1、.2013 年 11 月電大機電一體化系統(tǒng)設計基礎形成性考核系統(tǒng)作業(yè)答案作業(yè)一答案一、判斷題（共10 道試題，共40 分。）1.產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，系統(tǒng)的精度一定就高。A. 錯誤2.齒輪傳動的嚙合間隙會造成一定的傳動死區(qū)，若在閉環(huán)系統(tǒng)中，傳動死區(qū)會使系統(tǒng)產(chǎn)生低頻震蕩。B. 正確3.在滾珠絲杠螺母間隙的調(diào)整結構中，齒差式調(diào)隙機構的精度較高，且結構簡單，制作成本低。A. 錯誤4. 信息處理技術是指在機電一體化產(chǎn)品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析等技術。B. 正確5.系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化技術的理論基礎，是機

2、電一體化技術的方法論。B. 正確6.滾珠絲杠垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。B. 正確7.采用偏心軸套調(diào)整法對齒輪傳動的側(cè)隙進行調(diào)整，結構簡單，且可以自動補償側(cè)隙。A. 錯誤8.進行機械系統(tǒng)結構設計時，由于阻尼對系統(tǒng)的精度和快速響應性均產(chǎn)生不利的影響，因此機械系統(tǒng)的阻尼比 取值越小越好。 A. 錯誤9.傳動機構的轉(zhuǎn)動慣量取決于機構中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。A.錯誤10.在閉環(huán)系統(tǒng)中， 因齒輪副的嚙合間隙而造成的傳動死區(qū)能使系統(tǒng)以15 倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置， 以提高傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。B.正確二、單項選擇題（共10道試題，共40分。）1.對于機電一體化系統(tǒng)的齒輪傳動，采

3、取下列哪種方法是來消除齒側(cè)間隙，使得調(diào)整過程中能自動補償齒側(cè)間隙？（ D ）A.偏心套調(diào)整法 B.軸向墊片調(diào)整法C.薄片錯齒調(diào)整法D. 軸向壓簧錯齒調(diào)整法2.齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)(A)。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.以下產(chǎn)品不屬于機電一體化產(chǎn)品的是（B）。A.機器人 B.移動電話 C. 數(shù)控機床D. 復印機4.以下產(chǎn)品不屬于機電一體化產(chǎn)品的是（D）。A.工業(yè)機器人B. 打印機C. 空調(diào)D. 電子計算機5.滾珠螺旋傳動與其他直線運動副相比，以下哪一項不是滾珠螺旋傳動的特點？（D ）A.傳動效率高B. 運動平穩(wěn)C. 定位精度和重復定位精度高D. 制造

4、工藝簡單6.導程 L =8mm的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為60kg 的工作臺與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量為（B）02kgmm。A. 48.5 B.97 C.4.85D.9.77.多級齒輪傳動中，各級傳動比相等的分配原則適用于按（C ）設計的傳動鏈。A.最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則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）8.機電一體化技術是以（C）部分為主體，強調(diào)各種技術的協(xié)同和集成的綜合性技術。A.自動化B. 微電子C. 機械D. 軟件9.機械傳動部件的阻尼比和以下哪個因素無關？（C ）A.粘性阻尼系數(shù)B. 抗壓剛度系數(shù)C. 轉(zhuǎn)動慣量D. 質(zhì)量10

5、.為降低機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應設法（）。A. 減小系統(tǒng)剛度B. 減小系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量C. 減小系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 D. 減小系統(tǒng)的摩擦阻力三、計算題（共2道試題，共20分。）1.下載可編輯 .答案 （1）B（ 2）C（3）C2.下載可編輯 .答案BA作業(yè)二答案1.步進電動機的轉(zhuǎn)動慣量越大，同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩就越大。（）A. 錯誤2.氣壓式伺服驅(qū)動系統(tǒng)常用在定位精度較高的場合使用。（） A.錯誤3.傳感器的靜態(tài)特性是特指輸入量為常量時，傳感器的輸出與輸入之間的關系。（） A.錯誤4.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。（）A. 錯誤5.驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動

6、力，伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置。（）B. 正確6.氣壓伺服系統(tǒng)的過載能力強，在大功率驅(qū)動和高精度定位時性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動。（）A. 錯誤7.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。（）B. 正確8.通常，步進電機的最高連續(xù)工作頻率遠大于它的最高啟動頻率。（） B.正確9.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。（）B. 正確10.直流伺服電動機的機械特性是電機轉(zhuǎn)速與其控制電壓的關系。（） A.錯誤二、單項選擇題（共10道試

7、題，共40分。）1.下列哪項指標是傳感器的動特性（D）。A. 量程B. 線性度C. 靈敏度D. 幅頻特性2.受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱( B )。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3.步進電機在轉(zhuǎn)子齒數(shù)不變的條件下，若拍數(shù)變成原來的2 倍，則步距角為原來的（A ）。A.0.5倍B.2 倍C. 0.25倍D. 不變4.采用脈寬調(diào)制進行直流電動機調(diào)速驅(qū)動時，通過改變（A ）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)5.以下可對交流伺服電動機進行調(diào)速的方法是（B ）。A.改變電壓的大小B.改

8、變電動機的供電頻率C.改變電壓的相位D. 改變電動機轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)6.步進電機轉(zhuǎn)角的精確控制是通過控制輸入脈沖的（C）來實現(xiàn)的。A.頻率B. 數(shù)量C. 步距角D. 通電順序7.幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的（B）。A.靜態(tài)特性指標B.動態(tài)特性指標C. 輸入特性參數(shù)D. 輸出特性參數(shù)8.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（C）。.下載可編輯 .A.0.6 B.1.2 C. 1.5 D. 29.光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100 線 /mm，經(jīng)四倍細分后，此光柵傳感器測量

9、分辨率是（D） mm。A.2.5B.0.25C.0.025D.0.002510.光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100 線 /mm，設記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（D） mm。A.1B.2C.3D.4三、計算題（共3道試題，共20分。）得分： 01. 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 i 1=i 2=i 3 i 4，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差 max （C）弧度。=3=解： AB.下載可編輯 .C2.某線性位移測量儀，當被測位移由4.5mm變到 5.0mm時，位移測量儀的輸出電壓由3.5v減至

10、2.5v,求該儀器的靈敏度為（ C） V/mm。解：A = /x=2.5/5.0=0.5B = /x=3.5/4.5=0.778S yS yC S=dy/ dx=(2.5-3.5)/(5.0-4.5)=-2D S=dy/ dx=(5.0-4.5)/(3.5-2.5) =0.53.如圖所示的電機驅(qū)動工作臺系統(tǒng)，其中驅(qū)動工作臺運動的三相六拍步進電機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z 為 40。滾珠絲杠的基本導程為 l 0=6mm。已知傳動系統(tǒng)的橫向 ( x 向 ) 脈沖當量 為 0.005mm/脈沖。試求步進電機的步距角 和減速齒輪的傳動比 i 。答案：CD作業(yè)三答案一、判斷題（共20道試題，共60分。）1. 目前，大

11、部分硬件接口和軟件接口都已標準化或正在逐步標準化，設計時可以根據(jù)需要選擇適當?shù)慕涌冢倥浜辖涌诰帉懴鄳某绦颉?（ ）B. 正確.下載可編輯 .2.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。（）A. 錯誤3.PID 調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和微分調(diào)節(jié)器通過線性組合而構成。（ ）B.正確4.計算機控制系統(tǒng)、 PLC控制系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)均是由硬件和軟件組成。（）B. 正確5. 概念設計是指在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當?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。 （ ）B. 正確6.半物理仿真和全物理仿真有實物介入，但是仿真系統(tǒng)具有構成復雜、

12、造價高、準備時間長等缺點。（）B. 正確7.在數(shù)控設備中，計算機數(shù)控裝置是設備的核心部分，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成。 （ ）B. 正確8.電磁兼容設計任務是應用電磁兼容技術的科學設計和經(jīng)驗方法，保證產(chǎn)品不被周圍設備產(chǎn)生的電磁能量干擾.錯誤9.計算機仿真有實物介入，具有較高的可信度、較好的實時性與在線等特點。（ ）A. 錯誤10.嵌入式系統(tǒng)大多工作在為特定用戶群設計的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點。（ ）B.正確11.PLC具有完善的自診斷功能，能及時診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全

13、性。 （ ） B. 正確12.PLC采用掃描工作方式，掃描周期的長短決定了PLC的工作速度。 （） B.正確13.工業(yè)機器人驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動方式。（）B. 正確14.為了提高機電一體化系統(tǒng)的隨動性，可以適當將采樣周期取得小一點。（）B.正確15.半閉環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別在于半閉環(huán)反饋信號取自系統(tǒng)的執(zhí)行部件。（）A. 錯誤16.在實際機電一體化系統(tǒng)中，很難建立嚴格的數(shù)學模型，因此建立描述模型。（）B. 正確17. 虛擬設計是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計算機輔助設計環(huán)境中進行實體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進行

14、一些相關分析，從而滿足工程設計和應用的需要。（ ）B.正確18.現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設計方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個獨立的部分，然后按各自的設計流程分別完成。A. 錯誤19.綠色設計是指考慮新產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的影響，從而減少對環(huán)境的污染、資源的浪費。（）B. 正確20.數(shù)控機床中的計算機屬于機電一體化系統(tǒng)的控制及信息處理單元，而電機則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動部分。（）B. 正確二、單項選擇題（共10道試題，共40分。）1. 以下除了（B ），均是由硬件和軟件組成。A.計算機控制系統(tǒng)B. 繼電器控制系統(tǒng)C.嵌入式系統(tǒng)D.PLC控制系統(tǒng)2.根據(jù)系統(tǒng)的已有知識確定系統(tǒng)的模型結構，通過實驗觀測數(shù)據(jù)估計

15、未知參數(shù)，這樣方法稱為（C）。A.機理模型法B. 統(tǒng)計模型法C. 混合模型法D. 試驗模型法3.含有微處理器，可進行程序編制或適應條件變化的接口是（D）。A.零接口B.被動接口C.主動接口D.智能接口4.SCARA機器人是指具有選擇順應性的裝配機器人手臂，它在（B）方向上具有順應性，而在（）方向具有很大的剛性，因而最適合裝配作業(yè)使用。A.水平 旋轉(zhuǎn)B.水平垂直C. 垂直水平D. 旋轉(zhuǎn)垂直5.計算機控制系統(tǒng)實際運行時，需要由用戶自行編寫（B），具有實時性、針對性、靈活性和通用性。A.嵌入軟件B. 應用軟件C. 開發(fā)軟件D.系統(tǒng)軟件6.不進行參數(shù)的變換與調(diào)整，僅作為輸入/輸出的直接接口的是（A ）

16、。A.零接口B.被動接口C. 主動接口D. 智能接口7. 以下（ B ）不屬于 PLC系統(tǒng)的組成部分。A.CPU B.硬盤C.編程器D.I/O 接口8. （ A ）的主要手段是建立系統(tǒng)數(shù)學模型，在計算機上確定出最佳的設計參數(shù)和系統(tǒng)結構，提高產(chǎn)品的設計水平。A. 優(yōu)化設計B. 可靠性設計C. 反向設計D. 綠色設計9.旋轉(zhuǎn)變壓器是噴漆機器人電液伺服系統(tǒng)中的（D）。A.驅(qū)動元件B.能量元件C. 控制元件D.檢測元件10. 以下（ D ）不屬于系統(tǒng)功能結構圖的基本結構形式。A. 串聯(lián)結構B. 平行結構C.環(huán)形結構D.星形結構作業(yè)四答案.下載可編輯 .1. 簡析下圖中傳動大負載時消除齒側(cè)間隙的原理。當

17、傳動大負載時， 可采用上圖雙齒輪調(diào)整法來消除齒側(cè)間隙，圖中小齒輪 1 和 6 分別于齒條 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 上預加載，使大齒輪 2、5 同時向相反方向轉(zhuǎn)動，從而帶動小齒輪1、 6 轉(zhuǎn)動，其齒面分別緊貼在齒條7 上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙。2. 簡述數(shù)控設備中計算機數(shù)控裝置的組成和功能。在數(shù)控設備中，計算機數(shù)控裝置時設備的核心部分，一般由專用計算機（或通用計算機）輸入輸出接口以及擊穿控制器等部分組成。計算機數(shù)控裝置根據(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， 機床控制器主要用于機床

18、的輔助功能，主軸轉(zhuǎn)速的選擇和換刀功能的控制。3. 簡析下圖調(diào)整滾珠絲杠副間隙的原理。圖中所示滾珠絲杠副間隙調(diào)整是用雙螺母螺紋預緊調(diào)整齒側(cè)間隙， 雙螺母中的一個外端有凸緣，另一個無凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。4.簡述直流伺服電動機脈寬調(diào)制（PWM）的工作原理。.下載可編輯 .工作原理：假設輸入直流電壓 U，可以調(diào)節(jié)導通時間得到一定寬度的與 U 成比例的脈沖方波，給伺服電動機電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞回路的平均電壓，從而輸出不同大小的電壓 U , 使直流電動機平滑調(diào)速。5.

19、比較直流伺服電動機和交流伺服電動機的適用環(huán)境差別。直流伺服電機有較高的響應速度和精度以及優(yōu)良的控制特性， 但由于使用電刷和換向器， 故壽命較低，需定期維護。適用于數(shù)控機床、工業(yè)機器人等機電一體化產(chǎn)品中。交流伺服電動機具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)子慣性小，控制功率小，過載能力強、可靠性好的特點。適用于數(shù)控機床進給傳動控制、工業(yè)機器人關節(jié)傳動，及運動和位置控制場合。6. 滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預緊方法有哪些？滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預緊方法有： 螺紋預緊調(diào)整式、 雙螺母齒差預緊調(diào)整式、 雙螺母墊片預緊調(diào)整式、彈簧式自動調(diào)整預緊式、單螺母變位導程自預緊式。7. 簡述機電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。機電

20、一體化系統(tǒng)是機械、 電子和信息等性能各異的技術融為一體的綜合系統(tǒng)， 其構成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)外部看， 輸入 / 輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其他系統(tǒng)之間的接口； 從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將各組成要素的輸入 / 輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。二、綜合題（共2道試題，共30分。）1. 已知一個繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動方案分別如圖（ a）和（ b）所示。（1）試分析兩種方案的特點；（2）畫圖說明方案（ a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法。解：（ 1）兩驅(qū)動方案的特點：方案 a：結構簡單、易實現(xiàn)。繩的位移可以很大，但繩在滾筒方向會產(chǎn)生橫向位移。需要采用制動器或者止逆型減速器才能防

21、止繩對電機的反向驅(qū)動。方案 b：結構較簡單，成本與方案 a 相當。繩的位移要受到絲杠長度的限制。普通絲杠具有止逆功能，無需增加制動器即可防止繩對電機的反向驅(qū)動。無橫向位移。（ 2）方案 a 的測量位移的方法如下圖1) 電機軸安裝編碼器直接測量繩的位移2)滾筒軸安裝編碼器間接測量繩的位移2. 某部門欲開發(fā)一款用于焊接印刷電路板芯片的機械手，請制訂出該款機械手產(chǎn)品的開發(fā)設計流程。解：機電一體化系統(tǒng)的主要設計流程分為五個階段：產(chǎn)品規(guī)劃、概念設計、詳細設計、設計實施和.下載可編輯 .設計定型階段。第一階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段：進行需求分析和需求設計，以明確設計任務。比如，可以明確：機械手的用途：焊接芯片。工

22、作方式：手動、自動方式。主要技術參數(shù)：自由度、定位精度、運行速度等。使用環(huán)境要求：生產(chǎn)線。第二階段：概念設計階段：在功能分析的基礎上，優(yōu)化篩選取得較理想的工作原理方案。第三階段： 詳細設計階段。對各功能模塊進行細部設計， 繪制相應的工程圖。該階段的工作量既包括機械、電氣、電子、控制與計算機軟件等系統(tǒng)的設計，又包括總裝圖和零件圖的繪制。第四階段：設計實施階段。首先根據(jù)機械、電氣圖紙和算法文件，制造、裝配和編制各功能模塊， 然后進行模塊的調(diào)試， 最后進行系統(tǒng)整體的安裝調(diào)試， 復核系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性。第五階段：設計定型階段。對調(diào)試成功的系統(tǒng)進行工藝定型，整理設計資料。小批量生產(chǎn)，試銷。作業(yè)五 專

23、題報告 答案略另一 作業(yè)四部分答案簡述典型的機電一體化的機械系統(tǒng)的組成及對其的基本要求。主要包括傳動機構、導向機構、執(zhí)行機構、軸系、機座或機架5 大部分。與一般的機械系統(tǒng)相比，除了要求具有較高的定位精度等靜態(tài)特性外，還應具有特別良好的動態(tài)響應特性，即動作響應要快，穩(wěn)定性要好，以滿足伺服系統(tǒng)的設計要求。機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應用于系統(tǒng)設計的哪個階段？機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有：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)學模型所構成的仿真稱為半物理模型

24、、計算機仿真、半物理仿真、全物理仿真分別應用于分析設計階段（軟件級）、部件及子系統(tǒng)研制階段（軟件硬件級）實時仿真、系統(tǒng)研制階段（硬件級）實時仿真階段。齒輪傳動中齒側(cè)間隙對系統(tǒng)有何影響，如何消除直齒圓柱齒輪的齒側(cè)間隙？齒輪的嚙合間隙會造成傳動死區(qū)， 若該死區(qū)是在閉環(huán)系統(tǒng)中， 消除可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定， 常會使系統(tǒng)以 1-5 倍間隙角產(chǎn)生的低頻振蕩。 為了降低制造成本， 則多采用各種調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來消除或減小嚙合間隙，常用的方法有 : 偏心套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法、雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法等。根據(jù)圖示氣體壓力傳感器的原理圖，分析傳感檢測系統(tǒng)的組成及各部分的作用。答 ：氣體壓力傳感器的工作原理是膜盒 2 的下半部與殼體 1 固接，上半部通過連桿與磁芯 4 相連，磁芯 4 置于兩個電感線圈 3 中，后者接入轉(zhuǎn)換電路 5. 氣體