1、國家開放大學機電一體化系統綜合實訓綜合練習1-4參考答案綜合練習1一、名詞解釋 (每小題4分，共20分)1、閉環控制系統是指具有反饋的控制系統。2、逆變器是將直流電變成交流電的電路。3、變頻調速采用改變電機通電頻率的方式來改變電機的轉速的調速方式。4、敏感元件是直接可以感受被測量的變化，并輸出與被測量成確定關系的元件。5、共模干擾往往是指同時加載在各個輸入信號接口斷的共有的信號干擾。二、選擇題：(每小題2分，共20分)1、STD總線是一個通用工業控制的多少位微型機總線? ( )A. 4位B. 8位C. 16位D. 32位 2、具有某種智能功能的工業機器人屬于( )。 A. 第一代機器人B. 第

2、二代機器人 C. 第三代機器人D. 第四代機器人 3、計算機集成制造系統的英文縮寫是( )。 A. CIMB. CIMSC. CAQD. CAPP4、數字PID調節器中，哪部分的調節作用并不很明顯，甚至沒什么調節作用？（ ） A. 微分部分B. 積分部分 D. 比例部分D. B和C5、由存儲、輸送和裝卸三個子系統組成的系統屬于柔性制造系統中的（ ）。 A. 加工系統B. 物料系統 C. 能量系統D. 信息系統 6、執行元件：能量變換元件，控制機械執行機構運動，可分為（ ）、液壓式和氣動式等。 A 電氣式B 電磁式 C 磁阻式D 機械式 7、步進電動機，又稱電脈沖馬達，是通過（ ）決定轉角位移的

3、一種伺服電動機。 A 脈沖的寬度B 脈沖的數量 C 脈沖的相位D 脈沖的占空比 8、PWM指的是（）。 A.機器人B.計算機集成系統C.脈寬調制D.可編程控制器 9、在數控系統中，復雜連續軌跡通常采用（）方法實現。 A.插補B.切割C.畫線D.自動 10、機電一體化的核心是（ ） A. 動力部分B. 檢測部分C. 控制器D. 接口 三、填空題 (每小題1分，共20分)1、在計算機和外部交換信息中，按數據傳輸方式可分為 ：（串行）通信和（并行）通信。 2、在伺服系統中，在滿足系統工作要求的情況下，首先應保證系統的（穩定性）和（精度），并盡量高伺服系統的響應速度。 3、在SPWM變頻調速系統中，通

4、常載波是（等腰三角波）， 而調制波是（正弦波）。 4、開環步進電動機控制系統，主要由（環形分配器）、（功率驅動器）和（步進電機）等組成。 5、應用于工業控制的計算機主要有： 1（單片機），2）（PLC），3）（總線工控機）等類型。6、按控制方法劃分，伺服系統可分為（開環伺服系統）和（閉環伺服系統）系統。 7、柔性制造系統可分為四個系統，分別為（加工系統）、（物料系統）、（能量系統）和（信息系統）。 8、直接差分法有（向前差分法）和（向后差分法）兩種。 四解答題 (每小題5分，共40分)1、簡述一個典型的機電一體化系統的基本組成要素。參考答案：（1）機械本體（2）動力與驅動（3）傳感測試部分（4

5、）執行機構（5）控制及信息處理單元2、簡述伺服系統的結構組成。參考答案：（1）比較環節（2）控制器（3）執行環節（4）被控對象（5）檢測環節3、DAC0832有哪三種輸入工作方式？有哪二種輸出工作方式？ 參考答案：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4、機電一體化系統設計指標大體上應包括哪些方面?參考答案：系統功能、性能指標、使用條件、經濟效益。5、機電一體化系統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？ 參考答案：（1）能保護系統元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓信號系統的損壞。 （2）泄漏電流

6、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。 （4）利用光電耦合方式實現載波調制，可獲得10kHz帶寬，但其隔離性能不如變壓器耦合6、DAC0832有哪三種輸入工作方式？有哪二種輸出工作方式？ 參考答案：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、PWM脈寬調速原理。 參考答案：圖中的開關S周期性地開關，在一個周期T內閉合的時間為T，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

7、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，只要改變導通時間為，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當為從0T改變時，Ud由零連續增大到U。8、用軟件進行“線性化”處理時，采用計算法的原理是怎樣的？ 參考答案：當輸出電信號與傳感器的參數之間有確定的數字表達式時，就可采用計算法進行非線性補償。即在軟件中編制一段完成數字表達式計算的程序，被測參數經過采樣、濾波和標度變換后直接進入計算機程序進行計算，計算后的數值即為經過線性化處理的輸出參數。 在實際工程上，被測參數和輸出電壓常常是一組測定的數據。這時如仍

8、想采用計算法進行線性化處理，則可應用數字上曲線擬合的方法對被測參數和輸出電壓進行擬合，得出誤差最小的近似表達式。綜合練習2一、名詞解釋 (每小題4分，共20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、接口技術及系統總體技術等群體技術，以系統為出發點的最佳功能價值的系統工程技術。2、測量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，取得數據概念的過程。3、系統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。4、永磁同步電動機以電子換向取代了傳統的直流電動機的電刷換向的電動機。

9、5、伺服控制伺服控制系統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。二、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、伺服控制系統的比較環節是將輸入的指令信號與系統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角。（）4、數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

10、個脈沖代表輸入的位移當量，通過計數脈沖就可以統計位移的尺寸。（）5、FMC控制系統一般分三級，分別是單元控制級、整體控制級和設備控制級。（×） 三、填空題 (每空1分，共30分)1、機電一體化技術歸納為（機械技術）、（檢測傳感技術）、（信息處理技術）、（自動控制技術）、（伺服傳動技術）和（系統總體技術）六個方面。2、機電一體化產品中需要檢測的物理量分成（電量）和（非電量）兩種形式。3、機械結構因素對侍服系統性能的影響有（阻尼）、（摩擦）、結構彈性變形、（慣量）間隙的影響。 4、對直線導軌副的基本要求是（導向精度高）、（耐磨性好）、（足夠的剛度）、（對溫度變化的不敏感性）和平穩。 5、

11、伺服系統的基本組成包括（控制器）、（執行環節）、（檢測裝置）、（比較環節）。 6、STD總線的技術特點（模塊化設計）、（系統組成）、（修改和擴展方便）、 高可靠性。7、按干擾的耦合模式干擾可分為靜電干擾、（磁場耦合干擾）、（漏電耦合干擾）等干擾類型。 8、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（軟件濾波）、識別信號的原則有（時間原則）、（空間原則）、（屬性原則）。9、順序控制系統是按照預先規定的次序完成一系列操作的系統，順序控制器通常用（PLC）。 四、簡答題 (每小題5分，共25分)1、機電一體化系統設計指標大體上應包括哪些方面?參考答案：系統功能、性能指標、使用條件、經濟效

12、益。2、步進電動機常用的驅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?參考答案：單極驅動、雙極驅動、高低電壓驅動、斬波電路驅動。細分電路3、在模擬輸入通道中，采樣/保持器有什么作用？是否模擬輸入通道中必須采用采樣/保持器？為什么？ 參考答案：由于任何一種A/D轉換器都需要有一定時間來完成量化及編碼操作，因此，在轉換過程中，模擬量不能發生變化，否則，將直接影響轉換精度。采樣/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D轉換時，保證輸入A/D轉換器的模擬量不發生變化。4、什么叫傳感器？傳感器的功用是什么？它是由哪幾部分組成的？各部分的作用及相互關系如何？ 參考答案：傳感器是一種以一定的

13、精確度把被測量轉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。 傳感器的功用是：一感二傳。 組成：傳感器一般是由敏感元件、傳感元件和轉換電路三部分組成。 敏感元件：直接可以感受被測量的變化，并輸出與被測量成確定關系的元件。 轉換元件：敏感元件的輸出就是轉換元件的輸入，它把輸入轉換成電路參量。 基本轉換電路：上述的電路參量進入基本轉換電路中，就可以轉換成電量輸出。 傳感器只完成被測參數到電量的基本轉換。5、何謂計算機控制系統？ 參考答案：采用計算機作為控制器的控制系統即為計算機控制系統，又被稱為離散控制系統。計算機控制系統（離散控制系統），即系統中某處或多處的信號為脈沖序列或數碼形

14、式，信號在時間上是離散的系統。五、綜合應用題 (共15分)1、分析擴展的EPROM2764的地址范圍及工作原理 參考答案：0000H1FFFH 由于EA接地故PC指針由外部0000H開始執行,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口分時用作數據傳輸口。綜合練習3一、名詞解釋 (每小題4分，共20分)1、檢測傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉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、響應特性指的是輸出量跟隨輸入指令變化的反應速度，決定了系統的工作效率。3、單片機它是把組成微機的CPU、存儲器I/O接口

15、電路、定時器/計數器等制作在一塊集成芯片上構成一個完整的計算機。4、靜壓導軌是在兩個相對運動的導軌面間通入壓力油或壓縮空氣，使運動件浮起，以保證兩導軌面間處于液體或氣體摩擦狀態下工作。5、屏蔽是利用導電或導磁材料制成的盒狀或殼狀屏蔽體，將干擾源或干擾對象包圍起來從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。二、填空題（每小題分，共20分）1、機電一體化系統中常見的軸承包括（滾動軸承）、（滑動軸承）、（靜壓軸承）、（磁軸承）。 2、機電一體化系統一般由（機械本體）、（動力與驅動）、接口、（執行機構）、（傳感器檢測部分）、（控制及處理部分）等部分組成。 3、應用于工業控制的計算機主要有

16、（單片機）、（PLC）、（總線工控機）等類型。4、隔離放大器中采用的耦合方式主要有兩種（變壓器隔離）、（光電隔離）。 5、多點接地：優點：（互不干擾），缺點：（接線多）、（復雜）。 6、開環步進電動機控制系統，主要由（環形分配器）、（功率放大器）和（步進電動機）等組成。 三、選擇題 （每小題2分，共20分）1、機電一體化的核心是（ ） A. 動力部分B. 檢測部分C. 控制器D. 接口 2、數字PID調節器中，哪部分的調節作用并不很明顯，甚至沒什么調節作用？（ ） A. 微分部分B. 積分部分 D. 比例部分D. B和C3、由存儲、輸送和裝卸三個子系統組成的系統屬于柔性制造系統中的（ ）。 A

17、. 加工系統B. 物料系統 C. 能量系統D. 信息系統 4、順序控制系統是按照預先規定的次序完成一系列操作的系統，順序控制器通常用 ( )A. 單片機B. 2051C. PLCD. DSP5、伺服控制系統一般包括控制器、被控對象、執行環節、比較環節和（ ） 等個五部分。 A 換向結構B 轉換電路C 存儲電路D檢測環節 6、某光柵條紋密度是100條/mm，光柵條紋間夾角=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是( )A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm7、直流測速發電機輸出的是與轉速 ( )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 8、檢測環節

18、能夠對輸出進行測量，并轉換成比較環節所需要的量綱，一般包括傳感器和（ ）。 A 控制電路B 轉換電路C 調制電路D 逆變電路9、步進電動機，又稱電脈沖馬達，是通過（ ）決定轉角位移的一種伺服電動機。 A 脈沖的寬度B 脈沖的數量 C 脈沖的相位D 脈沖的占空比 10、STD總線是一個通用工業控制的多少位微型機總線? ( )A. 4位B. 8位C. 16位D. 32位 四、簡述題 （每小題5分，共25分) 1、計算機控制系統中，如何用軟件進行干擾的防護。 參考答案：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（

19、或軟件）的辦法要求使用監控定時器定時檢查某段程序或接口，當超過一定時間系統沒有檢查這段程序或接口時，可以認定系統運行出錯（干擾發生），可通過軟件進行系統復位或按事先預定方式運行 。2、機電一體化系統對支承部件的要求是什么？參考答案：機電一體化系統中的支承部件不僅要支承、固定和聯接系統中的其它零部件，還要保證這些零部件之間的相互位置要求和相對運動的精度要求，而且還是伺服系統的組成部分。因此，應按伺服系統的具體要求來設計和選擇支承部件。 機電一體化系統對支承部件的要求是：精度高、剛度大、熱變形小、抗振性好、可靠性高，并且具有良好的摩擦特性和結構工藝性。3、簡述開環控制伺服系統和閉環控制伺服系統的特

20、征。參考答案：（1）開環伺服系統，結構上較為簡單，技術容易掌握，調試、維護方便，工作可靠，成本低。缺點是精度低、抗干擾能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的機電一體化系統。 （2）閉環伺服系統，采用反饋控制原理組成系統，具有精度高、調速范圍寬、動態性能好等優點，缺點是系統結構復雜、成本高等。一般用于要求高精度高速度的機電一體化系統。4、計算機控制系統由哪兩部分組成？參考答案：（1）硬件組成，計算機控制系統的硬件主要是由主機、外圍設備、過程輸入與輸出設備、人機聯系設備和通信設備等組成。 （2）軟件組成，軟件是各種程序的統稱，軟件分為系統軟件和應用軟件兩大類。5、提高系統可靠性，應從哪幾

21、個方面考慮？ 參考答案：（1）提高系統各組成元、器件的設計、制造質量及系統的裝配質量；（2）采用容錯法設計；（3）采用故障診斷術，提高系統的可維護性。五、綜合應用題 (共15分)1、分析、說明如圖所示計算機控制系統中信號變換與傳輸的過程、原理。 參考答案：采樣過程是用采樣開關（或采樣單元）將模擬信號按一定時間間隔抽樣成離散模擬信號的過程。因采樣后得到的離散模擬信號本質上還是模擬信號，未數量化，不能直接送入計算機，故還需經數量化，變成數字信號才能被計算機接受和處理。量化過程（簡稱量化）就是用一組數碼（如二進制碼）來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉換成數字信號，由于計算機的數值信號是有限的，因此用數

22、碼來逼近模擬信號是近似的處理方法。信號進入計算機后經其處理經D/A轉換后輸出。2、三相變磁阻式步進電動機，轉子齒數Z=100,雙拍制通電，要求電動機轉速為120r/min，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少?參考答案：輸入脈沖頻率為：20KHz 步距角為：3.6º綜合練習4一、名詞解釋 (每小題4分，共20分)1、DMA外設與內存間直接進行數據交換（DMA）而不通過CPU。2、中斷為了提高CPU的效率和使系統具有良好的實時性，采用中斷方式CPU就不必花費大量時間去查詢各外圍設備的狀態了。而是當外圍設備需要請求服務時，向CPU發出中斷請求，CPU響應外圍設備中斷，停止執行當前程序，轉去執

23、行一個外圍設備服務的程序，中斷處理完畢，CPU又返回來執行原來的程序。3、靜壓軸承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，與軸瓦無直接接觸，處在液體磨擦狀態，從而極大地降低了起動力矩和旋轉阻力矩。4、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角。5、串行通信是數據按位進行傳送的。在傳輸過程中，每一位數據都占據一個固定的時間長度，一位一位的串行傳送和接收。二、填空題 （每空分，共20分） 1、機電一體化是從系統的觀點出發（機械技術）、（檢測技術）、（伺服技術）、信息技術等在系統工程的基礎

24、上有機的加以綜合，實現整個機械系統（協調工作）而建立的一門新的科學技術。 2、接口的基本功能主要有（數據格式轉換）、放大、（通信聯絡）。 3、計算機控制系統的類型包括（操作指導控制系統）、（直接數字控制系統）、監督控制系統、（監督計算機控制系統）、（分級計算機控制系統）。 4、實現步進電動機通電環形分配的三種常用方法是：1）（計算機軟件），2）（硬件分配），3）（專用環形分配器）。 5、接口的基本功能主要有（變換）、放大、（耦合）。 6、機電一體化機械系統應具有良好的侍服性能，要求機械傳動部件轉動慣量小、阻力合理（摩擦小）、（度大）、（振性好）、（隙小）、并滿足小型、輕量等要求。 7、擬定機電

25、一體化系統的設計方案的方法有（取代法）、組合法、（整體法）。 三、選擇題(每小題2分，共20分)1、 在設計齒輪傳動裝置時，對于要求運轉平穩，啟動頻繁和動態性能好的降速傳動鏈，可按什么原則設計？（ ） A. 輸出軸轉角誤差最B. 等效轉動慣量最小 C. 質量最小D. A和B兩者 2、A/D轉換接口屬于( )。 A. 人機接口B. 檢測通道 C. 控制通道D. 系統間通道 3、 STD總線是一個通用工業控制的多少位微型機總線? ( )A. 4位B. 8位C. 16位D. 32位 4、具有某種智能功能的工業機器人屬于( )。 A. 第一代機器人B. 第二代機器人 C. 第三代機器人D. 第四代機器

26、人 5、 目前大部分工業機器人都采用多少級機器人控制？（ ） A. 一級B. 二級C. 三級D. 四級 6. 受控變量是機械運動的一種反饋控制系統稱 ( )A.順序控制系統B.伺服系統C.數控機床D.工業機器人 7. 齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數( )A.增加而減小B.增加而增加C.減小而減小D.變化而不變 8. 以下可對異步電動機進行調速的方法是（ ）。 A 改變電壓的大小B 改變電動機的供電頻率 C 改變電壓的相位D 改變電動機轉子繞組匝數 9. 執行元件：能量變換元件，控制機械執行機構運動，可分為 ( )、液壓式和氣動式等。 A 電氣式B 電磁式 C 磁阻式D 機械式 10. 對于交流

27、感應電動機，其轉差率s的范圍為（）。 A.1<s<2B.0<s <1C.-1<s<1D.-1<s<0四、簡答題(每小題5分，共25分)1、伺服控制系統一般包括哪幾個部分？每部分能實現何種功能？ 參考答案：伺服控制系統一般包括控制器、被控對象、執行環節、檢測環節、比較環節等個五部分。 比較環節是將輸入的指令信號與系統的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號，通常由專門的電路或計算機來實現； 控制器通常是計算機或PID控制電路；其主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控制執行元件按要求動作； 執行元件按控制信號的要求，將輸入的各種

28、形式的能量轉化成機械能，驅動被控對象工作，機電一體化系統中的執行元件一般指各種電機或液壓、氣動伺服機構等。 被控對象是指被控制的機構或裝置，是直接完成系統目的的主體，一般包括傳動系統、執行裝置和負載； 檢測環節指能夠對輸出進行測量，并轉換成比較環節所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉換電路。2、什么是步進電機的使用特性?參考答案：步距誤差：步距誤差直接影響執行部件的定位精度。 最大靜轉矩：是指步進電動機在某相始終通電而處于靜止不動狀態時，所能承受的最大外加轉矩，亦即所能輸出的最大電磁轉矩，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。啟動頻率與負載轉矩有關。 運行矩頻特性：步進電動機連續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、滾珠絲杠副的軸向間隙對系統有何影響？如何處理？ 參考答案：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