一、名词解释(每小题4分，共20分) 1. 机电一体化 2. 传感器 3. 伺服控制系统 4. 可靠性 5. 动态误差
二、填空题 （每小题1分，共20分)
1. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括 ________， ________， ________ ， _______。 2.伺服系统中，通常采用 原则选择总传动比，以提高伺服系统的 。 3．机身结构设计中，肋板的布置形式可分为 、 和 三种。
4．某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是_________。 5．柔性制造系统可分为四个系统，分别为 、 、 和 。 6．从电路上隔离干扰的三种常用方法是: 隔离， 隔离， 隔离。 7．工作接地分为_______________、 ______________。
8．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____________。 三、选择题 （每小题2分，共20分）
1. STD总线是一个通用工业控制的多少位微型机总线? ( ) A. 4位 B. 8位 C. 16位 D. 32位 2. 加速度传感器的基本力学模型是 ( )
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. A/D转换接口属于( )。
A. 人机接口 B. 检测通道 C. 控制通道 D. 系统间通道
5．伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（ ） 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 6．受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称 ( )
A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 7．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 8．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 9．具有某种智能功能的工业机器人属于( )。 A. 第一代机器人 B. 第二代机器人 C. 第三代机器人 D. 第四代机器人
10．由存储、输送和装卸三个子系统组成的系统属于柔性制造系统中的（ ）。 A. 加工系统 B. 物料系统 C. 能量系统 D. 信息系统
四、简述题 （每小题5分，共25分) 1．步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?
2．机电一体化系统应包括的基本要素有哪些？并指出各要素所对应的功能。
3．一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？
4．何为“可靠性指标”？如何衡量它？机电一体化系统及产品常用的可靠性指标有哪些？
5．斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？
五、分析计算题 (共15分)
1. 采用PLC设计二个电磁阀A、B工作的系统
1) 按钮x1为A电磁阀打开，按钮x2为A电磁阀关闭 (输出y1); 2) 按钮x3为B电磁阀打开，按钮x4为B电磁阀关闭 (输出y2); 3) 只有B电磁阀在工作中，A电磁阀才能工作。 要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。
2
综合练习 (一)答案
一、名词解释(每小题4分，共20分)
1．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的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。
2．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。
3．一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、速度及动力输出的自动控制系统。 4．产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
5．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。 二、填空题 （每小题1分，共20分)
1. 性能指标 系统功能 使用条件 经济效益 2. 负载角加速度最大 响应速度 3. 纵向肋板 横向肋板 斜置肋板 4. 20mm
5. 加工系统 物料系统 能量系统 信息系统 6. 光电 变压器 继电器 7. 一点接地 多点接地 8. 0.02
三、选择题 （每小题2分，共20分）
1. B. 2. A 3. C. 4. B 5. D 6. B 7. B 8. C 9. B 10. B 四、简述题 （每小题5分，共25分)
1. 单电源驱动电路 双电源驱动电路 斩波限流驱动电路
2. 答：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在一定的位置上，并保持特定的关系。
动力部分：按照机电一体化系统的要求为系统提供能量和动力使系统正常运行。
检测部分：把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，变成可识别信号，送往控制装置，经过信息处理后产生相应的控制信息。 执行机构：根据控制信息和指令完成所要求的动作。
控制器：根据系统的状态信息和系统的目标，进行信息处理，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行。
接口：各子系统之间进行物质、能量和信息的交换、放大、传递。
3. 机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分
4. 答：“可靠性指标”是可靠性量化分析的尺度。衡量可靠性高低的数量指标有两类，一类是概率指标，另一类是寿命指标。
常用的可靠性指标有可靠度、失效率、平均寿命、平均维修时间、有效度。 5. 1）垫片调整法 2）轴向压簧调整法 五、分析计算题(共15分)
1. (1) 梯形图：（２）助记符指令程序： STR X1 OR Y1
AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2
3
综合练习 (二)
一、名词解释 (每小题4分，共20分) 1、线性度
2、系统精度
3、自动控制
4、I/O接口
5、压电效应
二、填空题 （每空1分，共20分)
1、可编程控制器主要由___________、_________ 、_________等其它辅助模块组成。 2、 采样/保持器在保持阶段相当于一个“___________________”。 3、按控制方法划分，伺服系统可分为 和 系统。 4、直接差分法有 和 两种。
5、衡量机电一体化系统可靠性高低的数量指标有 和 。
6、微机控制系统中的输入与输出通道一般包括 、 、 、 四种通道。 7、一般来说，伺服系统的执行元件主要分为 、 、 和其他等四大类型。 8、STD总线的技术特点____________、____ _____、_______________、高可靠性。 三、选择题 （每小题2分，共20分） 1、机电一体化的核心是（ ）
A. 动力部分 B. 检测部分 C. 控制器 D. 接口
2、在设计齿轮传动装置时，对于要求运转平稳，启动频繁和动态性能好的降速传动链，可按什么原则设计？（ ）
A. 输出轴转角误差最 B. 等效转动惯量最小 C. 质量最小 D. A和B两者
3、产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率为（ ） A. 可靠度 B. 失效率 C. 平均寿命 D. 平均维修时间
4、目前大部分工业机器人都采用多少级机器人控制？（ ） A. 一级 B. 二级 C. 三级 D. 四级
5、下列不属于机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法（ ） A 取代法 B 整体设计法 C 组合法 D 个别设计法 6、抑制干扰的措施很多，下列不属于的是那一项？（ ）
A屏蔽 B隔离 C过滤 D接地和软件处理等方法 7、PD称为（ ）控制算法。
A.比例 B.比例微分 C.比例积分 D.比例积分微分 8、对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（ ）。 A.1 4 四、简述题 （每小题5分，共25分) 1、工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？ 2、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 3、模拟式传感器信号处理过程包括哪些环节？ 4、什么是PLC的扫描工作制? 5、PWM的工作原理? 五、综合应用题 (共15分) 1、某数控机床位置控制系统的参数如下：K=35N.M/rad；fm=8N.M；f=12N.M；J=21Kg.M2；Ts-Tc=1.5N.M；求其临界转速Ωc。（已知出现爬行时系统的临界初始相位Фc为70°） 5 综合练习 (二)答案 一、名词解释(每小题4分，共20分) 1、所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称 为非线性误差。 2、指输出量复现输入信号要求的精确程度； 3、自动控制—由控制装置自动进行操作的控制。 4、I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。 5、压电效应：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。 二、填空题 （每小题1分，共20分) 1、CPU 存储器 接口模块 2、模拟信号存储器 3、开环伺服系统 闭环伺服系统 4、向前差分法 向后差分法 5、概率指标 寿命指标 6、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 7、电磁式 液压式 气压式 8、模块化设计 系统组成 修改和扩展方便 三、选择题 （每小题2分，共20分） 1、A 2、D 3、A 4、B 5、D 6、C 7、C 8、B 9、B 10、B 四、问答题 （每小题5分，共25分) 1、工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。根据机电一体化系统的大小和控制参数的复杂程度，选用不同的微型计算机。 单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。对于数据处理量大的系统，则往往采用基于各类总线结构的工控机，如STD总线工控机、IBM-PC总线工控机、Multibus工控机等。对于多层次、复杂的机电一体化系统，则要采用分级分步式控制系统，在这种控制系统中，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。 2、单极驱动 双极驱动 高低电压驱动 斩波电路驱动 细分电路 3、模拟式传感器信号处理过程包括:将非电物理量转换成电量，并经放大、滤波等一系列处理后，需经模/数变换将模拟量变成数字量，才能送入计算机系统。模/数转换过程包括信号的采样/保持、多路转换（多传感器输入时）、A/D处理等过程。 4、即检测输入变量求解当前控制逻辑以及修正输出指令,重复进行。 5、斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制，将直流电压断续加到负载（电机）上，利用调节通、断的时间变化来改变负载电压平均值。斩波器调压控制直流伺服电机速度的方法又称为脉宽调制（Pulse Width Modulation）直流调速。 五、综合应用题 (共15分) 1、解：根据 求得 根据 则 6 综合练习 (三) 一、名词解释 (每小题4分，共20分) 1、开环控制系统 2、逆变器 3、分辨力 4、复合控制器 5、FMS 二 判断题 (每空2分，共20分) 1、 直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。（ ） 2、 滚珠丝杆不能自锁。（ ） 3、 D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（ ） 4、 同步通信是以字符为传输信息单位。（ ） 5、异步通信常用于并行通道。（ ） 6、 查询I/O方式常用于中断控制中。（ ） 7、 串行通信可以分为以下四种方式： 1）全双工方式；（ ）2）半双工方式；（ ） 3）同步通信；（ ）4）异步通信。（ ） 三 填空题：(每空1分，共20分) 1、从控制角度讲，机电一体化可分为 控制系统和 控制系统。 2、在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为: ； ； 三种形式。 3、一般来说，伺服系统的基本组成为 、 、 和 等四大部分组成。 4、 在SPWM变频调速系统中，通常载波是 ，而调制波是 。 5、 实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1） ，2） ，3） 。 6、 指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式： , ; 哪几种属于幅射耦合方式： , , 。 A.静电干扰 B.磁场干扰 C.漏电干扰 D.共阻抗感应干扰 E.电磁辐射干扰。 7、工业机器人的发展可划分为 代。 四、 简答题 (每小题4分，共20分) 1、在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？ 2、数据信息可分为哪几种？ 3、有一变化量为0 ~ 16V的模拟信号，采用4位A/D转换器转换成数字量，输入到微机控制系统中，试求其量化单位q＝？，量化误差最大值emax＝？ 7 4、试述可编程控制器的工作原理。 5、柔性制造系统的主要特点有哪些？ 五、计算题 (每小题10分，共20分) 1、某光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？ 2、三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min， 输入脉冲频率为多少?步距角为多少? 8 综合练习 (三)答案 一 名词解释 (每小题4分，共20分) 1、开环控制系统—无反馈的控制系统。 2、逆变器—把固定的直流电变成固定或可调的交流电的 DC/AC变流器。 3、传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。 4、复合控制器带有前馈控制系统的反馈控制器。它的作用是使系统能以稳定的零误差跟踪已知的输入信号。 5、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，其基本组成部分有：自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多层计算机控制系统等。 二 判断题 (每空2分，共20分) 1、 √ 2、√ 3、√ 4、 × 5、× 6、× 7、 1） √ 2）√ 3）√ 4）√ 三 填空题（(每空1分，共20分） 1、开环 闭环 2、电压输出 电流输出 频率输出 3、控制器 功率放大器 执行机构 和检测装置 4、等腰三角波 （三相）正弦波 5、1）采用计算机软件分配器 2）小规模集成电路搭接的硬件分配器 3）专用模块分配器 6、 C ， D； A ，B ， E。 7、三 四 解答题 (每小题4分，共20分) 1、数据信息、状态信息和控制信息 2、（1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量 3、量化单位q＝1V， 量化误差最大值emax＝±0.5V。 4、可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）和停止（STOP）状态。不管是在哪种状态，PLC都是反复不断地重复进行，直至PLC停机。在每次循环中，若处于运行（RUN）状态，可编程控制器完成5个阶断，如图所示。若处于停止（STOP）状态，PLC也要循环进行内部处理和通信服务。 5、（1）柔性高，适应多品种中小批量生产；（2）系统内的机床工艺能力上是相互补充和相互替代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；（5）多层计算机控制，可以和上层计算机联网；（6）可进行三班无人干预生产。 五、计算题 (每小题10分，共20分) 1、 100：1=400：х x=4 mm 四细分：400：1=400：х x=1mm 分辨率：1÷400=2.5(μm) 2、K=1; M=3, Z=100; α=360/1*3*100=1.2º f=600Hz 9 综合练习 (四) 一、名词解释 （每题4分 共20分） 1、柔性制造系统 2、静态设计 3、灵敏度 4、传感器 5、I/O通道 二、填空题（每空１分，共2０分） 1、对伺服系统的技术要求是____________、____________、____________、___________。 2、计算机控制系统的类型包括___________、________________、监督控制系统、_____________。 3、机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理___________、_____________、____________、____________、并满足小型、轻量等要求。 4、伺服系统的基本组成包括_________ 、 _____________、检测装置、________________。 5、计算机在控制中的应用方式主要有____________、____________、_______________、_____________。 6、滚珠丝杆螺母副结构有两类：______________、_______________。 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、顺序控制系统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 3、某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是__ A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 4、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。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路 D检测环节 5、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 _______。 A 控制电路 B 转换电路 C 调制电路 D 逆变电路 三、简答题 （每小题5分，共25分） 1、FMC的基本控制功能。 2、控制系统接地通的目的。 3、步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么? 4、简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。 10 5、测量某加热炉温度范围为100~1124℃，线性温度变送器输出0~5V，用ADC0809转换器输入到微机控制系统中，试求测量该温度环境的分辨率和精度。 四、分析题 （共25分) 1、三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。 (1)该电动机为几极，空载转差率是多少? (2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少? (3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为 2、根据下面的电路图,编写利用该接口电路一次完成A/D转换,并把转换的结果的高8位放入R2中,低8位放入R3中的程序段。 11 综合练习 (四)答案 一、名词解释 （每题4分 共20分） 1、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 2、静态设计：是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。 3、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 4、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。 5、I/O通道也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。 二、填空题（每空１分，共2０分） 1、系统精度 稳定性 响应特性 工作频率 2、分级计算机控制系统 直接数字控制系统 操作指导控制系统 3、阻尼合理 刚度大 抗振性好 间隙小 4、控制器、执行环节、比较环节 5、操作指导控制系统 分级计算机控制系统 监督计算机控制系统（SCC） 直接数字控制系统 6、外循环插管式 内循环反向器式 三、选择题 （每小题2分，共10分） 1、B 2、C 3、C 4、D 5、B 四、简答题 （每小题5分，共25分） 1、（1）单元中各加工设备的任务管理与调度，其中包括制定单元作业计划、计划的管理与调度、设备和单元运行状态的登录与上报。 （2）单元内物流设备的管理与调度，这些设备包括传送带、有轨或无轨物料运输车、机器人、托盘系统、工件装卸站等。 （3）刀具系统的管理，包括向车间控制器和刀具预调仪提出刀具请求、将刀具分发至需要它的机床等。 2、控制系统接地通的目的。 将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。接地的目的有两个：一是为了安全，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等。称为工作接地。工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。 3、步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机，成本较低，易于采用计算机控制，且比直流\\交流电动机组成的开环控制系统精度高，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。步进电动机驱动电路实际上是一个功率开关电路，为使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，提供的足够功率的控制信号。 4、程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。 独立编址；与储存器统一编址。 5、4 ℃ ; +2℃。 五、分析题 （共25分) 1、三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。 (1) 4极，空载转差率n=(1500-1450)/1500=3.3% (2) 50Hz (3) 50Hz 16.5 Hz 2、MAIN： MOV R0，#7CH ；选择AD574，并令A0=0 MOVX @R0，A ；启动A/D转换，全12位 LOOP： NOP JB P3.2，LOOP ；查询转换是否结束 MOVX A，@R0 ；读取高8位 MOV R2，A ；存人R2中 MOV R0，#7DH ；令A0=1 MOVX A，@R0 ；读取低4位，尾随4个0 MOV R3，A ；存入R3中 12 综合练习 (五) 一、名词解释 (每小题4分，共20分) 1、闭环控制系统 2、逆变器 3、变频调速 4、敏感元件 5、共模干扰 二、选择题：(每小题2分，共20分) 1、STD总线是一个通用工业控制的多少位微型机总线? ( ) A. 4位 B. 8位 C. 16位 D. 32位 2、具有某种智能功能的工业机器人属于( )。 A. 第一代机器人 B. 第二代机器人 C. 第三代机器人 D. 第四代机器人 3、计算机集成制造系统的英文缩写是( )。 A. CIM B. CIMS C. CAQ D. CAPP 4、数字PID调节器中，哪部分的调节作用并不很明显，甚至没什么调节作用？（ ） A. 微分部分 B. 积分部分 D. 比例部分 D. B和C 5、由存储、输送和装卸三个子系统组成的系统属于柔性制造系统中的（ ）。 A. 加工系统 B. 物料系统 C. 能量系统 D. 信息系统 6、执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为（ ）、液压式和气动式等。 A 电气式 B 电磁式 C 磁阻式 D 机械式 7、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ ）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 8、PWM指的是（ ）。 A.机器人 B.计算机集成系统 C.脉宽调制 D.可编程控制器 9、在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（ ）方法实现。 A.插补 B.切割 C.画线 D.自动 10、机电一体化的核心是（ ） A. 动力部分 B. 检测部分 C. 控制器 D. 接口 三、填空题 (每小题1分，共20分) 1、在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为 ： 通信 和 通信。 2、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 和 ，并尽量高伺服系统的响应速度。 3、在SPWM变频调速系统中，通常载波是 ， 而调制波是 。 13 4、开环步进电动机控制系统，主要由 、 和 等组成。 5、应用于工业控制的计算机主要有： 1） ，2） ，3） 等类型。 6、按控制方法划分，伺服系统可分为 和 系统。 7、柔性制造系统可分为四个系统，分别为 、 、 和 。 8、直接差分法有 和 两种。 四 解答题 (每小题5分，共40分) 1、简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。 2、简述伺服系统的结构组成。 3、DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？ 4、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 5、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？ 6、DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？ 7、PWM脉宽调速原理。 8、用软件进行“线性化”处理时，采用计算法的原理是怎样的？ 14 综合练习 (五)答案 一 名词解释 (每小题4分，共20分) 1、闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。 2、逆变器是将直流电变成交流电的电路。 3、采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式 4、敏感元件是直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。 5、共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口断的共有的信号干扰。 二、选择题 (每小题2分，共20分) 1、B 2、B 3、B 4、A 5、B 6、A 7、B 8、C 9、A 10、A 三、填空题 (每小题1分，共20分) 1、串行通信 并行通信 2、稳定性 精度 3、等腰三角波 正弦波 4、环形分配器 功率驱动器 步进电机 5、单片机 PLC 总线工控机 6、开环伺服系统 闭环伺服系统 7、加工系统 物料系统 能量系统 信息系统 8、向前差分法 向后差分法 四 解答题 (每小题5分，共40分) 1、1）机械本体2）动力与驱动；3）传感测试部分；4）执行机构 5）控制及信息处理单元 2、1) 比较环节；2) 控制器；3) 执行环节；4) 被控对象；5) 检测环节。 3、输入工作方式：（1）直通方式 （2）单缓冲方式（3）双缓冲方式 输出工作方式：（1）单极性输出 （2）双极性输出 4、应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。 5、（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。 利用光电耦合方式实现载波调制，可获得10kHz带宽，但其隔离性能不如变压器耦合。 6、（1）直通方式 （2）单缓冲方式 （3）双缓冲方式 （1）单极性输出 （2）双极性输出 7、 图中的开关S周期性地开关，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，如右图所示。电枢两端的平均电压为： 式中 =/T=Ud/U，(0<<1) 为导通率（或称占空比）。 当T不变时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压Ud。当从0~T改变时，Ud由零连续增大到U。 8、 当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序，被测参数经过采样、滤波和标度变换后直接进入计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。 在实际工程上，被测参数和输出电压常常是一组测定的数据。这时如仍想采用计算法进行线性化处理，则可应用数字上曲线拟合的方法对被测参数和输出电压进行拟合，得出误差最小的近似表达式。 15 综合练习 (六) 一、名词解释 (每小题4分，共20分) 1、机电一体化 2、测量 3、系统软件 4、永磁同步电动机 5、伺服控制 二、判断题 (每小题2分，共10分) 1、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（ ） 2、伺服控制系统的比较环节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。（ ） 3、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。（ ） 4、数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（ ） 5、FMC控制系统一般分三级，分别是单元控制级、整体控制级和设备控制级。（ ） 三、填空题 (每空1分，共30分) 1、机电一体化技术归纳为 、 、 、 、 、 和 六个方面。 2、机电一体化产品中需要检测的物理量分成____________和____________两种形式。 3、机械结构因素对伺服系统性能的影响有__________________、____________________、 结构弹性变形、_________________间隙的影响。 4、对直线导轨副的基本要求是__________、_________、 ____________、____________和平稳。 5、伺服系统的基本组成包括______________ 、 __________________、__________、 ______________。 6、STD总线的技术特点_________________、______________、______________________、 高可靠性。 7、按干扰的耦合模式干扰可分为静电干扰、_________、___________、 _________、________等干扰类型。 8、用软件识别有用信号和干扰信号、并滤去干扰信号的方法称为________、识别信号的原则有________、_________。 9、顺序控制系统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______。 四、简答题 (每小题5分，共25分) 1、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 2、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机? 16 3、在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？为什么？ 4、什么叫传感器？传感器的功用是什么？它是由哪几部分组成的？各部分的作用及相互关系如何？ 5、何谓计算机控制系统？ 五、综合应用题 (共15分) 1、分析扩展的EPROM2764的地址范围及工作原理 17 综合练习 (六)答案 一、名词解释 (每小题4分，共20分) 1、机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检 测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，以系统为出发点的最佳 功能价值的系统工程技术。 2、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。 3、系统软件：系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便 用户使用计算机的软件。 4、以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机。 5、伺服控制系统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、速度及动力输出的自动控制系统。 二、判断题 (每小题2分，共10分) 1、（√） 2、（√） 3、（√） 4、（√） 5、（×） 三、填空题 (每空1分，共30分) 1、机械技术 检测传感技术 信息处理技术 自动控制技术 伺服传动技术 系统总体技术 2、电量 非电量 3、阻尼 摩擦 惯量 4、导向精度高 耐磨性好 足够的刚度 对温度变化的不敏感性 5、控制器 执行环节 检测装置 比较环节 6、模块化设计 系统组成 修改和扩展方便 7、为静电干扰 磁场耦合干扰 漏电耦合干扰 8、软件滤波 时间原则 空间原则 属性原则 9、PLC 四、简答题 (每小题5分，共25分) 1、系统功能 性能指标 使用条件 经济效益 2、单极驱动 双极驱动 高低电压驱动 斩波电路驱动 细分电路 3、由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。采样/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。 4、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。 传感器的功用是：一感二传。 组成：传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。 敏感元件：直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电路参量。 基本转换电路：上述的电路参量进入基本转换电路中，就可以转换成电量输出。 传感器只完成被测参数到电量的基本转换。 5、采用计算机作为控制器的控制系统即为计算机控制系统，又被称为离散控制系统。计算机控制系统（离散控制系统），即系统中某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式，信号在时间上是离散的系统。 五、综合应用题（共15分） 0000H~1FFFH 由于EA接地故PC指针由外部0000H开始执行,74LS373为地址锁存器用于锁存来自P0口的EPROM的地址的低8位,P2口提供EPROM的地址的高5位.P0口分时用作数据传输口。 18 综合练习 (七) 一、名词解释 (每小题4分，共20分) １、检测传感器 ２、响应特性 3、单片机 4、静压导轨 5、屏蔽 二、填空题（每小题１分，共20分） 1、机电一体化系统中常见的轴承包括__________、___________、__________、_________。 2、机电一体化系统一般由______________、_____________、接口、__________________、 _____________、______________等部分组成。 3、应用于工业控制的计算机主要有 ___________、__________、_________等类型。 4、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种______________、_______________。 5、多点接地：优点： 、 ，缺点： 。 6、开环步进电动机控制系统，主要由 、 和 等组成。 三、选择题 （每小题2分，共20分） 1、机电一体化的核心是（ ） A. 动力部分 B. 检测部分 C. 控制器 D. 接口 2、数字PID调节器中，哪部分的调节作用并不很明显，甚至没什么调节作用？（ ） A. 微分部分 B. 积分部分 D. 比例部分 D. B和C 3、由存储、输送和装卸三个子系统组成的系统属于柔性制造系统中的（ ）。 A. 加工系统 B. 物料系统 C. 能量系统 D. 信息系统 4、顺序控制系统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、比较环节和（ ） 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 6、某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( ) A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 7、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 8、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 （ ）。 A 控制电路 B 转换电路 C 调制电路 D 逆变电路 9、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ ）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 10、STD总线是一个通用工业控制的多少位微型机总线? ( ) 19 A. 4位 B. 8位 C. 16位 D. 32位 四、简述题 （每小题5分，共25分) 1、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。 2、机电一体化系统对支承部件的要求是什么？ 3、简述开环控制伺服系统和闭环控制伺服系统的特征。 4、计算机控制系统由哪两部分组成？ 5、提高系统可靠性，应从哪几个方面考虑？ 五、综合应用题 (共15分) 1、分析、说明如图所示计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理。 2、三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，输入脉冲频率为多少?步距角为多少? 20 综合练习 (七)答案 一、名词解释 (每小题4分，共20分) １、检测传感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。 ２、响应特性：指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。 3、它是把组成微机的CPU、存储器I/O接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成芯片上构成一个完整的计算机。 4、静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，以保证两导轨面间处于液体或气体摩擦状态下工作。 5、屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。 二、填空题（每小题１分，共20分） 1、滚动轴承 滑动轴承 静压轴承 磁轴承。 2、机械本体 动力与驱动 执行机构 传感器检测部分 控制及处理部分 3、单片机 PLC 总线工控机 4、变压器隔离 光电隔离 5、互不干扰 接线多 复杂 6、环形分配器 功率放大器 步进电动机 三、选择题 （每小题2分，共20分） 1、A 2、A 3、B 4、C 5、D 6、C 7、C 8、B 9、B 10、B 四、简述题 （每小题5分，共25分) 1、软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波软件“陷井” 软件“看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用监控定时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行 。 2、机电一体化系统中的支承部件不仅要支承、固定和联接系统中的其它零部件，还要保证这些零部件之间的相互位置要求和相对运动的精度要求，而且还是伺服系统的组成部分。因此，应按伺服系统的具体要求来设计和选择支承部件。 机电一体化系统对支承部件的要求是：精度高、刚度大、热变形小、抗振性好、可靠性高，并且具有良好的摩擦特性和结构工艺性。 3、（1）开环伺服系统，结构上较为简单，技术容易掌握，调试、维护方便，工作可靠，成本低。缺点是精度低、抗干扰能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的机电一体化系统。 （2）闭环伺服系统，采用反馈控制原理组成系统，具有精度高、调速范围宽、动态性能好等优点，缺点是系统结构复杂、成本高等。一般用于要求高精度高速度的机电一体化系统。 4、计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。 （1）硬件组成，计算机控制系统的硬件主要是由主机、外围设备、过程输入与输出设备、人机联系设备和通信设备等组成。 （2）软件组成，软件是各种程序的统称，软件分为系统软件和应用软件两大类。 5、提高系统可靠性主要从以下3个方面考虑： （1）提高系统各组成元、器件的设计、制造质量及系统的装配质量；（2）采用容错法设计；（3）采用故障诊断术，提高系统的可维护性。 五、综合应用题 (共15分) 1、采样过程是用采样开关（或采样单元）将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机，故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。 量化过程（简称量化）就是用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的处理方法。信号进入计算机后经其处理经D/A转换后输出。 2、20KHz 3.6º 21 综合练习 (八) 一、名词解释 (每小题4分，共20分) 1、DMA 2、中断 3、静压轴承 4、感应同步器 5、串行通信 二、填空题 （每空１分，共2０分） 1、机电一体化是从系统的观点出发____________、____________、___________、信息技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统________而建立的一门新的科学技术。 2、接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。 3、计算机控制系统的类型包括____________、_____________、 监督控制系统、_________________。 4、实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1） ，2） ，3） 。 5、接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。 6、机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理 ___________、___________、__________、____________、并满足小型、轻量等要求。 7、拟定机电一体化系统的设计方案的方法有_______________、组合法、 ______________。 三、选择题(每小题2分，共20分) 1、 在设计齿轮传动装置时，对于要求运转平稳，启动频繁和动态性能好的降速传动链，可按什么原则设计？（ ） A. 输出轴转角误差最 B. 等效转动惯量最小 C. 质量最小 D. A和B两者 2、A/D转换接口属于( )。 A. 人机接口 B. 检测通道 C. 控制通道 D. 系统间通道 3、 STD总线是一个通用工业控制的多少位微型机总线? ( ) A. 4位 B. 8位 C. 16位 D. 32位 4、具有某种智能功能的工业机器人属于( )。 A. 第一代机器人 B. 第二代机器人 C. 第三代机器人 D. 第四代机器人 5、 目前大部分工业机器人都采用多少级机器人控制？（ ） A. 一级 B. 二级 C. 三级 D. 四级 6. 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称 ( ) A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 7. 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 8. 以下可对异步电动机进行调速的方法是（ ）。 A 改变电压的大小 B 改变电动机的供电频率 22 C 改变电压的相位 D 改变电动机转子绕组匝数 9. 执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为 ( )、液压式和气动式等。 A 电气式 B 电磁式 C 磁阻式 D 机械式 10. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（ ）。 A.1 2、什么是步进电机的使用特性? 3、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？ 4、简述直流伺服电机两种控制的基本原理。 5、简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。 五、综合应用题(共15分) 1、编写程序：单片机读P1.0的状态,把这个状态传到P1.7指示灯去，当P1.0为高电平时指示灯亮,低电平时指示灯不亮,采用中断完成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。 23 综合练习 (八)答案 一、名词解释 (每小题4分，共20分) 1、外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU 2、为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费大量时间去查询各外围设备的状态了。而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。 3、静压轴承从外部油源给轴瓦提供压力油，使球磨机进、出料端的大轴在高压油膜的作用下浮起，与轴瓦无直接接触，处在液体磨擦状态，从而极大地降低了起动力矩和旋转阻力矩。 4、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。 5、串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。 二、填空题 （每空１分，共2０分） 1. 机械技术 检测技术 伺服技术 协调工作 2. 数据格式转换、通信联络 3. 操作指导控制系统 直接数字控制系统 监督计算机控制系统 分级计算机控制系统 4. 计算机软件 硬件分配 专用环形分配器 5. 变换 耦合 6. 摩擦小 度大 振性好 隙小 7. 取代法 整体法 三、选择题(每小题2分，共20分) 1、D 2、B 3、B 4、B 5、B 6、B 7、A 8、B 9、A 10、B 四、简答题(每小题5分，共25分) 1、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等个五部分。 比较环节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，通常由专门的电路或计算机来实现； 控制器通常是计算机或PID控制电路；其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作； 执行元件按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。 被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体，一般包括传动系统、执行装置和负载； 检测环节指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。 2、步距误差 步距误差直接影响执行部件的定位精度。 最大静转矩 是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩，它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。 启动矩一频特性 空载时步进电动机由静止突然启动，并不失步地进入稳速运行所允许的最高频率称为最高启动频率。启动频率与负载转矩有关。 运行矩频特性 步进电动机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定执行部件的最大运行速度。 最大相电压和最大相电流 分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。 24 3、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 4、直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。 采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。 5、程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。 独立编址；与储存器统一编址。 五、综合应用题(共15分) 1、 25 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容