最新电大《机电一体化系统设计基础》形考作业任务01.docx
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最新电大《机电一体化系统设计基础》形考作业任务01
最新电大《机电一体化系统设计基础》形考作业任务01
最新电大《机电一体化系统设计基础》形考作业任务01-05网考试题及答案100%通过考试说明：
《机电一体化系统设计基础》形考共有5个任务，任务1至任务4是客观题，任务5是主观题，任务1至任务4需在考试中多次抽取试卷，直到出现01任务_0001、02任务_0001、03任务_0001、04任务_0001试卷，就可以按照该套试卷答案答题。
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01任务01任务_0001一、判断题（共10道试题，共40分。
）1.齿轮传动的啮合间隙会造成一定的传动死区，若在闭环系统中，传动死区会使系统产生低频震荡。
A.错误B.正确2.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。
A.错误B.正确3.系统的静摩擦阻尼越大，使系统的回程误差增大，定位精度降低。
A.错误B.正确4.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。
A.错误B.正确5.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。
A.错误B.正确6.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。
A.错误B.正确7.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。
A.错误B.正确8.滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
A.错误B.正确9.在滚珠丝杠螺母间隙的调整结构中，齿差式调隙机构的精度较高，且结构简单，制作成本低。
A.错误B.正确10.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1~5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。
A.错误B.正确二、单项选择题（共10道试题，共40分。
）1.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.以下产品属于机电一体化产品的是（）。
A.游标卡尺B.移动电话C.全自动洗衣机D.非指针式电子表4.以下产品属于机电一体化产品的是（）。
A.自行车B.电子计算器C.机械手表D.工业机器人5.以下产品不属于机电一体化产品的是（）。
A.工业机器人B.打印机C.空调D.电子计算机6.机电一体化技术是以（）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
A.自动化B.微电子C.机械D.软件7.导程L0=8mm的丝杠的总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（）kg·mm2。
A.1200B.480C.120D.488.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.97C.4.85D.9.79.机械传动部件的阻尼比和以下哪个因素无关？
（）A.粘性阻尼系数B.抗压刚度系数C.转动惯量D.质量10.为降低机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（）。
A.减小系统刚度B.减小系统转动惯量C.减小系统的驱动力矩D.减小系统的摩擦阻力三、计算题（共2道试题，共20分。
）1.答案：
B、C、C2.答案：
B、A02任务02任务_0001一、判断题（共10道试题，共40分。
）1.气压伺服系统的过载能力强，在大功率驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。
（）A.错误B.正确2.选择传感器时，应选用精度尽可能高的传感器。
（）A.错误B.正确3.传感器的静态特性是特指输入量为常量时，传感器的输出与输入之间的关系。
（）A.错误B.正确4.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。
（）A.错误B.正确5.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。
（）A.错误B.正确6.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。
（）A.错误B.正确7.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。
（）A.错误B.正确8.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。
（）A.错误B.正确9.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。
（）A.错误B.正确10.直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机都可以采用PWM控制方式进行调速控制。
（）A.错误B.正确二、单项选择题（共10道试题，共40分。
）1.采用脉宽调制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2.对同一种步进电机，三相单三拍的步距角是三相六拍的（）倍。
A.0.5B.1C.2D.33.步进电机在转子齿数不变的条件下，若拍数变成原来的2倍，则步距角为原来的（）。
A.0.5倍B.2倍C.0.25倍D.不变4.某种型号的步进电机有A、B、C三对磁极，采用（）的顺序进行循环通电是三相双三拍通电方式。
A.A→B→CB.AB→BC→CAC.A→AB→B→BC→C→CAD.A→ABC→B→ABC→C→ABC5.步进电动机是通过控制（）决定转向。
A.脉冲数量B.脉冲频率C.电机的极对数D.电机绕组的通电顺序6.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7.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8.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9.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.0.00110.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，设记数脉冲为400，光栅位移是（）mm。
A.1B.2C.3D.4三、计算题（共3道试题，共20分。
）1.某线性位移测量仪，xxxx时，位移测量仪的输出电压由3.5v减至2.5v,求该仪器的灵敏度为（）V/mm。
解：
A．S=y/x=2.5/5.0=0.5B．S=y/x=3.5/4.5=0.778C．S=dy/dx=（2.5-3.5）/（5.0-4.5）=-2D．S=dy/dx=（5.0-4.5）/（3.5-2.5）=0.5答案：
C2.已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.004弧度，各级减速比相同，即i1=i2=i3=i4=3，求该系统的最大转角误差Δφmax=（）弧度。
A.B.C.答案：
C3.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？
答案：
AB03任务03任务_0001一、判断题（共20道试题，共60分。
）1.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。
（）A.错误B.正确2.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。
（）A.错误B.正确3.计算机仿真有实物介入，具有较高的可信度、较好的实时性与在线等特点。
（）A.错误B.正确4.用户可以按照自己的需要，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统，然后通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统。
（）A.错误B.正确5.PLC是一种专为工业环境下应用而设计的电子计算机系统。
（）A.错误B.正确6.PLC具有完善的自诊断功能，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。
（）A.错误B.正确7.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。
（）A.错误B.正确8.半物理仿真和全物理仿真有实物介入，但是仿真系统具有构成复杂、造价高、准备时间长等缺点。
（）A.错误B.正确9.机电一体化系统优化设计就是通过对零件、机构、元器件和电路、部件、子系统乃至机电一体化系统进行优化设计，确定出最佳设计参数和系统结构，提高机电产品及技术装备的设计水平。
（）A.错误B.正确10.嵌入式系统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。
（）A.错误B.正确11.开环系统没有反馈回路，只能依据时间和逻辑顺序决定被控对象的运行方式，开环系统简单、稳定、可靠，但精度较低，无自动纠偏能力。
（）A.错误B.正确12.在实际机电一体化系统中，很难建立严格的数学模型，因此建立描述模型。
（）A.错误B.正确13.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。
（）A.错误B.正确14.半闭环系统与闭环系统的区别在于半闭环反馈信号取自系统的执行部件。
（）A.错误B.正确15.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。
（）A.错误B.正确16.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。
（）A.错误B.正确17.为了提高机电一体化系统的随动性，可以适当将采样周期取得小一点。
（）A.错误B.正确18.通用型计算机系统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。
（）A.错误B.正确19.绿色设计是指考虑新产品的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。
（）A.错误B.正确20.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。
（）A.错误B.正确二、单项选择题（共10道试题，共40分。
）1.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2.以下（）不属于PLC系统的组成部分。
A.CPUB.硬盘C.编程器D.I/O接口3.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4.以下（）不属于系统模型的类型。
A.物理模型B.数学模型C.符号模型D.描述模型5.积分调节器的主要作用是（）。
A.消除静差B.加快响应C.减小振荡D.提高稳定性6.（）的主要手段是建立系统数学模型，在计算机上确定出最佳的设计参数和系统结构，提高产品的设计水平。
A.优化设计B.可靠性设计C.反向设计D.绿色设计7.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.嵌入软件B.应用软件C.开发软件D.系统软件8.抑制干扰的措施很多，以下（）不是干扰抑制技术。
A.屏蔽B.接地C.滤波D.仿真9.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10.以下除了（），均是由硬件和软件组成。
A.计算机控制系统B.继电器控制系统C.嵌入式系统D.PLC控制系统04任务04任务_0001一、简答题（共7道试题，共70分。
）1.完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？
机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。
通过接口及相应软件有机结合在一起，构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。
2.滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？
滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有：
螺纹预紧调整式、双螺母差齿预紧调整式、双螺母垫片预紧调整式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预紧式。
3.简述机电一体化系统中的接口的作用。
从系统外部来看，接口连接机电一体化系统与人、环境或其他系统；
从系统内部来看，通过许多接口将机电一体化系统各组成要素的连接起来。
接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等。
4.图中所示的双螺母螺纹预紧调整滚珠丝杠轴向间隙，双螺母中的一个外端有凸缘，一个外端无凸缘，但制有螺纹，它伸出套筒外用两个螺母固定锁紧，并用键来防止两螺母相对转动。
旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力，之后再用锁紧螺母锁紧。
5.简述典型的机电一体化的机械系统的组成及对其的基本要求。
典型的机电一体化的机械系统组成包括传动机构、导向机构、执行机构、轴系和机座或机架。
机电一体化设备对机械系统的基本要求是高精度；
快速响应；
良好的稳定性。
6.简析下图中传动大负载时消除齿侧间隙的原理。
当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。
如图所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。
7.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？
机电一体化系统的仿真模型主要有：
物理模型、数学模型和描述模型。
当仿真模型是物理模型时，为（全）物理仿真；
是数学模型时，称之为数学（计算机）仿真。
用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理仿真。
计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用在分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件－硬件级）实时仿真、系统研制阶段（硬件级）实时仿真阶段。
二、综合题（共2道试题，共30分。
）1.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。
答案：
产品概念设计决定性地影响产品创新过程中后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。
包含以下流程：
（1）首先是将设计任务抽象化，确定出系统的总功能；
（2）根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进行总功能分解，划分出各功能模块，将总功能分解为子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能树；
确定它们之间的逻辑关系；
（3）对各功能模块输入/输出关系进行分析，确定功能模块的技术参数和控制策略、系统的外观造型和总体结构；
（4）寻找子功能（功能元）的解，并将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案，（5）以技术文件的形式交付设计组讨论、审定。
由于体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理，（6）方案进行整体评价：
对不同的方案进行整体评价，选择综合指标最优的设计方案。
最终选定最佳方案形成概念产品。
2.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。
答案：
机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段：
产品规划、概念设计、详细设计、设计实施和设计定型阶段。
第一阶段：
产品规划阶段：
进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。
机械手的用途:
物料搬运。
工作方式：
手动、自动方式。
主要技术参数：
3自由度。
使用环境要求：
生产线。
第二阶段：
概念设计阶段：
在功能分析的基础上，优化筛选取得较理想的工作原理方案。
第三阶段：
详细设计阶段。
对各功能模块进行细部设计，绘制相应的工程图。
该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。
第四阶段：
设计实施阶段。
首先根据机械、电气图纸和算法文件，制造、装配和编制各功能模块；
然后进行模块的调试；
最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。
第五阶段：
设计定型阶段。
对调试成功的系统进行工艺定型，整理设计资料。
小批量生产，试销。
05任务一、作品题（共1道试题，共100分。
）1.专题报告一、目的通过对社会生活或生产实践中某一种典型的机电一体化产品进行分析和研究，理解机电一体化系统的组成结构、关键技术与原理，培养对机电一体化产品进行分析和研究的能力。
二、选题选择社会生活或生产实践中机电一体化技术的典型应用的产品。
同一班级中，可按照个人或小组在指导教师的指导下进行选题。
三、报告要求1．专题报告内容应包括机电一体化产品（设备）的基本结构及工作原理、主要技术特点、主要用途、与本课程相关内容的联系等。
2．专题报告撰写要做到形式和内容规范、专业，文字部分不少于1000字，并要求画出机电一体化产品（设备）的系统结构框图和工作流程图。
3．专题报告应独立完成，如有抄袭或雷同部分，专题报告成绩计为0分。
答案：
机电一体化在实践中的合理应用【摘要】煤矿机械正处在一个向机电一体化方向发展的时代，近来，随着国家对煤矿安全生产的重视，煤矿设备投入的不断增加，煤矿机械也处在一个更新换代的时期。
【关键词】煤炭机械；
机电一体化；
应用随着科学技术的不断发展，对煤矿机械的性能要求也在不断提高，电子（微电脑）控制装置在煤矿机械上的应用将更加广泛，结构将更加复杂，维护也将更加专业化。
为帮助煤矿机械使用人员、维修人员、管理人员对煤矿机械中的电气与电子控制装置的功能、类别及特性有一些初步的了解和掌握，下面我就这些做一下介绍与浅述。
煤矿生产中，煤矿机械的性能自动化程度及其经济性等可以说直接影响到生产，也直接影响到煤矿供电、排水、通风、提升等的安全运行。
而煤矿机械电气与电子控制系统部分质量的好坏与性能的优劣又直接影响到机械的动力性、经济性、可靠性，从而影响施工质量、生产效率及使用寿命等。
电子（微电脑）控制系统已成为煤矿现代机械不可缺少的组成部分，同时也是评价煤矿现代机械技术水平的一个重要依据。
随着科学技术的不断发展，以及对煤矿机电产品性能要求不断提高，电子（微电脑）控制系统在煤矿机械中所占的比重越来越大，其功能将会越来越强，应用范围也将越来越广，而其复杂程度也随之提高，这样就对使用与维修维护这些设备的煤矿工作人员提出了更高的要求，对煤矿职工的培训工作和对煤矿设备的管理工作也显得尤为重要。
为适应煤矿机械对性能的要求，仅仅依靠机械和液压技术已显得力不从心。
电子（微电脑）控制技术的发展就成了煤矿机械的必要选择。
机电一体化是一项新兴的技术，将其引入到煤矿机械中，必将会给煤矿机械带来了新的技术变革，使其各种性能有了质的飞跃。
机电一体化又称机械电子工程学，是一门跨学科的综合性高技术，是由微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合而成的一门独立的交叉学科。
机电一体化技术从70年代中期开始在国外机械上得到应用。
80年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起，推动了机械制造技术的迅速发展，特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等的发展及其在机械上的应用，极大促进了煤矿机电产品的性能，使煤矿机械进入了一个飞跃的发展时期。
以微电脑或微处理器为核心的电子控制系统在国外机械上的应用已相当普及，在我国也是发展的方向，已成为机械高性能的体现。
目前机械的电子（微电脑）控制系统主要用以实现如下功能：
一、在线监控、自动报警及故障自诊即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控，出现故障能自动报警并准确地指出故障的部位，从而改善操作员的工作条件，提高机器的工作效率，简化设备维护检查工作，降低使用维修费用，缩短停机维修时间，延长设备的使用寿命。
如采煤机上变频器就采用PLC控制，可实现多种在线监控和故障自诊，还有煤矿用各种电器设备也越来越智能化。
二、节能降耗，提高生产效率例如井下使用的胶带输送机、通风机、提升机等，使用变频起动、PLC控制系统，节电量就为30%左右，同时生产效率也大大提高了。
三、自动化或半自动化程度的提高煤矿机械实现自动化或半自动化控制，可以减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，并减少因操作者的经验不足，对作业精度的影响。
例如，冀中能源黄沙矿2021年投入使用的一整套薄煤综采设备，由我国北京天地玛坷电液控制系统有限公司与德国MARCO公司合作生产的PM31型液压支架电液控制系统，就是微电脑控制，只要在支架操作控制器上输入程序，支架使会自动连续动作，也可实现远程控制和工作面无人操作。
四、其他应用一些国外生产的输送机、采煤机、综掘机等采用了电子（微电脑）控制的自动变速器，能够根据外负荷的变化情况自动改变传动系的传动比，从而改变功率，这不仅充分利用了电动机功率，大大提高了能耗经济性，而且也简化了操作，降低了劳动强度，提高了设备的安全性能，提高作业人员操作的安全性。
目前我国在综合机械化采煤机上采用电子（微电脑）控制，可实现无人操作，使机械能在危险地带或人无法接近的地点进行作业，也配备了无线遥控装置，可远程遥控也可微电脑编程控制。
电子（微电脑）系统的可靠性是煤矿机械非常重要的一项性能指标。
由于煤矿机械一般井下作业，其直接受到潮气、煤尘、通风、石块、地质变化等的侵袭，此外还受到采煤振动和冲击以及各种电、磁等的干扰，工作环境非常恶劣，因此电子（微电脑）控制系统必须满足井下性能环境要求，能在井下环境温度下可靠、稳定地工作；
抗压强度高、抗老化，具有较长的使用寿命；
密封性能好，能防止水分和污物的侵入；
较好耐冲击和抗振性能；
较强的抗干扰能力，系统能在各种干扰下可靠地工作。
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