機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)形成性考核冊

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》中央電大形成性考核作業(yè)1、2、3、4參考答案作業(yè)1一、 判斷題(正確的打"，錯誤的打X)1．機電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對輸入的物質(zhì)按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)。(X)2.系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機電一體化技術(shù)的方法論。(V)TOC\o"1-5"\h\z3．信息處理技術(shù)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(guān)的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。 (V)4．自動控制是在人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。(X)5．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。 (X)6．為減少機械傳動部件的扭矩反饋對電機動態(tài)性能的影響，機械傳動系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動部件的固有頻率的2~3倍，同時，傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。(X)7．傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量取決于機構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。 (X)8．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 6~10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。 (X)9．進(jìn)行機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于阻尼對系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)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。(X)10．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。 (V)11．采用偏心軸套調(diào)整法對齒輪傳動的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單，且可以自動補償側(cè)隙。(V)X12．采用虛擬樣機代替物理樣機對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計測試和評估，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，增加了產(chǎn)品開發(fā)成本，但是可以改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，提高面向客戶與市場需求能力。(V)X二、 單選題1．以下產(chǎn)品屬于機電一體化產(chǎn)品的是(C)。A.游標(biāo)卡尺 B.電話C.全自動洗衣機 D .非指針式電子表2．為提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法( A)。A.增大系統(tǒng)剛度 B.增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量C.增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 D.減小系統(tǒng)的摩擦阻力3．導(dǎo)程L0=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)kgmm2。A.48.5 B.97C.4.85 D.9.74.傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有影響， (B)固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動誤差，(A)系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。AA.提高，提高 B.提高，減小C.減小，提高 D.減小，減小

5?下列哪種方法是采用單螺母預(yù)緊原理來消除滾珠絲杠副的間隙？（ D）A?螺紋調(diào)隙式 B?雙螺母墊片調(diào)隙式C?齒差調(diào)隙式 D?偏置導(dǎo)程法齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)（?A）。BA.增加而減小 B.增加而增加C.減小而減小 D.變化而不變7.多級齒輪傳動中，各級傳動比“前小后大”的分配原則不適用于按（ D）設(shè)計的傳動鏈。A.最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（小功率傳動裝置）B.最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（大功率傳動裝置）C.輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則D.重量最輕原則8?某機電一體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動的齒側(cè)間隙，采取下列哪種方法使得調(diào)整過程中能自動補償齒側(cè)間隙？（D）B.軸向墊片調(diào)整法DB.軸向墊片調(diào)整法D.軸向壓簧錯齒調(diào)整法C.薄片錯齒調(diào)整法三、簡答題完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分?簡述機電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。機電一體化系統(tǒng)中的接口的作用是實現(xiàn)系統(tǒng)與外部（其他系統(tǒng)、操作者、環(huán)境）的連接，一般分為機械接口、電氣接口兩方面。3?機械運動中的摩擦和阻尼會降低效率，但是設(shè)計中要適當(dāng)選擇其參數(shù)，而不是越小越好。為什么？因為適當(dāng)選擇機械運動中的摩擦和阻尼會，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性。4.簡述機械系統(tǒng)的剛度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。失動量。系統(tǒng)剛度越大，因靜摩擦力的作用所產(chǎn)生的傳動部件的彈性變形越小，系統(tǒng)的失動量也越小。固有頻率。機械系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，可遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)或驅(qū)動系統(tǒng)的頻帶寬度，從而避免產(chǎn)生共振。穩(wěn)定性。剛度對開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影啊，而對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四、計算題某工作臺采用直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動如圖所示，已知電機軸的轉(zhuǎn)動慣量 Jm=4X10-4kg-m，與電機輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J1=1x10-4kg吊,大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J2=1.8x10-4kg-mi,絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=3.8X10-4kg?卅。工作臺的質(zhì)量m=50kg,絲杠導(dǎo)程t=5mm,齒輪減速比為i=5。試求：（1）工作臺折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動慣量 Jg;傳動件折算到電機軸的等效轉(zhuǎn)動慣量 Je；電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量JonDC伺服nDC伺服勺電機聯(lián)軸器：t—1Hi=5.■I工作臺I齒輪?減速器絲杠滾珠螺母圖直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺解：(1)JG=m(t/2n)2=50*1000*(0.005/2/3/14)2=0.03166 (kg?m?2 —4 —4 -4、>—2 —4 3Je=(J2+Js+Jg)/F=(1.8X10+3.8x10+316.6X10)/52=12.88X10 (kg?m)-4 -4 3J=J1+Je=1x10+12.88X10 =13.88(kg?m)2?已知某四級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為 △01=△02=…=△08=0.01弧度,各級減速比相同，即ii=i2=???=i4=3，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差 △0max。解：△0max=△01/(i1*i2*i3*i4)+(△02+△03)/(i2*i3*i4)+(△04+△05)/(i3*i4)+(△06+A07/(i4)+△08=4 3 2=0.01/34+0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01=0.01975(弧度)五、綜合題分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。1.鎖緊螺母2.圓螺母3.帶凸緣螺母4.無凸緣螺母答：圖中所示的雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙，雙螺母中的一個外端有凸緣，一個外端無凸緣，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(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。分析下圖中傳動大負(fù)載時消除齒側(cè)間隙的原理。1、6—小齒輪2、5—大齒輪3—齒輪4—預(yù)載裝置7—齒條答：小齒輪1、6與齒條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(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使齒輪2、5同時向相反方向移動，從而帶動小齒輪1、6轉(zhuǎn)動，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙

作業(yè)2一、判斷題(正確的打"，錯誤的打X)1．機電一體化系統(tǒng)是以微電子技術(shù)為主體、以機械部分為核心，強調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。(V)X2．機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比， 應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。(V)3．雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。(X)4.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。 (V)X5．感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)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(zhuǎn)角。(V)6．選擇傳感器時，如果測量的目的是進(jìn)行定性分析，則選用絕對量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。(X)7．傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以確保傳感器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。(V)8．驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置。(V)TOC\o"1-5"\h\z9．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。 (X)10．永磁型步進(jìn)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。(V)11．步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)動慣量越大，同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩就越大。 (X)12．直流伺服電動機的調(diào)速特性是電機轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。 (X)二、單選題1．以下產(chǎn)品不屬于機電一體化產(chǎn)品的是( B)。A?工業(yè)機器人 B.電子計算機C.空調(diào) D .復(fù)印機2．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(shè)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)3．檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M(jìn)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(B)。B轉(zhuǎn)換電路DB轉(zhuǎn)換電路D逆變電路C放大電路B）。4B）。A.靜態(tài)特性指標(biāo) B.動態(tài)特性指標(biāo)C.輸入特性參數(shù) D.輸出特性參數(shù)光柵位移是(A)mm。D．4(B光柵位移是(A)mm。D．4(B)。B?伺服系統(tǒng)D.工業(yè)機器人A.1 B.2 C.3受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱A.順序控制系統(tǒng)C.數(shù)控機床C）。C）。A.回程誤差不影響輸出精度，但傳動誤差影響輸出精度B.傳動誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度C.回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度D.回程誤差和傳動誤差都會影響輸出精度以下可對交流伺服電動機進(jìn)行調(diào)速的方法是（ B）。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)三、簡答題1什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器的輸入信號不隨時間變化或變化非常緩慢時， 所表現(xiàn)出來的輸出響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有：線性范圍、線性度、靈敏度、精確度、分辨力、遲滯、穩(wěn)定性。傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。需要了解的主要參數(shù)有：幅頻特性和相頻特性。2?什么是伺服系統(tǒng)？伺服系統(tǒng)的一般組成有哪幾個部分？伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，它是以機械位置、速度和加速度為控制對象，在控制命令指揮下，控制元件的工作，使機械運動部件按照命令要求運動。一般來說，伺服系統(tǒng)組成框圖如圖所示。伺服系統(tǒng)組成框圖（1） 控制器：伺服系統(tǒng)中控制器的主要任務(wù)是根據(jù)輸入信號和反饋信號決定控制策略，控制器通常由電子線路或計算機組成。（2） 功率放大器：伺服系統(tǒng)中功率放大器的作用是將信號進(jìn)行放大，并用來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成某種操作，功率放大裝置主要由各種電力電子器件組成。（3） 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)主要由伺服電動機或液壓伺服機構(gòu)和機械傳動裝置等組成。（4） 檢測裝置：檢測裝置的任務(wù)是測量被控制量，實現(xiàn)反饋控制。無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測裝置的精度， 因此要求檢測裝置精度高、線性度好、可靠性高、響應(yīng)快。3?簡述直流伺服電動機脈寬調(diào)制的工作原理。直流伺服電動機脈寬調(diào)制（PWM）的工作原理：假設(shè)輸入直流電壓 U，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)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 Ua，使直流電動機平滑調(diào)速。4.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。電機調(diào)速原理容量范圍制動力矩轉(zhuǎn)速耐環(huán)境能力控制器DC調(diào)壓大大低差（有摩擦粉塵）簡單AC變頻中中小高良復(fù)雜四、計算題刻線為1024的增量式角編碼器安裝在機床的絲杠轉(zhuǎn)軸上， 已知絲杠的螺距為2mm,編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？

解：(1)絲杠旋轉(zhuǎn)一周有1024個脈沖，307200個脈沖對應(yīng)于絲杠旋轉(zhuǎn) 307200/1024=300周，故刀架的位移量為 300*2mm=600mm,絲杠的轉(zhuǎn)速為300*2n/10=60n(弧度/秒)如圖所示的電機驅(qū)動工作臺系統(tǒng)，其中驅(qū)動 x向工作臺的三相雙三拍步進(jìn)電機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z為100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為 l0=6mm。已知傳動系統(tǒng)的橫向(x向)脈沖當(dāng)量3為0.005mm/脈沖。試求：步進(jìn)電機的步距角 a減速齒輪的傳動比i。電機廠Li圖電機驅(qū)動工作臺示意圖解：(1)K=3相，N=3拍，z=100步進(jìn)電機的步距角 ％=360o/(z*m)=360o/(z*K*N)=360o“100*3*3)=0.4o(2)由于一個脈沖，步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn) 0.40,工作臺橫向(x向)脈沖當(dāng)量0.005mm，由于滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為 lo=6mm,對應(yīng)于絲杠轉(zhuǎn)動一周360o,設(shè)一個脈沖絲杠轉(zhuǎn)動的角度為x,貝U 6mm/360o=0.005/xo,得x=0.3o故減速齒輪的傳動比 i=0.3/0.4=3/4五、綜合題1?圖示直射式光電轉(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。試分析傳感器的測量原理。解：當(dāng)裝在被測軸(或與被測軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤轉(zhuǎn)動時，光敏元件接收到脈沖信號，若轉(zhuǎn)動圓盤上縫隙是均勻刻制，總數(shù)量為 N,則光敏元件每輸出N個脈沖，就意味著圓盤轉(zhuǎn)動一周360o；若輸出M個脈沖，就意味著轉(zhuǎn)過 360*M/No,因此，該傳感器可以用于測量角度。如果在T秒時間內(nèi)轉(zhuǎn)過輸出M個脈沖，就意味著轉(zhuǎn)速為360*M/N/T(o/s)因此，該傳感器也可以用于測量角速度。2?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。試分析兩種方案的特點；畫圖說明方案(a)減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法。/電機

（b）絲杠滑臺驅(qū)動（a）（b）絲杠滑臺驅(qū)動解：（1）分析兩種方案的特點：（a） 電機經(jīng)減速器帶動滾筒轉(zhuǎn)動，使驅(qū)動繩產(chǎn)生位移；（b） 電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線運動，帶動驅(qū)動繩產(chǎn)生位移。（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法作業(yè)3一、 判斷題（正確的打"，錯誤的打X）1數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)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(jié)構(gòu)的位移傳感器， 輸出信號都是脈沖信號， 每一個脈沖代表輸TOC\o"1-5"\h\z入的位移當(dāng)量，通過計數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計位移的尺寸。 （V）電液伺服系統(tǒng)的過載能力強，在強力驅(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。（V）通常，步進(jìn)電機的最高連續(xù)工作頻率遠(yuǎn)大于它的最高啟動頻率。 （V）4?脈沖分配器的作用是使電動機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。 （V）5?對直流伺服電動機來說，其機械特性越硬越好。 （V）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。 （X）一般說來，全物理仿真較之計算機仿真在時間、 費用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點，是一種經(jīng)濟、快捷與實用的仿真方法。 （X）8?數(shù)字化物理樣機就是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，強調(diào)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計。 （X）計算機控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。 （V）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。（V）通用型計算機系大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點。（X現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計流程分別完成。 （X）二、 單選題下列哪個是傳感器的動特性（D）。A.量程 B.線性度C.靈敏度 D.幅頻特性在開環(huán)控制系統(tǒng)中，常用(B)做驅(qū)動元件。A.直流伺服電動機 B.步進(jìn)電動機C.同步交流伺服電動機 D.異步交流伺服電動機3?光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，此光柵傳感器測量分辨率是( C)mm。D.0.001D),具有實時性、針對性、A.1 BD.0.001D),具有實時性、針對性、4?計算機控制系統(tǒng)實際運行時，需要由用戶自行編寫(靈活性和通用性。A?實時軟件 B?開發(fā)軟件 C?系統(tǒng)軟件 D?應(yīng)用軟件5?以下除了(D),均是由硬件和軟件組成。A.計算機控制系統(tǒng) B.PLC控制系統(tǒng)C.嵌入式系統(tǒng) D.繼電器控制系統(tǒng)6?以下抑制電磁干擾的措施，除了(D),其余都是從切斷傳播途徑入手。A屏蔽 B隔離 C濾波 D軟件抗干擾三、簡答題機電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計過程中所起的作用是什么？在系統(tǒng)實際運行前，也希望對項目的實施結(jié)果加以預(yù)測，以便選擇正確、高效的運行策略或提前消除設(shè)計中的缺陷， 最大限度地提高實際系統(tǒng)的運行水平， 采用仿真技術(shù)可以省時省力省錢地達(dá)到上述目的。機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的哪個階段？仿真根據(jù)采用的模型可以分為：計算機仿真、半物理仿真、全物理仿真。計算機仿真：應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計階段；半物理仿真：應(yīng)用于部件及子系統(tǒng)研制階段；全物理仿真：應(yīng)用于系統(tǒng)研制階段。PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，其反應(yīng)迅速；積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性；微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過渡過程。系統(tǒng)采樣周期的選擇時，主要考慮的影響因素主要有哪些？根據(jù)香農(nóng)采樣定理，確定采樣周期： T豈二八max，其中「max為被采信號角頻率上限。采樣周期應(yīng)大于執(zhí)行元件動態(tài)調(diào)節(jié)穩(wěn)定時間。從系統(tǒng)隨動性和抗干擾的角度，采樣周期應(yīng)盡可能小，這樣時延小，反映迅速。在多回路控制中，由于采用巡檢控制方式，采樣周期應(yīng)足夠大，以確保在一個采樣周期內(nèi)，能處理完所有回路的算法計算。從計算機的精度上講，采樣周期不應(yīng)太小。5?簡述下圖所示梯形圖的工作過程及邏輯關(guān)系，圖中接線為：開關(guān) 1(I0.0),開關(guān)2(I0.1),開關(guān)3(I0.2),紅燈(Q0.0),綠燈(Q0.1)。10.010.1 10.2Q0.0-IIl-L^I-()Q0.0 “T0I0.2 Q0.1—=■-()-8-圖梯形圖解：由圖可知：開關(guān)1、開關(guān)2為常開，開關(guān)3為常閉，當(dāng)開關(guān)1、開關(guān)2接通、開關(guān)3為常閉狀態(tài)時，紅燈能亮，同時啟動定時器 TO,沿時3秒，3秒后如果開關(guān)3為常閉狀態(tài)，則綠燈亮。Q0.0=10.0?10.1 0.2TO=Q0.03STO=Q0.03SQ0?仁T0?I0.2四、計算題1?某工作臺采用如圖所示的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t=4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為 0.005mm（忽略齒輪和絲杠的傳動誤差）。（1） 若采用高速端測量方法，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。（2）若采用低速端測量方法，將傳感器與絲杠的端部直接相連， ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用？解：（1）設(shè)工作臺位移（測量精度） 0.005mm時，絲杠轉(zhuǎn)動的角度為X，則有360_X4mm0.005mm得：X=0.45，若對應(yīng)于電機軸的角度為Y，則Y=iX‘-2.25，安裝在電機輸出軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器共有360，故旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為 360/2.25-16（2）因為360/0.45=80>ns=500，故不合用。圖示為電樞控制式直流電動機的工作原理圖。 圖中電機線圈的電流為i;L與R為線圈的電感與電阻；電機的輸入電壓為u;折算到電機轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為 Jm；電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T和3；Ke和Kt分別為電樞的電勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。

解:u=iRLi'Ke解:u=iRLi'Ke■KTi=JMA(1)⑵在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換:U(s)=l(s)R+Lsl(s)+Ke0(s)Ktl(s)=JmS0(s)在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換:由(4)式得|(S)二JmS「(S)/Kt，帶入到(3)式，得輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)"(S)_ KtU(s)LJmS2 RJmSKeKt五、綜合題1?如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)及傳感器的誤差對輸出精度的影響。輸人蓿耳」輸人蓿耳」變換功放輸出解：齒輪減速器存在兩種誤差：傳動誤差和回程誤差。傳動誤差主要由溫度或彈性導(dǎo)致的齒輪變形產(chǎn)生；回程誤差主要是由齒輪間隙造成。 為提高齒輪傳動系統(tǒng)中傳遞運動的精度， 各級傳動比應(yīng)按“先小后大”原則分配，設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差為 .■:\、第k個齒輪到第n級輸出軸的傳動比為ikn,設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差折算到末級輸出軸上的總誤差為 厶'maxn丄max八丄k/inkk*絲杠螺母機構(gòu)傳動誤差主要由絲杠與螺母之間的間隙決定， 通常可由其間的調(diào)整、 預(yù)緊調(diào)整到最小程度，由于這個誤差是在末級上，其大小直接影響輸出精度。傳感器的誤差對輸出精度的影響是通過控制產(chǎn)生的， 由于傳感的誤差必然導(dǎo)致控制的誤差?？梢哉f，傳感器的誤差直接決定對輸出精度的影響。2?用PLC實現(xiàn)對一臺電動機的正反轉(zhuǎn)控制?？刂埔鬄椋菏紫入妱訖C正轉(zhuǎn)起動， 3秒后自動反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時停車。寫出I/O分配表；選擇PLC，畫出梯形圖。解：(1)電動機正轉(zhuǎn)起動開關(guān)I0.0，電動機正轉(zhuǎn)Q0.0,電動機反轉(zhuǎn)Q0.1，電動機停轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1。

4FINTON30—PT100msT38I0.1Q0.0T39T38H―e-J10.0T38T39I0.11410.0T38T39I0.114Q0.1JT39INTON20—PT100ms作業(yè)4一、 判斷題（正確的打"，錯誤的打X）1?自動控制技術(shù)是機電一體化相關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（V）2?計算機控制系統(tǒng)設(shè)計完成后，首先需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。（X）PLC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(hù)故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（V）4?現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（X）5?需求設(shè)計是指新產(chǎn)品開發(fā)的整個生命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細(xì)技術(shù)說明書的形式來描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過程。 （V）6.目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標(biāo)準(zhǔn)化或正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)慕涌冢倥浜辖涌诰帉懴鄳?yīng)的程序。（V）7?計算機控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件一般不需要用戶設(shè)計，系統(tǒng)軟件都要由用戶自行編寫，所以軟件設(shè)計主要是系統(tǒng)軟件設(shè)計。（ X）&反求設(shè)計是建立在概率統(tǒng)計基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費用。（X9?綠色設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。（X10?虛擬設(shè)計是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計算機輔助設(shè)計環(huán)境中進(jìn)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(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計和應(yīng)用的需要。（V）11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。（V）12.數(shù)控機床中的計算機屬于機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而電機和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動部分。（X二、 單選題1?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(jìn)電機定子勵磁繞

組，已知轉(zhuǎn)子有24個齒，步進(jìn)電機的步距角是（ C）。 a=360/（znk）=360/（24*5*2）A.0.6° B.1.2° C.1.5° D.2°步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而（B）。A.上升 B.下降C.不變 D.前三種情況都有可能采用脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)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(fù) D.其他參數(shù)含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是（ D）。P220A.零接口 B.被動接口C.主動接口 D.智能接口HRGP-1A噴漆機器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的（ C）。P249A.能源部分 B.測試傳感部分C.驅(qū)動部分 D .執(zhí)行機構(gòu)HRGP-1A噴漆機器人中的手部屬于系統(tǒng)中的（D）。A.能源部分 B.測試傳感部分C.驅(qū)動部分 D .執(zhí)行機構(gòu)通常，數(shù)控精密鏜銃床等高精度數(shù)控設(shè)備，其伺服系統(tǒng)的控制方式均采用（ B）。A.開環(huán)控制 B.閉環(huán)控制C.半閉環(huán)控制 D.混合控制&數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機屬于設(shè)備的（ C）。A.能源部分 B.測試傳感部分C.驅(qū)動部分 D.執(zhí)行機構(gòu)三、簡答題何謂概念設(shè)計？簡述概念設(shè)計的設(shè)計過程。對概念設(shè)計表述為：“在確定任務(wù)之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?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，這一部分設(shè)計工作叫做概念設(shè)計。概念設(shè)計過程的步驟及采用的方法如圖 1所示JJ分析1i綜合11評價決策1圖1概念設(shè)計步驟如何進(jìn)行機電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計？可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。通常用“概率”表示“能力”來實現(xiàn)可靠性指標(biāo)的量化。機電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計軟件的可靠性技術(shù)簡述HRGP—1A噴漆機器人的示教再現(xiàn)過程。HRGP—1A噴漆機器人由操作機、微型計算機控制裝置、液壓能源三部分組成。所謂示教，即操作人員用手操縱操作機的關(guān)節(jié)和手腕， 展示操作過程，由于計算機通過傳感器將示教過程檢測到的參數(shù)存入存儲器。 所謂再現(xiàn)，即