機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題

1、中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第一學(xué)期“開放本科”期末考試機械專業(yè)機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題 2004年1月一、填空(每空2分，共20分) L機電一體化產(chǎn)品按用途可以劃分為和 2控制及信息處理單元一般由控制計算機、和組成。 3在小功率傳動鏈中，為使總的折算慣量最小，各級傳動比分配應(yīng)遵守原則。 4典型的可編程控制器由編程器、微處理器、貯存器、和等部分構(gòu)成。 5傳感器的靜態(tài)特性能數(shù)主要有、二、遲滯和重復(fù)精度。二、簡答題(每題4分，共20分) 1為什么采用機電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度? 2機電一體化相關(guān)技術(shù)有哪些? 3轉(zhuǎn)動慣量對傳動系統(tǒng)有哪些影響? 4簡述機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中，詳細(xì)設(shè)計的

2、主要內(nèi)容。 5簡述AD、DA接口的功能。三、分析題(20分) 1已知數(shù)控機床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機電一體化系統(tǒng)巾的哪一個基本要素? 2試分析圖示傳動系統(tǒng)中，齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響?四、計算題(24分) 1如圖所示電機驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50kg負(fù)載力為F11000N，最大加速度為10ms2，絲杠直徑為d20mm，導(dǎo)程t4mm，齒輪減速比為i=5，總效率為=30，忽略絲杠慣量的影響，試計算電機的驅(qū)動力矩。2已知某工作臺采用直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為

3、o005mm(忽略齒輪和絲杠的傳動誤差)。 (1)試采用高速端測量方法，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(2)若將傳感器與絲杠的端部直接相連，n。=500脈沖轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用。 五、綜合題(16分) 已知電機驅(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，確定整系統(tǒng)的控制方案、畫出控制系統(tǒng)原理圖。(至少提出兩個方案)中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第一學(xué)期“開放本科”期末考試機械專業(yè)機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題答案及評分標(biāo)準(zhǔn)(供參考) 2004年1月一、填空每空2分，共20分) L辦公機電一體化產(chǎn)品 產(chǎn)業(yè)機電一體化產(chǎn)品 民用機電一體化產(chǎn)品 2控制軟件 硬件接口 3前小后大 4電源

4、 輸入輸出接口 5靈敏度 線性度二、簡答題(每題4分，共20分) 1答：機電一體化技術(shù)使機械傳動部分減少，因而使機械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時由于采用電子技術(shù)實現(xiàn)自動檢測，控制，補償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。 2答：機電一體化相關(guān)技術(shù)有：機械技術(shù)，計算機與信息處理技術(shù)，系統(tǒng)技術(shù)，白動控制技術(shù)，傳感器測試技術(shù)和伺服驅(qū)動技術(shù)。 3答：轉(zhuǎn)動慣量增大使機械負(fù)載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度；使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。 4答：詳細(xì)設(shè)計主要包括：系統(tǒng)總體設(shè)計；業(yè)務(wù)的分組；機械本體及工具設(shè)計；控制系統(tǒng)設(shè)計：程序設(shè)計；后備系統(tǒng)設(shè)計；完成詳

5、細(xì)設(shè)計書及制造圖樣；產(chǎn)品出廠及使用文件的設(shè)計。 5答：AD接口的功能是將溫度、壓力等物理量經(jīng)傳感器變成的電壓、電流等信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。DA接口是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號。三、分析題(20分) 1.(10分)解答：圖中各部可分為：(1) 控制及信息處理單元：鍵盤、計算機、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 (5)執(zhí)行機構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)、工作臺 2(10分)解答： 齒輪傳動鏈位于電機之后，前向通道的閉環(huán)之外，其傳動誤差的低頻分量和高頻分量都不 能通過閉環(huán)控制來消除，都會影響輸出精度。 四、計算題(24分) 1(12分)

6、解： (1)計算負(fù)載力 (4分)負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成(1)高速端測量 設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為，n，每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為滿足題目要求。 (2)低速端測量 傳感器直接與絲杠連接，與減速比無關(guān) 可知”。500脈沖轉(zhuǎn)的編碼器不合用。五、綜合題(16分) 解：可以使用工業(yè)PC機或者單片機完成系統(tǒng)的控制。具體可以有下三種方案： (1)工業(yè)PC機集中控制方案： 用一臺工業(yè)PC機對三個自由度實現(xiàn)集中控制，包括任務(wù)管理和三個自由度的伺服控制系統(tǒng)原理圖如下。 (2)工業(yè)PC機、單片機分級控制方案：用一臺工業(yè)PC機與三個單片機通信，對三個單片機實現(xiàn)管理，每個單片機負(fù)責(zé)一個自由度的伺服控制，控

7、制系統(tǒng)原理圖如下。(3)單片機、單片機分級控制方案：用一個單片機作為主單片機與三個從單片機通信，對三個從單片機實現(xiàn)管理，每個從單片機負(fù)責(zé)一個自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下。評分標(biāo)準(zhǔn)：正確回答出三種方案之中的任意兩個即可得滿分。試卷代號：1118中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第二學(xué)期“開放本科”期末考試機械(過)專業(yè) 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 試題2004年7月一、填空(每空2分，共20分) 1機電一體化系統(tǒng)常用的能源有、和。 2市場預(yù)測的方法主要有和。 3在小功率傳動鏈中，為使總的重量最小，各級傳動比分配應(yīng)遵守原則。 4典型的可編程控制器由編程器、電源和輸入輸出接口等部分構(gòu)成。 5

8、傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)主要有靈敏度、線性度、和。二、簡答題(每題4分，共20分)1測試傳感部分的作用是什么?2對控制及信息處理單元的基本要求是什么?3機電一體化產(chǎn)品對機械傳動系統(tǒng)有哪些要求?4簡述STD總線的工作模式。5簡述機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的工程路線(主要步驟)。三、分析題(20分)1 1 畫出工業(yè)PC機基本組成框圖，并說明工業(yè)PC機與普通信息處理計算機的主要區(qū)別。(12分)2 2 如圖所示的系統(tǒng)，試分析傳感器的誤差對輸出精度的影響。(8分)四、計算題(24分)1 1 已知圖示絲杠螺母驅(qū)動系統(tǒng)，工作臺的質(zhì)量m=100kg，絲杠螺距t8mm，絲杠長度L05m，中徑為d48mm，材料密度為P=78

9、X103kgm3，齒輪傳動比i2，兩齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為了Jz1=12X10-4kgm2，Jz219X10-3kgm2。試求折算到電機軸上的總等效慣量了。?(14分) 2如圖所示的開環(huán)步進(jìn)電機位置控制系統(tǒng)，已知負(fù)載為F1000N，工作臺長L=500mm，往復(fù)精度為00lmm，絲杠導(dǎo)程ts=8mm，直徑d20mm，步進(jìn)電機的步距角為a=18。，試確定齒輪減速比i。 五、綜合題(16分) 已知電機驅(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，試確定單自由度驅(qū)動系統(tǒng)的測量方案。試卷代號：1118中央廣播電視大學(xué)20032004學(xué)年度第二學(xué)期“開放本科”期末考試機械(過)專業(yè) 機電一體化系

10、統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)試題答案及評分標(biāo)準(zhǔn)(供參考) 2004年7月一、填空(每空2分，共20分) 1電源 液壓源 氣壓源 2定期預(yù)測 定量預(yù)測 3傳動比相等 4微處理器 貯存器 5遲滯 重復(fù)精度二、簡答題(每題4分，共20分) 1答：測試傳感部分的作用：對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(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。 2，答：對控制及信息處理單元的基本要求：提高信息處理速度和可靠性，增強抗干擾能力，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。 3答：機電一體化系統(tǒng)對機械傳動系統(tǒng)的要求有：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

11、振動、低噪聲和高可靠性。 4答：STD總線有3種工作模式：獨立工作模式，前端控制器工作模式和分布式組合工作模式。5答：機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的工程路線(主要步驟)：擬定產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)和技術(shù)規(guī)范；收集資料，市場分析，可行性分析和技術(shù)經(jīng)濟性分析；總體方案設(shè)計；總體方案的評審和評價；詳細(xì)設(shè)計；詳細(xì)設(shè)計方案的評審和評價；試制樣機；樣機實驗，測試；技術(shù)評價與審定；小批量生產(chǎn)；正常生產(chǎn)；銷售。三、分析題(20分) 1(12分)解答： 與普通信息處理機相比較，工業(yè)PC機有以下特點： (1)將普通信息處理機的大母板改為功能插板，具有豐富的過程輸入輸出功能，以完成對各種設(shè)備和工藝裝置的控制。 (2)良好的時實性，能夠?qū)ιa(chǎn)過程工況變化實時監(jiān)視和控制。 (3)抗干擾電源，密封機箱，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。(4)豐富的應(yīng)用軟件。 2(8分)解答： 傳感器位于閉環(huán)之內(nèi)的反饋通道上，其誤差的高頻分量(噪聲信號)因系統(tǒng)的低通作用得到校正，不影響輸出精度; 傳感器誤差的低頻分量，如靜態(tài)精度(分辨率等)直接影響輸出精度，它決定了系統(tǒng)精度的上限。四、計算題(24分)1(14分)解：等效慣量可以分為以下