电大机电一体化系统复习题汇总

《机电一体化系统》期末复习题

一、填空题

1.控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口电路组成。

2.机电一体化是从系统的观点出发机械技术检测技术伺服技术信息技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，

实现整个机械系统协调工作而建立的一门新的科学技术。

3.机电一体化产品按用途可以划分为民用机电一体化、办公机电一体化和产业机电一体化产品。

4.机电一体化系统设计的质量管理主要体现在质量目标管理、实行可行性设计和进行设计质量评审三个方面。

5.机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、稳定性和快速响应性-等方面的要求。

6.静态设计、动态设计。

7.在机电一体化系统的驱动装置中，位于前向通道闭环之内的环节，其误差的低频分量对输出精度基本无影响，而

误差的高频分量-影响系统的输出精度。

8.机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括性能指标系统功能使用条件经济效益

9.机电一体化系统中常见的轴承包括滚动轴承滑动轴承静压轴承磁轴承。

10.机电一体化系统一般由机械本体动力与驱动、接口、执行机构传感器检测部分控制及处理部分等部分组成。

11.在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为: 电压输出电流输出频率输出三种形式。

12.机电一体化产品中需要检测的物理量分成电量和非电量两种形式。

13.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、阻力合理阻尼合理刚度大抗振

性好间隙小并满足小型、轻量等要求。

14.机电一体化的核心是（控制器）

15.机电一体化技术归纳为机械技术检测传感技术信处理技术自动控制技术伺服传动技术和系统总体技术六个方

面。

16.从控制角度讲，机电一体化可分为开环控制系统和闭环控制系统。

17.拟定机电一体化系统的设计方案的方法有替代法、整体法、组合法。

18.下列不属于机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法（个别设计法） A 替代法 B 整体设计法 C 组合法

19.衡量机电一体化系统可靠性高低的数量指标有概率指标和寿命指标。

20.市场预测主要包括定期预测和定量预测方法。

21.在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守前小后大原则。

22.当负载折算到电机轴上的惯量等于转子惯量时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。

23.机械传动系统中，影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程误差两种。

24.步进电动机脉冲的数量决定转角位移的一种伺服电动机。

25.s的范围为0

26.PWM指的是脉宽调制

27.PD比例积分控制算法。

28.插补方法实现。

29.对伺服系统的技术要求是系统精度、稳定性、响应特性、工作频率。

30.计算机控制系统的类型包括分级计算机控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、操作指导控制系统。

31.为提高闭环系统的稳定性，应增大执行装置的固有频率和系统的阻尼能力。

32.对于执行装置，选择较大的传动比可使系统的相对阻尼系数增大，有利于系统的稳定性。

33.对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时减小定位时间，则必须提高系统的固有频率。

34.步进电机的驱动电源由变频信号源、脉冲分配器和功率放大器组成。

35.由矩频特性曲线可知，步进电机的最大动态转矩小于最大静转矩，并随着脉冲频率的升高而降低。

36.当前，广泛采用的直流伺服电机的驱动电路有线性直流伺服放大器和脉宽调制放大器两种。

37.交流异步电动机的转速与电源频率、磁极对数和转差率有关。

38.液压系统的伺服控制元件主要有电液比例阀和电液伺服阀。

39.评定定位系统的主要性能指标是定位精度和定位时间。

40.对于只进行二维平面作业的工业机器人只需要三个自由度，若要使操作具有随意的位姿，则工业机器人至少需要

几个自由度（六个）。

41.计算机的系统总线（信号线）有数据总线、地址总线和控制总线等三类。

42.第一条标准微机总线是S－100总线，而Multi（或STD、STE）总线可支持多CPU并行工作。

43.开关量输入/输出模板的典型接口由总线接口逻辑、I/O功能逻辑和I/O电气接口所组成。

44.典型开关量I/O模板的I/O电气接口的主要功能有滤波、电平变换、光电隔离和功率驱动。

45.一般的多路A/D转换模板由多路开关、采样保持器、转换器和总线接口逻辑所组成。

46.选择A/D模板的主要依据是采样精度、采样速度和成本。

47.A/D转换接口属于(检测通道)。

48.与A/D转换模板不同，在多路D/A转换模板中，需要多个D/A转换器，各通道D/A的有效数据由通道选择器产生

的信号来决定。

49.在工业过程控制系统中，计算机的指令进行D/A转换后，须经过信号调理环节才能驱动执行机构。

50.通常，传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路所组成。

51.传感器的分类方法主要有按被测物理量、按工作原理、按转换能量的情况、按工作机理、按转换过程的可逆与

否、和按输出形式。

52.传感器的主要静态特性指标有灵敏度、线性度、重复性和迟滞。

53.数字式传感器的动态特性是输入量变化的临界速度。

54.传感器输入特性的主要参数是广义输入阻抗或静态刚度。

55.位移传感器是把位移转换成模拟电量或数字量的传感器。

56.常用编码器式位置传感器有光电式和磁电式两种。

57.速度传感器主要包括模拟式和数字式两类。

58.伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。

59.机身结构设计中，肋板的布置形式可分为纵向肋板横向肋板斜置肋板三种。

60.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20mm。

61.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10mm

62.柔性制造系统可分为四个系统，分别为加工系统物料系统能量系统信息系统。

63.从电路上隔离干扰的三种常用方法是: 光电隔离，变压器隔离，继电器隔离。

64.工作接地分为一点接地多点接地。

65.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0.02。

66.一般来说，伺服系统的基本组成为控制器功率放大器执行机构和检测装置等四大部分组成。

67.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：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。

68.指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式：漏电干扰共阻抗感应干扰;

69.哪几种属于幅射耦合方式：.静电干扰磁场干扰电磁辐射干扰

70.工业机器人的发展可划分为三代。

71.可编程控制器主要由CPU 存储器接口模块等其它辅助模块组成。

72.采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。

73.按控制方法划分，伺服系统可分为开环伺服系统和闭环伺服系统系统。

74.直接差分法有向前差分法和向后差分法两种。

75.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。

76.一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其他等四大类型。

77.STD总线的技术特点模块化设计系统组成修改和扩展方便高可靠性。

78.STD总线是一个通用工业控制的8位微型机总线

79.加速度传感器的基本力学模型是 (阻尼—质量系统)

80.齿轮传动的总等效惯量与传动级数 (在一定级数内有关)

81.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称 (伺服系统)

82.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和(外循环反向器式)

83.直流测速发电机输出的是与转速 (成正比的直流电压)

84.具有某种智能功能的工业机器人属于(第二代机器人)。

85.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？（输出

轴转角误差最和等效转动惯量最小）

86.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（可靠度）

87.目前大部分工业机器人都采用多少级机器人控制？（二级）

88.抑制干扰的措施很多，下列不属于的是那一项？（过滤）A屏蔽B隔离D接地和软件处理等方法

89.以下可对异步电动机进行调速的方法是（改变电动机的供电频率）。

90.隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种变压器隔离光电隔离。

91.多点接地：优点：互不干扰，缺点：接线多复杂。

92.开环步进电动机控制系统，主要由环形分配器功率放大器步进电动机等组成。

93.机械结构因素对侍服系统性能的影响有阻尼摩擦、结构弹性变形、惯量、间隙的影响。

94.对直线导轨副的基本要求是导向精度高耐磨性好足够的刚度对温度变化的不敏感性和平稳。

95.伺服系统的基本组成包括控制器执行环节检测装置比较环节。

96.按干扰的耦合模式干扰可分为静电干扰磁场耦合干扰漏电耦合干扰等干扰类型。

97.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软件滤波、识别信号的原则有时间原则空间原则

属性原则。

98.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PLC。

99.计算机集成制造系统的英文缩写是(CIMS )。

100.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？（微分部分）

101.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（物料系统）。

102.执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为（电气式）、液压式和气动式等。

103.滚珠丝杆螺母副结构有两类：外循环插管式、内循环反向器式。

104.一般说来，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减小

105.伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。

106.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、精度，并尽量高伺服系统的响应速度。

107.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，一般包括传感器和转换电路。

108.在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信并行通信。

109.在SPWM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。

110.应用于工业控制的计算机主要有：单片机 PLC 总线工控机等类型。

111.接口的基本功能主要有数据格式转换、放大、通信联络。

112.齿轮传动的总等效惯量随传动级数(增加而减小)

113.机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科技的进步。系统工程、控制论和信息论是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了物质基础。机电一体化技术的发展有一个从自发状况向自为方向发展的过程。

114.一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、控制及信息处理部分和接口。

115.机电一体化系统对动力部分的要求是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。

116.根据机电一体化系统匹配性要求，要求执行部分的刚性提高、重量减轻、实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性。

117.机电一体化系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性。

118.自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。

119.伺服传动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能。

120.机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为：静摩擦力尽可能小，动摩擦力应尽为可能小的正斜率，若为副斜率则易产生爬行，降低精度，减少寿命。

121.运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率，系统的阻尼越大，最大振幅越小，其衰减越快。

122.在系统设计时考虑阻尼对伺服系统的影响，一般取阻尼比ξ在0.4到0.8之间的欠阻尼系统，这样既能保证振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡时间较短，又具有较高的灵敏度。

123.间隙将使机械传动系统产生回程误差，影响伺服系统中位置环的稳定性。

124.在伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。

125.对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按什么原则进行设计（重量最轻）

126.常用的直线位移测量传感器有电感式传感器、电容式传感器、差动传感器、感应同步器、光栅传感器等（只要说出其中的三种）。

127.光栅是一种位置检测元件，它的特点是测量精度高，响应速度快和量程范围大。

128.感应同步器根据励磁绕组供电电压形式不同，分为鉴相测量方式和鉴幅测量方式。

129.数字滤波的方法有很多种，可以根据不同的测量参数进行选择，成用的数字滤波方法有算数平均值法、中值滤波法、防脉冲干扰平均值法和程序判断滤波法。

130.只能进行角位移测量的传感器是（光电编码盘）

131.一般说来，伺服系统的基本组成可包含控制器、功率放大器、执行机构和检测装置。

132.伺服中的控制器通常由电子线路或计算机组成，常用的控制算法有PID控制和最优控制等。

133.执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。目前，采用电动机作为驱动元件的执行机构占据较大的比例。

134.伺服电动机是电气伺服系统的执行元件，其作用是把电信号转换为机械运动。

135.PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲的控制，改变输出电压的平均值。

136.经典控制理论校正系统的方法，通常有综合法（预期特性法）和分析法（试探法）两种。

目前常将交流伺服系统按其选用不同的电动机分为两大类：同步型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机。异步型交流伺服电动机的伺服系统，多用于机床主轴转速和其他调速系统。

137.步进电动机驱动电路的种类很多，按其主电路结构分：有单电压驱动和高、低电压驱动两种。

138.计算机控制系统的类型有：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统和分布式控制系统等。139.计算机的控制理论分为经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论是单输入—单输出的系统，现代控制理论可以分析多输入—多输出的系统，可实现最优控制、自适应控制等复杂控制。

140.工业控制计算机由计算机基本系统和过程输入/输出系统两大部分组成。

141.从设计思路看，设计数字调节器可归纳为连续化设计法和离散化设计法。

142.将脉冲信号转换成角位移的执行元件是（步进电动机）

143.如果三相步进电动机绕组为U、V、W，其通电顺序为UVWU，则这种分配方式为（三相三拍）

144.由电信号处理部分和液压功率输出部分组成的控制系统是（电液伺服系统）

145.不完全微分PID调节器是在一般PID调节器加上什么环节而构成的（串入一个一阶惯性环节）

146.工业机器人的发展通常可划分为三代，第一代是指可编程工业机器人（示教再现机器人）；第二代是指智能机器人；第三代是指自治式工业机器人。

147.工业机器人控制系统可以从不同角度进行分类，按轨迹控制方式的不同，可分为点位控制和连续轨迹控制。148.柔性制造系统按机床台数和工序数可分为：柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造生产线（FML）和柔性制造工厂（FMF）四种类型。

149.制造企业的CIMS功能模型通常包括：管理信息系统（MIS）、技术信息系统（TIS）、制造自动化分系统（MAS）和计算机辅助质量分系统（CAQ）四个应用（功能）分系统。

150.工业机器人的自由度数取决于什么所要求的动作（作业目标）

151.FMS适用于下述何种生产类型（单件、小批、大批量、多品种）。

152.由能量自动分配及输送子系统和能量自动转换系统所组成的系统称为（能量系统）

153.由过程控制子系统和过程监视子系统所组成的系统属于柔性制造系统中的（信息系统）

154.支持生产计划和控制、销售、采购、仓库、财会等功能，用以处理生产任务的信息的系统属于CIMS功能模型中哪一应用分系统（管理信息分系统（MIS））。

155.包括CAD、CAPP和NCP（数控程序编制）等子系统，用以支持产品的设计个工艺准备等功能，处理有关结构方面的信息的系统属于CIMS功能模型中哪一应用分系统（技术信息分系统（TIS））。

156.机电一体化的相关技术主要可归纳为：机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术和系统总体技术。

157.机电一体化的发展趋势可概况为以下三个方面：性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展；层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。

158.机电一体化系统（产品）设计大致可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。

159.在拟定机电一体化系统设计方案的方法中，取代法是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造的常用方法。

160.转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态相应都有影响，机械设计时，在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。

161.同步带传动的主要失效形式有：承载绳疲劳拉断、打滑和跳齿和磨损。

162.在反映产品失效的失效率和时间的关系曲线中，某一时期失效期的特点是失效率高，且随时间的增加而迅速下降，这一时期称为（早期失效）。

163.在可维修系统中，在规定的工作条件和维修条件下，在某一特定的瞬时，系统正常工作的概率，称为（有效度）164.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称为（可靠度）

165.电路各部分公共导线阻抗、地阻抗和电源内阻压降相互耦合形成的干扰，称为（共阻抗感应干扰）

166.工业用电，高频及微波设备等引起的干扰属于（无意干扰）

167.电场通过电容耦合的干扰。称为（静电干扰）

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、串行通信可以分为全双工方式、半双工方式、同步通信、异步通信四种方式：（√）

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。（×）

名词解释

1.机电一体化：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

2.系统总体技术：系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结

合起来，以实现整体最优。其重要内容为接口技术。接口包括电气接口、机械接口、人机接口

3.步进电动机：

4.灵敏度：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

5.变频调速：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。

6.线性度：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。

7.系统精度：指输出量复现输入信号要求的精确程度；

8.自动控制：自动控制—由控制装置自动进行操作的控制。

9.I/O接口：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。

10.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。

11.伺服控制系统：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。

12.可靠性：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。

13.动态误差：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。

14.开环控制系统：开环控制系统—无反馈的控制系统。

15.逆变器：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。

16.分辨力：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。

17.复合控制器：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。

18.FMS柔性制造系统：系统的柔性通常主要指对产品的柔性，即系统为不同的产品和产品变化进行设置，以达到高

的设备利用率、减少加工过程中零件的中间存储。

19.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。

20.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。

21.I/O通道：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。

22.测量：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。

23.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。

24.永磁同步电动机: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。

25.闭环控制系统：闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。

26.敏感元件：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

27.共模干扰：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。

28.DMA：外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU

29.中断：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。

30.静压轴承：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。

31.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。

32.串行通信：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

33.检测传感器：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。

34.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。

35.单片机：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。

36.静压导轨：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。

37.屏蔽：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。

38.传感器：是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。

39.传感器的静态特性：传感器在静态信号作用下，其输入-输出的关系。

40.传感器的线性度：指传感器的实际特性曲线与拟合直线之间的偏差。

41.电容式传感器：是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。

42.伺服：在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。

43.步进电动机：是一种将脉冲信号转换成角位移的执行元件。

44.整流器：把交流电变换成固定的或可调的直流电的功率放大器。

45.斩波器：把固定的直流电变成可调的直流电的功率放大器。

46.直流伺服系统：采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统。

47.旋转变压器：是一种输出电压随转角变化的角位移测量装置。

48.交流伺服系统：采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统。

49.电液伺服系统：由电信号处理部分和液压功率输出部分组成的控制系统。

50.直接数字控制系统：计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控对象的控制系统。

51.机器人：一种可重复编程的多功能操作手，用以搬运材料、零件、工具或者是一种为了完成不同操作任务，可以

有多种程序流程的专门系统。

52.隔离放大器：指对输入、输出和电源在电流电阻彼此隔离使之没有直接耦合的测量放大器。

53.适应性设计——是在原理方案基本保持不变的情况下，对现有系统功能及结构进行重新设计，提高系统的性能和

质量。

54.开发性设计——是在没有参考样板的情况下，根据抽象的设计原理和要求所进行的设计，设计出质量和性能方面

满足目的要求的系统。

55.变参数设计——在设计方案和结构不变的情况下，仅改变部分结构尺寸，使之适应于量的方面有所变更的要求的

一种设计方法。

56.步进电动机——是一种将脉冲信号转换成角位移的执行元件。

57.直流伺服系统——采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统。

58.交流伺服系统——采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统

二、简答题

1．机电一体化系统中，传感测试部分的作用是什么？

机电一体化系统中传感测试部分的作用是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变为可识别的信号，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。

2．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）

拟定产品开发目标和技术规范；收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方案设计；总体方案的评审和评价；详细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机实验，测试；技术评价与审定；小批量生产；试销；正常生产；销售。

3．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。

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。

4. 机电一体化系统对支承部件的要求是什么？

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

5. 机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面

应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

6、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？

（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。

7、为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？

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。

8、影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些？

影响系统传动机构动力学特性的主要因素有系统的负载变化；传动系统的惯性；传动系统的固有频率；传动系统中的摩擦与润滑。

9、转动惯量对传动系统有哪些影响？

在传动系统中，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。

10、为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？

减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有：适当提高零部件本身的精度；合理设计传动链，减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。

11、如何提高伺服系统的响应速度？

伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。

（1）提高系统的固有频率，减小阻尼。增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。

（2）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。

12、步进电机是如何实现速度控制的？

步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。

13、试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。

脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。

14、交流伺服电机有哪些类型？交流伺服驱动的主要特点是什麽？

交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。交流伺服驱动的主要特点有：（1）调速范围大；（2）适合大、中功率伺服系统；（3）运行平稳，转速不受负载变化的影响；（4）输出转矩较大，而转矩脉动小。15、试述可编程序控制器的功能及组成。

可编程序控制器可取代继电器控制，完成顺序和程序控制；可组成闭环系统，实现精确的位置和速度控制；可构成高速数据采集与分析系统，实现生产过程的完全自动化。典型的可编程序控制器由电源、微处理器、存贮器、输入输出接口和编程器所组成。

16、开放式体系结构的主要特点是什麽？

开放式体系结构是近年来在电子工业和计算机工业中流行的一种设计思想，它使得当代计算机测控系统的设计方法与传统方法有了很大区别。开放式体系结构的主要特点是：向未来的VLSI开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要求开放；采用模块化结构。

17、采用STD总线的工业控制机有哪几种工作模式？

由于STD总线的高度模块化和采用组合方法的特点，STD工业控制机可以灵活地组成各种系统。其工作模式有三种：

（1）独立工作模式即采用微机的基本系统与工业用I/O模板单独构成控制系统。

（2）作为前端控制，STD工业控制机可作为其它微机（工业PC机）的前端控制机，完成实时在线控制，并把采集的数据和执行结果传送给上位机。

（3）构成分布式组合，利用STD控制机的组合方法，可方便地进行各种分布式系统的组合。

18、简述STD总线微机控制系统的主要特点。

（1）采用小板结构，高度的模块化，其功能模板结构灵活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。

（2）模板设计具有严格的标准和广泛的兼容性。

（3）面向I/O的设计，具有强大的I/O扩展能力，使控制系统非常适合工业控制的应用。

（4）高可靠性。

19、STD总线系统的I/O子系统有哪些主要功能？

在计算机工业过程控制系统中，I/O子系统是过程接口，其主要功能有：

（1）开关量的输入输出用于I/O信号的测量与控制。

（2）模拟量的输入输出用于外部模拟量的采样及输出模拟量的控制。

（3）脉冲量的输入输出用于输入脉冲信号的接收、输出脉冲信号的控制；定时信号的产生及处理；伺服电机使用的运动控制接口。

20、A/D、D/A接口的功能是什麽？

在工业系统中，需要测量和控制的参数经常是连续变化的模拟信号，这些物理量经传感器变成连续变化的电压、电流等信号，A/D接口的功能是将这些模拟量再变换成数字量，以便计算机识别。D/A接口的功能则是将经计算机处理后的数字量转换成模拟电压或信号，输送到执行机构，达到控制过程的目的。

21、简述电位器式位移传感器的工作原理和主要特点。

电位器式位移传感器是通过电位器元件将机械位移转换成与之成确定关系的电压输出。其测量原理是：电位器的可动电刷与被测物体相连，物体的位移引起电位器移动端电阻的变化，电阻值的变化量反映了位移的量值，而电阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。特点是：结构简单，成本较低，测量精度高，输出量是测量轴的绝对位置，一般与A/D接口配合，可用与小于3400的角位置测量或直线位移测量。

22、简述光电编码器式传感器的工作原理和主要特点。

光电编码器式传感器主要由旋转孔盘和光电器件组成。它的输出是与孔盘转角或转角增量成正比例关系的脉冲信号，通过对脉冲信号计数，即可测定孔盘转过的角度。光电编码器式传感器又分为绝对式和增量式，前者转角范围小于360o,用于低速端角位置测量；后者无转角范围限制，可用于高速端角位置测量或转速测量。光电编码器

式传感器的主要特点是测量精度高；输出量为脉冲信号，抗干扰能力强；可以同时用于位置和速度的测量，使用方便；但高精度的光电编码器价格比较贵，成本高。

23、选择传感器应主要考虑哪几方面的因素？

选择传感器的主要依据是传感器的性能指标：（1）基本参数量程、灵敏度、静态精度和动态特性。（2）环境参数环境温度、湿度、冲击、振动；抗干扰能力。（3）可靠性工作寿命、平均无故障时间。（4）使用条件电源、外形尺寸、安装方式。（5）经济性价格和价格性能比。此外，选择传感器时还必须考虑其输入输出特性。

24、应变片式力传感器的主要特点是什么？

测量范围大，测力范围可从几牛顿到几万牛顿；测量精度高，线性度高达0.01％；动态特性好；输出信号幅度小，需专门的信号放大调理电路；可以用于力及力矩的测量。

25、FMC的基本控制功能。

1

态的登录与上报。

2

卸站等。

3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。

26、简述直流伺服电机两种控制的基本原理。

因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采

27、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？

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。

28、斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？

1）垫片调整法 2）轴向压簧调整法

29、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？

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。

30、模拟式传感器信号处理过程包括哪些环节？

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。

31、什么是PLC的扫描工作制

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。

32、PWM的工作原理

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。

33、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？

数据信息、状态信息和控制信息

34、数据信息可分为哪几种？

（1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量

35、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＝？

量化单位q＝1V，量化误差最大值emax＝±0.5V。

36、试述可编程控制器的工作原理。

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。

37、柔性制造系统的主要特点有哪些？

（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。

38、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。

39、步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么

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。

40、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。

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。

41、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。

4 ℃ ; +2℃

42、简述伺服系统的结构组成。

1) 比较环节；2) 控制器；3) 执行环节；4) 被控对象；5) 检测环节。

43、DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？

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

44、PWM脉宽调速原理。

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。

45、用软件进行“线性化”处理时，采用计算法的原理是怎样的？

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。

46、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

单极驱动双极驱动高低电压驱动斩波电路驱动，细分电路适于永磁式步进电动机

47、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？

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。

48、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？

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。

49、何谓计算机控制系统？

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。

50、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。

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。

51、简述开环控制伺服系统和闭环控制伺服系统的特征。

（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。

52、计算机控制系统由哪两部分组成？

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。

53、提高系统可靠性，应从哪几个方面考虑？

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。

54、伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能？

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。

55、什么是步进电机的使用特性

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。

56、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？

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

57、简述机电一体化技术方向。

答：按照微电子技术的发展，机电结合的深度以及机械产品发展的要求，机械系统的机电一体化技术方向可分为以下几类：

（1）在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置，使系统的性能提高，功能增强；

（2）用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制装置，以简化结构，增强控制灵活性；

（3）用电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构，简化了结构，丰富了信息传输的内容，提高了速度。

（4）用电子装置完全替代机械的主功能，形成特殊的加工能力；

（5）机电技术完全融合形成新型机电一体化产品。

58、机械系统是机电一体化系统的最基本要素，请你说说它的作用及设计要求。

答：机械系统是机电一体化系统的最基本要素，主要用于执行机构、传动机构和支承部件，以完成规定的动作；

传递功率、运动和信息；支承联接相关部件等。

机械系统通常是微型计算机控制伺服系统的有机组成部分，因此，在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。

59、机电一体化系统中影响传动链的动力学性能的因素有哪些？

答：机电一体化系统中影响传动链的动力学性能的因素一般有以下几方面：

（1）负载的变化负载包括工作负载、摩擦负载等，要合理选择驱动电动机和传动链，使之与负载变化相匹配。

（2）传动链惯性惯性既影响传动链的起停特性，又影响控制的快速性、定位精度和速度偏差的大小。

（3）传动链固有频率影响系统谐振和传动精度。

（4）间隙、摩擦、润滑和温升影响传动精度和运动平稳性。

60、在机电一体化测控系统中，对被测参量用软件进行“线性化”处理的方法有哪些？各适用于什么场合？

答：用软件进行“线性化”处理的方法有三种：计算法、查表发和插值法。

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。

在机电一体化测控系统中，有些非线性参数的计算是非常复杂的，它们不是用一般算数运算就可以计算出来的，而需要涉及到指数、对数、三角函数以及积分、微分等运算，所有这些运算用汇编语言编写程序都比较复杂，有些甚至无法建立相应的数学模型。为了解决这些问题，可以采用查表法。

查表法占用的内存单元较多，表格的编制比较麻烦，在机电一体化测控系统中也常利用微机的运算能力，使用插值法来减少列表点和测量次数。

61、数字滤波与硬件RC滤波器相比有哪些优点？

答：数字滤波就是通过一定的计算或判断来提高信噪比，它与硬件RC滤波器相比具有以下优点：

（1）数字滤波是用程序实现的，不需要任何硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道公用，不但节约投资，还可提高可靠性和稳定性。

（2）可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟RC滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。

（3）灵活性好，可以用不同的滤波程序实现不同的滤波方法，或改变滤波器的参数。

62、伺服电动机应复合哪些基本要求？

答：通常伺服电动机应符合以下基本要求：

（1）具有宽广而平滑的调速范围；

（2）具有较硬的机械特性和良好的调节特性；

（3）具有快速响应特性；

（4）空载始动电压小。

63、什么是环行分配器？实现环行分配有哪些方法？如果三相步进电动机绕组为U、V、W，写出则三相六拍的通电顺序。

答：使步进电动机绕组的通电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的装置称为环行分配器。

实现环行分配的方法有：1软件环行分配；2硬件环行分配；3专用环行分配器。

三相六拍的通电顺序为：UUVVVWWWUU或UUVVVWWWUU

64、请你说说分布式控制系统的特点？。

答：分布式控制系统综合了计算机技术、通信技术和控制技术，采用多层分级的结构形成，从上而下分为控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。每级用一台或多台计算机，级间连接通过数据通信总线。

分布式控制系统采用分散控制、集中操作、分级管理和分而自治的原则。其安全可靠性、通用灵活性、具有最优控制性能和综合管理能力，为计算机控制开创了新方法。

65、简述工业机器人的三个重要特性。

答：（1）是一种机械装置，可以搬运材料、零件、工具或者完成多种操作和动作功能，也即具有通用性。

（2）是可以再编程的，具有多种多样程序流程地，这为人机联系提供了可能，也使之具有独立的柔软性。

（3）有一个自动控制系统，可以在无人参与下，自动地完成操作作业和动作功能。

66、何为柔性制造系统？应具备的功能有哪些？

答：FMS是指可变的、自动化程度较高的制造系统。

FMS应具备的功能有：

（1）自动完成多品种多工序零件的加工；

（2）自动输送和储料；

（3）自动诊断；

（4）信息处理。

67、何为柔性制造系统？按机床台数和工序，柔性制造系统可分为哪几种类型？

答：FMS是指可变的、自动化程度较高的制造系统。

按机床台数和工序，柔性制造系统可分为：

（1）柔性制造单元（FMC ）；

（2）柔性制造系统（FMS ）；

（3）柔性制造生产线（FML ）； （4）柔性制造工厂（FMF ）。

68．机电一体化系统的基本功能要素有哪些？其主要功能是什么？

答：机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、检测部分、执行机构、控制器和接口。

机械子系统的主要功能是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。

动力部分的功能应是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能够正常运行。

检测部分的功能是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。

执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。

控制器的功能是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并达到预期的性能。

69．拟定机电一体化系统设计方案的方法通常有哪些？并解释各种方法的含义。

答：拟定机电一体化系统设计方案的方法通常有取代法、整体设计法和组合法。

取代法是用电器控制系统取代原系统中机械控制机构。这种方法是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。

整体设计法是在设计时完全从系统的整体目标考虑各子系统的设计。这种方法主要用于新系统（或产品）的设计。 组合法是选用各种标准功能模块，通过接口将各单元有机地组合设计成机电一体化系统。 三、计算题

1．图示丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量m=200Kg ，丝杠螺距t=5mm,丝杠长度L=0.8m,中径为d=30mm,材料密度为

，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J e 。

解：（1）计算各传动件的转动惯量

材料密度

33/g 108.7m K ?=ρ，齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直径取中径。 由 工作台折算到丝杠上的转动惯量为 （2）折算到电机轴上的转动惯量

2．如图1所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为50kg ，工作台与导轨间的摩擦系数f ＝0.1，负载力为1000N ，丝杠直径为16mm ，导程为4mm ，齿轮减速比为5，工作台的最大线速度为0.05m/s ，试求：

（1）折算到电机轴上的负载力矩；

（2）电机轴的转速；

（3）电机所需功率。

解：（1）折算到电机轴上的负载力矩

摩擦负载力 Ff ＝mgf ＝50×10×0.1＝50N

外负载力 Fw ＝1000N

电机上的负载力矩为

（2）电机轴的转速

（3）电机所需功率

取系数为2，则

3．如图2所示的开环步进电机位置控制系统，已知负载力F=2000N ，工作台长L=400mm ，往复精度为

mm ，丝杠

导程6mm ，直径d ＝32mm ，步进电机的步距角为α＝，试确定齿轮减速比i 。 328142l d md J πρ=

=

解：步进电机的每转脉冲数

2405.1360360==?

=αs n 脉冲/转

根据工作台定位精度的要求，选用脉冲当量

δ=0.02mm/脉冲

设传动比为i ，每个脉冲对应工作台的位移为

则

4．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）

解：

设传感器的每转脉冲数为ns ，每个脉冲对应工作台的位移为 s in t l =

? 则 160005.054=?=?=L i t n

选取n=200光电编码器，则测量精度为

满足题目要求。

5． 一数控系统如图所示，试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。

（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

6．如图所示的系统，试分析传感器的误差对输出精度的影响。

图1 电机驱动直线伺服系统

1．分析传感器的误差对输出精度的影响

传感器位于反馈通道，误差的低频分量影响系统的输出精度和系统的稳定性，因此传感器应有较高的精度；而误差的高频分量不影响输出精度，可以允许传感器及放大电路有一定的高频噪声。

7．如图所示的伺服系统，试分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。

图2 开环步进电机位置控制系统

2．分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。

对于开环步进电机位置控制系统，由于无检测装置，不对位置进行检测和反馈，齿轮减速器的传动误差（误差的高频分量）和回程误差（误差的低频分量）将直接影响工作台的输出精度。

8．画图说明工业控制机与普通信息处理计算机的主要区别是什么？

工业控制机与普通信息处理机的差别在于取消了普通信息处理机的大母板，将其改为功能插板，与普通信息处理机相比较,工业控制机有以下特点：

（1）具有丰富的过程输入输出功能。

（2）良好的时实性，能对生产过程工况变化实时地进行监控。

（3）可靠性高，故障率低，维修时间短，运行效率高。

（4）采用抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。

（5）丰富的应用软件。

（6）具有良好的技术综合性。

9．画图说明8路输入、8路输出STD 总线开关量接口模板的组成原理。

如图所示，STD 总线的开关量输入输出模板的典型接口由STD 总线接口逻辑、I/O 功能逻辑（输入缓冲器和输出锁存器）、I/O 电气接口等三部分组成。输入模板的基本组成为：外部开关信号→输入信号条理电路→输入缓冲器

→输入端口译码控制→STD总线；输出模板的基本组成为：STD总线信号→输出端口译码控制→输出锁存器→输出信号条理电路→负载。

10．试分析比较工业控制PC计算机与可编程序控制器的主要区别。

工业控制PC计算机与可编程序控制器以较强的输出带负载能力、良好的抗干扰能力和可靠性，在工业现场控制系统中得到了广泛的应用。但两者在系统组成、功能以及程序语言等方面有所不同。

工业控制PC计算机的基本系统与普通PC机大体相同，但备有各种控制模板，一般不需要再作硬件开发，在结构上进行了模块化；系统具备完整的控制功能，软件丰富，执行速度快，适用于需要作大量数据处理的测控系统。

在程序语言方面，工业控制计算机以使用高级语言为主，也可使用汇编语言。

可编程序控制器（PLC）结构小巧，适应性强，可按照使用要求选购相应产品组成控制系统，可编程序控制器的控制功能以逻辑控制为主，小型PLC适用于实现各种逻辑控制和开关量控制，大中型的PLC为模块化结构，按用户所需的功能选配模块，可组成规模较大、精度较高的闭环控制系统。PLC的控制功能由软件实现，但信号的输入输出采用周期性的扫描方式，这一点与工业控制PC机存在重要的区别。此外，在程序语言方面PLC的编程语言多采用梯形图，大型PLC控制系统可使用高级语言。

11．试分析比较测速发电机和光电编码器做转速测量的特点。

直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成，用电枢获取速度信号。它具有灵敏度高、结构简单等特点，常用于高精度低速伺服系统，也可与永磁式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电压信号，信号幅度大，信号调理电路简单。由于输出电压信号有波纹，一般需要配置滤波电路。

光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和光电器件组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特点，常与直流电机配合使用构成脉宽调速系统。增量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲信号，可以通过脉冲计数获得角位置信号，也可以定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。因此，可以同时测量转角和转速。

12．分析比较例6.2三种方案的有优缺点。

见P201页

13. 半桥逆变电路的工作原理。

1.

导电臂由一个可控元件和一个反并联二极管组成。在直流侧

接有两个相

为直流电源的中点。设电力晶体管Vl和V2 基极信号在一

u0

其幅值为Um =Ud /2输出电流i0 波形随负载阻抗角而异。

设t2 时刻以前V1 导通。t2 时刻给V1V2 导

i0

VD2 导通续流。当t3时刻i0 降至零时VD2 V2 导通

i0 t4 时刻给V2 V1

V2 VD1 t5 时刻V1 才导

通。当V1 或 V2

VD1 或 VD2

的作用。二极管VD1 、VD2VD1 、VD2被称为反馈二极管或续流二极管。

14.

100r/min24 1 2 3

输出

1) K=2; M=5, Z=24; α=360/2*5*24=1.5o

2) f=400Hz

3）74SL04

74SL04输出亦为高电平。

15. 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。

(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

2）AND NOT X4

3）AND Y1

4）OUT Y2

16．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°）

1、解：根据求得

根据

则

17．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

1、100：1=400：х

2、x=4 mm

3、四细分：400：1=400：х

4、x=1mm

5、分辨率：1÷400=2.5(μm)

2、K=1; M=3, Z=100; α=360/1*3*100=1.2o

f=600Hz

18．三相交流感应电动机，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

(1) 4极，空载转差率n=(1500-1450)/1500=3.3%

(2) 50Hz

(3) 50Hz 16.5 Hz

19．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。

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

… …

20．分析扩展的EPROM2764的地址范围及工作原理

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。

21．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。

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。

22。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

20KHz 3.6o

23、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。

24．某齿轮系中，设i = 65，传动级数n = 3的小功率传动，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。并验算之。

解：由式 ()1222/1

21

)12(21211222------??

? ??=?=n k n

n n n k n i i i i

验算：i =i 1i 2i 3i 4=65 1．某数控机床位置控制系统的参数如下：K =40 N ·m/rad ；f m = 12s ·N ·m ；f = 15s ·N ·m ；J =25Kg ·m 2；T s -T c =1.6 N ·m ，求其临界转速Ωc 。 根据φc —ξ关系曲线查表,得出现爬行时系统的临界初

始相位φc =80°

2．某齿轮系中，设i = 80，传动级数n = 4的小功率传动，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。并验算之。

解：由式 ()1222/1

21

)

12(2121122902------??

? ??=?=n k n n n n k n i i i 4269.04025215

122=?+=+=

JK f f m ξφc —ξ关系曲线 rad/s 0099.0rad/s )80tan 4269

.04269.011)(1512(6.12)tan 11)(()(202

2=-++?=-++-=Ωc m c s c f f T T φξ

ξ