《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》作業(yè)1、2、3、4參照答案

形成性考核作業(yè)1

一、判斷題（對(duì)的的打錯(cuò)誤的打X）

1.機(jī)電?體化系統(tǒng)I為重要功能就是對(duì)輸入H勺物質(zhì)按照規(guī)定進(jìn)行處理，輸出具有所需特

性的物質(zhì)。（X）

2.系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的措施

論。（J）

3.信息處理技術(shù)是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過(guò)程中，與工作過(guò)程多種參數(shù)和狀態(tài)以及

自動(dòng)控制有關(guān)的信息輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸出和決策分析等技術(shù)。）

4.自動(dòng)控制是在人直接參與的狀況下，通過(guò)控制器使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定

的規(guī)律運(yùn)行。（X）

5.產(chǎn)品的構(gòu)成零部件和裝配精度高，系統(tǒng)II勺精度一定就高。（X）

6.為減少機(jī)械傳動(dòng)部件U勺扭矩反饋對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的基本固有

頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動(dòng)部件的固有頻率口勺2~3倍，同步，傳動(dòng)系統(tǒng)II勺固有頻率應(yīng)靠近控制系統(tǒng)

的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（X）

7.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于機(jī)構(gòu)中各部件U勺質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（X）

8.在閉環(huán)系統(tǒng)中，因齒輪副廿勺嚙合間隙而導(dǎo)致的傳動(dòng)死區(qū)能使系統(tǒng)以6~10倍的間隙

角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置，以提高傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（X）

9.進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，由于阻尼對(duì)系統(tǒng)的精度和迅速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，

因此機(jī)械系統(tǒng)的阻尼比§取值越小越好。（X）

10.滾珠絲杠垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。（J）

11.采用偏心軸套調(diào)整法對(duì)齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)造簡(jiǎn)樸，且可以自動(dòng)賠償側(cè)

隙。（J）X

12.采用虛擬樣機(jī)替代物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)測(cè)試和評(píng)估，延長(zhǎng)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周

期，增長(zhǎng)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本,不過(guò)可以改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高面向客戶(hù)與市場(chǎng)需求能力。（J）

X

二、單項(xiàng)選擇題

1.如下產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品日勺是（C）?

A.游標(biāo)卡尺B.

C.全自動(dòng)洗衣機(jī)D.非指針式電子表

2.為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（A

A.增大系統(tǒng)剛度B.增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

C.增大系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力矩D.減小系統(tǒng)的摩擦阻力

3.導(dǎo)程L0=8mm曰勺絲杠驅(qū)動(dòng)總質(zhì)量為60kg的工工作臺(tái)與工件，則其折算到絲杠上口勺等

效轉(zhuǎn)動(dòng)慣最為（B）kgmm2o

A.48.5B.97

C.4.85D.9.7

4.傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率對(duì)傳動(dòng)精度有影響，（B）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動(dòng)誤差，

（A）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。A

A.提高，提高B.提高，減小

C.減小，提高D.減小，減小

5.下列哪種措施是果用單螺母預(yù)緊原理來(lái)消除滾琮絲杠副的間隙？（D）

A.螺紋調(diào)隙式B.雙嗯母墊片調(diào)隙式

C.齒差調(diào)隙式D.偏置導(dǎo)程法

6.齒輪傳動(dòng)時(shí)總等效慣量隨傳動(dòng)級(jí)數(shù)（？A）。13

A.增長(zhǎng)而減小B.增長(zhǎng)而增長(zhǎng)

C.減小而減小D.變化而不變

7.多級(jí)齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比“前小后大”口勺分派原則不合用于按（D）設(shè)計(jì)口勺傳

動(dòng)鏈。

A.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則（小功率傳動(dòng)裝置）

B.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則（大功率傳動(dòng)裝置）

C.輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則

D.重量最輕原則

8.某機(jī)電?體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動(dòng)日勺齒側(cè)間隙，采用下列哪種措施使得調(diào)整過(guò)程

中能自動(dòng)賠償齒側(cè)間隙？（D）

A.偏心套調(diào)整法B.軸向墊片調(diào)整法

C.薄片錯(cuò)齒調(diào)整法D.軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法

三、簡(jiǎn)答題

1.完善I內(nèi)機(jī)電一體化系統(tǒng)重要包括哪幾部分？

機(jī)電一體化系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)要素及對(duì)應(yīng)功能關(guān)系

2.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)中日勺接口的作用。

機(jī)電一體化系統(tǒng)中的I接口的作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部（其他系統(tǒng)、操作者、環(huán)境）的連

接，一般分為機(jī)械接口、電氣接口兩方面。

3.機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦和阻尼會(huì)減少效率，不過(guò)設(shè)計(jì)中要合適選擇其參數(shù)，而不是越小

越好。為何？

由于合適選擇機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦和阻尼會(huì)，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證系統(tǒng)具有良好

的動(dòng)態(tài)特性。

4.簡(jiǎn)述機(jī)械系統(tǒng)的剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。

①失動(dòng)量。系統(tǒng)剛度越大，因靜摩擦力的作用所產(chǎn)生的傳動(dòng)部件的彈性變形越小，系

統(tǒng)的失動(dòng)量也越小。

②固有頻率。機(jī)械系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，可遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻帶

寬度，從而防止產(chǎn)生共振。

③穩(wěn)定性。剛度對(duì)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有影啊，而對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，

提高剛度可增長(zhǎng)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、計(jì)算題

1.某工作臺(tái)采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)如圖所示，已知電機(jī)軸U勺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jn:=4X

W'kgm3,與電機(jī)輸出軸相連的小齒輪U勺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ji=lX107kg出大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J：=l.8

3

X10'kg-m,絲杠U勺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=3.8X10'kg工作臺(tái)的質(zhì)量w=50kg,絲杠導(dǎo)程r=5mm,

齒輪減速比為i=5。試求：

（I）工作臺(tái)折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG;

（2）傳動(dòng)件折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jc；

（3）電機(jī)軸上"勺總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。

圖宜流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)

解：(1)JG=m(t/2n)2=50*1000*(0.005/2/3/14)2=0.03166(kg-Ill')

2443

(2)Je=(J2+Js+JG)/i=(1.8X10-+3.8X10+316.6X10")/5三12.88X10-*(kg?m)

(3)J=Ji+Je=lX10.+12.88X10，=13.88(kg?m3)

2.已知某四級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，各齒輪口勺轉(zhuǎn)角誤差為A0尸A02=A08=0.01弧度,

各級(jí)減速比相似，BP/,=/2=.=/4=3,求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差A(yù)0max。

解：△0max=A^1/(<1*<2*6*<4)+(△M+A^3)/(<2*<3*h)+(△0j+△^5)/(O*U)+

(△06+△07，?4)+△0X=

=0.01/34+0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01

=0.01975(弧度)

五、綜合題

1.分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。

4

1.鎖緊螺母2.圓螺母3.帶凸緣螺母4.無(wú)凸緣螺母

答：圖中所示的雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙，雙螺母中的一種外端有凸緣，一種外

端無(wú)凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個(gè)螺母固定鎖緊，并用鍵來(lái)防止兩螺母相對(duì)轉(zhuǎn)

動(dòng)。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。

2.分析卜圖中傳動(dòng)大負(fù)載時(shí)消除齒側(cè)間隙歐J原理。

1、6一小齒輪2、5一大齒輪3一齒輪4一預(yù)我裝置7—齒條

答：小齒輪1、6與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通

過(guò)預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使齒輪2、5同步向相反方向移動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1、

6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙

作業(yè)2

一、判斷題（對(duì)的的打，錯(cuò)誤的J打X）

1.機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微電子技術(shù)為主體、以機(jī)械部分為關(guān)鍵，強(qiáng)調(diào)多種技術(shù)的協(xié)同

和集成歐I綜合性技術(shù)。（d）X

2.機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、

迅速響應(yīng)性H勺特性。（V）

3.雙螺母消除軸向間隙日勺構(gòu)造形式構(gòu)造緊湊，工作可靠，調(diào)整以便，可以精確調(diào)整。

（X）

4.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的J部分。（J）X

5.感應(yīng)同步器是?種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造日勺高精度檢測(cè)元件，有直線(xiàn)和圓盤(pán)式兩種,

分別用作檢測(cè)直線(xiàn)位移和轉(zhuǎn)角。（J）

6.選擇傳感器時(shí)，假如測(cè)量時(shí)目的是進(jìn)行定性分析，則選用絕對(duì)量值精度高的傳感器,

而不適宜選用反復(fù)精度高的傳感器。（X）

7.傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對(duì)其重要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以保證傳

感器的性能指標(biāo)到達(dá)規(guī)定。（V）

8.驅(qū)動(dòng)部分在控制信息作用下提供動(dòng)力，伺服驅(qū)動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等多種類(lèi)型

的驅(qū)動(dòng)裝置。（J）

9.氣壓式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用在定位精度較高H勺場(chǎng)所使用。（X）

10.永磁型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)雖然其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可

用于定位驅(qū)動(dòng)。（V）

11.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，同頻率下B勺起動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越大。（X）

12.直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（X）

二、單項(xiàng)選擇題

I.如下產(chǎn)品不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（B）,

A.工業(yè)機(jī)器人B.電子計(jì)算機(jī)

C.空調(diào)D.復(fù)印機(jī)

2.多級(jí)齒輪傳動(dòng)中，各級(jí)傳動(dòng)比相等的分派原則合用于按（C）設(shè)計(jì)的傳動(dòng)鏈。

A.最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則B.輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則

C.重量最輕原則（小功率裝置）D,重量最輕原則（大功率裝置）

3.檢測(cè)環(huán)節(jié)可以對(duì)輸出進(jìn)行測(cè)軟，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的最綱，一般包括傳感器

和（B）o

A控制電路B轉(zhuǎn)換電路

C放大電路D逆變電路

4.幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器H勺(B)。

A.靜態(tài)特性指標(biāo)B.動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)

C.輸入特性參數(shù)D.輸出特性參數(shù)

5.光柵傳感器的光柵是在一塊長(zhǎng)條形日勺光學(xué)玻璃上密集等間距平行時(shí)刻線(xiàn)，刻線(xiàn)數(shù)為

100線(xiàn)/mm,,經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖為40(),光柵位移是(A)mm。

A.1B.2C.3D.4

6.受控變量是機(jī)械運(yùn)動(dòng)H勺一種反饋控制系統(tǒng)稱(chēng)(B)。

A.次序控制系統(tǒng)B.伺服系統(tǒng)

C.數(shù)控機(jī)床D._L業(yè)機(jī)器人

7.閉環(huán)控制的驅(qū)動(dòng)裝置中，絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之外，因此它的(C)。

A.回程誤差不影響輸出精度，但傳動(dòng)誤差影響輸出精度

B.傳動(dòng)誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度

C.回程誤差和傳動(dòng)誤差都不會(huì)影響輸出精度

D.回程誤差和傳動(dòng)誤差都會(huì)影響輸出精度

8.如下可對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的措施是(B)<,

A變化電壓的大小B變化電動(dòng)機(jī)的供電頻率

C變化電壓的相位D變化電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)

三、簡(jiǎn)答題

1.什么是傳感器的I都態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？

?傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎胄盘?hào)不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢時(shí)，所體現(xiàn)

出來(lái)的輸出響應(yīng)特性。需要理解的I重要參數(shù)有：線(xiàn)性范用、線(xiàn)性度、敏捷度、精確度、辨別

力、遲滯、穩(wěn)定性。

?傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。需要理解的重要

參數(shù)有：幅頻特性和相頻特性。

2.什么是伺服系統(tǒng)？伺服系統(tǒng)的一般構(gòu)成有哪幾種部分？

伺服系統(tǒng)又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，它是以機(jī)械位置、速度和加速度為控制對(duì)象，在控制命令指揮

卜.，控制元件H勺工作，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件按照命令規(guī)定運(yùn)動(dòng)。

一般來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖所示。

-^-0-坤制器~卜|功-放火帶1-J~.為行機(jī)構(gòu)~卜輸出

----------------------檢測(cè)裝置---------------------

伺服系統(tǒng)構(gòu)成框圖

（1）控制器：伺服系統(tǒng)中控制器口勺重要任務(wù)是根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控制方略,

控制器一般由電子線(xiàn)路或計(jì)算機(jī)構(gòu)成。

（2）功率放大器：伺服系統(tǒng)中功率放大器的作用是將信號(hào)進(jìn)行放大，并用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行

機(jī)構(gòu)完畢某種操作，功率放大裝置重要由多種電力電子器件構(gòu)成。

（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)重要由伺服電動(dòng)機(jī)或液壓伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)裝置等構(gòu)成。

（4）檢測(cè)裝置：檢測(cè)裝置的任務(wù)是測(cè)量被控制量，實(shí)現(xiàn)反饋控制。無(wú)論采用何種控制

方案，系統(tǒng)的I控制精度總是低于檢測(cè)裝置的精度，因此規(guī)定檢測(cè)裝置精度高、線(xiàn)性度好、可

靠性高、響應(yīng)快。

3.簡(jiǎn)述直流伺服電助機(jī)脈寬調(diào)制的工作原理。

直流伺服電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制（PWM）的工作原理：假設(shè)輸入直流電壓U，可以調(diào)整導(dǎo)通

時(shí)間得到一定寬度的與U成比例的脈沖方波，給伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路供電，通過(guò)變化脈沖

寬度來(lái)變化電樞回路的平均電壓，從而輸出不一樣大小的電壓使直流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。

4.比較直流伺服電助機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)I向合用環(huán)境差異。

電機(jī)調(diào)速原理容量范圍制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)速耐環(huán)境能力控制器

DC調(diào)壓大大低差（有摩擦粉塵）簡(jiǎn)樸

AC變頻中中小高良復(fù)雜

四、計(jì)算題

I.刻線(xiàn)為1024的增審式角編碼器安裝在機(jī)床的絲杠轉(zhuǎn)軸上，已知絲杠的螺距為2mm,

編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個(gè)脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？

解：（1）絲杠旋轉(zhuǎn)一周有1024個(gè)脈沖，3072（H）個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于絲杠旋轉(zhuǎn)307200/1024=300

周，故刀架口勺位移量為300*2mm=600mm,

（2）絲杠的轉(zhuǎn)速為300*2?！?0=60兀（弧度/秒）

2.如圖所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)系統(tǒng)，其中驅(qū)動(dòng)x向工作臺(tái)的三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)

子齒數(shù)z為100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為/o=6mm.已知傳動(dòng)系統(tǒng)的橫向（x向）脈沖當(dāng)量3為

0.005mm/脈沖。試求：

（1）步進(jìn)電機(jī)的I步距角a；

（2）減速齒輪日勺傳匆比八

解：(1)K=3相，N=3拍，2=100

步進(jìn)電機(jī)的步距角a=360°/（z：i：m）=360°/（z*K*N）=360°/（100*3*3）=0.4°

（2）由于一種脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)（）.4。，工作臺(tái)橫向（x向）脈沖當(dāng)量0.005mm,由于

滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為/o=6mm,對(duì)應(yīng)于絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一周3600,設(shè)一種脈沖絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的角度

為x,貝lj6mni/360°=0.005/x°,得x=0.3°

故減速齒輪的傳動(dòng)比i=0.3/0.4=3/4

五、綜合題

I.圖示直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測(cè)軸（或與被測(cè)軸相連

接的輸入軸）上的帶縫隙圓盤(pán)、光源、光電器件和指示縫隙盤(pán)構(gòu)成，光源發(fā)生的光通過(guò)縫隙

圓盤(pán)和指示縫隙照射到光電器件上。試分析傳感器的測(cè)量原理。

解：當(dāng)裝在被測(cè)軸（或與被測(cè)軸相連接的輸入軸）上的I帶縫隙圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光敏元件接

受到脈沖信號(hào)，若轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)上縫隙是均勻刻制，息數(shù)量為N,則光敏元件每輸出N個(gè)脈沖，

就意味著圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周360。；若輸出M個(gè)脈沖，就意味著轉(zhuǎn)過(guò)360*M/N0,因此，該傳感器

可以用于測(cè)量角度。假如在T秒時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)輸出M個(gè)脈沖，就意味著轉(zhuǎn)速為360*M/N/T（°

/s）因此，該傳感器也可以用于測(cè)量角速度。

2.己知一種繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動(dòng)方案分別如圖a和b所示。

（1）試分析兩種方案日勺特點(diǎn);

（2）畫(huà)圖闡明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移內(nèi)措施。

驅(qū)動(dòng)繩驅(qū)動(dòng)繩

（a）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)（b）絲杠滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)

解：（D分析兩種方案的特點(diǎn)：

（a）電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移；

（b）電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩產(chǎn)生位移。

（2）畫(huà)圖闡明方案Ca）減速器滾筒驅(qū)動(dòng)測(cè)量位移的措施

作業(yè)3

一、判斷題（對(duì)的I的打J,錯(cuò)誤的打X）

1.數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們的共同特點(diǎn)是運(yùn)用自身U勺物

理特性，制成直線(xiàn)型和圓形構(gòu)造的位移傳感器，輸出信號(hào)都是脈沖信號(hào)，每一種脈沖代表輸

入的位移當(dāng)量，通過(guò)計(jì)數(shù)冰沖就可以記錄位移的尺寸。（V）

2.電液伺服系統(tǒng)的過(guò)載能力強(qiáng)，在強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)和高精度定位時(shí)性能好，適合于重載的高

加減速驅(qū)動(dòng)。（V）

3.一般，步進(jìn)電機(jī)的最高持續(xù)工作頻率遠(yuǎn)不小于它的最高啟動(dòng)頻率。（V）

4.脈沖分派器的作月是使電動(dòng)機(jī)繞組的通甩次序按一定規(guī)律變化。（J）

5.對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其機(jī)械特性越硬越好。（V）

6.無(wú)論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測(cè)裝置日勺精度。（X）

7.一般說(shuō)來(lái)，全物理仿真較之計(jì)算機(jī)仿真在時(shí)間、費(fèi)用和以便性上都具有明顯口勺長(zhǎng)處,

是一種經(jīng)濟(jì)、快捷與實(shí)用的仿真措施。（X）

8.數(shù)字化物理樣機(jī)就是一種構(gòu)造設(shè)計(jì)軟件，強(qiáng)調(diào)構(gòu)造上的設(shè)計(jì)。（X）

9.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（J）

10.PLC采用掃描工作方式，掃描周期的長(zhǎng)短決定了PLC的工作速度。（J）

II.通用型計(jì)算機(jī)系大多工作在為特定顧客群設(shè)計(jì)的I系統(tǒng)中，一般都具有低功耗、體

積小、集成度高等特點(diǎn)。tx）

12.現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)B勺設(shè)計(jì)措施是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個(gè)獨(dú)立的部分，然后按

各自的設(shè)計(jì)流程分別完畢，（X）

二、單項(xiàng)選擇題

1.下列哪個(gè)是傳感器口勺動(dòng)特性（D）。

A.量程B.線(xiàn)性度

C.敏捷度D.幅頻特性

2.在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)已常用（B）做驅(qū)動(dòng)元件。

A.直流伺服電動(dòng)機(jī)B.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

C.同步交流伺服電動(dòng)機(jī)D.異步交流伺服電動(dòng)機(jī)

3.光柵傳感器的光柵是在一塊長(zhǎng)條形口勺光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線(xiàn)，刻線(xiàn)數(shù)為

100線(xiàn)/mm,此光柵傳感器測(cè)最辨別率是（C）mm。

A.1B.0.1C.0.01D.0.001

4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要由顧客自行編寫(xiě)（D）,具有實(shí)時(shí)性、針對(duì)性、

靈活性和通用性。

A.實(shí)時(shí)軟件B.開(kāi)發(fā)軟件C.系統(tǒng)軟件D.應(yīng)用軟件

5.如下除了（D）,均是由硬件和軟件構(gòu)成。

A.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)B.PLC控制系統(tǒng)

C.嵌入式系統(tǒng)D.繼電器控制系統(tǒng)

6.如下克制電磁干擾的措施，除了（D）,其他都是從切斷傳播途徑入手。

A屏蔽B隔離C濾波D軟件抗干擾

二、簡(jiǎn)答題

1.機(jī)電?體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中所起日勺作用是什么？

在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前，也但愿對(duì)項(xiàng)目時(shí)實(shí)行成果加以預(yù)測(cè)，以便選擇對(duì)的、高效的運(yùn)行

方略或提前消除設(shè)計(jì)中的塊陷，最大程度地提高實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行水平，采用仿真技術(shù)可以省

時(shí)省力省錢(qián)地到達(dá)上述目的。

2.機(jī)電?體化系統(tǒng)仿真日勺模型重要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)日勺哪個(gè)階段？

仿真根據(jù)采用的模型可以分為：計(jì)算機(jī)仿真、半物理仿真、全物理仿真。

計(jì)算機(jī)仿真：應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段；

半物理仿真：應(yīng)用于部件及子系統(tǒng)研制階段；

全物理仿真：應(yīng)用于系統(tǒng)研制階段。

3.PID控制算法中比例、積分、微分部分各起何作用？

比例調(diào)整起糾正偏差的作用，其反應(yīng)迅速；積分調(diào)整能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性;

微分調(diào)整有助于減少超調(diào)，加緊系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。

4.系統(tǒng)采樣周期的選擇時(shí)，重要考慮的影響原因重要有哪些?

（I）根據(jù)香農(nóng)采樣足理，確定采樣周期：T<^/（ymax,其中例11ax為被采信號(hào)角頻率

上限。

（2）采樣周期應(yīng)不小于執(zhí)行元件動(dòng)態(tài)調(diào)整穩(wěn)定期間。

（3）從系統(tǒng)隨動(dòng)性和抗干擾的角度，采樣周期應(yīng)盡量小，這樣時(shí)延小，反應(yīng)迅速。

（4）在多回路控制中，由于采用巡檢控制方式，采樣周期應(yīng)足夠大，以保證在一種采

樣周期內(nèi)，能處理完所有回路的算法計(jì)算。

（5）從計(jì)算機(jī)的精度上講，采樣周期不應(yīng)太小。

5.簡(jiǎn)述下圖所示梯形圖的工作過(guò)程及邏輯關(guān)系，圖中接線(xiàn)為：開(kāi)關(guān)1（IOO）,開(kāi)關(guān)2

(10.1),開(kāi)關(guān)3(10.2),紅燈（QIW）,綠燈（Q?！唬?/p>

inninIin，onn

THfl一（）

oni

)

圖秘題圖

解：由圖可知：開(kāi)關(guān)1、開(kāi)關(guān)2為常開(kāi)，開(kāi)關(guān)3為常閉，當(dāng)開(kāi)關(guān)1、開(kāi)關(guān)2接通、開(kāi)關(guān)3為

常閉狀態(tài)時(shí)，紅燈能亮，同步啟動(dòng)定期器T0,沿時(shí)3秒，3秒后假如開(kāi)關(guān)3為常閉狀態(tài)，

則綠燈亮。

Q0.0=/0.0?/0.1?/0.2

7c.0k

e0.1=T0*702

四、計(jì)算題

1.某工作臺(tái)采用如圖所示的J直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺(tái)口勺行程L=250mm,

絲杠導(dǎo)程t=4mm,齒輪減速比為i=5,規(guī)定工作臺(tái)位移的測(cè)量精度為0.005mm（忽視齒輪和

絲杠的傳動(dòng)誤差）。

(1)若采用高速端測(cè)量措施，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機(jī)輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編尺器的

每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。

(2)若采用低速端測(cè)量措施，將傳感器與絲杠H勺端部直接相連，n$=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)

編碼器與否合用？

.......的士r濃件被用

圖直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)

解；(1)設(shè)工作臺(tái)位移〔測(cè)量精度)0.005mm時(shí)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為X。，則有

360。_X。

4mm0.005/n/n

得：X=0.45°,若對(duì)應(yīng)于電機(jī)軸的角度為y。，則y=，X0=2.25。，安裝在電機(jī)輸出軸上

的旋轉(zhuǎn)編碼器共有36(T,故旋轉(zhuǎn)編碼器日勺每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為360P/2.25。=160

(2)Fh360°/0.45°=800>ns=500,故不合用。

2.圖示為電樞控制式直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。圖中電機(jī)線(xiàn)圈的電流為八L與R為線(xiàn)

圈的電感與電阻；電機(jī)U勺輸入電壓為〃；折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為電

機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T(mén)和3：&和心分別為電樞的電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)

速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。

I&I古:右&01HlWnT/七日IR1

u=iR+Li'+K^co(1)

解：,

(2)

KTi=JMco>

U(s)=/(s)R+Ls/(s)+《。(5)(3)

在零初始條件卜進(jìn)行拉氏變換：

KTI(S)=JMSQ.(S)(4)

由(4)式得/(S)=，WSQ(S)/KT，帶入到(3)式，得輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間歐I傳遞函

數(shù)

。⑸_________Kj.________

G2

F?)-UMs+RJMS+KEKT

五、綜合題

1.如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺與機(jī)構(gòu)及傳感器的誤差對(duì)輸出精度U勺

影響。

解：齒輪減速器存在兩種誤差：傳動(dòng)誤差和回程誤差。傳動(dòng)誤差重要由溫度或彈性導(dǎo)致U勺齒

輪變形產(chǎn)生：回程誤差重要是由齒輪間隙導(dǎo)致。為提高齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各

級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則分派，設(shè)各級(jí)轉(zhuǎn)角誤差為△媒、第k個(gè)齒輪到第n級(jí)輸出

軸的傳動(dòng)比為設(shè)各級(jí)轉(zhuǎn)角誤差折算到末級(jí)輸出軸上的總誤差為八之皿

△么但=￡她/心

Jt=l

絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)誤差重要由絲杠與螺母之間的間隙決定，一般可由其間的調(diào)整、預(yù)緊

調(diào)整到最小程度，由于這個(gè)誤差是在末級(jí)上，其大小直接影響輸出精度。

傳感加日勺誤差對(duì)輸出精度日勺影響是通過(guò)控制產(chǎn)生日勺，由于傳感日勺誤差必然導(dǎo)致控制日勺誤

差?？梢哉f(shuō)，傳感器的誤差直接決定對(duì)輸出精度的I影響。

2.用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)H勺正反轉(zhuǎn)控制。控制規(guī)定為：首先電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，3秒

后自動(dòng)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動(dòng)又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時(shí)停車(chē)。

（1）寫(xiě)出I/O分派表；

（2）選擇PLC,畫(huà)出梯形圖。

解：（1）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)開(kāi)關(guān)10.（）,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.0,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.1,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)

10.Io

T/\AT，。

TNTTCNT

rrr

QA

TA1c八n

TF

nnoo

TNTTCNJ

rrr1八c

on

“、I

胖

作業(yè)4

一、判斷題（對(duì)時(shí)的打J,錯(cuò)誤時(shí)打x）

1.自動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)電一體化有關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)

速度和穩(wěn)定性。（V）

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，首先需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進(jìn)行硬

件和軟件的調(diào)試。（X）

3.PLC完善的自診斷功能，能及時(shí)診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護(hù)故

障現(xiàn)場(chǎng)，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（J）

4.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)采用一對(duì)一的設(shè)備連線(xiàn)，按控制回路分別進(jìn)行連接，打破了老式控制

系統(tǒng)的J構(gòu)造形式。（X）

5.需求設(shè)計(jì)是指新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)生命周期內(nèi)，從分析顧客需求到以詳細(xì)技術(shù)闡明書(shū)

的形式來(lái)描述滿(mǎn)足顧客需求產(chǎn)品H勺過(guò)程。（V）

6.目前，大部分硬件接口和軟件接II都已原則化或正在逐漸原則化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)

需要選擇合適的接口,再配合接口編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的程序。（J）

7.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件重要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件一般不需要顧客設(shè)

計(jì)，系統(tǒng)軟件都要由顧客自行編寫(xiě)，因此軟件設(shè)計(jì)重要是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。（X）

8.反求設(shè)計(jì)是建立在概率記錄基礎(chǔ)之上，重要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長(zhǎng)使用壽

命，減少維修費(fèi)用。（X）

9.綠色設(shè)計(jì)是對(duì)已經(jīng)有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對(duì)該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進(jìn)行剖析、

重構(gòu)、再發(fā)明的設(shè)計(jì)。（X）

10.虛擬設(shè)計(jì)是在基于多媒體的I、交互的J、嵌入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行

實(shí)體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同?環(huán)境中進(jìn)行某些有關(guān)分析，從而滿(mǎn)足

工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用口勺需要。［J）

11.工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)部分在控制信息作用下提供動(dòng)力，包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等多種

類(lèi)型的傳動(dòng)方式。（V）

12.數(shù)控機(jī)床中的計(jì)算機(jī)屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而電機(jī)和主軸箱則屬于系

統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分。（X）

二、單項(xiàng)選擇題

1.有一脈沖電源，通過(guò)環(huán)形分派器將脈沖分派給五相十拍通電H勺步進(jìn)電機(jī)定子勵(lì)磁繞

組，己知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，步進(jìn)電機(jī)的步距角是（C）。a=360/（znk）=360/（24*5*2）

A.0.6°B.1.2°C.1.5°D.2°

2.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，其輸出轉(zhuǎn)矩伴隨工作頻率增高而(B)。

A.上升B.下降

C.不變D.前三種狀況均有也許

3.采用脈寬調(diào)制(PWM)進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)變化(A)來(lái)變化電樞

回路時(shí)平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。

A.脈沖時(shí)寬度B.脈沖的頻率

C.脈沖時(shí)正負(fù)D.其他參數(shù)

4.具的微處埋器，口進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是(D