机电一体化复习习题集
一、选择题
1.机电一体化是机械与（）
Ａ.自动控制技术有机结合的产物Ｂ.伺服驱动技术有机结合的产物
Ｃ.电子技术有机结合的产物Ｄ.计算机信息处理技术有机结合的产物
2.开发性设计是在既没有参考样板又没有具体设计方案的情形下（）
A.对现有系统进行局部更改的设计
B.根据抽象原理按系统性能要求进行设计
C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计 C.根据抽象原理进行局部更改的设计
3.适应性设计是在总的方案原理基本保持不变的情况下（）
A.对现有系统进行局部更改的设计
B.根据抽象原理对系统性能要求进行设计
C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计
D.根据抽象原理进行局部更改的设计
4.变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下（）
A.对现有系统进行局部更改的设计
B.根据抽象设计原理对系统性能要求进行设计
C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计
D.根据抽象设计原理进行局部更改的设计
5.机电一体化与英文单词（）
A.Mechanics一致
B.Electronics一致
C.Mechatronics一致
D.Electric-Machine一致
6.柔性化是在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，（）
A.无须改变硬件只改变软件就可以
B.无须改变软件只改变硬件就可以
C.既要改变硬件又要改变软件才行
D.既不改变硬件又不改变软件
二、名词解释题
1.机电一体化
2.机电一体化技术
3.机电一体化产品
4.机电一体化生产系统
5.开放性
6.开发性设计
7.适应性设计 8.变异性设计
三、简述题
1.简答机电一体化系统实现目的功能的内部功能。
2.简述机电一体化的发展趋势。
3.简答机电一体化技术的主要特征。
4.简答机电一体化系统的目的功能。
5.机电一体化系统有哪些基本要素？
6.机电一体化生产系统由哪几个部分组成？
7.机电一体化系统设计的原则有哪些？
8.机电一体化系统的设计类型有哪些？第1章机械系统设计
一、选择题
1.滚珠丝杠副的传动效率高达0.90以上，为滑动丝杠副的（）
A．6倍Ｂ．0.5倍Ｃ．3～4倍Ｄ．10～20倍
2.滚动直线导轨副的承载能力是平面滚道形式的（）
A．23倍Ｂ．13倍Ｃ．4倍Ｄ．33倍
3.常将多轴驱动系统的惯性载荷折算成等效的单轴系统，并使折算后的单轴系统与折算前的多轴系统保持（）
A.动力性能不变
B.运动性能不变
C.静力性能不变
D.稳态性能不变
4.启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的（）
A.负载动量
B.机械能量
C.失动能
D.失动量
5.齿轮传动的总等效惯量随传动级数( )
A.增加而减小
B.增加而增加
C.减小而减小
D.变化而不变
6.在设计滚珠丝杠副时所要求的硬度HRC（）
A.越小其硬度系数就越小
B.越大其硬度系数就越小
C.越大其硬度系数就越大
D.大小与其硬度系数无关
7.滚珠丝杆螺母副结构有两类：内循环反向器式和（ ）
A.外循环插管式
B.外循环反向器式
C.内、外双循环
D.内循环插管式 8就滚珠丝杠副压杆稳定性和临界转速比较，一端固定一端自由的结构形式（ ）
A.比一端固定一端游动的低
B.比一端固定一端游动的高
C.与一端固定一端游动相等
D.为最高
9.对步进电动机进给系统中齿轮传动装置进行传动比分配的原则是（ ）
A.最大负载惯量原则
B.最小负载惯量原则
C.最大负载转矩原则
D.最小负载转矩原则 10.据齿轮系传动比最佳分配条件，简化的最佳速比分配关系为( )
A.2
2
12i i =
B. 2
212i i =
C. 2
12i i =
D. 2
1
2i i =
11.偏心轴套调整法是采用偏心轴套的旋转来改变（ ）
A.两齿轮轴向位移量以消除齿侧间隙
B.齿轮之间的中心距以消除齿侧间隙
C.两齿轮相对旋转的角位移消除间隙
D.两薄片齿轮之间垫片厚度以消除间隙 12.滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，其动摩擦力与静摩擦力之差（ ）
A.极大
B.极小
C.为零
D.为无穷大 13.在开环步进电机-丝杠系统中，传动比大小与系统步进电机的（ ）
A.转动角有关
B.步距角有关
C.失调角有关
D.控制角有关 14.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和（ ）
A.内循环插管式
B.外循环反向器式
C.内、外双循环
D.内循环反向器式 15.齿轮传动机构采取消隙措施，可以消除齿侧间隙及其造成的（ ） Ａ.换向误差 Ｂ.换向死区 Ｃ.换向冲击 Ｄ.换向阻力 16.滚珠丝杠副可以将直线运动变为（ ）
A.旋转运动
B.直线运动
C.螺旋运动
D.正弦运动 17.工作机械的负载特性是工作机械在运行过程中（ ）
A.运行阻力与转速的关系
B.运动质量与转速的关系
C.功率与转速的关系
D.运动惯性与转速的关系
18.负载转动惯量由执行部件以及上面装的夹具、工件或刀具、滚珠丝杠、联轴器等直线和旋转运动部件的质量或惯量折合到（）
A.齿轮轴上的惯量组成
B.输出轴上的惯量组成
C.电动机轴上的惯量组成
D.丝杠轴上的惯量组成
19.齿轮传动的总等效惯量随传动级数( )
A.增加而减小
B.增加而增加
C.减小而减小
D.变化而不变
20.滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截面形状有（）
A.单圆弧型面和抛物线型面
B.双圆弧型面和椭圆弧型面
C.抛物线型面和椭圆弧型面
D.单圆弧型面和双圆弧型面
21.导轨截面为矩形截面的滚动导轨承载时其受力（）
A.上下方向相等但左右不等
B.上下左右各方向大小相等
C.上下方向不相等但左右相等
D.上下左右各方向大小均不相等
22.启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的（）
A.定位误差
B.系统误差
C.静态误差
D.死区误差
23.在设计滚珠丝杠副时工作（）
A.越平稳所选载荷系数越大
B.条件越恶劣所选载荷系数越小
C.条件越恶劣所选载荷系数越大
D.条件情况与载荷系数的选取无关
24.滚珠丝杠副为单圆弧型面螺纹滚道时，其接触角随轴向负荷（）
A.增大而减小
B.增大而增大
C.减小而增大
D.减小而减小
25.在开环步进电机-丝杠系统中，齿轮副传动装置的传动比大小与系统（）
A.丝杠长度有关
B.导轨长度有关
C.丝杠导程有关
D.导轨刚度有关
26.在设计滚动导轨副时滑座的（）
A.运动速度越小所选载荷系数越大
B.运动速度越大所选载荷系数越大
C.运动无冲击时所选载荷系数越大
D.运动情况与载荷系数的选取无关
27.滚珠丝杠副为双圆弧型面螺纹滚道时，其接触角（）
A.随轴向负荷变化而变化
B.随径向负荷变化而变化
C.不随轴向负荷而变化
D.不随径向负荷变化而变化
28.摩擦力引起的死区误差实质上是在驱动力的作用下，传动机构为克服静摩擦力而产生的（）
A.弹性变形
B.局部变形
C.屈服变形
D.塑性变形
29.在开环步进电机-丝杠系统中，齿轮副传动装置的传动比大小与系统（）
A.丝杠长度有关
B.导轨长度有关
C.丝杠导程有关
D.导轨刚度有关
30.摩擦力引起的死区误差实质上是在驱动力的作用下，传动机构为克服（）
A.动摩擦力而产生的弹性变形
B.静摩擦力而产生的弹性变形
C.惯性力而产生的弹性变形
D.负载力而产生的弹性变形
31.在设计滚动导轨副时其滑座的（）
A.运动速度越小所选载荷系数越大
B.运动速度越大所选载荷系数越小
C.运动情况与载荷系数的选取无关
D.运动速度越大所选载荷系数越大
32.计算齿轮传动系统时非随机载荷的采用（）
A.方和根综合法
B.回归分析综合法
C.峰值综合法
D.正交实验法
33.机电一体化系统中的齿轮传动可以实现（）
A.刚度匹配
B.阻尼比匹配
C.频带宽度匹配
D.脉冲当量匹配
34.齿轮传动系统的最佳总传动比是（）的传动比
A.负载加速度最小或负载等效转矩最大
B.负载加速度最大或负载等效转矩最小
C.负载加速度最大或负载等效转矩最大
D.负载加速度最小或负载等效转矩最小
34.为了提高齿轮传动系统度精度，并使机构紧凑，各级传动比（）
A.应按“前大后小”次序分配
B. 应按“前小后大”次序分配
C. 必须相等
D.应与伺服系统匹配 二、名词解释题
1.失动量
2.等效负载转矩
3.死区误差
4.丝杠副的轴向间隙
5.载荷的类比法
6.载荷的计算法
7.等效负载转动惯量 8.滚珠丝杆螺母副的传动刚度 9.峰值综合负载 10.方和根综合负载 11.最佳总传动比 12.压电晶体的逆压电效应 三、简述题
1.简述机电一体化传动机构对系统性能的影响。
2.简述缩短传动链，提高传动与支承刚度的方法。
3.简述机电一体化传动机构转动惯量对系统性能的影响。
4.在设计中具体采取什么措施确保机械系统的传动精度和工作稳定性？
5.齿轮传动副的消隙方法有哪些？
6.简述机电一体化传动机构刚度对系统性能的影响。
7.转动惯量对传动系统有哪些影响？
8.为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？ 四、综合应用题
1.丝杠螺母驱动系统如题1图所示，已知工作台的质量m=200Kg ，丝杠螺距Ph=5mm,丝杠长度L=0.8m ，中径为d=30mm ，材料密度为33/g 108.7m K ?=ρ，齿轮齿数分别为z1＝20，z2＝45，模数m ＝2mm ，齿宽b ＝20mm 。试求折算到电机轴上的总等效惯量e J 。
题1图
2.已知平均载荷F m ＝3600N ，丝杠工作长度L ＝1.25m ，平均转速n m ＝120r/min ，每天开机6h ，每年250个工作日计，要求工作10年以上。丝杠材料为CrWMn 钢，滚道硬度为58～62HRC ，丝杠传动精度要求为±0.03mm。假设丝杠为D 级精度，各计算系数如题2表所示，试计算数控机床工作台用滚珠丝杠副的额定动载荷。
题2表 滚珠丝杠副的计算载荷系数表
3.数控机床伺服进给系统如题3图所示，已知系统脉冲当量δ＝0.005mm ，步进电动机的步距角ο
15=θ，滚动丝杠导程h P ＝6mm 。试求系统中伺服电动机的每转脉冲数以及对减速齿轮装置按最小负载惯量原则进行传动比分配。
题1－7图
电动机
2
4
3
m A
丝杠
水平
水平
题3图 数控车床纵向进给传动链简图
设所选用的滚珠丝杠的工作长度L ＝1.25m ；丝杠小径 d 1＝45.63mm ，取弹性模量E ＝2.06×105 MPa ，滚珠丝杠的轴向工作载荷为3600=F N ，根据题4表的参数对该滚珠丝杠副作稳定性验算。
题4表 滚珠丝杠副的稳定性系数表
支承方式 有关系数
一端固定一端自由（F-O ）
一端固定一端游动（F-S ） 两端固定（F-F ）
[S ] 3～4 2.5～3.3 — μ
2 2/
3 — c f
1.875
3.927
4.730
5.有一开环控制数控车床的伺服进给传动链如题5图所示，步进电动机的步距角
ο5.1=θ，滚动丝杠导程h P ＝6mm ，系统脉冲当量δ＝0.005mm 。试求：
1）系统的减速传动比；2）按最小负载惯量原则来分配各级齿轮副的传动比。
题5图 数控车床纵向进给传动链简图
6.开环控制数控车床的伺服进给系统的工作台及刀架质量m ＝300kg ，导轨摩擦系
数2.0=f ，丝杠螺母机构的最小综合拉压刚度m N K ??=8
min 01024.1，最大综合拉压刚度 m N K ??=8
max 01006.2 。要求：系统脉冲当量0.005mm ，定位精度
±0.01mm 。试校验：
（1）系统的死区误差；（2）系统刚度变化引起的定位误差。
7.数控伺服进给系统丝杠螺母机构的最小综合拉压刚度为m N ??8
1024.1，最大综合拉压刚度为m N ??8
1006.2 ，其工作台及刀架质量为300kg 。设导轨摩擦系数为0.2，若要求系统脉冲当量0.005mm ，定位精度±0.01mm ，试验算：（1）系统能否满足单脉冲进给要求；（2）系统刚度能否满足定位精度要求。
8.开环控制数控伺服进给系统的工作台及刀架质量m ＝300kg ，丝杠螺母机构的最
小拉压刚度m N K ??=8min 01024.1，最大拉压刚度m N K ??=8max 01006.2, 丝
杠最低扭转刚度rad m N K T /109.14
min ??=,丝杠质量kg m s 6.27=，折算到丝
杠轴上系统的总当量转动惯量为2
0583.0m kg J sd ?=。试计算系统固有频率。
第2章 检测系统设计
一、选择题
1.数字式传感器检测系统的传感器输出信号为（ ）
A.模拟信号
B.电流信号
C.电压信号
D.增量码信号 2.频率调制是让一个高频载波信号的频率随（ ） A.调制信号而变化的过程 B.调幅信号而变化的过程 C.载波信号而变化的过程 D.调频信号而变化的过程 3.滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（ ） A. K 2所对应的频率 B. 2
K
所对应的频率
C. 2
K
所对应的频率 D. K 2所对应的频率
4.光栅栅距为０.０２mm ，则经过四细分后，每个计数脉冲代表的位移量为（ ） Ａ.０.０５mm Ｂ.０.００５mm Ｃ.０.５mm Ｄ.５mm
5.当传感器的输出信号是电参量形式时，需要采用基本转换电路将其转换成（ ）
A.电压量后再送入后续检测电路
B.电容量后再送入后续检测电路
C.电感量后再送入后续检测电路
D.电阻量后再送入后续检测电路 6.小信号双线变送器是将现场微弱信号转化为4～20mA 的标准电流输出，然后通过一对双绞线传送信号以（ ）
A.实现强电信号与弱电信号的隔离
B.实现信号和电源的一起传送
C.实现信号的幅度线性调制与解调
D.实现信号的脉宽调制与解调 7.调频波的解调可以先将调频波变换成（ ）
A.调幅波后进行幅值检波
B.调频波后进行幅值检波
C.调频调幅波后进行幅值检波
D.调相调幅波后进行幅值检波 8.旋转变压器转子相对定子的位置通过测量出转子绕组中的感应电动势（ ） A.相位来确定 B.频率来确定 C.幅值来确定 D.脉宽来确定
9.当传感器的输出信号是电参数形式时，需要采用基本转换电路将其转换成（ ）
A.电阻形式
B. 电容形式
C.脉冲形式
D.电量形式 10.线性调幅就是让载波的（ ）
A.幅值随调制信号按线性规律变化
B.频率随调制信号按线性规律变化
C.相位随调制信号按线性规律变化
D.阻尼比随调制信号按线性规律变化 11.绝对值检测电路的特点是将交变的（ ）
A.连续信号变换为离散信号
B.直流信号变换为交流信号
C.双极性信号变换为单极性信号
D.模拟信号变换为数字信号 12.旋转变压器的鉴相工作方式是根据旋转变压器转子绕组中感应电动势（ ）
A.频率来确定被测位移大小的方式
B.相位来确定被测位移大小的方式
C.幅值来确定被测位移大小的方式
D.脉宽来确定被测位移大小的方式 13.将传感器输出信号的电参数形式的信号转换成电量形式信号需要采用（ ） A.闭环控制电路 B.反馈控制电路 C.基本转换电路 D.功率放大电路 14.隔离放大器的信息传递可以通过（ ）
A.电阻直通实现
B.电桥整流实现
C.放大电路实现
D.磁路实现 15.滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（ ）
A.K 2所对应的频率
B.2
K 所对应的频率
C.2
K
所对应的频率 D.K 2所对应的频率
16.旋转变压器的鉴幅式工作方式是通过检测转子绕组中感应电动势的（ ） A.相位来确定被测位移大小的方式 B.频率来确定被测位移大小的方式 C.幅值来确定被测位移大小的方式 D.脉宽来确定被测位移大小的方式 17. n 细分是指使传感器的输出变化（ ）
A.1/(n+1) 周期时计一个数
B.1/n 周期时计一个数
C.n 周期时计一个数
D.n ＋1周期时计一个数 18.共模抑制比就是（ ）
A.共模增益与差模增益之比
B.闭环增益与开环增益之比
C.开环增益与闭环增益之比
D.差模增益与共模增益之比 19.解调就是从已调制波中恢复（ ）
A.调制信号过程
B.调幅信号过程
C.载波信号过程
D.调频信号过程 20.电压跟随器的输出电压( )
A.大于输入电压
B.大于等于输入电压
C.等于输入电压
D.小于输入电压 21.模拟式传感器检测系统的传感器输出信号为（ ）
A.数字信号
B.模拟信号
C.离散信号
D.脉冲信号
22.调幅就是用调制信号去控制高频（）
A.输入信号的幅度
B.输出信号的幅度
C.载波信号的幅度 B.干扰信号的幅度
23.电压比较器是以（）
A.数字量为输入，模拟量为输出的电路
B.模拟量为输入，数字量为输出的电路
C.电压量为输入，电流量为输出的电路
D.电流量为输入，电压量为输出的电路
24.旋转变压器在结构上其定子和转子之间空气间隙内磁通为（）
A.正弦分布规律
B.尖脉冲分布规律
C.矩形波分布规律
D.直线分布规律
25.调制就是使缓变信号驾驭在（）
A.调制信号上以便于放大和传输
B.调幅信号上以便于放大和传输
C.载波信号上以便于放大和传输
D.调频信号上以便于放大和传输
26.滤波器的带宽是指滤波器两（）
A.固有频率之间的频率范围
B.截止频率之间的频率范围
C.谐振频率之间的频率范围
D.穿越频率之间的频率范围
27.若光栅栅距为０.０２mm，则经过四细分后，每个计数脉冲代表的位移量为（）
Ａ.０.０５mm Ｂ.０.００５mm Ｃ.０.５mm Ｄ.５mm
28.光栅信号的四细分电路中的整形电路是将正弦波转换成（）
A.频率相同的脉冲
B.频率相同的矩形波
C.相位相同的脉冲
D.相位相同的矩形波
29.测量放大器的目的是检测并放大叠加在（）
A.高共模电压上的微弱信号
B.差模电压上的微弱信号
C.输入电压上的微弱信号
D.耦合电压上的微弱信号
30. 直流测速发电机输出的是与转速( )
A.成正比的交流电压
B.成反比的交流电压
C.成正比的直流电压
D.成反比的直流电压
31.是低通滤波器的为（）
A B
C D
32.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是（）
A.100mm
B.20mm
C.10mm
D.0.1mm
二、名词解释题
1.包络检波
2.旋转变压器的鉴相工作方式
3.滤波器的截止频率
4.小信号双线变送器
5.莫尔条文
6.增量式编码器
7.调频与解调 8.低通滤波器
三、简述题
1.试按滤波器的选频作用对滤波器进行分类。
2.信号的调制与解调有哪些类型。
3.试用旋转变压器的数学表达式说明其鉴相工作方式。
4.简答莫尔条纹的特点。
5.简述对测量放大电路的性能要求。
6.试用旋转变压器的数学表达式说明其鉴幅工作方式。
7.简述调制与解调的一般应用场合。
8.隔离放大器的应用场合主要有哪些？
四、综合应用题
1.试分析题36图(a)所示二极管解调器在输入电压如题1图(b)所示波形时的工作原理，并画出输出电压波形图。
(a) (b)
题1图
2.一阶有源低通滤波器电路原理如图所示，试求：
（1）滤波器的输入与输出之间的传递函数关系；（2）通频带增益和截止频率。
题2图
3.已知某一线性电位器的测量位移原理如题3图所示。若电位器总电阻R=2kΩ，电刷位移为x时的相应电阻R x=1kΩ，电位器的工作电压V i=12V,负载电阻为R L。
(1)已测得输出电压V o=5.8V，求负载电阻R L。(2)试计算此时的测量误差。
题3图
4.一阶有源低通滤波器电路原理如图所示，试求：
（1）滤波器的输入与输出之间的传递函数关系；（2）通频带增益及截止频率。
5.已知低通滤波电路如题5图所示，电阻R＝500Ω、电容C=0.05μF，试计算滤波器的上截止频率。
题5图
6.试分析题6图a所示电路，由交流信号（如图b所示）还原成直流信号的解调原理，并画出输出电压波形图。
（a）（b）
题6图
7.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如题7图所示，已知工作台的行程L=250mm,丝杠导程Ph=4mm,齿轮减速比为i=5,要求工作台位移的测量精度为0.005mm，采用高速端测量方法，试确定旋转编码器的每转脉冲数。（忽略齿轮和丝
杠的传动误差）
题7图
8.试分析题8图a所示相敏检波电路的工作原理，并画出输出电压波形图。己知输入信号及控制信号见题8图b所示。
（a）（b）
题8图
9.采样保持电路如题9图所示，试分析其工作原理。
题9图
10.如图所示电路为何种电路？当输入信号us 与Uc 的波形如图所示时，画出uo 在加电容C 前后的波形。（8分）
11.如图所示电路为何种放大电路？写出输出电压uo 与输入电压ui1、ui2之间的
关系式，并说明该电路的主要特点。（10分）
12．电路如图所示，试画出其电压传输特性曲线，要求标出有关数值。设A 为理想运算放大器。
C 10k Ω u o
10k Ω 10k Ω
10k Ω 5k Ω
U c
∞ - + + N
∞ - + + N
10k Ω V 1
V 2
u A +
u s -
c
u i1
u i2
u o1 u o2 100k Ω 10k Ω
100k Ω
20k Ω
20k Ω
100k Ω
u
100k Ω ∞ +
- +
N 1
I R ∞
-
+ + N 2
∞ -
+ +
N 3
O
U REF u I
Z V
13．在如图所示电路中，已知A 为理想运算放大器，其输出电压的最大值为±12.7V ；二极管VD
的正向导通电压U D ＝0.7V 。试画出该电路的电压传输特性图。
u O
u U REF
第3章 控制系统设计
一、选择题
1.二阶系统瞬态响应稳定收敛的条件必须是阻尼比（ ） A.小于零 B.等于零 C.大于零 D.小于等于零
2.采样信号将在高频部分重现连续信号的频谱，但其幅值为（ ） A.连续信号频谱的1/T 倍 B.数字信号频谱的1/T 倍 C.调制信号频谱的1/T 倍 D.解调信号频谱的1/T 倍
3.s 平面的右半部分在z 平面上的映射为（ ）
A.单位圆内的区域
B.单位圆外的区域
C.半径为1的单位圆
D.整个z 平面 4.最少拍控制系统是在最少的几个采样周期内达到在（ ）
A.采样时刻前输入输出无差的系统
B.采样时刻后输入输出无差的系统
C.采样时刻间输入输出无差的系统
D.采样时刻输入输出无差的系统
5.采样信号是把时间上连续的信号变成时间上离散的（）
A.连续信号的过程
B.数字信号的过程
C.调制信号的过程
D.解调信号的过程
6.控制系统极点在z平面单位圆内时，对应的暂态响应是（）
A.衰减或振荡衰减的
B.发散或振荡发散的
C.不变或等幅振荡的
D.衰减或等幅振荡的
7.带死区的PID控制系统的误差死区宽度为E0，当｜e（n）｜≤ E0时取e（n）＝0，则控制器（）
A.输出量为零
B.输出量为无穷大
C.输入量为零
D.输入量为无穷大
8.为保证闭环数字控制系统的稳定性，（）
A.1－Φ（z）的零点必须包含有G（z）的不稳定极点
B.1－Φ（z）的极点必须包含有G（z）的不稳定极点
C.Φ（z）的零点必须包含有G（z）的不稳定极点
D.Φ（z）的极点必须包含有G（z）的不稳定极点
9.采样信号频谱只是在高频部分重现原连续信号频谱，且相邻两个频谱之间不重叠的条件是（）
A.ωs＜2ωmax
B.ωs＜ωmax
C.ωs≥ωmax
D.ωs≥2ωmax
10.脉冲传递函数是输出采样信号的（）
A.z变换与输出采样信号的z变换之比
B.z变换与输入采样信号的z变换之比
C.拉氏变换与输出采样信号的拉氏变换之比
D.拉氏变换与输入采样信号的拉氏变换之比
11.最少拍数字控制系统满足对系统稳态误差要求就是在典型输入信号作用下，系统的稳态误差（）
A.e（n）＝∞
B.e（n）＝0
C.e（n）＝e（kT）
D.e（n）＝常数
12.为保证闭环数字控制系统的稳定性，（）
A.1－Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点
B.1－Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点
C.Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点
D.Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点
13.采样信号频谱相邻的两个频谱之间将产生重叠引起畸变是因为（）
A.ωs＜2ωmax
B.ωs＜ωmax
C.ωs≥ωmax
D.ωs≥2ωmax
14.采用z反变换可将z变换函数反求出原来的（）
A.连续函数
B.采样函数
C.传递函数
D.复变函数
15 .s平面的虚轴在z平面上的映射为（）
A.单位圆内区域
B.单位圆外区域
C.单位圆周线
D.整个z平面
16.积分分离式PID控制系统最大允许偏差值为E0，当｜e（n）｜≤ E0时采用（）
A.PI控制器控制系统
B.PD控制器控制系统
C.PID控制器控制系统
D.P控制器控制系统
17.采样信号变成连续信号必须经过（）
A.解调器和保持器后才能完成
B.调制器和保持器后才能完成
C.A/D转换器和保持器后才能完成
D.D/A转换器和保持器后才能完成
18.s平面的左半部分在z平面上的映射为（）
A.单位圆内区域
B.单位圆外区域
C.半径为1的单位圆
D.整个z平面
19.积分分离式PID控制系统最大允许偏差值为E0，当｜e（n）｜＞ E0时采用（）
A.PI控制器控制系统
B.PD控制器控制系统
C.PID控制器控制系统
D.P控制器控制系统
20.最少拍数字控制系统满足最快速达到稳态要求就是系统（）
A.Φ（z）趋近于零的拍数为最少
B.G（z）趋近于零的拍数为最少
C.E（z）趋近于零的拍数为最少
D.1－Φ（z）趋近于零的拍数为最少
21.过渡过程结束后控制系统的输出量只与（）
机电一体化复习重点
机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 机电一体化技术是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与测试技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等现代高新技术群体之上的一种高新技术。 机电一体化的目的是使产品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又能省材料、省能源，并使产品向轻、薄、细、小、巧的方向发展，以不断满足人们的多样化要求和生产的省力化、自动化需求。 机电一体化产品举例:机械制造及数控设、自动生产线、办公自动化设备汽车、机器人、医疗仪器及设备、家用电器、航空航天设备等电子打字机、复印机、传真机机电一体化产品一般都具有五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能，控制功能和构造功能。 机电一体化的基本结构要素：(1)机械本体(2)动力源(3)检测与传感装置(4)控制与信息处理装置(5)执行机构。 机电一体化产品的可分为以下三种（1）功能附加型（2）功能替代型（3）机电融合型 机电一体化设计的关键技术（1）机械技术（2）计算机与信息处理技术（3）检测与传感器技术（4）自动控制技术（5）伺服驱动技术（6）系统总体技术。 检测系统的功用：对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测,将其变成系统可识别的电信号,传递给信息处理单元。 检测系统的组成：传感器及相应的信号检测与处理电路构成机电一体化产品的检测系统。检测系统的基本要求特性：⑴灵敏度及分辨率。系统的绝对灵敏度S=Δy/Δx。⑵精确度。表示检测系统所获得的检测结果与被测量真值的一致程度。⑶系统的频率响应特性——要求快速响应（4）稳定性——避免或减小漂移5）线性特性——用非线性度来表示⑹静、动态特性好 在设计检测系统时应如何选择灵敏度、精确度等指标? 答：（1）分辨率是指系统能检测到的被检测量的最小变化，一般情况下，系统灵敏度越高，其分辨率就越强，而分辨率高也意味着系统具有高的灵敏度。（2精确度。表示检测系统所获得的检测结果与被测量真值的一致程度。注意：①在设计检测系统时，应尽可能保持各环节具有相同或相近的精确度。②若不能保持各环节具有相同的精确度，应该按前面环节精度高于后面环节的原则布置系统③选择一个检测系统的精确度，应从检测系统的最终目的和经济情况两方面综合考虑。 检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。 检测系统设计的步骤1设计任务分析2系统方案选择3系统构成框图设计4环节设计与制造5总装调试及实验分析6系统运行及考核 2、典型模拟信号检测系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？对信号调制的作用是什么？ 传感器：相当于人的感官，直接感受被检测量。 基本检测电路：（C、R、L）（U、Q、I） 放大器：传感器的微弱信号进行适当放大。 转换电路：将放大后的电信号进行适当的预处理，并将其转换为信息系统可以接受的数字信号。A/D。 解调器：用于将已调制信号恢复成原有形式 接口电路：接口电路负责检测系统与信息处理系统的连接，一方面接受信息处理系统的控制，另一方面将检测系统的信号传给信息处理系统。
机电一体化期末总复习试题含答案
填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械技术和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、能源系统、传感信息系统、执行控制系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为外循环和内循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推——单推式、双推——双推式、双推——简支式、双推——自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩工作阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式（变磁阻式）步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。
机电一体化复习题(附答案)
机电一体化复习题(附答案)
机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 SPWM 6单片机 7 I/O接口 8 I/O通道 9 串行通信 10直接存储器存取（DMA） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。 （×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件I/O方式常用于中断控制中。（×）7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√）
（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√）（4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ）决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 1. 机电一体化的定义。 机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现系统整体的最佳化。 2. 简述机电一体化系统的组成及各组成部分的功能。 机电一体化系统的组成：A机械本体、B动力单元、C传感检测单元、 D执行单元、E驱动单元、F控制及信息处理单元这六部分组成。 各成分的功能如下： 1、机械本体：使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置（装配连接）在一定位置上，并保持特定的关系。 2、动力单元：按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。 3、传感检测单元：对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。 4、执行单元：根据控制信息和指令在驱动单元的驱动下完成所要求的动作。 5、驱动单元：在控制信息作用下，在动力单元的支持下，驱动各种执行机构（执行单元）完成各种动作和功能。 6、控制及信息处理单元：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往驱动单元和执行机构，控制整个系统有目的地运行。 3. 机电一体化系统有哪些设计方法？分别举例。 机电一体化系统有以下三种设计方法： A.取代法，如用电气调速系统取代机械式变速机构等； B.整体设计法，如某些激光打印机的激光扫描镜； C.组合法，如设计数控机床时使各个单元有机组合融为一体。 4. 转动惯量、刚度、阻尼的折算公式。 另附资料。 5. 传动链精度对开环伺服系统、闭环伺服系统精度的影响。 开环伺服系统中，传动链的传动精度不仅取决于组成系统的单个传动件的精度，还取决于传动链的系统精度。 闭环伺服系统中的传动链，虽然对单个传动件的精度要求可以降低，但对系统精度仍有相当高的要求，以免在控制时因误差随机性太大不能补偿。 6. 举例说明缩短传动链的三种方式。 A. 伺服电动机； B.直线电机； C.电主轴。 7. 简述传动系统的转动惯量、摩擦、阻尼比、刚度、谐振频率、间隙对机电一体化系统性能的影响。 1、转动惯量：在满足系统刚度的条件下，机械部分的质量和转动惯量越小越好。转动惯量大会使机械负载增大，系统响应速度变慢，灵敏度降低，固有频率下降，容易产生谐振。同时，转动惯量增大会使电器驱动部分的谐振频率降低而阻尼比增大。 2、摩擦：引起动态滞后和稳态误差，同时还会造成低速爬行。 3、阻尼比：实际应用中一般取0.4--0.8的欠阻尼，既能保证振荡在一定的范围内过渡过程比较平稳、过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。 4、刚度：对于伺服系统的失动量来说，系统刚度越大，失动量越小，对于伺 ------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分. 收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A. 机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日 目录 第一节绪论 (3) 1.1课程设计目的意义 (3) 1.2课程设计任务描述 (3) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (3) 第二节总体方案设计 (4) 2.1主轴驱动系统设计方案 (4) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (4) 2.3电气系统设计方案 (4) 第三节传动系统设计 (5) 3.1主轴传动系统的设计 (5) 3.1.1主轴电机选择 (5) 3.1.2变频器的选择 (5) 3.1.3主轴传动系统设计 (5) 3.2伺服驱动系统设计 (6) 3.2.1伺服传动机构设计 (6) 3.2.2伺服电机选择 (6) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (6) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (8) 3.3设计验算校核 (8) 3.3.1惯量匹配验算 (8) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (9) 3.3.3系统的刚度计算 (9) 3.3.4固有频率计算 (10) 3.3.5死区误差计算 (11) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (11) 第四节电气系统设计 (12) 第五节总结 (15) 参考文献 (15) 附：6张系统框图和元器件图 第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc 公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min （4）系统分辨率：0.0005mm,重复精度0.02mm。 一、选择题（每小题2分，共20分，多选漏选均不得分） 1．一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：（ ABCD ） A、机械本体 B、动力与驱动部分 C、执行机构 D、控制及信息处理部分 2．齿轮传动的总等效惯量与传动级数（ C ） A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 3. 某伺服电动机最高转速为1200r/min，通过丝杠螺母传动带动机床进给运动，丝杠螺距为6mm，最大进给速率可达（ C ） A. 72m/min B. 7.2m/min C. 5m/min D. 3.6m/min 4．计算步进电动机转速的公式为（B） A. 360o r mz c B. 60 r f mz c C. 180 cos o sm T mc D. 360 180 o o mc 5. 通过计算机网络，将计算机辅助设计、计算机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大系统称为（ B ） A. 顺序控制系统 B. 计算机集成制造系统 C. 柔性制造系统 D. 伺服系统 6.滚珠丝杠副的基本导程指丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的（ B ） A．径向位移Ｂ．轴向位移Ｃ．螺旋线长度Ｄ．坐标值 7. 步进电机一般用于( A )控制系统中。 A. 开环 B. 闭环 C. 半闭环 D. 前馈 8．某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距角为1.5o，应采用的通电方式为（ C ） A. 单拍制 B. 双拍制 C. 单双拍制 D. 细分电路 9.为了提高滚珠丝杠副的旋转精度，滚珠丝杠副在使用之前应该进行（ B ）A．调整径向间隙Ｂ．预紧Ｃ．预加载荷Ｄ．表面清洗 10. 下列属于变磁阻电动机的是（ C ） A. 直流电动机 B. 交流感应电动机 C．步进电动机D. 永磁同步电动机 机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个子系统组成。 全闭环系统、半闭环系统。 机电一体化的基本特征是给机械添加了“头脑”。 机电一体化系统必须具有一下三个“目的功能”：1、变换功能；2、传递功能；3、储存功能。 机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、融合（结合）法和组合法。 机电一体化系统的设计类型大致有以下三种：1、开发性设计；2、适应性设计；3、变异性设计。P13 并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行系统设计，就是说，在设计过程中对系统生命周期内的各个阶段的要求要尽可能地同时进行交互式的协调。 丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或直线运动变换为旋转运动。 丝杠螺母机构的基本传动形式有：1、螺母固定、丝杠转动并移动（获得较高的传动精度）；2、丝杠转动、螺母移动（结构紧凑、丝杠刚性较好，适用于行程较大的场合。常用！！！）； 3、螺母转动、丝杠移动； 4、丝杠固定、螺母转动并移动。 滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧形和双圆弧形。滚道型面与滚珠接触点的法线与丝杠轴向的垂线间的夹角α称接触角，一般为45°。P26 滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。外循环从结构上看有三种形式：1、螺旋槽式； 2、插管式； 3、端盖式。 基本导程Ph 。 滚珠丝杠副在有负载时，滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形。换向时，其轴向间隙会引起空回。这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的稳定性。 调整预紧的方法：1、双螺母螺纹预紧调整式；2、双螺母齿差预紧调整式；3、双螺母垫片预紧调整式；4、弹簧式自动调整预紧式；5、单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。 常用轴承的组合方式：1、单推—单推式；2、双推—双推式；3、双推—简支式；4、双推—自由式（轴向刚度和承载能力低）。 当选定执行元件步距角α、系统脉冲当量δ和丝杠基本导程Ph 之后，其减速比i 应满足匹配关系为(360)h P i αδ= 。 各级传动比的最佳分配原则：1、重量最轻原则；2、输出轴转矩角误差最小原则；3、等效转动惯量最小原则。 谐波齿轮传动的传动比：P41 圆柱齿轮传动的齿侧间隙的调整方法：1、偏心套（轴）调整法；2、轴向垫片调整法； 3、双片薄齿轮错齿调整法。 间歇传动机构：1、棘轮传动机构；2、槽轮传动机构；3、蜗形凸轮传动机构。 机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等。 导向精度是指动导轨按给定方向作直线运动的准确精度。 导轨副的截面形状：1、三角形导轨（磨损后能自动补偿）；2、矩形导轨；3、燕尾形导轨；4、圆形导轨。 机电一体化课程设计报 告 机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日 目录 第一节绪论 (4) 1.1课程设计目的意义 (4) 1.2课程设计任务描述 (4) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (4) 第二节总体方案设计 (5) 2.1主轴驱动系统设计方案 (5) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (5) 2.3电气系统设计方案 (5) 第三节传动系统设计 (6) 3.1主轴传动系统的设计 (6) 3.1.1主轴电机选择 (6) 3.1.2变频器的选择 (6) 3.1.3主轴传动系统设计 (6) 3.2伺服驱动系统设计 (7) 3.2.1伺服传动机构设计 (7) 3.2.2伺服电机选择 (7) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (8) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (9) 3.3设计验算校核 (9) 3.3.1惯量匹配验算 (9) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (10) 3.3.3系统的刚度计算 (11) 3.3.4固有频率计算 (11) 3.3.5死区误差计算 (12) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (12) 第四节电气系统设计 (13) 后附6张系统框图和元器件图。 (15) 第五节心得体会 (16) 参考文献 (17) 第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min 目录 机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 6单片机 7 接口 8 通道 9 串行通信 10直接存储器存取（） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中通道就是接口。（×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件方式常用于中断控制中。（×） 7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√）（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√） （4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ）决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 A.插补 B.切割 C.画 线 D.自动 四、填空题 1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。 2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道模拟量输出通道、数字量输入通道数字量输出通道四种通道。 3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。 4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其它等四大类型。 5. 在变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波 6.异步交流电动机变频调速： a)基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩 调速方式。 b)基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率 调速方式。 7. 开环步进电动机控制系统，主要由. 环形分配器功率驱动器步进电机等组成。 机电一体化复习知识总结（ML制作） 第一章绪论 1 Mechatronics机电一体化，由机械学与电子学组合而成。 2 机电一体化含有两方面内容，首先是机电一体化技术，其次是机电一体化产品。 3 机电一体化的目的是提高系统的附加值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料 省能源。 4 机电一体化系统需解决的共性关键技术有检测传感技术、信息处理技术、伺服驱 动技术、自动控制技术、机密机械技术及系统总体技术。 5 机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力 源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。 6 构成机电一体化系统的要素或子系统之间必须能顺利的进行物质、能量与信息的交 换和传递。 7 机电一体化系统设计类型有开发性设计、适应性设计与变异性设计。 8 确定机电一体化系统目的功能与规格后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术 进行设计、制造的整个过程为“机电一体化工程”。 9 机电一体化系统设计的现代设计方法，计算机辅助设计与并行工程、虚拟产品设 计、快速响应设计、绿色设计、反求设计、网络合作设计。 第二章机械系统部件的选择与设计 1 机械系统部件的设计要求低摩擦、短传动链、最佳传动比、反向死去误差少、高刚性。 2 机械传动部件实质上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。 3 机电一体化发展要求传动机构不断适应精密化，高速化，小型、轻量化要求。 4 滚珠丝杠四种基本类型（1）螺母固定、丝杠转动并移动，（2）丝杠转动、螺母移动，（3）螺母移动、丝杠移动，（4）丝杠固定、螺母移动并转动。 5 滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种，内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触。 6 滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧（1）双螺母螺纹预紧调整式，（2）双螺母齿差预紧调整式，（3）双螺母垫片调整预紧式，（4）弹簧式自动调整预紧式，（5）单螺母变位导程预紧式，（6）单螺母滚珠过盈预紧式。 7 四级齿轮传动系统总转角误差 =++++ 已知：四级齿轮传动系统，各齿轮转角误差为==…==0.005 rad,各级减速比相同，即==…==1.5。求： （1）该系统最大转角误差；（带入上式即可） （2）为缩小，应采用何种措施。 ①在设计中最末两级的传动比应取大一些 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、测量 2、灵敏度 3、压电效应 4、动态误差 5、传感器 二、填空题(每小题2分,共20分) 1、滚珠丝杆中滚珠的循环方式: _内旋换与外循环 2、机电一体化系统,设计指标与评价标准应包括___ _______, __________, __________ , __________。 3、顺序控制系统就是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统, 顺序控制器通常用________。 4、某光栅的条纹密度就是50条/mm,光栅条纹间的夹角θ=0、001孤度, 则莫尔条纹的宽度就是_______________________。 5、连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动,必须同时控制 每一个轴的______________________,使它们同步协调到达目标点。 6、某4极交流感应电机,电源频率为50Hz,转速为1470r/min,则转差率为_____________。 7、齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8、累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9、复合控制器必定具有__________________________________。 10、钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题(每小题2分,共10分) 1、一般说来,如果增大幅值穿越频率ωc的数值,则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A、产大 B、减小 C、不变 D、不定 2、加速度传感器的基本力学模型就是( ) A、阻尼—质量系统 B、弹簧—质量系统 C、弹簧—阻尼系统 D、弹簧系统 3、齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A、有关 B、无关 C、在一定级数内有关 D、在一定级数内无关 4、顺序控制系统就是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统,顺序控制器通常用( ) A、单片机 B、2051 C、PLC D、DSP 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节与检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题(每小题2分,共10分) 1、伺服控制系统的比较环节就是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较,以获得输出与输入间的偏差信号。( ) 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力,并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电 机等。( ) 3、对直流伺服电动机来说,其机械特性越硬越好。( ) 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移,步距角越小,位移的控制精度越低。( ) 5、伺服电机的驱动电路就就是将控制信号转换为功率信号,为电机提供电能的控制装置,也称其为变流器,它包括电压、 电流、频率、波形与相数的变换。( ) 五、问答题(每小题10分,共30分) 1、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2、什么就是步进电机的使用特性? 3、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、就是人们借助于专门的设备,通过一定的方法对被测对象收集信息,取得数据概念的过程。 2、指在稳态下,输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3、某些电介质,当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时,内部就会产生极化现象,同时在它的两个表面上将产生 符号相反的电荷。当外力去掉后,它又重新恢复到不带电的状态,这种现象被称为压电效应。 4、动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。 机电一体化综合课程设计 《机电一体化课程设计任务书》普通格式 一．课程设计的目的 本次设计是机电一体化和计算机控制课程结束之后进行的一个重要的综合性、实践性教学环节，课程设计的基本目的是： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规，编写技术文件（说明书）等。 二．设计任务及要求 设计题目：车辆出入库单片机自动控制系统 1.设计容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2.课题容简介或设计要求：编制一个用单片机控制的车辆出入库管理控制程序，控制要求如下：1）入库车辆前进时，经过1# → 2#传感器后计数器加1，后退时经过2# → 1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。2）出库车辆前进时经过2# → 1#传感器后计数器减1，后退时经过1# → 2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。3）设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库车辆的实际数量。 3.机械部分的设计： 4.计算机控制的设计：设计显示电路图，并按图连接。画出单片机接线图，并按图接线。编制控制程序。 摘要 本次设计车辆出入库单片机自动控制系统的基本功能和设计思路，根据给定的条件，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械和电子方面的知识，完成车辆入库自动控制，并画好元器件的连接图，其中包括装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现，设计计算与说明。 车辆出入库单片机自动控制系统对我们生活很贴近，一个很实用的系统，可以有效地帮助我们管理车库，再加上如果用单片机来实现的话成本低，很实用，这是一个很有意义的设计。车辆入库单片机自动控制系统的难点在于,如何控制 1.1机电一体化:“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引用微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称” 机电一体化是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。其中“Mechatronics”是Mechanics(机械学)与E1ectronics (电子学)组合而成的日本造英语。 1.2接口:机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件就可称为接口 A 1.3系统工程: 系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法 B 1.4并行工程:是把产品（系统）的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合（并行）协调的一种工作模式 C 1.5虚拟产品设计: 虚拟产品设计是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计，是在基于多媒体的、交互的渗入式或侵入式的三维计算机辅助设计环境中，设计者不仅能够直接在三维空间中通过三维操作、语言指令、手势等高度交互的方式进行三维实体建模和装配建模，并且最终生成精确的产品（系统）模型，以支持详细设计与变型设计，同时能在同一环境中进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要 D 1.6绿色设计；所谓绿色设计，是在新产品（系统）的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的负作用。绿色产品设计将产品（系统）寿命周期内各个阶段（设计、制造、使用、回收处理等）看成一个有机整体，在保证产品良好性能、质量及成本等要求的情况下，还充分考虑到产品（系统）的维护资源及能源的回收利用以及对环境的影响等问题。 E 1.7反求设计: 反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的产品（系统）进行剖析、重构、再创造的设计。 1.8 机电一体化系统组成：机械系统，信息处理系统，动力系统，传感监测系统，执行元件系统 1.9工业三大要素与机电一体化的三大效果：省能源省资源智能化。 工业三大要素：物质、能量和信息 1.10根据输入／输出功能接口分类：1机械接口2物理接口3 信息接口 4 环境接口 1.11机电一体化系统(产品) 的设计流程：1) 根据目的功能确定产品规格、性能指标 (2) 系统功能部件、功能要素的划分(3) 接口的设计(4) 综合评价(或整体评价) (5) 可靠性复查(6) 试制与调试 1.12 机电一体化系统产品设计的考虑方法：1) 机电互补法2) 结合(融合)法3) 组合法 2.1 机电一体化技术对传动机构的要求：) 1) 精密化—对某种特定的机电一体化系统（或产品）来说，应根据其性能的需要提出适当的精密度要求。虽然不是越精密越好，但由于要适应产品的高定位精度等性能的要求，对机械传动机构的精密度要求也越来越高。 2) 高速化—产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关。因此，机械传动机构应能适应高速运动的要求。 3) 小型化、轻量化——随着机电一体化系统(或产品)精密化、高速化的发展，必然要求其传动机构的小型、轻量化，以提高运动灵敏度(快速响应性)、减小冲击、降低能耗。为与微电子部件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄化。 即精密化高速化小型化、轻量化 2.2为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常采取哪些措施： 1) 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；2) 缩短传动链，提高传动与支承刚度； 3) 选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力；4) 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施；5) 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声2.3齿轮传动比的最佳匹配选择原则 ;重量最轻原则输出轴转角误差原 等效转动惯量最小原则 2.4滚珠丝杠螺母机构组成与要求:滚珠丝杠螺母机构由反向器(滚珠循环反向装置)l、螺母2、丝杠3和滚珠4等四部分组成。 1、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电耦合器，光电耦合器的作用有哪些 1. （1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。 （2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。 （3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。 2、什么是三相六拍通电方式 2. 如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A → AB → B → BC →C → CA →… 3、简述PWM 脉宽调速原理。 3. 在一个周期T 内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U 被按一定的频率开闭的开关S 加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U 、宽度为τ，如右图所示。电枢两端的平均电压为： U U Udt U T T T d ρτ=== ?01 式中 ρ=τ/T=U d /U ，(0<ρ<1) ρ为导通率（或称占空比） 。 当T 不变时，只要改变导通时间τ，就可以改变电枢两端的平均电压Ud 。当τ从0~T 改变时，Ud 由零连续增大到U 。 5．传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。敏感元件、转换元件、基本电路。 2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响如何处理 答。如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式 答。1机电一体化--从系统的观点出发，将机械技术 、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System ）是由两台或两台以上加工 中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化 5、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。 ２、伺服电动机是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动 力输出电动机 1．试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响 解答： 专业：机电一体化 班级： 08—1班 老师：刘顺东 学号： ******** 姓名： **** 日期： 2013年2月 XY工作台部件及单片机控制设计 目录 1.序言 (3) 2.总体方案设计 (3) 2.1.设计任务 (3) 2.2.总体方案确定 (3) 3.机械系统设计 (4) 3.1.工作台外形尺寸及重量估算 (4) 3.2.滚动导轨的参数确定 (5) 3.3.滚珠丝杠的设计计算 (6) 3.4.步进电机的选用 (8) 3.5.确定齿轮传动比 (13) 3.6.确定齿轮模数及有关尺寸 (13) 3.7.步进电机惯性负载的计算 (13) 4.控制系统硬件设计 (14) 4.1.CPU板 (14) 4.2.驱动系统 (16) 4.3.控制系统软件的组成和结构 (18) 5.参考文献 (22) 1.序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；柔性强；易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。 2.总体方案设计 2.1.设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C3B3H＝145mm3160mm312mm；底座外形尺寸C13B13H1＝210mm3220mm3140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。 2.2.总体方案确定 2.2.1.系统的运动方式与伺服系统 数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。定位方式采用增量坐标控制。 为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。机电一体化重点及复习资料
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