机电一体化系统期末模拟试卷 一、填空（每空2分，共20分） L机电一体化产品按用途可以划分为 和 2.控制及信息处理单元一般由控制计算机、一一和一一组成。 3.在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守 一原则。 4.典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、一一和 等部分构成。 5.传感器的静态特性能数主要有一一、 、 迟滞和重复精 度。 二、简答题（每题4分，共20分） 1.为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？ 2.机电一体化相关技术有哪些？ 3.转动惯量对传动系统有哪些影响？ 4.简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。 5.简述A/D、D/A接口的功能。 三、分析题(20分) 1.已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的 哪 一个基本要素？ 但积 非京机 花示 信炒 功收 电说 处理 电扭 ⊥件行 乳丝增 光电端码品 轮杠螺母机树 内轮 诚迪器 2.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？
机电一体化系统期末模拟试卷 一、填空(每空 2 分，共 20 分) L 机电一体化产品按用途可以划分为 和 2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、——和——组成。 3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守 ————原则。 4．典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、——和 ——等部分构成。 5．传感器的静态特性能数主要有——、——二——————、迟滞和重复精 度。 二、简答题(每题 4 分，共 20 分) 1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度? 2．机电一体化相关技术有哪些? 3．转动惯量对传动系统有哪些影响? 4．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。 5．简述 A／D、D／A 接口的功能。 三、分析题(20 分) 1．已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的 哪 一个基本要素? 2．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?
输出 输人倍男 控捌 变换 功放 伺服电机 传感器 四、计算题(24分) 1.如图所示电机驱动系统，己知工作台的质量为m=50kg负载力为F1=1000N,最大 加 速度为10m/s2',丝杠直径为d=20mm,导程t=4mm,齿轮减速比为i=5,总效率为n=30%, 忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。 输出 同服电机 2.己知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，己知工作台的行程L=250mm,丝杠 导程t=4mm,齿轮减速比为i=5,要求工作台位移的测量精度为o.005mm(忽略齿轮和丝 杠 的传动误差)。 (1)试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数 (2)若将传感器与丝杠的端部直接相连，。=500脉冲/转的旋转编码器是否合用。 1饲服电机。 联轴器 齿轮 工作台 旋转端码器 丝打浓珠蝶鸟 五、综合题(16分) 已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示，确定整系统 的控制方案、画出控制系统原理图。（至少提出两个方案） 关节 电机 减速密
四、计算题(24 分) 1．如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为 m=50kg 负载力为 F1＝1000N，最大 加 速度为 10m／s2’，丝杠直径为 d＝20mm，导程 t＝4mm，齿轮减速比为 i=5，总效率为 ŋ=30％， 忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。 2．已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程 L=250mm，丝杠 导程 t＝4mm，齿轮减速比为 i=5，要求工作台位移的测量精度为 o．005mm(忽略齿轮和丝 杠 的传动误差)。 (1)试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数‘ (2)若将传感器与丝杠的端部直接相连，n。=500 脉冲／转的旋转编码器是否合用。 五、综合题(16 分) 已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示，确定整系统 的控制方案、画出控制系统原理图。(至少提出两个方案)
机电一体化系统期末模拟试卷答案 一、填空[每空2分，共20分) L办公机电一体化产品 产业机电一体化产品 民用机电一体化产品 2.控制软件 硬件接口 3.前小后大 4.电源输入/输出接口 5.灵敏度线性度 二、简答题（每题4分，共20分） 1.答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形 等所 引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰 因 素造成的误差，从而提高精度。 2.答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动 控制技 术，传感器测试技术和伺服驱动技术。 3.答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大：使系统相应速度变慢，降低灵敏 度：使 系统固有频率下降，容易产生谐振。 4.答：详细设计主要包括：系统总体设计：业务的分组：机械本体及工具设计：控制 系统设 计：程序设计：后备系统设计：完成详细设计书及制造图样：产品出厂及使用文件的设计。 5.答：A/D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号 转换为 数字量。D/A接口是将二进制数字量转换成电压信号。 三、分析题(20分) 1.(10分)解答：图中各部可分为： (1)控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示 (2)测试传感部分：光电编码器、信号处理 (3)能源：电源 (4)驱动部分：功放、电机 (⑤)执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台 2.(10分)解答： 齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低频分量和高频分量都 不 能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。 四、计算题(24分) 1.(12分)解： (1)计算负载力 (4分) 负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成
机电一体化系统期末模拟试卷答案 一、填空[每空 2 分，共 20 分) L 办公机电一体化产品 产业机电一体化产品 民用机电一体化产品 2．控制软件 硬件接口 3．前小后大 4．电源 输入／输出接口 5．灵敏度 线性度 二、简答题(每题 4 分，共 20 分) 1．答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形 等所 引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰 因 素造成的误差，从而提高精度。 2．答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动 控制技 术，传感器测试技术和伺服驱动技术。 3．答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏 度；使 系统固有频率下降，容易产生谐振。 4．答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体及工具设计；控制 系统设 计：程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。 5．答：A／D 接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号 转换为 数字量。D／A 接口是将二进制数字量转换成电压信号。 三、分析题(20 分) 1.(10 分)解答：图中各部可分为： (1) 控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示 (2)测试传感部分：光电编码器、信号处理 (3)能源：电源 (4)驱动部分：功放、电机 (5)执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台 2．(10 分)解答： 齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低频分量和高频分量都 不 能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。 四、计算题(24 分) 1．(12 分)解： (1)计算负载力 (4 分) 负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成
外负载力 F,=1000N 惯性负载力F Fm=m·a =50X10=500N (2)电机上的负载力矩为 若(E,+F)·↓ ◆(1000+500)· 1 2π 0.3 =0.63Nm 2.(12分)解： (1)高速端测量 设传感器的每转脉冲数为，，每个脉冲对应工作台的位移为 AL= 打 由测梢度，4L=0.005mm,则 4 产立一5X0.00=160 脉冲/转 选取n一200光电编码器，则理论测量精度 △L'=3X200 4 =0.004<0.005 满足题目要求。 (2)低速端测量 传感器直接与丝杠连接，与减速比无关 AL“之 =4 △L0.005 =800脉冲/转 可知”。=500脉冲/转的编码器不合用。 五、综合题(16分)》 解：可以使用工业PC机或者单片机完成系统的控制。具体可以有下三种方案： (1)工业PC机集中控制方案： 用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制 系统原理图如下
(1)高速端测量 设传感器的每转脉冲数为，n，每个脉冲对应工作台的位移为 满足题目要求。 (2)低速端测量 传感器直接与丝杠连接，与减速比无关 可知”。＝500 脉冲／转的编码器不合用。 五、综合题(16 分) 解：可以使用工业 PC 机或者单片机完成系统的控制。具体可以有下三种方案： (1)工业 PC 机集中控制方案： 用一台工业 PC 机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制 系统原理图如下
工业PC机 输入输出接口 自由度1 年由度2 片由度3 (2)工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单 片 机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。 工业PC机 通信揆口 不 不 单片机1 单片机2 单片机3 自由度1 自由度2 自由度3 (3)单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三 个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。 主单片机 通信接口 不 单片机1 单片机2 单片初3 自由度1 自由度2 自由度3 评分标准：正确回答出三种方案之中的任意两个即可得满分
(2)工业 PC 机、单片机分级控制方案：用一台工业 PC 机与三个单片机通信，对三个单 片 机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。 (3)单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三 个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。 评分标准：正确回答出三种方案之中的任意两个即可得满分