機電一體化復習資料

1、判斷題（） 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(gòu)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。選擇題（ ）1 、步進電動機，又稱電脈沖馬達，是通過決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機。A. 脈

2、沖的寬度 B. 脈沖的占空比 C. 脈沖的相位 D. 脈沖的數(shù)量 （ ） 2、對于交流感應電動機，其轉(zhuǎn)差率 s 的范圍為 。A.1<s<2B.0<s 1C.-1<s<1D.-1<s<0（ ） 3、 PWM指的是。A.機器人B. 計算機集成系統(tǒng) C. 脈寬調(diào)制 D. 可編程控制器（ ） 4、 PD稱為控制算法。A.比例B. 比例微分 C. 比例積分 D. 比例積分微分（ ） 5、受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱。A. 伺服系統(tǒng) B. 順序控制系統(tǒng) C. 數(shù)控機床 D. 工業(yè)機器人（ ） 6、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

3、增加C. 減小而減小 D. 變化而不變( ) 7、電壓跟隨器的輸出電壓輸入電壓。A.大于 B. 大于等于 C. 等于 D. 小于( ) 8、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. 成正比的直流電壓C. 成反比的交流電壓D. 成反比的直流電壓( )9 、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 使得它們同步協(xié)調(diào)到達目標點。A. 位置和加速度 B. 速度和加速度C. 位置和速度D. 位置和方向( )10、一般說來，如果增大幅值穿越頻率 c 的數(shù)值，則動態(tài)性能指標中的調(diào) 整時間 t s。A. 增大B. 不定 C. 不變D. 減小11、受控變量是

4、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) 業(yè)機器人12、齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù) (A. 增加而減小B. 增加而增加變化而不變C. 數(shù)控機床 D. 工)C. 減小而減小 D.13、滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)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)反器式14、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.100mm B.20mm C.10mmD.0.1mmA. 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( )

5、16 、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 等個五部分。A 換向結(jié)構(gòu) B 轉(zhuǎn)換電路C 存儲電路 D 檢測環(huán)節(jié)( )17 、檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M行測量， 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 調(diào)制電路 D 逆變電路( )18 、以下可對異步電動機進行調(diào)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(zhuǎn)子繞組匝數(shù)( )19 、執(zhí)行元件：能量變換元件，控制機械執(zhí)行機構(gòu)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( )20 、步進電動機， 又稱電脈沖馬達， 是通過 決定轉(zhuǎn)角位

6、移的一種伺服電動機。A 脈沖的寬度B脈沖的數(shù)量C 脈沖的相位D脈沖的占空比( D )21、在系統(tǒng)設計時， 綜合考慮其性能指標， 一般選取其阻尼的范圍為： ()A 0B 1C 01D 0.40.8( C )22、機電一體化系統(tǒng)的核心是() 。A動力部分 B執(zhí)行機構(gòu) C控制器D接口( A )23、在設計齒輪傳動裝置時，伺服系統(tǒng)中通常采用()原則選擇總傳動 比，以提高伺服系統(tǒng)的響應速度。A負載角加速度最大 B等效轉(zhuǎn)動慣量最小 C質(zhì)量最小 D質(zhì)量最大( B )24、步進電動機，是通過()決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機。A、脈沖的寬度B、脈沖的數(shù)量C、脈沖的相位D、脈沖的占空比( D )25、如果三相步進

7、電動機繞組為 U、V、W，其通電順序為 UV VW WU UV ，則這種分配方式為() 。A三相三拍B三相四拍C三相六拍D雙三拍( C )26、由電信號處理部分和液壓功率輸出部分組成的控制系統(tǒng)是() 。A交流伺服系統(tǒng)B直流伺服系統(tǒng)C電液伺服系統(tǒng)D 步進電動機控制系統(tǒng)( B )27、某光柵條紋密度是 50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、0.1mm( C )28 、由能量自動分配及輸送子系統(tǒng)和能量自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所組成的系統(tǒng)稱 為()。A加工系統(tǒng)B物料系統(tǒng)C能量系統(tǒng)D信息系統(tǒng)( A )29、接口有三個基本功能，它們是

8、()。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( B )30、以下可對異步電動機進行調(diào)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(zhuǎn)子繞組匝數(shù)填空題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 ： 串行 通信和 并行 通信。2、微機控制系統(tǒng)中的輸入與輸出通道一般包括模擬量輸入通道 、 模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道 、數(shù)字量輸出通道 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)的穩(wěn)定性和 精度 并盡量高伺服系統(tǒng)的響應速度。4、在 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)中， 通常載波是 等腰三角

9、波 ， 而調(diào)制波是 正弦波 。5、開環(huán)步進電動機控制系統(tǒng)，主要由 環(huán)形分配器 、功率驅(qū)動器 、步進電機 等 組成。6、干擾傳播途徑有二種方式，其中傳導耦合方式：干擾信號能量以電壓 或電流 的形式，通過金屬導體傳遞。7、機電一體化系統(tǒng)對支承部件的主要要求是精度高、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(jié)構(gòu)工藝性。8、同步伺服電動機實際上包括定子繞組、 轉(zhuǎn)子磁極及磁極位置傳感器三大部分。9、工業(yè)機器人按控制方式可分為點位控制工業(yè)機器人、連續(xù)軌跡控制工業(yè)機器 人。10、數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器的設計， 是采用位置式算法還是增量式算法， 應根據(jù)被控對 象的要求而定。 當被控對象要

10、求調(diào)節(jié)器輸出位置量時， 就采用位置式算法， 當被 控對象要求調(diào)節(jié)器輸出位置的增量時，應采用增量式算法。11、機電一體化是各種技術(shù)相互滲透的結(jié)果，其主要的相關(guān)技術(shù)可歸納為： 機械技術(shù)、 檢測傳感技術(shù) 、信息處理技術(shù)、 自動控制技術(shù) 、 伺服傳動技術(shù) 、 系統(tǒng)總體技術(shù)。12、機電一體化系統(tǒng)種類繁多， 從控制角度可以劃分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制 。13、機電一體化系統(tǒng)中常用的直線運動支承有滑動導軌、 滾動導軌、 液體和氣體 靜壓導軌。14、在機電一體化系統(tǒng)中， 機械結(jié)構(gòu)主要用于執(zhí)行結(jié)構(gòu)、 傳動機構(gòu) 、支承部件 。15、摩擦對伺服系統(tǒng)的影響主要有： 引起動態(tài)滯后 、 降低系統(tǒng)的響應速度、導致系統(tǒng)誤差和 低

11、速爬行 。16、電氣控制系統(tǒng)中，功率放大器按其功能可以分成： AC/DC 變流器、 DC/AC 變流器 、 AC/AC 變流器 、 DC/DC 變流器。17、經(jīng)典控制理論校正系統(tǒng)的方法，通常有綜合法 和 分析法 。18、計算機控制系統(tǒng)的類型：操作指導控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、 分布式控制系統(tǒng) 。19、數(shù)字 PID表達式為： u(t) Kpe(t) 1 e(i)T TD e(k) e(k 1) 。TI i 0T20、柔性制造系統(tǒng)按機床臺數(shù)和工序可分為：柔性制造單元 、柔性制造系統(tǒng)、柔性制造生產(chǎn)線 、柔性制造工廠名詞解釋1、機電一體化：機電一體化技術(shù)綜合應用了機械技術(shù)、微電子技術(shù)、

12、信息處理 技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群 體技術(shù)，以系統(tǒng)為出發(fā)點的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。2、伺服控制：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)：閉環(huán)控制系統(tǒng)是指具有反饋的控制系統(tǒng)。4、逆變器：逆變器是將直流電變成交流電的電路。5、SPW：M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。6、傳感器靈敏度：傳感器在靜態(tài)信號輸入情況下，輸出變化對輸入變化的比值7、環(huán)形分配器： 使步進電動機繞組的通電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的裝置稱為環(huán)行分 配器。8、傳感器 是

13、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(guān)系的，便于應用的某 種物理量的測量裝置。9、變頻調(diào)速： 通過改變電機所加電壓頻率，進而改變電機速度的方法。簡答題1、試簡述光電式轉(zhuǎn)速傳感器的測量原理。 答：光電式轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測軸 ( 或與被測軸相連接 的輸入軸 ) 上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成。光源發(fā)生的光 通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。 當縫隙圓盤隨被測軸轉(zhuǎn)動時， 由于 圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同， 因此圓盤每轉(zhuǎn)一周， 光電器件輸出與 圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測量單位時間內(nèi)的脈沖數(shù) N，則可測出轉(zhuǎn)速為n 60Nn Zt式中 Z

14、 圓盤上的縫隙數(shù)；N轉(zhuǎn)速 （r min） ；t 測量時間 （s） 。2、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？答：由于任何一種 A/D 轉(zhuǎn)換器都需要有一定時間來完成量化及編碼操作，因此， 在轉(zhuǎn)換過程中，模擬量不能發(fā)生變化，否則，將直接影響轉(zhuǎn)換精度。采樣 / 保持 器（ SamPLE/Hold）就是使在 A/D轉(zhuǎn)換時，保證輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬量不發(fā)生 變化。模擬輸入通道中不一定非得采用采樣保持器。 當輸入的模擬量信號變化緩慢 時，也可省去采樣 / 保持器。3、柔性制造系統(tǒng)的主要特點有哪些？ 答：（1）柔性高，適應多品種中小批量生產(chǎn)

15、； （ 2）系統(tǒng)內(nèi)的機床工藝能力上是相 互補充和相互替代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不 中斷整個系統(tǒng)的運作； （5）多層計算機控制，可以和上層計算機聯(lián)網(wǎng)； （6）可進 行三班無人干預生產(chǎn)。4、步進電動機是什么電機？它的驅(qū)動電路的功能是什么 ? 步進電動機又稱電脈沖馬達，是通過脈沖數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機， 成本較低，易于采用計算機控制，且比直流 交流電動機組成的開環(huán)控制系統(tǒng)精 度高，因而被廣泛應用于開環(huán)控制的伺服 系統(tǒng)中。步進電動機驅(qū)動電路實際上是一個 功率開關(guān)電路， 為使步進電動機能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動負載工作， 提供的足夠功率的控制 信號。5. 簡述直流

16、伺服電機兩種控制的基本原理。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

17、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。6. 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。7、采樣 /保持器的工作原理是什么？ 答：如圖所示當 S 接通時，輸出信號跟蹤輸入信號，稱

18、采樣階段。當 S 斷開時，電容 C 兩端一直保持斷開的電壓，稱保持階段。8、在電氣控制系統(tǒng)中，功率放大器的種類及其功能答：（ 1） AC/DC 變流器 把交流變換成固定的或可調(diào)的直流（ 2） DC/AC 變流器 把固定的直流變成固定或可調(diào)的交流（ 3） AC/AC 變流器 把固定的交流電變成可調(diào)的交流電（ 4） DC/DC 變流器 把固定的直流變成可調(diào)的直流9、STD 總線有哪些典型的技術(shù)特點？答：（ 1）小板結(jié)構(gòu)，高度的模塊化 STD 產(chǎn)品采用了小板結(jié)構(gòu)，他們所有模板的標準尺寸為 165.1mm×114.3mm。（ 2）嚴格的標準化，廣泛的兼容性 STD 總線具備兼容式總線結(jié)構(gòu)。（

19、 3）面向 I/O 的設計，適合工業(yè)控制應用。（4）高可靠性。10、工業(yè)機器人有哪些重要特性？ 答：（1）是一種機械裝置，可以搬運材料、零件、工具、或者完成多種操作 和動作功能，也即具有通用性。（2）是可以再編程的，具有多種多樣程序流程的，這為人機聯(lián)系提 供了可能，也使之具有獨立的柔軟性。（3）有一個自動控制系統(tǒng)，可以在無人參與下，自動地完成操作作業(yè) 和動作功能。11、柔性制造系統(tǒng)應具有哪些功能？ 答：（1）能自動完成多品種多工序零件的加工功能；（2）自動輸送和儲料功能；（3）自動診斷功能；（4）信息處理功能。12、伺服系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖及每一部分的功能（ 8 分）伺服系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖1.

20、控制器 控制器的主要任務是根據(jù)輸入信號和反饋信號決定控制策略。2. 功率放大器 主要作用是將信號進行放大，并用來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成某種操作。3. 執(zhí)行機構(gòu) 主要由伺服系統(tǒng)電動機或液壓伺服機構(gòu)和機械傳動機裝置等組成。4. 檢測裝置 主要任務是測量被控量，實現(xiàn)反饋控制。13、試簡述光電式轉(zhuǎn)速傳感器的組成及測量原理 。組成：由裝在被測軸 （或與被測軸相連接的輸入軸 ）上的帶縫隙圓盤、光源、 光電器件和指示縫隙盤組成。原理：光源發(fā)生的光通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。 當縫隙圓 盤隨被測軸轉(zhuǎn)動時， 由于圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同， 因此圓盤每 轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈

21、沖， 根據(jù)測量單位時間內(nèi)的脈沖 數(shù) N ，則可測出轉(zhuǎn)速為60Nn Zt 式中 Z 圓盤上的縫隙數(shù)；n 轉(zhuǎn)速（rmin）；t 測量時間 （s）。14、簡述 PWM 的工作過程并繪制電路原理圖PWM 的基本原理是：利用大功率器件的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)化成一定 頻率的方波電壓，通過對方波脈沖寬度的控制，改變輸出地平均電壓。開關(guān) S 周期性地開關(guān)， 在一個周期 T 內(nèi)閉合的時間 ，則一個外加的固定直流電壓 U 被 按一定的頻率開關(guān)的開關(guān) S 加到電機的電樞上， 電樞上的電壓波形是一列方波信T號，其高度 U，寬度為 ，電樞兩端的平均電壓為： Ud T1 0 Udt T U U電路原理圖15、柔性制造系

22、統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及每部分組成（ 6 分）1、加工系統(tǒng) 由數(shù)控機床、加工中心，工件的自動上下料裝置、夾具自動更換裝置、自動換刀 裝置組成。2 物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)由存儲、輸送、和裝卸三個子系統(tǒng)組成3、能量系統(tǒng)由能量自動分配及輸送子系統(tǒng)和能量自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成4 信息系統(tǒng)由過程控制子系統(tǒng)和過程監(jiān)視子系統(tǒng)。計算題1、某光柵傳感器，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？解： 100： 1=400：x=4 mm四倍細分： 400： 1=400： x=1mm分辨率： 1÷ 40

23、0=2.5( m)2、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 ?K=1; M=3, Z=100; =360/1*3*100=1.2 of=600Hz3 、 設 有 一 裝 置 的 輸 入 e(t) ， 輸 出 u(t) ， 滿 足 微 分 方 程ded(tt) 將其數(shù)字化1tu(t) K P e(t) T 0 e(t )dt TDTI 0答：用向后差分法和矩形積分法u(k) KP e(k) 1 e(i)T TD e(k) e(k 1)P TI i 0D TKPe(k) K PT e(i) KPTD e(

24、k) e(k 1) TI i 0 T4、一個兩自由度的平面工業(yè)機器人操作機如圖所示，手部端點與外界接觸，手 部作用于環(huán)境的力為 F FxFy T ，若關(guān)節(jié)無摩擦力存在，求平衡端點力 F 的等 效關(guān)節(jié)力矩 M M1M2 T .解：由圖可知，端點位置 x、y 與關(guān)節(jié)位移 1、 2 的 關(guān)系為x l1 cos 1 l2 cos( 1 2 ) y l1 sin 1 l2 sin( 1 2 ) 將其微分得dx x d 1 x d 21212dy y d 1 y d 212即dx12d1dyyyd212xxi記 si sin i ； cicos i ； sij sin( ij ) ； cij cos( i

25、 j ) 。則得該工業(yè)12yy12機器人的雅克比矩陣為xxl1s1 l2s12l 2s12l1c1 l2c12 l 2c12由M JTF ，得出有效關(guān)節(jié)力矩 M MM12l1s1 l 2s12l1c1 l2c12Fxl 2s12 l2c12Fyf(t)5、單輪汽車支承系統(tǒng)如圖 1所示，其中m1為汽車質(zhì)量， c為減震器阻尼系數(shù)； k1為彈簧剛度， m2為汽車輪子的質(zhì)量， k2為輪胎彈性剛度； x1(t)和x2(t)分別為 m1 和m2的絕對位移， 求其微分學方程和以 f(t)為輸入，分別以 x1(t)和x2(t)為輸出的傳 遞函數(shù)。(10分)解：根據(jù)牛頓第二定律，以 m1為研究對象 f=ma解：以m1為研究對象，其受到 2個作用力分別為彈簧 k1的彈力k1(x1-x2)，減震器 c的阻尼力 c()，根據(jù)牛頓第二定律則 + c()+ k1(x1-x2)=0 (1)以m2為研究對象，其受到 4個作用力 , 根據(jù)牛頓第二定律則 + c( )+ k1(x2- x1)=f(t) (2)對式(1)和式(2)分別進行拉氏變換則2(3)m1s2X1(s) csX1(s) X2(s) k1X 1(s) X2(s) 02m2s2X2(s)