環(huán)，是企業(yè)面對(duì)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)環(huán)境不斷迅速開(kāi)發(fā)適應(yīng)市場(chǎng)需求的新系統(tǒng)產(chǎn)品，以保證企業(yè)在激烈競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中立于不敗之地的重要工程。綠色設(shè)計(jì)是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)新概念。就是在新系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段就考慮其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，從而減少對(duì)環(huán)境的污染、資源的浪費(fèi)、使用安全和人類(lèi)健康等所產(chǎn)生的副作用。26.試說(shuō)明機(jī)電一體化的含義。答：將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合,并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù),現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說(shuō)都是機(jī)電一體化的設(shè)備。27.何謂概念設(shè)計(jì)？簡(jiǎn)述其具體設(shè)計(jì)步驟。答：概念設(shè)計(jì)是指在確定任務(wù)之后，通過(guò)抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案。設(shè)計(jì)步驟：明確設(shè)計(jì)任務(wù)—求總功能—總功能分解—尋找子功能解—原理解組合—評(píng)價(jià)與決策—得出概念產(chǎn)品。28.總功能為什么要分解？應(yīng)如何進(jìn)行分解？答：產(chǎn)品的整體功能是由不同組成部分相互協(xié)調(diào)共同完成的，總功能的分解既可以顯示各功能元、子功能與總功能的關(guān)系，又可以通過(guò)各功能元之間的有機(jī)組合求系統(tǒng)方案。分解方法：（1）減少機(jī)械傳動(dòng)