機電一體化系統(tǒng)設計試題及答案 (2)

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. 《機電一體化技術》試卷 (一) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1. 測量2.靈敏度3. 壓電效應4. 動態(tài)誤差 5. 傳感器 二、填空題 （每小題2分，共20分) 1. 滾珠絲桿中滾珠的循環(huán)方式： _內(nèi)旋換和外循環(huán) 2. 機電一體化系統(tǒng)，設計指標和評價標準應包括 ___ _______， __________， __________ ， __________。 3. 順序控制系統(tǒng)是按照預先規(guī)定的次序完成一系列操作的系統(tǒng)， 順序控制器通常用____ _______________________________。 4. 某光柵的條紋密度是50條/mm，光柵條紋間的夾角θ=0.001孤度， 則莫爾條紋的寬度是_______________________。 5. 連續(xù)路徑控制類中為了控制工具沿任意直線或曲線運動，必須同時控制 每一個軸的______________________，使它們同步協(xié)調(diào)到達目標點。 6. 某4極交流感應電機，電源頻率為50Hz，轉(zhuǎn)速為1470r/min，則轉(zhuǎn)差率為_____________。7. 齒輪傳動的總等效慣量與傳動級數(shù)__________________________________________。 8. 累計式定時器工作時有_____________________________________________________。 9. 復合控制器必定具有__________________________________。 10. 鉆孔、點焊通常選用_______________________________________類型。 三、選擇題 （每小題2分，共10分） 1. 一般說來，如果增大幅值穿越頻率ωc的數(shù)值，則動態(tài)性能指標中的調(diào)整時間ts ( ) A. 產(chǎn)大 B. 減小 C. 不變 D. 不定 2. 加速度傳感器的基本力學模型是 ( ) A. 阻尼—質(zhì)量系統(tǒng) B. 彈簧—質(zhì)量系統(tǒng) C. 彈簧—阻尼系統(tǒng) D. 彈簧系統(tǒng) 3. 齒輪傳動的總等效慣量與傳動級數(shù) ( ) A. 有關 B. 無關  C. 在一定級數(shù)內(nèi)有關 D. 在一定級數(shù)內(nèi)無關 4. 順序控制系統(tǒng)是按照預先規(guī)定的次序完成一系列操作的系統(tǒng)，順序控制器通常用 ( ) A. 單片機 B. 2051 C. PLC D. DSP 5、伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)和 檢測環(huán)節(jié) 等個五部分。 A 換向結構 B 轉(zhuǎn)換電路 C 存儲電路 D檢測環(huán)節(jié) 四、判斷題 （每小題2分，共10分) 1、伺服控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出 與輸入間的偏差信號。（ ） 2、電氣式執(zhí)行元件能將電能轉(zhuǎn)化成機械力，并用機械力驅(qū)動執(zhí)行機構運動。如交流電機、直流電機、力矩電機、步進電機等。（ ） 3、對直流伺服電動機來說，其機械特性越硬越好。（ ） 4、步進電機的步距角決定了系統(tǒng)的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（ ） 5、伺服電機的驅(qū)動電路就是將控制信號轉(zhuǎn)換為功率信號，為電機提供電能的控制裝置，也稱其為變流器，它包括電壓、電流、頻率、波形和相數(shù)的變換。（ ） 五、問答題 （每小題10分，共30分) 1. 步進電動機常用的驅(qū)動電路有哪幾種類型? 2. 什么是步進電機的使用特性? 3. 機電一體化系統(tǒng)設計指標大體上應包括哪些方面? 六、分析計算題 (每小題10分，共20分) 1. 三相變磁阻式步進電動機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=100,雙拍制通電，要求電動機轉(zhuǎn)速為120r/min，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少? 2. 采用PLC設計二個電磁閥A、B工作的系統(tǒng) 1) 按鈕x1為A電磁閥打開，按鈕x2為A電磁閥關閉 (輸出y1); 2) 按鈕x3為B電磁閥打開，按鈕x4為B電磁閥關閉 (輸出y2); 3) 只有B電磁閥在工作中，A電磁閥才能工作。 要求：畫出梯形圖，寫出助記符指令程序。 《機電一體化技術》試卷 (一) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1. 是人們借助于專門的設備，通過一定的方法對被測對象收集信息，取得數(shù)據(jù)概念的過程。 2. 指在穩(wěn)態(tài)下，輸出的變化量ΔY與輸入的變化量ΔX的比值。即為傳感器靈敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3. 某些電介質(zhì)，當沿著一定的方向?qū)λ┘恿Χ顾a(chǎn)生變形時，內(nèi)部就會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上將產(chǎn)生符號相反的電荷。當外力去掉后，它又重新恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為壓電效應。 4. 動態(tài)誤差在被測量隨時間變化過程中進行測量時所產(chǎn)生的附加誤差稱為動態(tài)誤差。 5. 傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應關系的，便于應用的某種物理量 的測量裝置。 二、填空題 （每小題2分，共20分) 1. 內(nèi)循環(huán) 外循環(huán) 2. 性能指標 系統(tǒng)功能 使用條件 經(jīng)濟效益 3. PLC 4. 20mm 5. 位置和速度 6. 0.02 7. 增加而減小 8. 2 9. 前饋控制器 10. 簡單的直線運動控制 三、選擇題 （每小題2分，共10分） 1. B.2. A3. C.4. C5、D 四、判斷題 （每小題2分，共10分) 1、√2、3、√4、5、√ 五、問答題 （每小題10分，共30分) 1. 單電源驅(qū)動電路 雙電源驅(qū)動電路 斬波限流驅(qū)動電路 2. 步距誤差 步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度。 最大靜轉(zhuǎn)矩 是指步進電動機在某相始終通電而處于靜止不動狀態(tài)時，所能承受的最大外加轉(zhuǎn)矩，亦即所能輸出的最大電磁轉(zhuǎn)矩，它反映了步進電動機的制動能力和低速步進運行時的負載能力。 啟動矩一頻特性 空載時步進電動機由靜止突然啟動，并不失步地進入穩(wěn)速運行所允許的最高頻率稱為最高啟動頻率。啟動頻率與負載轉(zhuǎn)矩有關。 運行矩頻特性 步進電動機連續(xù)運行時所能接受的最高頻率稱為最高工作頻率，它與步距角一起決定執(zhí)行部件的最大運行速度。 最大相電壓和最大相電流 分別是指步進電動機每相繞組所允許施加的最大電源電壓和流過的最大電流。 3. 應包括系統(tǒng)功能、性能指標、使用條件、經(jīng)濟效益。 六、分析計算題 (每小題10分，共20分) 1. 20KHz 3.6 2. (1) 梯形圖：（２）助記符指令程序： STR X1 OR Y1 AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2 《機電一體化技術》試卷 (二) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1、線性度2、伺服控制系統(tǒng)3、三相六拍通電方式4、傳感器5、系統(tǒng)精度 二、填空題 （每小題2分，共20分) 1、計算機在控制中的應用方式主要有_____________________________。 2. 滾珠絲桿螺母副結構有兩類： _____________________________。 3、應用于工業(yè)控制的計算機主要有 ______________________________等類型。 4. 機電一體化系統(tǒng)，設計指標和評價標準應包括________________________________。 5、可編程控制器主要由_____________________________等其它輔助模塊組成。 6. 順序控制系統(tǒng)是按照預先規(guī)定的次序完成一系列操作的系統(tǒng)， 順序控制器通常用_______________________________________________________。 7、現(xiàn)在常用的總線工控制機有 ________ 、PC總線工業(yè)控制機和CAN總線工業(yè)控制機等。 8、隔離放大器中采用的耦合方式主要有兩種_____________________________。 9. 某光柵的條紋密度是50條/mm，光柵條紋間的夾角θ=0.001孤度， 則莫爾條紋的寬度是_______________________。 10. 采樣/保持器在保持階段相當于一個“_____________________________”。 三、選擇題 （每小題2分，共10分） 1.一個典型的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素： A 機械本體 B 動力與驅(qū)動部分 C 執(zhí)行機構 D. 控制及信息處理部分 2、機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）開發(fā)的類型 A 開發(fā)性設計 B 適應性設計 C 變參數(shù)設計 D 其它 3、機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設計方案的常用方法 A 取代法 B 整體設計法 C組合法 D其它。 4、機電一體化的高性能化一般包含 A高速化 B高精度 C高效率 D高可靠性。 5、抑制干擾的措施很多，主要包括 A屏蔽 B隔離 C濾波 D接地和軟件處理等方法 四、判斷題 （每小題2分，共10分) 1、變流器中開關器件的開關特性決定了控制電路的功率、響應速度、頻帶寬度、可靠性和等指標。（ ） 2、伺服控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號。（ ） 3、感應同步器是一種應用電磁感應原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。（ ） 4、數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應同步器等，它們的共同特點是利用自身的物理特征，制成直線型和圓形結構的位移傳感器，輸出信號都是脈沖信號，每一個脈沖代表輸入的位移當量，通過計數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計位移的尺寸。（ ） 5、FMC控制系統(tǒng)一般分二級，分別是單元控制級和設備控制級。（ ） 五、問答題 （每小題10分，共30分) 1、計算機控制系統(tǒng)中，如何用軟件進行干擾的防護。 2、滾珠絲杠副的軸向間隙對系統(tǒng)有何影響？如何處理？ 3、機電一體化系統(tǒng)中的計算機接口電路通常使用光電藕合器，光電藕合器的作用有哪些？ 六、綜合應用題 (每小題10分，共20分) 1.編寫程序：單片機讀P1.0的狀態(tài),把這個狀態(tài)傳到P1.7指示燈去，當P1.0為高電平時指示燈亮,低電平時指示燈不亮,采用中斷完成這一輸入輸出過程，每中斷一次完成一個讀寫過程。 2. 光柵傳感器，刻線數(shù)為100線/mm，設細分時測得莫爾條紋數(shù)為400，試計算光柵位 移是多少毫米？若經(jīng)四倍細分后，記數(shù)脈沖仍為400，則光柵此時的位移是多少？測量分辨率是多少？ 《機電一體化技術》試卷(二) 答案 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共3頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1、所謂傳感器的線性度就是其輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程度。又稱 為非線性誤差。 2、一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng)。 3、如果步進電動機通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)，這種通電方式稱為單雙相輪流通電方式。如A→ AB→ B→ BC→C → CA→… 4、是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應關系的，便于應用的某種物理量 的測量裝置。 5、指輸出量復現(xiàn)輸入信號要求的精確程度； 二、填空題 （每小題2分，共20分) 1、 操作指導控制系統(tǒng) 分級計算機控制系統(tǒng) 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC） 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 2. 外循環(huán)插管式 內(nèi)循環(huán)反向器式 3、單片機 PLC 總線工控機 4. 性能指標 系統(tǒng)功能 使用條件 經(jīng)濟效益。 5、CPU 存儲器 接口模塊 6. PLC 7、STD總線工業(yè)控制機 8、變壓器隔離 光電隔離 9. 20mm 10. 模擬信號存儲器 三、選擇題 （每小題2分，共10分） 1. A B C D 2、A B C 3、A B C D 4、A B C D 5、A B C D 四、判斷題 （每小題2分，共10分) 1、（√）2、（√）3、（√）4、（√）5、（√） 五、問答題 （每小題10分，共30分) 1、軟件濾波用軟件來識別有用信號和干擾信號，并濾除干擾信號的方法，稱為軟件濾波 軟件“陷井” 軟件“看門狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或軟件）的辦法要求使用監(jiān)控定時器定時檢查某段程序或接口，當超過一定時間系統(tǒng)沒有檢查這段程序或接口時，可以認定系統(tǒng)運行出錯（干擾發(fā)生），可通過軟件進行系統(tǒng)復位或按事先預定方式運行 。 2、如果滾珠螺旋副中有軸向間隙或在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性變形，則當螺桿反向轉(zhuǎn)動時，將產(chǎn)生空回誤差。為了消除空回誤差，在螺桿上裝配兩個螺母1和2，調(diào)整兩個螺母的軸向位置，使兩個螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向螺桿螺紋滾道相反的側面，使其產(chǎn)生一定的變形，從而消除了軸向間隙，也提高了軸向剛度。常用的調(diào)整預緊方法有下列三種。墊片調(diào)隙式 螺紋調(diào)隙式 齒差調(diào)隙式 3、（1）能保護系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓信號系統(tǒng)的損壞。 （2）泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路。 （3）共模抑制比高，能對直流和低頻信號(電壓或電流)進行準確、安全的測量。 利用光電耦合方式實現(xiàn)載波調(diào)制，可獲得10kHz帶寬，但其隔離性能不如變壓器耦合。 六、綜合應用題 (每小題10分，共20分) 1. 2. 光柵此時的位移 細分前4mm, 細分后 1mm 測量分辨率: 細分前0.01 mm/線 細分后:0.025 《機電一體化技術》試卷 (三) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1.機電一體化2.自動控制3.開環(huán)控制系統(tǒng)4.逆變器5. PWM 二 判斷題 (每空1分，共10分) 1. 直線運動導軌是用來支承和引導運動部件按給定的方向作往復直線運動。（　?。? 2. 滾珠絲桿不能自鎖。（　?。? 3. D/A轉(zhuǎn)換的方式可分為并行轉(zhuǎn)換的串行轉(zhuǎn)換方式。（　?。? 4. 同步通信是以字符為傳輸信息單位。（　?。? 5. 異步通信常用于并行通道。（　?。? 6. 查詢I/O方式常用于中斷控制中。（　?。? 7. 串行通信可以分為以下四種方式： 1）全雙工方式；（　?。? 2）半雙工方式；（　?。? 3）同步通信； （ ） 4）異步通信。 （ ） 三 填空題：(每空1分，共40分) 1. 從控制角度講，機電一體化可分為 控制系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)。 2. 在機電一體化中傳感器輸出電信號的參量形式可以分為: ； ； 三種形式。 3. 多點接地：優(yōu)點： ，缺點： 。 4. 一般來說，伺服系統(tǒng)的基本組成為 、 、 和 等四大部分組成。 5. 在SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通常載波是 ，而調(diào)制波是 。 6.從電路上隔離干擾的三種常用方法是: 隔離， 隔離， 隔離。 7.開環(huán)步進電動機控制系統(tǒng)，主要由 、 和 等組成。 8. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 實現(xiàn)步進電動機通電 14. 環(huán)形分配的三種常用方法是：1） ，2） ，3） 。 9. 產(chǎn)生電磁干擾必備的三個條件是： ， ， 。 10.干擾傳播途徑有二種方式： 1）傳導耦合方式：干擾信號能量以 或 的形式，通過金屬導體傳遞。 2）幅射耦合方式：干擾信號能量以 的形式，通過空間感應傳遞。 11. 指出下列干擾哪幾種屬于傳導耦合方式： , ; 哪幾種屬于幅射耦合方式： , , 。 A.靜電干擾 B.磁場干擾 C.漏電干擾 D.共阻抗感應干擾 E.電磁輻射干擾。 12.磁場屏蔽---對高頻交變磁場應采用 的金屬材料 作屏蔽體；對低頻交變磁場應采用 的材料作屏蔽體，并保證磁路暢通。 13.一點接地中：1）串聯(lián)接地：優(yōu)點： ，缺點： ， 2）并聯(lián)接地：優(yōu)點： ，缺點： ，僅適用于 電路。 四 解答題 (每小題5分，共40分) 1．一個典型的機電一體化系統(tǒng)，應包含哪些幾個基本要素？ 2．斜齒輪傳動機構中消除齒側隙的常用方法？ 3、簡述直流伺服電動機兩種主要控制方式的工作原理。 4. 在微機控制系統(tǒng)中，主機和外圍設備間所交換的信息通常分為哪三類？ 5．數(shù)據(jù)信息可分為哪幾種？ 6．DAC0832有哪三種輸入工作方式？有哪二種輸出工作方式？ 7.步進電動機控制系統(tǒng)中，電動機通過絲杠螺母帶動執(zhí)行部件運動: 已知：步距角θ，脈沖數(shù) N ，頻率 f ，絲杠導程 p ，試求執(zhí)行部件: 位移量 L= ? 移動速度 V=? 8.有一變化量為0 ~ 16V的模擬信號，采用4位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入到微機控制系統(tǒng)中，試求其量化單位q＝？，量化誤差最大值emax＝？ 《機電一體化技術》試卷 (三) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 ——————————————————————————————————— 一　名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1機電一體化--從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將機械技術 、微電子技術、信息技術、控制技術等在系統(tǒng)工程基礎上有機地加以綜合，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)最佳化的一門新科學技術。 2.自動控制—由控制裝置自動進行操作的控制。 3.開環(huán)控制系統(tǒng)—無反饋的控制系統(tǒng)。 4.逆變器—把固定的直流電變成固定或可調(diào)的交流電的 DC/AC變流器。 5. PWM—通過調(diào)節(jié)脈沖的寬度改變負載電壓平均值的脈寬調(diào)制斬波器。 二 判斷題 (每空1分，共10分) 1. √ 2. √ 3. √ 4. 5. 6. 7. 1） √1 2）√ 3）√ 4）√ 三 填空題（(每空1分，共40分） 1. 開環(huán)、閉環(huán) 2. 電壓輸出 電流輸出 頻率輸出 3. 互不干擾 接線多 復雜 4. 控制器 功率放大器 執(zhí)行機構 和檢測裝置 5. 等腰三角波 （三相）正弦波 6. 光電 變壓器 繼電器 7. 環(huán)形分配器 功率放大器 步進電動機 8. 1）采用計算機軟件分配器 2）小規(guī)模集成電路搭接的硬件分配器 3）專用模塊分配器 9．干擾源 傳播途徑 接受干擾對象 原系統(tǒng) 系統(tǒng) 10. 1） 電壓 ；電流 。 2）電磁場。 11. C , D ; A , B E。 12. 銅和鋁等導電性能好 ；鐵等高導磁率 。 13．1）最簡單，；前后相互干擾， 2）干擾小，；接線多，復雜，低頻（<1MHZ）。 四　解答題　(每小題5分，共40分) 1、機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分 2.1）墊片調(diào)整法 2）軸向壓簧調(diào)整法 3、一種是電樞電壓控制，即在定子磁場不變的情況下，通過控制施加在電繞組兩頭端的電壓信號來控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩； 另一種是勵磁磁場控制即通過改變勵磁電流的大小來改變定子磁場的強度，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。 4、數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息 5、（1）數(shù)字量（2）模擬量（3）開關量（4）脈沖量 6、（1）直通方式 （2）單緩沖方式 （3）雙緩沖方式 （1）單極性輸出 （2）雙極性輸出 7、 L =(θp/360)N ； V =(θp/360)f 8、量化單位q＝1V， 量化誤差最大值emax＝0.5V。 《機電一體化技術》試卷 (四) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共2頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 （每題2分　共10分） 1、 機電一體化2、柔性制造系統(tǒng)3、靜態(tài)設計4、系統(tǒng)軟件5、感應同步器 二、填空題（每空１分，共3０分） 1、對伺服系統(tǒng)的技術要求是____________、____________、____________、___________。 2、機電一體化的機械系統(tǒng)設計主要包括兩個環(huán)節(jié)：____________、____________。 3、計算機控制系統(tǒng)的類型包括________________________、_______________________、 監(jiān)督控制系統(tǒng)、________________________。 4、擬定機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設計方案的方法通常有____________、____________、____________。 5、 接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。 6、 對直線導軌副的基本要求是_________________________、_____________________、 ____________________、__________________和平穩(wěn)。 7．機電一體化機械系統(tǒng)應具有良好的侍服性能，要求機械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、阻力合理 ___________、_____________、____________、____________、并滿足小型、輕量等要求。 8、伺服系統(tǒng)的基本組成包括______________ 、 _____________________、檢測裝置、 ____________________。 9、工作接地分為_______________、 ______________。 10、STD總線的技術特點_________________、______________、______________________、 高可靠性。 三、簡答題 （每小題5分，共20分） 1. FMC的基本控制功能。 2. PWM脈寬調(diào)速原理。 3. 簡述直流伺服電機兩種控制的基本原理。 4. 控制系統(tǒng)接地通的目的。 四、分析題 （每小題20分，共40分) 1. 半橋逆變電路的工作原理。 2. 分析下圖中傳動大負載時消除齒側齒側間隙的原理 1、6－小齒輪 2、5－大齒輪 3－齒輪 4－預載裝置 7－齒條 《機電一體化技術》試卷 (四)答案 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共3頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 （每題2分　共10分） 1、機電一體化: 機電一體化技術綜合應用了機械技術、微電子技術、信息處理技術、自動控制技術、檢測技術、電力電子技術、接口技術及系統(tǒng)總體技術等群體技術，實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術。 2、柔性制造系統(tǒng)：柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）是由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎上實現(xiàn)物料流和信息流的自動化 3、靜態(tài)設計：是指依據(jù)系統(tǒng)的功能要求，通過研究制定出機械系統(tǒng)的初步設計方案。 4、系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件是由計算機的制造廠商提供的，用來管理計算機本身的資源和方便 用戶使用計算機的軟件。 5、感應同步器: 感應同步器是一種應用電磁感應原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。 二、填空題（每空１分，共3０分） 1、系統(tǒng)精度 穩(wěn)定性 響應特性 工作頻率 2、靜態(tài)設計 動態(tài)設計 3、分級計算機控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 操作指導控制系統(tǒng) 4、通常有取代法 整體設計法 組合法 7、 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、通信聯(lián)絡 6、導向精度高 耐磨性好 足夠的剛度 對溫度變化的不敏感性。 7．阻尼合理 剛度大 抗振性好 間隙小 8、控制器、執(zhí)行環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié) 9、一點接地 多點接地 10、模塊化設計 系統(tǒng)組成 修改和擴展方便 三、簡答題 （每小題5分，共20分） 1. （1）單元中各加工設備的任務管理與調(diào)度，其中包括制定單元作業(yè)計劃、計劃的管理與調(diào)度、設備和單元運行狀態(tài)的登錄與上報。 （2）單元內(nèi)物流設備的管理與調(diào)度，這些設備包括傳送帶、有軌或無軌物料運輸車、機器人、托盤系統(tǒng)、工件裝卸站等。 （3）刀具系統(tǒng)的管理，包括向車間控制器和刀具預調(diào)儀提出刀具請求、將刀具分發(fā)至需要它的機床等。 2. 圖中的開關S周期性地開關，在一個周期T內(nèi)閉合的時間為τ，則一個外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關S加到電動機的電樞上，電樞上的電壓波形將是一列方波信號，其高度為U、寬度為，如右圖所示。電樞兩端的平均電壓為： 式中 =/T=Ud/U，(0<<1) 為導通率（或稱占空比）。 當T不變時，只要改變導通時間，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當從0~T改變時，Ud由零連續(xù)增大到U。 3. 直流伺服電動機的控制方式主要有兩種：一種是電樞電壓控制，即在定子磁場不變的情況下，通過控制施加在電樞繞組兩端的電壓信號來控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；另一種是勵磁磁場控制，即通過改變勵磁電流的大小來改變定子磁場強度，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。 采用電樞電壓控制方式時，由于定子磁場保持不變，其電樞電流可以達到額定值，相應的輸出轉(zhuǎn)矩也可以達到額定值，因而這種方式又被稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。而采用勵磁磁場控制方式時，由于電動機在額定運行條件下磁場已接近飽和，因而只能通過減弱磁場的方法來改變電動機的轉(zhuǎn)速。由于電樞電流不允許超過額定值，因而隨著磁場的減弱，電動機轉(zhuǎn)速增加，但輸出轉(zhuǎn)矩下降，輸出功率保持不變，所以這種方式又被稱為恒功率調(diào)速方式。 4. 控制系統(tǒng)接地通的目的。 將電路、設備機殼等與作為零電位的一個公共參考點（大地）實現(xiàn)低阻抗的連接，稱之謂接地。接地的目的有兩個：一是為了安全，例如把電子設備的機殼、機座等與大地相接，當設備中存在漏電時，不致影響人身安全，稱為安全接地；二是為了給系統(tǒng)提供一個基準電位，例如脈沖數(shù)字電路的零電位點等，或為了抑制干擾，如屏蔽接地等。稱為工作接地。工作接地包括一點接地和多點接地兩種方式。 四、分析題 （每小題20分，共40分) 1. 半橋逆變電路原理如左圖所示，它有兩個導電臂，每個導電臂由一個可控元件和一個反并聯(lián)二極管組成。在直流側接有兩個相互串聯(lián)的足夠大的電容，使得兩個電容的聯(lián)結點為直流電源的中點。 設電力晶體管Vl和V2 基極信號在一個周期內(nèi)各有半周正偏和反偏，且二者互補。當負載為感性時，其工作波形如右圖所示。輸出電壓波形u0 為矩形波，其幅值為Um =Ud /2輸出電流i0 波形隨負載阻抗角而異。設t2 時刻以前V1 導通。t2 時刻給V1關斷信號，給V2 導通信號，但感性負載中的電流i0 不能立刻改變方向，于是VD2 導通續(xù)流。當t3時刻i0 降至零時VD2 截止，V2 導通，i0 開始反向。同樣，在t4 時刻給V2 關斷信號，給V1 導通信號后，V2 關斷，VD1 先導通續(xù)流，t5 時刻V1 才導通。 當V1 或 V2 導通時，負載電流和電壓同方向，直流側向負載提供能量；而當VD1 或 VD2導通時，負載電流和電壓反方向，負載中電感的能量向直流側反饋，既負載將其吸收的無功能量反饋回直流側。反饋回的能量暫時儲存在直流側電容中，直流側電容起到緩沖這種無功能量的作用。二極管VD1 、VD2是負載向直流側反饋能量的通道，同時起到使負載電流連續(xù)的作用，VD1 、VD2被稱為反饋二極管或續(xù)流二極管。 2. 分析下圖中傳動大負載時消除齒側齒側間隙的原理 當傳動負載大時，可采用雙齒輪調(diào)整法。如圖所示，小齒輪1、6分別與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通過預載裝置4向齒輪3上預加負載，使大齒輪2、5同時向兩個相反方向轉(zhuǎn)動，從而帶動小齒輪l、6轉(zhuǎn)動，其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側，消除了齒側間隙。 《機電一體化技術》試卷 (五) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1機電一體化2伺服控制3閉環(huán)控制系統(tǒng)4逆變器5 SPWM 二 判斷題：(每小題1分，共10分) 1 在計算機接口技術中I/O通道就是I/O接口。?。ā　。? 2 滾珠絲桿不能自鎖。（　?。? 3 無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測裝置的精度。（　?。? 4 異步通信是以字符為傳輸信息單位。（　　） 5 同步通信常用于并行通信。（　?。? 6 無條件I/O方式常用于中斷控制中。（　?。? 7從影響螺旋傳動的因素看，判斷下述觀點的正確或錯誤 （1）影響傳動精度的主要是螺距誤差、中徑誤差、牙型半角誤差（　?。? （2）螺桿軸向竄動誤差是影響傳動精度的因素（　?。? （3）螺桿軸線方向與移動件的運動方向不平行而形成的誤差是影響傳動精度的因素（　?。? （4）溫度誤差是影響傳動精度的因素（　?。? 三、選擇題 (每小題1分，共40分) 1. 在計算機和外部交換信息中，按數(shù)據(jù)傳輸方式可分為 ： 通信 和 通信。 2. 微機控制系統(tǒng)中的輸入與輸出通道一般包括 、 、 、 四種通道。 3. 在伺服系統(tǒng)中，在滿足系統(tǒng)工作要求的情況下，首先應保證系統(tǒng)的 和 ，并盡量高伺服系統(tǒng)的響應速度。 4. 一般來說，伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要分為 、 、 和其它 等四大類型。 5. 在SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通常載波是 ， 而調(diào)制波是 。 6. 異步交流電動機變頻調(diào)速： 2） 基頻（額定頻率）以下的恒磁通變頻調(diào)速，屬于 調(diào)速方式。 3） 基頻（額定頻率）以上的弱磁通變頻調(diào)速，屬于 調(diào)速方式。 7. 開環(huán)步進電動機控制系統(tǒng)，主要由 、 和 等組成。 8. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 實現(xiàn)步進電動機通電 14. 環(huán)形分配的三種常用方法是：1） ，2） ，3） 。 9. 根據(jù)計算機在控制中的應用方式，把計算機控制系統(tǒng)分為四類：1） ，2） ， 3） ，4） 。 10．應用于工業(yè)控制的計算機主要有： 1） ，2） ，3） 等類型。 11.干擾傳播途徑有二種方式，其中傳導耦合方式：干擾信號能量以 或 的形式，通過金屬導體傳遞。 12. 抑制電磁干擾的常用方法有屏蔽、 、 、 、合理布局和軟件抗干擾技術。 13. 電場屏蔽----通常用 的金屬材料作屏蔽體，并應保持良 好 。 14．根據(jù)頻率特性解釋下列濾波器的作用： 1）低通濾波器：只讓 通過，而高于 受到抑制、衰 減，不讓通過。 2）帶通濾波器：只讓 通過，而高于 部分。 A 換向結構 B 轉(zhuǎn)換電路 C 存儲電路 D檢測環(huán)節(jié) 四　解答題 (每小題8分，共40分) 1．簡述一個典型的機電一體化系統(tǒng)的基本組成要素。 2．直齒圓柱齒輪傳動機構中消除齒側隙的常用方法？ 3．簡述機電一體化對機械系統(tǒng)的基本要求及機械系統(tǒng)的組成。 4. 簡述在微機控制系統(tǒng)中I/O控制方式及I/O接口的編址方式。 5．簡述伺服系統(tǒng)的結構組成。 6．DAC0832有哪三種輸入工作方式？有哪二種輸出工作方式？ 7. 步進電動機控制系統(tǒng)中，電動機通過絲杠螺母帶動執(zhí)行部件運動: 已知：步距角θ，脈沖數(shù) N ，頻率 f ，絲杠導程 p ，試求執(zhí)行部件: 位移量 L= ? 移動速度 V=? 8. 測量某加熱爐溫度范圍為100~1124℃，線性溫度變送器輸出0~5V，用ADC0809轉(zhuǎn)換器輸入到微機控制系統(tǒng)中，試求測量該溫度環(huán)境的分辨率和精度。 《機電一體化技術》試卷 (五) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共3頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一 名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1 機電一體化技術綜合應用了機械技術、微電子技術、信息處理技術、自動控制技術、檢 測技術、電力電子技術、接口技術及系統(tǒng)總體技術等群體技術，以系統(tǒng)為出發(fā)點的最佳 功能價值的系統(tǒng)工程技術。 2 伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng)。 3 閉環(huán)控制系統(tǒng)是指具有反饋的控制系統(tǒng)。 4 逆變器是將直流電變成交流電的電路。 5 SPWM是指脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。 二 判斷題 (每小題1分，共10分) 1　（）2 （√）3 （）4 （√）5 （）6 （） 7 （√）（√）（√）（√） 三、選擇題 (每小題1分，共40分) 1. 串行通信 并行通信 2. 模擬量輸入通道 模擬量輸出通道 數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸出通道 3. 穩(wěn)定性和精度 4. 電磁式 液壓式 氣壓式 5. 等腰三角波 正弦波 6. 恒轉(zhuǎn)矩 恒功率 7. 環(huán)形分配器 功率驅(qū)動器 步進電機 8. 計算機軟件 硬件分配 專用環(huán)形分配器 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 計算 9. 操作指導控制系統(tǒng) 直接控制系統(tǒng) 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng) 分級計算機控制系統(tǒng) 10．單片機 PLC 總線工控機 11. 電壓 電流 12. 隔離 濾波 接地 13. 銅 鋁等導電性能良好 接地 14．1） 低頻成分 截止頻率成分 2）某一頻帶內(nèi)的成分 上截止頻率成分 下截止頻率成分 四　解答題 (每小題8分，共40分) 1． 1）機械本體2）動力與驅(qū)動；3）傳感測試部分；4）執(zhí)行機構 5）控制及信息處理單元 2．1）、偏心軸套調(diào)整法 2）、雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 3． 對機械系統(tǒng)的基本要求：高精度；快速響應；良好的穩(wěn)定性。 機械系統(tǒng)的組成：傳動機構；導向機構；執(zhí)行機構。 4. 程序控制方式、中斷控制方式、直接存儲器存取方式。 獨立編址；與儲存器統(tǒng)一編址。 5． 1) 比較環(huán)節(jié)；2) 控制器；3) 執(zhí)行環(huán)節(jié)；4) 被控對象；5) 檢測環(huán)節(jié)。 6．輸入工作方式：（1）直通方式 （2）單緩沖方式（3）雙緩沖方式 輸出工作方式：（1）單極性輸出 （2）雙極性輸出 7. L =(θp/360)N ； V =(θp/360)f 8. 4 ℃ ; +2℃。 《機電一體化技術》試卷 (六) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1. 機電一體化2. 分辨力3. 靈敏度(測量)4. 永磁同步電動機:5. 復合控制器 二、單項選擇題 (每小題2分，共10分) 1. 受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱 ( ) A.順序控制系統(tǒng) B.伺服系統(tǒng) C.數(shù)控機床 D.工業(yè)機器人 2. 齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)( ) A.增加而減小 B.增加而增加 C.減小而減小 D.變化而不變 3. 滾珠絲杠螺母副結構類型有兩類：外循環(huán)插管式和( ) A.內(nèi)循環(huán)插管式 B.外循環(huán)反向器式 C.內(nèi)、外雙循環(huán) D.內(nèi)循環(huán)反向器式 4.某光柵條紋密度是100條/mm，光柵條紋間夾角θ=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是( ) A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5. 直流測速發(fā)電機輸出的是與轉(zhuǎn)速 ( ) A.成正比的交流電壓B.成反比的交流電壓 C.成正比的直流電壓 D.成反比的直流電壓 三、簡答題 (每小題6分，共30分) 1、機電一體化系統(tǒng)設計指標大體上應包括哪些方面? 2、步進電動機常用的驅(qū)動電路有哪幾種類型?其中哪種電路適于永磁式步進電動機? 3、步進電動機數(shù)控系統(tǒng)和參考脈沖伺服系統(tǒng)的輸入信號是什么?輸出軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、位置各自與哪些因素有關? 4、什么是PLC的掃描工作制? 5、PWM的工作原理? 四、計算題 (每小題10分，共20分) 1.三相變磁阻式步進電動機，轉(zhuǎn)子80個齒。 (1)要求電動機轉(zhuǎn)速為60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少? (2)要求電動機轉(zhuǎn)速為100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少? 2. 三相交流感應電動機，電源頻率50Hz，空載轉(zhuǎn)速為1450r/min。 (1)該電動機為幾極，空載轉(zhuǎn)差率是多少? (2)堵轉(zhuǎn)時定子、轉(zhuǎn)子繞組電勢頻率各為多少? (3)空載時，定子、轉(zhuǎn)子繞組電勢頻率各為 五、分析擴展的EPROM2764的地址范圍及工作原理 (20分) 《機電一體化技術》試卷 (六)答案 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) 1 機電一體化技術綜合應用了機械技術、微電子技術、信息處理技術、自動控制技術、檢 測技術、電力電子技術、接口技術及系統(tǒng)總體技術等群體技術，以系統(tǒng)為出發(fā)點的最佳 功能價值的系統(tǒng)工程技術。 2 傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的分辨力稱為閾值。 3 靈敏度(測量) 傳感器在靜態(tài)標準條件下輸入變化對輸出變化的比值。 4 以電子換向取代了傳統(tǒng)的直流電動機的電刷換向的電動機。 5 復合控制器帶有前饋控制系統(tǒng)的反饋控制器。它的作用是使系統(tǒng)能以穩(wěn)定的零誤差跟蹤已知的輸入信號。 二、單項選擇題 (每小題2分，共10分) 1. B2. A3. B4. C5. C 三、簡答題 (每小題6分，共30分) 1、系統(tǒng)功能 性能指標 使用條件 經(jīng)濟效益 2、單極驅(qū)動 雙極驅(qū)動 高低電壓驅(qū)動 斬波電路驅(qū)動 細分電路 3、參考脈沖序列 轉(zhuǎn)速與參考脈沖頻率成正比 輸出軸轉(zhuǎn)向 由轉(zhuǎn)向電平?jīng)Q定 位置由位置電平?jīng)Q定 4、即檢測輸入變量求解當前控制邏輯以及修正輸出指令,重復進行。 5、斬波器調(diào)壓的基本原理是通過晶閘管或自關斷器件的控制，將直流電壓斷續(xù)加到負載（電機）上，利用調(diào)節(jié)通、斷的時間變化來改變負載電壓平均值。斬波器調(diào)壓控制直流伺服電機速度的方法又稱為脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）直流調(diào)速。 四、計算題 (每小題10分，共20分) 1) K=2; M=3, Z=80; α=360/2*3*80=0.75 f=480Hz 2) K=1; M=3, Z=80; α=360/1*3*80=1.5 f=400Hz 2. 三相交流感應電動機，電源頻率50Hz，空載轉(zhuǎn)速為1450r/min。 (1) 4極，空載轉(zhuǎn)差率n=(1500-1450)/1500=3.3% (2) 50Hz (3) 50Hz 16.5 Hz 五、0000H~1FFFH 由于EA接地故PC指針由外部0000H開始執(zhí)行,74LS373為地址鎖存器用于鎖存來自P0口的EPROM的地址的低8位,P2口提供EPROM的地址的高5位.P0口分時用作數(shù)據(jù)傳輸口。 《機電一體化技術》試卷 (七) 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) １、檢測傳感器 ２、伺服電動機 3、靜壓軸承 4、靜壓導軌 5、屏蔽 二、填空題（每小題１分，共30分） 1、機電一體化系統(tǒng)中常見的軸承包括____________、___________、__________、磁軸承。 2、機電一體化系統(tǒng)一般由______________、_____________、接口、__________________、 _____________、______________等部分組成。 .3、按干擾的耦合模式干擾可分為靜電干擾、____________________、__________________、 _________________、_______________等干擾類型。 .4、機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將_____________、____________、___________、機 械技術等在系統(tǒng)工程的基礎上有機的加以綜合，實現(xiàn)整個機械系統(tǒng)________而建立的一門新 的科學技術。 5、伺服系統(tǒng)的基本組成部分包括_____________、____________、執(zhí)行機構、___________ 四大部分。 6、用軟件識別有用信號和干擾信號、并濾去干擾信號的方法稱為_____________、識別信 號的原則有_____________、______________。 7、機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設計類型大致可分為________________、適應性設計、 ________________。 8、機電一體化系統(tǒng)包括______________、_____________、信息處理技術、____________、 ____________、總體等相關技術。 9、 機電一體化系統(tǒng)對機械傳動總傳動比確定的最佳選擇方案有______________________、 _____________________、質(zhì)量最小原則。 三、問答題（每題10分,　共 40分） 1．分析、說明如圖所示計算機控制系統(tǒng)中信號變換與傳輸?shù)倪^程、原理。 2、步進電動機常用的驅(qū)動電路有哪幾種類型? 3、用軟件進行“線性化”處理時，采用計算法的原理是怎樣的？ 4、模擬式 四、分析擴展的RAM6264的地址范圍和和工作原理。（20分傳感器信號處理過程包括哪些環(huán)節(jié)？ ） 《機電一體化技術》試卷 (七)答案 考試方法：閉卷　　　考試時間１２０分鐘　　　共２頁 第1頁 —————————————————————————————————————— 一、名詞解釋 (每小題2分，共10分) １、檢測傳感傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應關系的，便于應用的某種物理量的測量裝置。 ２、伺服電動機是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出電動機 3、靜壓軸承從外部油源給軸瓦提供壓力油，使球磨機進、出料端的大軸在高壓油膜的作用下浮起，與軸瓦無