國開機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)題

（-）填空題

★機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的能源有電源、氣壓源和液壓源。

★市場預(yù)測的方法主要有定期預(yù)測和定量預(yù)測。

★機(jī)甩設(shè)計的質(zhì)量管理主要體現(xiàn)在質(zhì)量目標(biāo)管理、實行可行性設(shè)計和進(jìn)行手機(jī)質(zhì)量評審

★控制及信息處理單元一般由控制計算機(jī)、控制軟件和硬件接口組成。

★在多級傳動中，為了減小傳動誤差，傳動比的分配應(yīng)遵守先小后大原則。

★機(jī)電系統(tǒng)中，機(jī)械傳動要滿足伺服控制在精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性等方面的要求。

★影響系統(tǒng)傳動精度的誤差可分為傳動誤差和回程誤差兩種

★對于線性控制系統(tǒng)，若要求在達(dá)到高精度的同時減小定位時間，則必須提高系統(tǒng)的固有頻率。提高固有

頻率和阻尼可以提高閉環(huán)系統(tǒng)的稔定性。

★液壓系統(tǒng)的伺服控制元件主要有電液伺服閥和電液比例閥

★典型開關(guān)量I/O模板的I/O電氣接口的主要功能有濾波、電平變換、光電隔離和功率驅(qū)動。

★計算機(jī)的指令進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后，需經(jīng)過信號調(diào)理環(huán)節(jié)才能驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

★傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成。

★傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)主要有靈敏度、線性度、遲滯和重復(fù)精度。

★傳感器輸入特性的主要參數(shù)是輸入阻抗或靜態(tài)剛度。

★執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選擇較大傳動比可便系統(tǒng)的相對阻尼系數(shù)增大，有利系統(tǒng)穩(wěn)定。

★機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計類型可分為開發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變參數(shù)設(shè)計三類。

★當(dāng)負(fù)載折算到電機(jī)軸上的慣量等于轉(zhuǎn)子質(zhì)量時，系統(tǒng)能達(dá)到慣性負(fù)載和驅(qū)動力矩的最佳匹配。

★步進(jìn)電機(jī)的最大動態(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。

（二）選擇題

★開放式體系結(jié)構(gòu)中的VLSI是指（超大規(guī)模集成電路）

★以下移動電話不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品。

★數(shù)控機(jī)床需要進(jìn)行抗干擾設(shè)計。

★幅頻特性和相頻特性（或頻率響應(yīng)函數(shù)）是傳感器動態(tài)特性指標(biāo)

★絲杠螺母機(jī)構(gòu)在閉環(huán)外，所以它回程誤差和傳動誤差都影響輸出精度

★閉環(huán)控制，齒輪減速器在前向通道，它回程誤差不影響輸出精度，但傳動誤差影響

★步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動后，其輸出轉(zhuǎn)矩所工作頻率增高而下降

★采用脈寬調(diào)制進(jìn)行直流電動機(jī)調(diào)速駟動是，通過改變脈沖寬度來改變電樞賄賂的平均電壓而實現(xiàn)機(jī)的平

滑調(diào)速。

★數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)屬于設(shè)備的驅(qū)動部分。

★分離活塞式油缸屬于系統(tǒng)中的驅(qū)動部分

★在工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計中傳感器的選擇及精度分析是理論分析階段要進(jìn)行

★為提高機(jī)話接卸傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)增大系統(tǒng)剛度。

★機(jī)械系統(tǒng)的剛度對系統(tǒng)的主要影響表現(xiàn)為固有頻率、精度、穩(wěn)定性。

★多齒輪傳動中，各級傳動比相等的分配原則適用于按輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計的傳動鏈

★前大后小的分配原則適用于重量最輕原則（大功率裝置）

★頻矩特性表示步進(jìn)甩機(jī)最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率的關(guān)系

★永磁式直流伺服電機(jī)又稱為力矩電機(jī)

★S1D總線的A/1）轉(zhuǎn)換接口模板中，出A/D轉(zhuǎn)換器及STD總線接口邏輯外，還應(yīng)有多路開關(guān)與采樣保持器

（三）簡答題

★機(jī)電相關(guān)技術(shù)有哪些機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器測試技術(shù)和

伺服驅(qū)動技術(shù)。

★試述機(jī)電?體化產(chǎn)品的定義和分類方法。答：機(jī)電?體化產(chǎn)品是新型機(jī)械與微電子器件，特別是與微處

理器、微型計算機(jī)相接合而開發(fā)的新一代電子化機(jī)械產(chǎn)品。按用途可分為信息機(jī)電一體化產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)機(jī)電

一體化產(chǎn)品和家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品。

★機(jī)電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要素有哪些？噴漆機(jī)器人的電液伺服系統(tǒng)和手臂手腕分別屬于其中的那個

結(jié)構(gòu)要素？數(shù)控系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)

答：要素有機(jī)械本體，能源，測試傳感部分，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動部分，控制及信息處理單元等6項。電液伺

服系統(tǒng)屬驅(qū)動部分，手臂腕、主傳動系統(tǒng)屬執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一部分，數(shù)控系統(tǒng)屬控制及信息處理單元。

★簡述數(shù)控機(jī)床中計算機(jī)數(shù)控裝置的組成和功能。答：由專用計算機(jī)、輸入輸出接口以及機(jī)床控制器等

部分組成。功能：根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，完成數(shù)據(jù)運算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能

★機(jī)電系統(tǒng)中，對控制及信息處理單元的基本要求是？

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，實現(xiàn)信息處理智能化和小型化，輕

量，標(biāo)準(zhǔn)化等。

★機(jī)電產(chǎn)品對機(jī)械傳動系統(tǒng)有哪些要求精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性、還應(yīng)滿足小型、輕量、高速、低沖擊

振動、低噪聲、高可靠性。

★機(jī)電系統(tǒng)中，測試傳感部分的作用是什么？答：對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)及

狀態(tài)進(jìn)行檢測，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息。

★影響機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)前力學(xué)特征的主要因素有那些？答：主要因素有負(fù)載變化；傳動系統(tǒng)的

慣性；傳動

系統(tǒng)固有頻率；傳動系統(tǒng)中的摩擦與潤滑。

★“hy采用機(jī)電可提高系統(tǒng)精度？答機(jī)電技術(shù)使機(jī)械傳動部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及受力變形

等引起的誤差大大減少，同時采用電子技術(shù)實現(xiàn)自動檢測，控制，補(bǔ)償和校正因各種干燒因素造成的誤

差，從而提高精度。

★為減少機(jī)械系統(tǒng)的傳動誤差，可采用那些結(jié)構(gòu)措施？答:適當(dāng)提高零部件本身的精度；合理設(shè)計傳動

鏈，減少零部件制造、裝配誤差對傳動精度的影響；采用消隙機(jī)構(gòu)，以減少或消除回程誤差。

★什么是步進(jìn)電機(jī)的步距角？他是由那些參數(shù)確定的？答：步進(jìn)電機(jī)在每輸入一個電脈沖信號，轉(zhuǎn)子所

轉(zhuǎn)過的角度為步距角。由步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和電機(jī)的通電方式?jīng)Q定。

★步進(jìn)電機(jī)是如何實現(xiàn)速度控制的。

答：步進(jìn)電機(jī)的運動由輸入的電脈沖信號控制，電機(jī)繞組每接收一個脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個響應(yīng)的角度，

其角位移量與輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比。在

時間上與輸入脈沖同步。因而只需要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可控制轉(zhuǎn)動的速度

和方向。

★簡述開關(guān)量輸入模板的基本組成。答：由外部開關(guān)設(shè)備、輸入信號調(diào)理電路、輸入緩沖器、輸入端口譯

碼、（STD總線）。

★簡述開關(guān)量輸出模板的基本組成。

答：STD總線信號、輸出端口譯碼控制、輸出數(shù)據(jù)所存、輸出信號調(diào)整電路、負(fù)載。

★工業(yè)PC機(jī)和個人計算機(jī)的主要差別是什么？答：大母版改為功能插板，具有豐富的過程輸入輸出功

能；具有良好的實時性，能夠?qū)ιa(chǎn)過程工況變化實時監(jiān)控；抗干擾電源，密封機(jī)箱，具有良好的環(huán)境適

應(yīng)性；具有豐富的應(yīng)用軟件。

★齒輪傳動中齒側(cè)間隙對系統(tǒng)有何影響，如何消除圓柱直齒輪的齒側(cè)間隙？答：齒輪的嚙合間隙會造成傳

動死區(qū)，若死區(qū)在閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，使系統(tǒng)內(nèi)高以

廣5倍間隙角產(chǎn)生的低頻振蕩。為降低制造成木，多采用各種調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來消除或減少嚙合間

隙，常法有偏心套調(diào)整法、軸向墊片法、雙片薄齒輪錯齒法等。

★機(jī)電系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的那個階段。答：仿真模型有物理模型、數(shù)學(xué)

模型和描述模型。當(dāng)仿真模型為物理模型時，為全物理仿真，系統(tǒng)研制階段；是數(shù)學(xué)模型時，稱為數(shù)學(xué)仿

真，分析設(shè)計階段。用已研制出來的系統(tǒng)中的實際部件或子系統(tǒng)替代部分?jǐn)?shù)學(xué)模型所構(gòu)成的為半物理仿

真，部件及子系統(tǒng)研制階段。

★仿真再設(shè)計中起到的作用是什么？在項F1的設(shè)計和規(guī)劃時需要對項目的合理性、經(jīng)濟(jì)型等品質(zhì)加以評

價；在系統(tǒng)實際運行前，要對項目的實施結(jié)果加以預(yù)測，一邊選擇正確、高效的運行策略或提前消除設(shè)計

中的缺陷，最大限度的提高實際系統(tǒng)的運行水平。采用仿真技術(shù)可以省時省力省錢的達(dá)到上述目的。

★什么是PID調(diào)節(jié)器？三部分在系統(tǒng)中起什么作用。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、微分通過現(xiàn)行組合構(gòu)成控制

量，簡稱為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。

aPID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；b積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；

c微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過渡過程。

★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。答：脈沖調(diào)制放大器是直流伺服電機(jī)常用的晶

體管驅(qū)動電路。利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓換成一定頻率的方波電壓，施加于直流

電機(jī)的電樞，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，是電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。

★永磁式直流伺服電機(jī)的主要特點：可以不經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動負(fù)載，由輸入的電壓信號直接調(diào)節(jié)負(fù)

載的轉(zhuǎn)速；在以位置控制方式的伺服系統(tǒng)中，電機(jī)可工作于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。

★交流伺服甩機(jī)有哪些類型？交流伺服驅(qū)動的主要特點？答：分為永磁式交流同步電機(jī)和籠型異步電機(jī)兩

類。特點：1調(diào)速范圍大；2適合大、中功率伺服系統(tǒng)；

3運行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化的影響；4輸出轉(zhuǎn)矩交大而轉(zhuǎn)矩脈動??；5通過閉環(huán)實現(xiàn)速度控制或位置控

制，其中永磁式同步電機(jī)也可作步進(jìn)方式運行。

★開放式體系結(jié)構(gòu)的主要特點是什么？答：開放式體系結(jié)構(gòu)是今年在電子工業(yè)和計算機(jī)工業(yè)中流行的一

種設(shè)計思想，其主要特點是向未來的VLSI開放；向不同用戶層次開放；向用戶的特殊要求開放；采用模

塊化結(jié)構(gòu)。

★簡述STD總線微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點。答：采用小版結(jié)構(gòu)，高度模塊化，功能模板結(jié)構(gòu)靈活，可靠

性高，硬件冗余小，成本低；模塊設(shè)計具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和廣泛的兼容性；面向I/O的設(shè)計，具有強(qiáng)大的

I/C擴(kuò)展能力，使控制系統(tǒng)非常適合工業(yè)控制的應(yīng)用；高可靠性。

★簡述STD有哪些工作模式？

1獨立工作模式即采用微機(jī)的基本系統(tǒng)與工業(yè)I/O模板單獨構(gòu)成控制系統(tǒng)；2作為前端控制機(jī)STD可作為

其他微機(jī)的前端控制機(jī)，完成實時在線控制，并把采集的數(shù)據(jù)和執(zhí)行結(jié)果傳送到上位機(jī)；3構(gòu)成

分部式組合利用STD控制機(jī)的組合方法，可方便進(jìn)行各種分布式系統(tǒng)的組合。

★轉(zhuǎn)動慣量對傳動系統(tǒng)有哪些影響？答：轉(zhuǎn)動慣量增大使機(jī)械負(fù)我增加，功率消耗大；使系統(tǒng)響應(yīng)速度變

慢，降低靈敏度；是系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。

★光電隔離型DI/DO模板有哪些主要特點？輸入信號與輸出信號在電器上完全隔離，抗干擾能力強(qiáng)；無觸

點，耐沖擊，壽命長，可靠性高；響應(yīng)速度快，易于邏輯電路配合。

★D/A,A/D接口功能

A/D接口功能是將溫度、壓力等物理量經(jīng)傳感器變成電壓、電流等信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。D/A接口是將二進(jìn)

制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號。

★簡述電位器式位移傳感器的測量原理。電位器的可動電刷與被測物體相連，物體的位移引起電位器移動

端電阻的變化，電阻值的變化量即反應(yīng)出唯一的大小和方向。遇常由電源電壓吧電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓輸

出。

★PLC的功能和組成。優(yōu)越性功能：可取代繼電器控制，完成順序和程序控制；可組成閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)精確

的位置和速度控制；可構(gòu)成告訴數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動

化。組成：CPU,存儲器，電源，I/O口和編程器。優(yōu)越性：可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，靈活通用個，維護(hù)

簡單，方便組成網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用程序的編制和調(diào)試非常方便，還具有監(jiān)控功能。

（四）分析題

★試分析比較直流測速發(fā)電機(jī)和光電編碼器做轉(zhuǎn)速測量的特點。解答：直流測速發(fā)電機(jī)由永久磁鐵與感應(yīng)線

圈組成，用電樞獲取速度信號。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與

永磁式直流電動機(jī)組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。直流測速發(fā)電機(jī)的輸出信號是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電

壓信號，佶號幅度大，佶號調(diào)理電路簡單。由于輸出電壓信號有波紋，一般需要配置濾波電路。光電編碼

器（增量式）主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。它具有體積小、使用方便、測量精度高等特點，常與直流

電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。增晟式光電編碼器輸出的是與轉(zhuǎn)角成比例的增最脈沖信號，可以通過脈

沖計數(shù)獲得角位置信號，也可以定時取樣脈沖數(shù)的增量實現(xiàn)角速度測量。因此，可以同時測量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)

速。

★試分析齒輪機(jī)構(gòu)、傳感器及絲松螺母機(jī)構(gòu)的誤差對輸出精度的影響。答：齒輪減速器位于前向通道，

誤差的低頻分量不

影峋輸出精度，因此允許有一定的間隙誤差；而誤差的高頻分量影響輸出精度，因此應(yīng)盡量減少傳動誤

差。傳感器位于反饋通道，誤差的低頻分審:會影響輸出精度，因此對靜態(tài)精度有較高要求；而誤差的高

頻分量對輸出精度幾乎沒有影響，允許存在一定程度的高頻噪聲。絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差

的低頻分量和高頻分量都會影響輸出精度，因此要盡量消除傳動間隙和傳動誤差。

★工業(yè)控制PC計算機(jī)與可編程控制器的主要區(qū)別：答：工業(yè)控制PC的基本系統(tǒng)與普通PC大體相同，但

備有各種控制模板，一般不需要再做硬件開發(fā)，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了模塊化；系統(tǒng)具備完整的控制功能，軟件

豐富,執(zhí)行速度塊，適用于需要做大量數(shù)據(jù)處理的測控系統(tǒng)。在程序語言方面，工控PC以使用高級語言為

主，也可使用匯編語言。

PLC結(jié)構(gòu)小巧，適應(yīng)性強(qiáng)，可按照使用要求選個相應(yīng)產(chǎn)品構(gòu)成控制系統(tǒng)，PLC的控制功能以邏輯控制為

主，小型PLC適用于實現(xiàn)各種邏揖控制和開關(guān)量控制，大中型PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，按用戶需求的功能選

配模塊，可組成規(guī)模較大，精度較高的閉環(huán)控

制系統(tǒng)。PLC的控制功能由軟件實現(xiàn)，但信號的輸入輸出采用周期性的掃描方式，這一點是與工控PC的重

要區(qū)別。此外，在程序語言方面PLC主要采用提醒度，大型PLC可使用高級語言。

★對比說明步進(jìn)電機(jī)和直流伺服電機(jī)驅(qū)動的特點。答：1在工作方面，步進(jìn)電機(jī)通過輸入脈沖的數(shù)量、頻

率和相序來控制電機(jī)；而直流電機(jī)主要靠改變電樞兩端的電壓來調(diào)速，調(diào)速特性好，調(diào)速范圍寬。2步進(jìn)

電機(jī)可實現(xiàn)開環(huán)位置控制；直流電機(jī)一般用于閉環(huán)位置控制。3步進(jìn)電機(jī)具有白鎖功能；二直流電機(jī)沒有

斷電自鎖能力。4步進(jìn)電機(jī)輸出力矩較小，而直流電機(jī)輸出力矩可以很大。此外步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)

速和轉(zhuǎn)角不受電源電壓波動的影響，但對電源的要求較高。

★已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)，說明圖中的各部分屬于機(jī)電系統(tǒng)的哪一個基本要素？

1控制及信息處理單元：鍵盤、計算機(jī)、顯示

2測試傳感部分：光電編碼器、信號處理

3能源：電源

4驅(qū)動部分：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

★

輸出

傳感器

齒輪減速器的傳動誤差對工作臺的影響？齒輪減速器在電機(jī)之后，前向通道的閉環(huán)之外，其

傳動誤差的高頻分量和低頻分量都不能通過閉環(huán)控制來消除，都會影響輸出精度。

(五)計算題

★如圖所示電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50Kg,負(fù)載力為Fi=1000N,最大加速度為10m/s2,絲杠直

徑為d=16mm,導(dǎo)程t=4mm,齒輪減數(shù)比為i=5,總效率為r]=30%,忽略絲杠慣最的影響，試計算電機(jī)的驅(qū)動力

矩。

解：總負(fù)載力包括以下幾部分先分析負(fù)載力有哪些組成

(1)外負(fù)載力Fi=1000N(摩擦負(fù)載F二mgf二

(2)慣性載力Fm,m=50kg,a=10m/s2

Fm=m2a=50310=500N

(3)電機(jī)的驅(qū)動力矩為

n

★圖示為電樞控制式直流電動機(jī)的工作原理圖，電流i；LR為線圈的電感電阻，輸入電壓u；……Jm；T：

3；Ke；Kt,求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞

函數(shù)。

解:e=KeU)解二Kti；Ktl(s)=Jmu)(s)

s；U)=Gm(s)T；Gm=l/(Jms)；

解：(1)電機(jī)軸上的元件Jel=.Tl+Jm；

(2)中間軸上的元件Je2=_(J2+J3)

(3)負(fù)載軸上的元件Je3二_(J4+JL)總的折算慣量為Jc=Jel+J02+Je3。

★已知電樞轉(zhuǎn)子慣量Jm=().()05kgm2,負(fù)載慣量JLR.Odkgm2,確定傳動比i為何值時可是負(fù)載或最大加速

度。

解:當(dāng)_=Jm時，負(fù)載獲最大加速度。所以i二=2.828o

★開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，負(fù)載力F=1OOON,工作臺長L=500mm,往復(fù)精度為±0.025mm,絲杠導(dǎo)程

ts=6mm,直徑d=20mm,步進(jìn)電機(jī)步距角為。=3°,確定齒輪減速比i。

解：步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)ns=360°/

a=360/3=120脈沖/轉(zhuǎn)

根據(jù)工作臺定位精度的要求，選用脈沖當(dāng)量6=0.025mm/脈沖

設(shè)傳動比為i,每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為b=ts/(產(chǎn)ns)則

i=ts/(62ns)=6/(0.0253120)=2

★已知工作臺直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動，工作臺的行程L=250:nni,絲杠導(dǎo)程t=6mm,齒輪減速匕i=4,要求

工作臺位移的測量精度為0.01mm。試采用高速段測量方法，確定旋轉(zhuǎn)譯碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。若將傳感器與

絲杠的端部直接連接，ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)譯碼器是否合用。

解：1高速端測量，設(shè)傳感器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為n,每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為

△L=t/(in)由測量進(jìn)度,AL=0.01mm,則

n=t/(iAL)=6/(430.01)=150脈沖/轉(zhuǎn)

選取n=200光電編碼器，蛆理論測量精度

△L'=6/(43200)=0.0075<0.01可滿足題目要求。

2低速端測量，傳感器直接與絲杠連接，與減速土無關(guān)

△L=t/nn=t/AL=6/0.01=600脈沖

/轉(zhuǎn)，可知ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的編碼器不合用。

（六）綜合題

★已知電機(jī)驅(qū)動的三自由度位置控制系統(tǒng)，單個自由度的驅(qū)動系統(tǒng)如圖所示。試說明單自由度驅(qū)動系統(tǒng)的兩種

測量方案;

絲任螺母機(jī)構(gòu)

電機(jī)傳？“/滑臺

絲任螺母機(jī)構(gòu)

注：需要回答至少兩種測量方案，每種方案選出一種傳感器即可。

★采用直流電機(jī)驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)有兩種轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速測量方案……

解：方案a為高速端測量方案，結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)。同樣的測量精度要求，對譯碼器的測量精度要求較低。

減速器包括在閉環(huán)之外，傳動誤差直接影響輸出精度，傳動誤差無法通過控制進(jìn)行補(bǔ)償，因應(yīng)對減速器的

精度要求較高。傳感器在電機(jī)尾部，不知容易，外觀較好。

方案b為低速端測量方法，同測精要求，對編碼器的精度要求較高，成本比方a高；但減速器包括在閉環(huán)

內(nèi)，從而通過閉環(huán)來消除傳動誤差，對減速瑞的精度要求較低。傳感器安裝在關(guān)節(jié)部位，布置較困難，外

觀差。實際中多采用方A。

★某車間內(nèi)有兩條自動生產(chǎn)線上需要一款搬運機(jī)器人，用于生產(chǎn)線……請指定出概念設(shè)計流程。

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(xì)ft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(biāo)的實現(xiàn)。包含以下流程：’

明確設(shè)計任務(wù)

解：依題意有兩種測量方案

（1）高速端測量方案：

傳感器安裝在電機(jī)的尾部（電機(jī)地），通過測量電機(jī)的轉(zhuǎn)角實見工作臺位移的間接測量。可選用光電

編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。—3-

/滑臺

評價決策

（縣低4端匾麴個嬴彘加在工作臺上（負(fù)載軸），直接測量工作臺的位移。可選月光柵式位

物魔器、感應(yīng)I號函＞蝴祖1位計式位移傳感器。

求總功能總功能分解

尋求子功能解原理解組合評價與決策概念產(chǎn)品

黑箱法

功能逐級分解

創(chuàng)造性方法、目錄法、

調(diào)查分析法

形態(tài)學(xué)矩陣法

各種評價方法

★已知五自由度機(jī)器人，采用直流電機(jī)控制，關(guān)節(jié)……是確定其控制計算機(jī)及控制方案。

手動示教盒是一個單片機(jī)系統(tǒng)，他由單片機(jī)、RAM、串行通信口、鍵盤、LED顯示器等組成。它承擔(dān)命令

輸入、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)存儲、通過與關(guān)節(jié)控制單片機(jī)通信給關(guān)節(jié)單片機(jī)發(fā)送控制命令等任務(wù)。每個關(guān)節(jié)控

制的片機(jī)分別負(fù)責(zé)每個關(guān)節(jié)直流電機(jī)的位置伺服控制，有單片機(jī)、PWM驅(qū)動接口、編碼器接口和串行通信

口組成。

PC具有與手動示教盒同樣的功能，不同是，狀態(tài)顯

示及命令輸入由顯示器和PC鍵盤實現(xiàn)。

★已知某物料搬動機(jī)械手……要求寫出物料搬動機(jī)械手設(shè)計和立品開發(fā)的詳細(xì)工程路線。

答：a確定目標(biāo)及技術(shù)規(guī)范：機(jī)械手的用途：物料搬運。工作方式：手動、自動方式。主要技術(shù)參數(shù)：

3自由度。使用環(huán)境：生產(chǎn)線。b可行性分析：收集資料、市場分析、可行性分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。c總

體方案設(shè)計：機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，指定研制計劃；開發(fā)經(jīng)費概算；開發(fā)風(fēng)險分析。d總體方案的

評審、評價。e理論分析階段：結(jié)構(gòu)運動血模型、作業(yè)空間分析；結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算；驅(qū)動元件的

選擇、動力計.算：傳感器選擇、精度分析；建立控制模型、仿真分析。f詳細(xì)設(shè)計:包括系統(tǒng)總體設(shè)計，業(yè)

務(wù)的劃分；控制系統(tǒng)設(shè)計；程序設(shè)計；后備系統(tǒng)設(shè)計；設(shè)計說明書、使用說明書。g詳細(xì)設(shè)計方案評

價。h試制樣機(jī)：機(jī)械本體、動力驅(qū)動系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器、檢測系統(tǒng)。i機(jī)械手樣機(jī)的

實驗測試：調(diào)試控制系統(tǒng)、控制性能測試、功

能測試、精度、工作空間測試、動態(tài)指標(biāo)測試、作業(yè)試驗。j技術(shù)評價與審定：對樣機(jī)及其性能進(jìn)行綜合評

價，提供改進(jìn)意見，對不滿意的部分進(jìn)行修改，

直至樣機(jī)合格后方可進(jìn)入下一步。k小批量生產(chǎn)。I

試銷。m正式生產(chǎn)。n銷售。

機(jī)電體化中選求施正總

o.以下產(chǎn)1a不黑于機(jī)電體化產(chǎn)晶的玄（B）.

A.1儂機(jī)即人B.電子計算機(jī)C.空調(diào)?,電印機(jī)

二、平選跑（姆小趣4分，共24分）11.以F除了<D）.均始由被!（1和收”仙成.

1.帆41?仲化技術(shù)是以<B〉技術(shù)為核心，弧調(diào)各沖技術(shù)的a網(wǎng)印廢雙的綜合性技術(shù).A.MR機(jī)控制尿統(tǒng)B.PLC拴制泰次C.lit入it隔域機(jī)泡電：K控制后比

A.白戲化B.電子C.機(jī)械0.收件2.以下抑M電做I優(yōu)的指軸.除了（D）.其余那金從叨斷化喝選撲人「.

2.機(jī)電體化位小是以<C>那分為士砧.如外”上位本的沸問和生成的像臺性餃小，A.M?cB.屈向C.OtijfcP.軟ftirtItt

A.自動化B.ttlfaTc.機(jī)械0.軟件3.2程U-8au的母桿肱動總質(zhì)量為60kg的丁竹臺4T”.劃工竹分與T件折算列歿打I,的等

3.4佻電一體化產(chǎn)必的開發(fā)過我中.總體打家收針完成H應(yīng)“.”送廳（B）.效將功慎量為<B>kuHI>.

A.nuiau（i￥Mtaii>B.此方案的浮市、討價A.48.3B.97C.-1.85D.9.7

c.鞏論分析（敷牛根2）D.可行性、技術(shù)徑濟(jì)分析4.導(dǎo)程LL&O■的絲#T的Jft歷Kt力6kg,M樂修科為40s.RIH轉(zhuǎn)彷惘最為<A>kg?g’.

4.4機(jī)電體化系統(tǒng)中，機(jī)幡付必要濡足包度不備1的聯(lián)木空求足（A）.A.1200B.480C.120D.18

A.精度、檢定性,、快速胸戍性B.精度、等定作、低峨六

C.杭金，和M耶性、小51輕量化D.精度.布“1界性、低沖上㈱動s.下列哪個不是乃感as的初好性？（D）

?-任機(jī)械傳片負(fù)UE中,用于NliS慣性?貝蛻的霎動力矩為（D）.A.福紙沖性B.I臨界較率C.4M?WtlD.分M率

A.電機(jī)力矩B.依強(qiáng)力矩C.折算依fit力《卜D.電機(jī)力珈與折算黃itt力矩之差6.下列邸及撲好是傷5R3S的動,6精性？（D）.

6.dF加電視中.（C）既可透過⑷耳實現(xiàn)港疲戌位置拄W.又，，”[“進(jìn)方式運行.H電機(jī)氣A.空桎B.極性發(fā)C.我成，史D.，的h特性

建不爻黃我爵叼，蛤定性島?7.M蟆仔性和和娛特性超快次大修學(xué)器的<B>>

A.小進(jìn)電機(jī)B.直流的?電機(jī)C.交直同步何mi電機(jī)D.蘢型交維片步電機(jī)A.靜念然性拊MU.勒金普性指桁C.檢入料姓參聚D.施【II符性參敷

7.在開環(huán)按IW系統(tǒng)中.筆用（B）微5Km元件，8.靜志剛陵屬于何德家的（C>.

A.應(yīng)滋何服中小機(jī)B.小退電初機(jī)C.阿方文市化限電動機(jī)D.計生之流向鵬電劭機(jī)A.錚需將性指標(biāo)B.R禽的性忖標(biāo)C.愉人和性舜歐D.諭小將性》數(shù)

8.在1.業(yè)控制計算機(jī)中，控制怠縹的功禮此<B>.9.短中胸肉防效足傳忠：》的（B）.

A.場切如定■之通信的外部段仆B.闞定.0蛆卜他必流的時J不A.靜4代性擔(dān)標(biāo)B.動性卅標(biāo)C.瞼入和性分?jǐn)?shù)D.諭國精性維茲

C.在計魚機(jī)內(nèi)管傳檢數(shù)據(jù)D.迂決控捌電薄

3.在1業(yè)投gz用中.為了（D）.D/A”換的飾比常常宴re鏈丫/】代帙!R.0.機(jī)械家統(tǒng)的剛度對顯跳的動念付性主買影響友說為（B）等"固.

A.抑制共蜴電用的I擾B.北電樂信號的科換A.冏有頻率、響內(nèi)適應(yīng)、儲量B.因百股率、大動量、值定性

C.伸”的放人、/放D.透成T業(yè)便衣的要宗C.摩擦符性、響應(yīng)連網(wǎng)、電定性D.摩揀特性、失動量、以3￡

4.在L業(yè)機(jī)黯人的技計中，（A）是理論分析階段委進(jìn)仃的IG之一.21.為蜒府機(jī)也一體化機(jī)械修劭家境的內(nèi)有風(fēng)率，足儀法（A）.

A.傳感器的逸畀及精度分析B.核東冷濟(jì)性分析A.增人系境剛度B.地人系埃利?初慣依C.城人泉緩的》<動力即D.減小系統(tǒng)的專擦印力

C.控制系豌硬科電路設(shè)討D.控制票統(tǒng)軟件史宜與舊武2.傳動桑母的同花楊本對伯Rj?J或有卷碗.（A）耀Tf領(lǐng)沖.“丁說小桑依地傳動誤：fe.（A）系

9.以卜,產(chǎn)品不X子機(jī)電體化產(chǎn)區(qū)的黑（B）4A.WA-捉育B.?A.a小C.減小.Wfli>.M小.M小

A.機(jī)器人B.移動電滿C.敷控機(jī)床D.空川機(jī)

3.多級弧輪代動中，各級傳動It相斗的分配取則詔用于按（C）設(shè)”的傳動BTA.1：升B.下降C.不變D.前三種情況都有，『能

A.效仲動惚層原用B.MHM領(lǐng)的朽“，又左JS小原則3.對E什步法電皿.三加中三加的步雨《|壯三和六拈的（C

C.里量最設(shè)次剜（小功率裝St）D.更:￡量校原則（人功咨戰(zhàn)首!）A.0.SU.1C.2D.3

4.去爆內(nèi)能代動中.各級伯功1匕~前人后小-的分配除師班用于校（D〉&il的件&做.1.方膿沖山渭.通過環(huán)形分聞笈為族沖分配紿五相卜拍趣電的小送電機(jī)定了紛微繞組.cLUl

A.最小等效轉(zhuǎn)SMAJ8由則B.渝小用的舊用次差?小原則君子有24個巾.步造電機(jī)的步距向m（C>.

C.我司?轉(zhuǎn)除則（小功率我世》“家昆及佞原人功率H置）A.0.6'D.1.2*C.1.5*D.2°

5.幻環(huán)控制的W沏短置中，古佗址冠:券位于蚓向通道，所以它的（B）.5.項電g性發(fā)不步選電機(jī)（B沖軟率的美第.

A.傳動丑差不會陰始;11檔度?（MM程次式影響0HI精及A.赧運動而轉(zhuǎn)矩B.f?人動如M翔C.最大等急轉(zhuǎn)知D.J9人Q動轉(zhuǎn)翅

B.赳程出差不影響嫉山精度?但傳動收至影響蛤HI精度6.STD忌貨的A/D轉(zhuǎn)換接口快板中，除A/D怙換舞及STD?岐接口邏姆之外：遷點設(shè)置（C）.

C.除初送至何M桎誤差都會彩吧情出拙度A.采樣保持落，通迫迭持器B.通迫選排/4土路開關(guān)

D.傳動誤差和H程誤差都不會影響將小用度C.多路“關(guān)與采樓保特器D.V/I目接到U信與廉風(fēng)電路

6.閉環(huán)杵制的球動裝置中.維杠螺母機(jī)構(gòu)位于例環(huán)之外.所以它的（D）.7.“女支體東”構(gòu)中的VLS10折（C）.

A.但程諛是不影響粕出稚女，但傳動誤差影響揚(yáng)出精憤A.不同的明戶層次U.用戶的彩珠要求C.起人現(xiàn)稅集成電路0.檢次化體余緒的

B.傳初溫差不必響儲出穩(wěn)度.ftU3也誤差影響的小憐度8.為保置霖統(tǒng)女仝“iirr價.下和機(jī)也一體化產(chǎn)n中.（o）寄手進(jìn)行抗「優(yōu)設(shè)計.

C.回程諛基前傳勸誤差都不會影叫蛤刖怙度A.自動洗衣機(jī)B.自動敗相機(jī)C.冰信出繪圖帆D.數(shù)控KU床

D.眄程5!差相仲動議差裕會彩響領(lǐng)川楮粳9.道奇，rn.電平?瓶口不冏于（A）?

7.十"J壞校他的充功被H，3*Mr解松機(jī)帥位于用環(huán)之外，加以上的<o）.A.]拄機(jī)與妙■亞女濟(jì)的At族B.舞你閨幟L”為伏益的編入

A.M機(jī)次始不好府檢出稚底.但傳動誤差呢喻檢出粒度C.輒劭恬電氣廂內(nèi)的隹電辱D.晚出折示燈控JM

B.伯動諛若不影胸般也精度.但同程識差彰響制出冷度0.諱機(jī)控規(guī)系統(tǒng)實際運行時.距霍由用戶內(nèi)行明叮（D）.口才實時性、H對惶、靈活性和

C.M程以亞和傳動誤差舒不會影廊跑HlWPi①用性?

D.W1程正也和傳初映差r5分能由給川特粳A.實時枚件B.開發(fā)故件C.系筑軟件D,應(yīng)用軟料

旬.16K?機(jī)床遺妙索統(tǒng)的句根電視展于沒招的（C）.

8.1UKPTA咬季機(jī)81人中的旋轉(zhuǎn)變樂器幅十系統(tǒng)中的（B>.A.能潭解分B.傳宓部分C.蟲動邰分D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

A.儺源部分B.圖試傳由郃分C.控制在D.執(zhí)仃機(jī)構(gòu)2.（A）又第力力班電動機(jī),在信置控韌力大的何世泰妮，1，.它可在玷怪狀小下【".

9.HRG—IR靖不，12S人中的溫安大波壓曲屬于孤標(biāo)中的（C）.A.永造式白斌何用也機(jī)B.電磁式口海何以電機(jī)

A.福原部分B.測成傷述部分C.品動&；分D.機(jī)行市印C永城式交深片步同極電機(jī)D.笑刎交流計方旬般電缸

0.11RC?1AR峰機(jī)器人中的手陸屬于奈統(tǒng)中的<D>.6.景用肽寬調(diào)潮⑴視》進(jìn)行直詵電動機(jī)調(diào)速M功時，泡過改變（A）來改殳電杷回路的平?為電

A.集源St分B.測試代述都分C.W通部分D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)庫,從曲實琬直九電動機(jī)的平泊因坡-

A.我沖的窗&B.M沖的領(lǐng)小C.膿沖的正仇D.其他解數(shù)

31.步進(jìn)電機(jī)構(gòu)他的他胸控Mli通過控刎Sfi入肱沖的（B）來安班的.6.茶機(jī)電懷化暴燒而要消除餌齒艙傳動的齒flfflMKf.采?。―）調(diào)整法便得酒喊過程中能

A.頗耶B.數(shù)fitC.步即向D.通電JRJ*臼動補(bǔ)陸齒《!何以.

2.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動后，乂施山附地隨看丁告嫁中增離而（B）.A.采心好B.wjHiftnc.wnwmD.rowmsHtw

機(jī)電體化東統(tǒng)設(shè)計城礎(chǔ)歷年試四廠前2.數(shù)控機(jī)床中的m2機(jī)鞋于機(jī)電一休化爾境的控時及信耳處理中兀,2電機(jī)初主觸珀即屬于感

統(tǒng)的SK動部分.（X）

3.數(shù)字式傳咯器他沏袤特性是輸入St變化的臨界這度.（V）

?、用斷is（正確的打乙錯以的捫X,每跑3分，共30分）

4.數(shù)字化物JStrtL就任種結(jié)構(gòu)戊口軟fl.強(qiáng)國俗構(gòu)I：的&計.（X）

01.自動療制假木通機(jī)電?體化六個相關(guān)技術(shù)之-.而株口技木&曰勸控;w技術(shù)中的?個力?面.

（

X）5.1業(yè)PC機(jī)與個人討算?機(jī)IBMPC的策人理別左尤IBMPC中的母板分成了彩繪PC旅件.

2.臼劭仲期信在人百校*，的情況下.通過獰裾器便被控對象喊過程自通心按照序定的IS律壇（V）

ff.（X）

6.I.業(yè)PC機(jī)為個人司R機(jī)IBMPC的最人差別見找用了「業(yè)電薄?（X）

3.機(jī)電體化泰境足以旗山子技術(shù)為主體、以機(jī)植34分為核心.貓調(diào)井種拉術(shù)的協(xié)同和隼W的

7.遲滯叢傳冷期靜加特性指株之，反映傳感器除入境在正反行理中，檢附的入特性曲線的不

除化性核A.（X）

JR力度?（J）

4.機(jī)電一體化樂悅的機(jī)搐泰烷與?版的機(jī)械票次相比，應(yīng)R右科椎度、良好的均定性、快i￡響