机电一体化系统设计基础课程形考作业.docx
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机电一体化系统设计基础课程形考作业
机电一体化系统
形成性考核作业1
一、判断题（正确的打√，错误的打×）
1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（）
2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（）
3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（）
4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（）
5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（）
6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（）
7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（）
8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（）
9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（）
10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（）
11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。
（）
12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。
（）
二、单选题
1．以下产品属于机电一体化产品的是（）。
A．游标卡尺B．电话
C．全自动洗衣机D．非指针式电子表
2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（）。
A．增大系统刚度B．增大系统转动惯量
C．增大系统的驱动力矩D．减小系统的摩擦阻力
3．导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则其折算到丝杠上的等效转动惯量为（）kg·mm2。
A．48.5B．97
C．4.85D．9.7
4．传动系统的固有频率对传动精度有影响，（）固有频率可减小系统地传动误差，（）系统刚度可提高固有频率。
A．提高，提高B．提高，减小
C．减小，提高D．减小，减小
5．下列哪种方法是采用单螺母预紧原理来消除滚珠丝杠副的间隙？
（）
A．螺纹调隙式B．双螺母垫片调隙式
C．齿差调隙式D．偏置导程法
6.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
7．多级齿轮传动中，各级传动比“前小后大”的分配原则不适用于按（）设计的传动链。
A．最小等效转动惯量原则（小功率传动装置）
B．最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）
C．输出轴的转角误差最小原则
D．重量最轻原则
8．某机电一体化系统需要消除齿轮传动的齿侧间隙，采取下列哪种方法使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙？
（）
A．偏心套调整法B．轴向垫片调整法
C．薄片错齿调整法D．轴向压簧错齿调整法
三、简答题
1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？
2．简述机电一体化系统中的接口的作用。
3．机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率，但是设计中要适当选择其参数，而不是越小越好。
为什么？
4．简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。
四、计算题
1.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如图所示，已知电机轴的转动惯量Jm=4×10-4kg·m3，与电机输出轴相连的小齿轮的转动惯量J1=1×10-4kg·m3，大齿轮的转动惯量J2=1.8×10-4kg·m3，丝杠的转动惯量Js=3.8×10-4kg·m3。
工作台的质量m=50kg，丝杠导程t=5mm，齿轮减速比为i=5。
试求：
（1）工作台折算到丝杠的等效转动惯量JG；
（2）传动件折算到电机轴的等效转动惯量Je；
（3）电机轴上的总转动惯量J。
图直流电机丝杠螺母机构驱动工作台
2.已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各级减速比相同，即i1=i2=…=i4=3，求该系统的最大转角误差Δφmax。
五、综合题
1.分析下图调整齿侧间隙的原理。
1.锁紧螺母2.圆螺母3.带凸缘螺母4.无凸缘螺母
2.分析下图中传动大负载时消除齿侧间隙的原理。
1、6－小齿轮2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条
机电一体化系统
形成性考核作业2
一、判断题（正确的打√，错误的打×）
1．机电一体化系统是以微电子技术为主体、以机械部分为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
（）
2．机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。
（）
3．双螺母消除轴向间隙的结构形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，能够精确调整。
（）
4.传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。
（）
5．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。
（）
6．选择传感器时，如果测量的目的是进行定性分析，则选用绝对量值精度高的传感器，而不宜选用重复精度高的传感器。
（）
7．传感器在使用前、使用中或修理后，必须对其主要技术指标标定或校准，以确保传感器的性能指标达到要求。
（）
8．驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。
（）
9．气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。
（）
10．永磁型步进电动机即使其定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用于定位驱动。
（）
11．步进电动机的转动惯量越大，同频率下的起动转矩就越大。
（）
12．直流伺服电动机的调速特性是电机转速与其输出转矩的关系。
（）
二、单选题
1．以下产品不属于机电一体化产品的是（）。
A．工业机器人B．电子计算机
C．空调D．复印机
2．多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（）设计的传动链。
A．最小等效转动惯量原则B．输出轴的转角误差最小原则
C．重量最轻原则（小功率装置）D．重量最轻原则（大功率装置）
3．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放大电路D逆变电路
4．幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（）。
A．静态特性指标B．动态特性指标
C．输入特性参数D．输出特性参数
5．光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，，经四倍细分后，记数脉冲为400，光栅位移是（）mm。
A．1B．2C．3D．4
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．闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的（）。
A．回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度
B．传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度
C．回程误差和传动误差都不会影响输出精度
D．回程误差和传动误差都会影响输出精度
8.以下可对交流伺服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
C改变电压的相位D改变电动机转子绕组匝数
三、简答题
1．什么是传感器的静态特性和动态特性？
2．什么是伺服系统？
伺服系统的一般组成有哪几个部分？
3．简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。
4．比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别。
四、计算题
1．刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？
2．如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动x向工作台的三相双三拍步进电机，转子齿数z为100。
滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。
已知传动系统的横向（x向）脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。
试求：
（1）步进电机的步距角α；
（2）减速齿轮的传动比i。
五、综合题
1．图示直射式光电转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴（或与被测轴相连接的输入轴）上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成，光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。
试分析传感器的测量原理。
2．已知一个绳位移控制系统的两种驱动方案分别如图a和b所示。
（1）试分析两种方案的特点；
（2）画图说明方案（a）减速器滚筒驱动测量位移的方法。
（a）减速器滚筒驱动（b）丝杠滑台驱动
机电一体化系统
形成性考核作业3
一、判断题（正确的打√，错误的打×）
1．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。
（）
2．电液伺服系统的过载能力强，在强力驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。
（）
3．通常，步进电机的最高连续工作频率远大于它的最高启动频率。
（）
4．脉冲分配器的作用是使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化。
（）
5．对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。
（）
6．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。
（）
7．一般说来，全物理仿真较之计算机仿真在时间、费用和方便性上都具有明显的优点，是一种经济、快捷与实用的仿真方法。
（）
8．数字化物理样机就是一种结构设计软件，强调结构上的设计。
（）
9．计算机控制系统的采样周期越小，其控制精度就越高。
（）
10．PLC采用扫描工作方式，扫描周期的长短决定了PLC的工作速度。
（）
11．通用型计算机系大多工作在为特定用户群设计的系统中，通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。
（）
12．现代嵌入式系统的设计方法是将系统划分为硬件和软件两个独立的部分，然后按各自的设计流程分别完成。
（）
二、单选题
1．下列哪个是传感器的动特性（）。
A．量程B．线性度
C．灵敏度D．幅频特性
2．在开环控制系统中,常用（）做驱动元件。
A．直流伺服电动机B．步进电动机
C．同步交流伺服电动机D．异步交流伺服电动机
3.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，此光栅传感器测量分辨率是（）mm。
A．1B．0.1C．0.01D．0.001
4．计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（），具有实时性、针对性、灵活性和通用性。
A．实时软件B．开发软件C．系统软件D．应用软件
5．以下除了（），均是由硬件和软件组成。
A．计算机控制系统B．PLC控制系统
C．嵌入式系统D．继电器控制系统
6．以下抑制电磁干扰的措施，除了（），其余都是从切断传播途径入手。
A屏蔽B隔离C滤波D软件抗干扰
三、简答题
1．机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么？
2．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？
分别应用于系统设计的哪个阶段？
3．PID控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？
4．系统采样周期的选择时，主要考虑的影响因素主要有哪些？
5．简述下图所示梯形图的工作过程及逻辑关系，图中接线为：
开关1（I0.0），开关2（I0.1），开关3（I0.2），红灯（Q0.0），绿灯（Q0.1）。
四、计算题
1．某工作台采用如图所示的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（忽略齿轮和丝杠的传动误差）。
（1）若采用高速端测量方法，将旋转编码器安装在电机输出轴上，确定旋转编码器的每转脉冲数。
（2）若采用低速端测量方法，将传感器与丝杠的端部直接相连，ns=500脉冲/转的旋转编码器是否合用？
图直流电机丝杠螺母机构驱动工作台
2．图示为电枢控制式直流电动机的工作原理图。
图中电机线圈的电流为i；L与R为线圈的电感与电阻；电机的输入电压为u；折算到电机转子轴上的等效负载转动惯量为JM；电机输出转矩和转速分别为T和ω；KE和KT分别为电枢的电势常数和转矩常数，试求输出转速与输入电压之间的传递函数。
五、综合题
1．如图所示的系统，试分析齿轮减速器、丝杠螺母机构及传感器的误差对输出精度的影响。
2．用PLC实现对一台电动机的正反转控制。
控制要求为：
首先电动机正转起动，3秒后自动反转，反转2秒后自动又回到正转，如此循环；可以随时停车。
（1）写出I/O分配表；
（2）选择PLC，画出梯形图。
机电一体化系统
形成性考核作业4
一、判断题（正确的打√，错误的打×）
1．自动控制技术是机电一体化相关技术之一，直接影响系统的控制水平、精度、响应速度和稳定性。
（）
2．计算机控制系统设计完成后，首先需要对整个系统进行系统调试，然后分别进行硬件和软件的调试。
（）
3．PLC完善的自诊断功能，能及时诊断出PLC系统的软件、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC控制系统的工作安全性。
（）
4．现场总线系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。
（）
5．需求设计是指新产品开发的整个生命周期内，从分析用户需求到以详细技术说明书的形式来描述满足用户需求产品的过程。
（）
6．目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化，设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。
（）
7．计算机控制系统的软件主要分为系统软件和应用软件，应用软件一般不需要用户设计，系统软件都要由用户自行编写，所以软件设计主要是系统软件设计。
（）
8．反求设计是建立在概率统计基础之上，主要任务是提高产品的可靠性，延长使用寿命，降低维修费用。
（）
9．绿色设计是对已有的产品或技术进行分析研究，进而对该系统（产品）进行剖析、重构、再创造的设计。
（）
10．虚拟设计是在基于多媒体的、交互的、嵌入式的三维计算机辅助设计环境中进行实体建模和装配建模，生成精确的系统模型，并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。
（）
11．工业机器人驱动部分在控制信息作用下提供动力，包括电动、气动、液压等各种类型的传动方式。
（）
12．数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制系统，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。
（）
二、单选题
1．有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，已知转子有24个齿，步进电机的步距角是（）。
A．0.6°B．1.2°C．1.5°D．2°
2．步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而（）。
A．上升B．下降
C．不变D．前三种情况都有可能
3．采用脉宽调制（PWM）进行直流电动机调速驱动时，通过改变（）来改变电枢回路的平均电压，从而实现直流电动机的平滑调速。
A．脉冲的宽度B．脉冲的频率
C．脉冲的正负D．其他参数
4．含有微处理器，可进行程序编制或适应条件变化的接口是（）。
A．零接口B．被动接口
C．主动接口D．智能接口
5．HRGP-1A喷漆机器人中的活塞式液压缸属于系统中的（）。
A．能源部分B．测试传感部分
C．驱动部分D．执行机构
6．HRGP-1A喷漆机器人中的手部属于系统中的（）。
A．能源部分B．测试传感部分
C．驱动部分D．执行机构
7．通常，数控精密镗铣床等高精度数控设备，其伺服系统的控制方式均采用（）。
A．开环控制B．闭环控制
C．半闭环控制D．混合控制
8．数控机床进给系统的伺服电机属于设备的（）。
A．能源部分B．测试传感部分
C．驱动部分D．执行机构
三、简答题
1．何谓概念设计？
简述概念设计的设计过程。
2．如何进行机电一体化系统的可靠性设计？
3．简述HRGP－1A喷漆机器人的示教再现过程。
4．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。
五、综合题
1．某物料搬动机械手的结构如图所示，动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。
机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度，采用电磁阀控制的气缸驱动，PLC控制。
要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。
物料搬动机械手结构原理图
2.某车间内的两条自动生产线上需要一款搬运机器人，用于生产线间的产品搬运，如果该款机器人采用概念设计，请制订出概念设计的流程。
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