1118机电一体化系统设计基础.docx
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1118机电一体化系统设计基础
1118机电一体化系统设计基础习题
试题一
一、单选题
1．机电一体化技术是以（B）技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
A．自动化B．电子C．机械D．软件
2．机电一体化技术是以（C）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
3．在机电一体化产品的开发过程中，总体方案设计完成后应立即进行（B）。
A．样机设计（详细设计）B．此方案的评审、评价
C．理论分析（数学模2）D．可行性与技术经济分析
4．在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的基本要求足（A）。
A．精度、稳定性、快速响应性B．精度、稳定忭、低噪声
C．精度，高可靠性、小型轻量化D．精度、高可靠性、低冲击振动
5．在机械传动系统中，用于加速惯性负载的驱动力矩为（D）。
A．电机力矩B．负载力矩C．折算负载力矩D．电机力矩与折算负载力矩之差
6．在下列电机中，（C）既可通过闭环实现速度或位置控制，又可作步进方式运行，且电机转速不受负载影响，稳定性高。
A．步进电机B．直流伺服电机C．交流同步伺服电机D．笼型交流异步电机
7．在开环控制系统中,常用（B）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
8．在工业控制计算机中，控制总线的功能是（B）。
A．确切指定与之通信的外部硬什B．确定总线上信息流的时序
C．在计算机内部传输数据D．连接控制电源
9．在工业控制应用中，为了（D），D／A转换的输出常常要配接V／I转换器。
A．抑制共模电压的干扰B．非电压信号的转换
C．信号的放大、滤波D．适应工业仪表的要求
10．在工业机器人的设计中，（A）是理论分析阶段要进行的工作之一。
A．传感器的选择及精度分析B．技术经济性分析
C．控制系统硬件电路设计D．控制系统软件配置与调试
11．以下产品不属于机电一体化产品的是（B）。
A．机器人B．移动电话C．数控机床D．复印机
11．以下产品不属于机电一体化产品的是（B）。
A．工业机器人B．电子计算机C．空调D．复印机
12．以下除了（D），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
13．以下抑制电磁干扰的措施，除了（D），其余都是从切断传播途径人手。
A．屏蔽B．隔离C．滤波D．软件抗干扰
14．导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则工作台与工件折算到丝杠上的等效转动惯量为（B）kg•mm2。
A．48.5B．97C．4.85D．9.7
15．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（A）kg·mm2。
A．1200B．480C．120D．48
16．下列哪个不是传感器的动特性?
（D）
A．幅频特性B．临界频率C．相频特性D．分辨率
17．下列哪项指标是传感器的动态特性？
（D）。
A．量程B．线性度C．灵敏度D．幅频特性
18．幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（B）。
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
19．静态刚度属于传感器的（C）。
A．静态特性指标B．动态特性指标C．输人特性参数D．输出特性参数
20．频率响应函数是传感器的（B）。
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
21．机械系统的刚度对系统的动态特性主要影响表现为（B）等方面。
A．固有频率、响应速度、惯量B．固有频率、失动量、稳定性
C．摩擦特性、响应速度、稳定性D．摩擦特性、失动量、惯量
22．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A）。
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
23．传动系统的固有频率对传动精度有影响，（A）固有频率可减小系统地传动误差，（A）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
24．多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（C）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）
25．多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按（D）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）
26．闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的（B）。
A．传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度
B．回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度
C．传动误差和回程误差都会影响输出精度
D．传动误差和回程误差都不会影响输出精度
27．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（D）。
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
28．半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（D）。
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
29．HRGP-1A喷漆机器人中的旋转变压器属于系统中的（B）。
A．能源部分B．测试传感部分C．控制器D．执行机构
30．HRGP—lA喷漆机器人中的活塞式液压缸属于系统中的（C）。
A．能源部分B．测试传感部分C．驱动部分D．执行机构
31．HRGP-1A喷漆机器人中的手部属于系统中的（D）。
A．能源部分B．测试传感部分C．驱动部分D．执行机构
32．步进电机转角的精确控制是通过控制输入脉冲的（B）来实现的。
A．频率B．数量C．步距角D．通电顺序
33．步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而（B）。
A．上升B．下降C．不变D．前三种情况都有可能
34．对同一种步进电机，三相单三拍的步距角是三相六拍的（C）倍。
A．0．5B．1C．2D．3
35．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（C）。
A．0.6°B．1.2°C．1.5°D．2°
36．频矩特性表示步进电机（B）与脉冲频率的关系。
A．额定动态转矩B．最大动态转矩C．最大静态转矩D．最大启动转矩
37．STD总线的A／D转换接口模板中，除A／D转换器及STD总线接口逻辑之外；还应设置（C）。
A．采样保持器与通道选择器B．通道选择器与多路开关
C．多路开关与采样保持器D．V／I转换器与信号调理电路
38．开放式体系结构中的VLSI是指（C）。
A．不同的用户层次B．用户的特殊要求C．超大规模集成电路D．模块化体系结构
39．为保证系统安全可靠工作，下列机电一体化产品中，（D）需要进行抗干扰设计。
A．自动洗衣机B．自动照相机C．滚筒型绘图机D．数控机床
40．通常，TTL电平接口不用于（A）。
A．工控机与独立设备的连接B．操作面板上开关状态的输入
C．驱动带电气隔离的继电器D．输出指示灯控制
41．计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（D），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
42．数控机床进给系统的伺服电机属于设备的（C）。
A．能源部分B．传感部分C．驱动部分D．执行机构
43．（A）又称为力矩电动机，在位置控制方式的伺服系统中，它可在堵转状态下工作。
A．永磁式直流伺服电机B．电磁式直流伺服电机
C.永磁式交流同步伺服电机D．笼型交流异步伺服电机
44．采用脉宽调制（PWM）进行直流电动机调速驱动时，通过改变（A）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
45．某机电一体化系统需要消除斜齿轮传动的齿侧间隙，采取（D）调整法使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙。
A．偏心套B．轴向垫片C．薄片错齿D．轴向压簧错齿
试题二
一、判断题
1．自动控制技术是机电一体化六个相关技术之一，而接口技术是自动控制技术中的一个方面。
（×）
2．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。
（×）
3．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。
（×）
4．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。
（√）
5．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。
（×）
6．机电—体化产品的适应性设计是指对产品功能及结构重新进行的设计。
（√）
7．机电一体化产品的适应性设计是指改变产品部分结构尺寸而形成系列产品的设计。
（×）
8．机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。
（√）
9．传动机构的转动惯量取决于机构中传动件的质量、转速和尺寸参数。
（×）
10．传动轴在单向回转时，回程误差对传动精度没有影响。
（×）
11．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。
（×）
12．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。
（×）
13．驱动元件的选择及动力计算是机电一体化产品开发过程理论分析阶段的工作之一。
（√）
14．驱动装置中同一环节的误差，其高频分量和低频分量，对系统输出精度的影响程度可能是不同的。
（√）
15．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。
（√）
16．驱动电路中采用脉冲调制（PWM）放大器的优点是功率管工作在开关状态、管耗小。
（√）
17．直流伺服电机的驱动电路中，脉宽凋制放大器由于管耗大，因而多用于小功率系统。
（×）
18．直流伺服电机的驱动电路中，由于脉宽调制放大器的管耗大，因此多用于小功率系统。
（×）
19．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控制方式进行控制。
（√）
20．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。
（×）
21．直流伺服电动机的机械特性是电机转速与其控制电压的关系。
（×）
22．数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。
（×）
23．数字式传感器的动态特性是输入量变化的临界速度。
（√）
24．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。
（×）
25．工业PC机与个人计算机IBMPC的最大差别是把IBMPC中的母板分成了多块PC插件。
（√）
26．工业PC机与个人计算机IBMPC的最大差别是换用了工业电源。
（×）
27．迟滞是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量在正反行程中，输出输入特性曲线的不重合度。
（√）
28．迟滞是传感器的一种动态误差，是由于在传感器的正反行程中的输出输入特性曲线不重合引起的。
（×）
29．迟滞是传感器静态特性指标之—，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。
（×）
30．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。
（×）
31．在喷漆机器人的开发设计过程中，详细设计完成后即可进行样机的试制。
（×）
32．在工控机系统的总线中，控制总线的功能是确定总线上信息流的时序。
（√）
33．在工控机系统的总线中，数据总线的功能是确定总线上信息流的时序。
（×）
34．在全自动洗衣机产品的设计过程中，控制系统软件的设计是理论分析阶段的任务之一。
（×）
35．在闭环控制系统中，驱动装置中各环节的误差因其在系统中所处的位置不同，对系统输出精度的影响不同。
（√）
36．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。
（×）
37．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。
（√）
38．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测l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，提高面向客户三捕场需求能力。
（×）
39．采用双螺母螺纹调隙以消除滚珠丝杠副轴向间隙，结构形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，能够进行很精确的调整。
（×）
40．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。
（×）
41．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。
（√）
42．通常，提高响应速度和提高系统的动态精度是有矛盾的，若想同时实现高速度和高精度，需要综合考虑各环节和整个系统的控制形式。
（√）
43．通常，机械传动系统的基本固有频率应高于电气驱动部件的固有频率2～3倍。
（√）
44．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。
（×）
45．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。
（×）
46．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。
（√）
47．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。
（√）
48．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。
（√）
49．齿轮传动系统各级传动比的最佳分配原则中等效转动惯量最小原则是使所设计的齿轮传动系统换算到该齿轮传动系统输出轴上的等效转动惯量为最小。
（×）
50．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。
（√）
51．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。
（×）
52．为适应工业仪表的要求，D／A的输出要配接V／1转换器。
（√）
53．TTL电平接口能用于输出指示灯的控制，也能用于驱动带电气隔离的继电器。
（√）
54．TTL电平接口能用于输出指示灯的控制，但不能用于驱动带电气隔离的继电器。
（×）
55．气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。
（×）
56．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。
（×）
57．步进电动机的转动惯量越大，同频率下的起动转矩就越大。
（×）
58．闭环伺服系统中工作台的位置信号仅能通过电机上的传感器或是安装在丝杆轴端的编码器检测得到。
（×）
59．电气驱动部件的固有频率应高于机械传动系统的基本固有频率2～3倍。
（×）
60．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。
（×）
61．仿真根据采用的模型不同可分为计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。
（√）
62．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）
63．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。
（×）
64．绝对式光电编码器能用于角位置测量，也能用于角速度测量。
（×）
65．接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分的可靠连接。
（√）
66．计算机控制系统的采样周期越小，其控制精度就越高。
（×）
67．开环控制系统，执行装置的误差直接影响系统精度，但不存在稳定性问题。
（√）
68．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。
（×）
69．脉冲分配器的作用是使步进电动机绕组的通电顺序按一定规律变化。
（√）
70．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。
（√）
71．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。
（√）
72．全物理仿真与计算机仿真相比较，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。
（×）
73．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。
（√）
74．伺服驱动系统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。
（√）
75．STD总线可采用总线复用技术，也支持多处理机系统。
（√）
76．伺服驱动系统是实现电信号到机械动作的转换的装置和部件。
（√）
77．微机系统的数据总线中，在任何给定时刻．数据流八允许往一个方向传榆。
（√）
78．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。
（×）
79．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。
（√）
80．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。
（×）
81．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。
（√）
82．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。
（√）
83．一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、动力系统、检测传感系统及执行部件，各要素和环节之间通过接口相联系。
（×）
84．阻尼比除了与机械系统的粘性阻尼系数B有关外，还与系统的拉压刚度系数K。
和质量m有关。
（√）
试题三
三、简答题
1．简述完善的机电一体化系统五大组成要素。
2．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分?
答：
机械本体、动力系统、传感检测系统、执行部件、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。
3．机电一体化系统中，对控制及信息处理单元的基本要求是什么?
答：
机电一体化系统中，对控制及信息处理单元的基本要求：
信息处理速度和可靠性，增强抗干扰能力，完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型化，轻量，标准化等。
4．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。
答：
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。
5．简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。
[2]
6．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?
答：
交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型开步电机两类。
交流伺服驱动的丰要特点有：
（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）输出转矩较人，而转矩脉动小。
7．步进电机是如何实现速度控制的?
答：
步进电机的运动是由输人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。
8．步进电动机的输入信号是什么？
如何实现对其转速和旋转方向的控制？
答：
步进电机的输入信号是脉冲序列。
步进电机的步矩角α与运行拍数m、通电方式k（m=kN，单拍时k=1,双拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关。
步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。
改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。
9．什么是步进电机的步距角?
它是由哪些参数确定的?
答：
步进电机在每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。
它由步进电机的相数、电机转子的齿数和电机的通电方式所决定。
10．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?
[3]
11．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]
12．试述可编程序控制器的功能及组成。
答：
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。
13．PLC控制系统有何优越性?
答：
PLC主要具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，PLC提供标准通信接口，可以方便地构成PLC—PLC网络或计算机—PLC网络，PLC应用程序的编制和调试非常方便，PLC具有监控功能。
14．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。
[4]
15．什么是传感器的校准？
并简述如何进行校准？
答：
传感器在使用前、使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性能参数进行复测或做必要的调整和修正，以确保传感器的测量精度，这个复测调整过程称为校准。
为了对传感器有一个长期的、稳定的和高精度的基准，在一些测量仪器中特别是内部装有微处理器的测量仪器中，很容易实现自动校准功能。
对传感器进行校准时，需要精度比它高的基准器，这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响，参数会随之改变。
因此对这种基准器还要用更高精度的基准器来定期校准。
16．PID控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？
[3]
17．什么是PID调节器?
三部分在系统调节中各起什么作用?
答：
按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，简称为P（比例）I（积分）D（微分）调节器，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。
a．PID调节器中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；
b．积分调节能消除静差，改善系统静态特性；
c．微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。
18．简述对滚珠丝杆副进行间隙调整和预紧方法。
答：
通常采用双螺母预紧和单螺母（适于大滚珠、大导程）两种方法，将弹性变形控制在最小
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