1、機電一體化考試試卷A卷一. 名詞解釋1. 接口機電一體化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間進行物質(zhì)、能量和信息傳遞與交換的聯(lián)系部件。2. 連續(xù)控制系統(tǒng)信號在時間上是連續(xù)變化的系統(tǒng)。3. 計算機控制系統(tǒng)采用計算機作為控制器的控制系統(tǒng)即為計算機控制系統(tǒng)，又被稱為離散控制系統(tǒng)。5. 直流伺服系統(tǒng)采用直流伺服電動機作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)。8. 同步調(diào)制在改變正弦調(diào)制波的頻率f的同時成正比的改變?nèi)禽d波的頻率fc，使載頻比N保持不變，則稱為同步調(diào)制。9. 異步調(diào)制在改變正弦調(diào)制波的頻率f的同時，三角載波的頻率fc的值保持不變,使載頻波比N值不斷變化，則稱為異步調(diào)制。11. 抗干擾技術(shù)研究電子設(shè)備及系統(tǒng)抵抗外部和內(nèi)部電磁

2、干擾，保證其正常工作的具體措施。12. 工業(yè)機器人一種能自動定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操作工具，用以完成各種作業(yè)。二. 填空1. 接口的基本功能有三個，一是 交換 ，通過接口完成信號模式或能量的統(tǒng)一，二是 放大 ，達到能量的匹配，三是 傳遞 ，遵循協(xié)調(diào)一致的時序，信號格式和邏輯規(guī)范將放大后的信號可靠.快速.精確地交換。3. 在機電一體化系統(tǒng)中，機械結(jié)構(gòu)主要用于 執(zhí)行 機構(gòu)、 傳動 機構(gòu)和 支承 部件，用以完成規(guī)定的動作；傳遞 功率 、 運動 和 信息 ；起支承連接作用等。通常，它們是 微機控制伺服傳動 系統(tǒng)的有機組成部分。4. 對機電一體化系統(tǒng)中的機

3、械傳動系統(tǒng)建模一般分兩步進行，首先把機械系統(tǒng)中各 基本物理量 折算到傳動鏈中的某個元件上，然后，再根據(jù) 輸入量 和 輸出量 的關(guān)系建立它的 數(shù)學模型 。6. 由于非線性摩擦的存在，機械系統(tǒng)在低速運行時，常常出現(xiàn) 爬行 現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。爬行一般出現(xiàn)在某個 臨界轉(zhuǎn)速 以下，而在 高速 運行時并不出現(xiàn)。7. 慣量的適當增大只有在改善 低速爬行 時有利。因此，機械設(shè)計時，在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量 減小 慣量。10. 一般來說，伺服系統(tǒng)的基本組成可包括 控制器 、 功率放大器 、 執(zhí)行機構(gòu) 和 檢測裝置 等四大部分。11. 常用的伺服電動機有 直流伺服電動機 、 交流伺服電動機 、 步

4、進電動機三種。14. 若系統(tǒng)的輸出量為 速度 ，將此 速度 反饋到輸入端，并與 輸入量 比較，就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的速度控制，這種控制系統(tǒng)稱為 速度 伺服控制系統(tǒng)。17. 單片微計算機是將 CPU 、 RAM 、 ROM 、定時/計數(shù)、多功能I/O(并行、串行、A/D)、通信控制器，甚至圖形控制器、 高級語言 、 操作系統(tǒng) 等都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上。19. 對于只進行二維平面作業(yè)的工業(yè)機器人只需 三個 自由度，若要使操作具有隨意的位姿，則工業(yè)機器人至少需要 六個 自由度。而對于回避障礙作業(yè)的工業(yè)機器人則需要有比 六個 自由度更多的 冗余 自由度。三. 判斷題1. 機電一體化技術(shù)件是一門獨

5、立發(fā)展起來的新型技術(shù)，在機電一體化技術(shù)的研究與生產(chǎn)應(yīng)用過程中，不再需要強調(diào)技術(shù)融合，學科交叉的作用。 （O）2. 執(zhí)行機構(gòu)的功能是根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動作。執(zhí)行機構(gòu)是運動部件，它將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能。 （P）3. 機電一體化技術(shù)的主要相關(guān)技術(shù)可以歸納為機械本體，動力部分，檢測部分，執(zhí)行機構(gòu)，控制器，接口等六個方面。 （O）6. 閉環(huán)控制輸出信號的全部或部分被反饋到輸入端，以偏差信號形成負反饋控制被控對象形成閉環(huán)回路。 （P）7. 摩擦對伺服系統(tǒng)的影響主要有：引起動態(tài)滯后，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差和低速爬行。 （P）9. 通常采用提高系統(tǒng)剛度、增加阻尼、調(diào)整機械構(gòu)

6、件質(zhì)量和自振頻率等方法來提高系統(tǒng)的抗振性，防止諧振發(fā)生。 （P）12. 在不改變機械結(jié)構(gòu)固有頻率t的情況下，僅僅通過增大阻尼也不能有效地抑制諧振。 （O）13. 在伺服系統(tǒng)中，通常采用負載角加速度最小原則選擇總傳動比，以提高整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 （O）17. 以步進電動機為驅(qū)動裝置的伺服系統(tǒng)，包括驅(qū)動控制系統(tǒng)和步進電動機兩大部分。 （P）19. 分布式控制系統(tǒng)（DCS）是以多臺微型機為基礎(chǔ)的，這種系統(tǒng)采用分散控制、集中操作、分級管理和分而自治的原則。 （P）四. 簡答題1. 簡述機電一體化技術(shù)的基本概念和涵義。機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程

7、的基礎(chǔ)上有機地加以綜合，實現(xiàn)整個機械系統(tǒng)最佳化而建立起來的一門新的科學技術(shù)。3. 相關(guān)技術(shù)可以歸納為哪六個方面？（1）機械技術(shù)，（2）檢測傳感技術(shù)，（3）信息處理技術(shù)，（4）自動控制技術(shù)，（5）伺服傳動技術(shù)，（6）系統(tǒng)總體技術(shù)。4機電一體化系統(tǒng)有哪六個基本功能要素？（1）機械本體，（2）動力部分，（3）檢測部分，（4）執(zhí)行機構(gòu)，（5）控制器，（6）接口。5. 右圖為一旋轉(zhuǎn)工作臺伺服系統(tǒng)框圖。其中齒輪在系統(tǒng)中的位置不同，其間隙的影響不同。根據(jù)右圖試述齒輪間隙對系統(tǒng)的影響。（1）閉環(huán)之外的數(shù)據(jù)傳遞的齒輪(G1、G4)齒隙對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響，但影響伺服精度。齒隙會在傳動裝置逆運行時造成回程誤差，使輸

8、出軸與輸入軸之間呈非線性關(guān)系，輸出滯后于輸入，影響系統(tǒng)的精度。（2）閉環(huán)之內(nèi)傳遞動力的齒輪(G2) 齒隙對系統(tǒng)靜態(tài)精度無影響，這是因為控制系統(tǒng)有自動校正作用。又由于齒輪副的嚙合間隙會造成傳動死區(qū)，若閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度較小，則會使系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩，因此閉環(huán)之內(nèi)動力傳遞齒輪的齒隙對系統(tǒng)穩(wěn)定性有影響。（3）反饋回路上數(shù)據(jù)傳遞齒輪(G3)的齒隙既影響穩(wěn)定性，又影響精度。6. 機電一體化系統(tǒng)對機械傳動的要求是什么？機電一體化系統(tǒng)中多采用計算機控制和多重功能伺服電動機，簡化了傳動鏈，其中的機械傳動裝置也不再只是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變換器，已成為伺服系統(tǒng)的組成部分，必需根據(jù)伺服控制的要求進行選擇和設(shè)計。7. 根據(jù)右

9、圖簡述諧波齒輪傳動的結(jié)構(gòu)特征諧波齒輪傳動主要由波形發(fā)生器H、柔輪1和剛輪2組成。柔輪具有外齒，剛輪具有內(nèi)齒，它們的齒形為三角形或漸開線型。其齒距相等，但齒數(shù)不同。剛輪的齒數(shù)zg比柔輪的齒數(shù)zr多。柔輪的輪緣極薄，剛度很小，在未裝配前，柔輪是圓形的。由于波形發(fā)生器的直徑比柔輪內(nèi)圓的直徑略大，所以當波形發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)圓時，就迫使柔輪變形，呈橢圓形。在橢圓長軸的兩端，剛輪與柔輪的輪齒完全嚙合；而在橢圓短軸的兩端，兩輪的輪齒完全分離；長短軸之間的齒，則處于半嚙合狀態(tài)，即一部分正在嚙入，一部分正在脫出。發(fā)生器有兩個觸頭，稱雙波發(fā)生器，其剛輪與柔輪的齒數(shù)相差為2，周長相差2個齒距的弧長。9. 空心圓錐

10、滾子軸承中滾子的結(jié)構(gòu)特點是什么？滾子是中空的，大部分潤滑油通過滾子中間小孔冷卻滾子，另一部分潤滑油潤滑滾子與滾道。中空滾子能產(chǎn)生一定的彈性變形以吸收一部分振動。10. 簡述開環(huán)控制伺服系統(tǒng)和閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的特征。（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較為簡單，技術(shù)容易掌握，調(diào)試、維護方便，工作可靠，成本低。缺點是精度低、抗干擾能力差。一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的機電一體化系統(tǒng)。（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)，采用反饋控制原理組成系統(tǒng)，具有精度高、調(diào)速范圍寬、動態(tài)性能好等優(yōu)點，缺點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等。一般用于要求高精度高速度的機電一體化系統(tǒng)。11. 簡述步進電動機的工作原理。目前在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的有哪

11、三種步進電動機？步進電動機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件。對這種電動機施加一個電脈沖后，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個角度，稱為一步；脈沖數(shù)增加，角位移隨之增加；脈沖頻率高，則電動機旋轉(zhuǎn)速度就高，反之則慢；分配脈沖的相序改變后，電動機便反轉(zhuǎn)。與通常均勻旋轉(zhuǎn)電動機不同，以步進形式運動的。目前在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的有三種：反應(yīng)式步進電動機、永磁式步進電動機和永磁感應(yīng)式步進電動機。12. 脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大器的基本原理是什么？PWM的控制電路由哪些器件組成？PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，通過對方波脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。PW

12、M的控制電路主要包括脈沖調(diào)制器，邏輯延時環(huán)節(jié)和晶體管基極驅(qū)動器等。其中最關(guān)鍵的部件是脈沖調(diào)制器。13. 影響伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差的主要因素有哪3個？影響伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差的主要因素有3個：由檢測元件引起的檢測誤差；由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輸入信號引起的原理誤差；負載擾動引起的擾動誤差。14. 常用的接口方式有哪幾種？對于多臺計算機同時工作的計算機控制系統(tǒng)，各個系統(tǒng)間應(yīng)當有系統(tǒng)間通道接口，接口有通用和專用之分，外部信息的不同，采用的接口方式也不同。一般可分為如下幾種：（1）人機通道及接口，（2）檢測通道及接口，（3）控制通道及接口，（4）系統(tǒng)間通道及接口。16. 提高

13、系統(tǒng)可靠性，應(yīng)從哪幾個方面考慮？（1）提高系統(tǒng)各組成元、器件的設(shè)計、制造質(zhì)量及系統(tǒng)的裝配質(zhì)量；（2）采用容錯法設(shè)計；（3）采用故障診斷術(shù)，提高系統(tǒng)的可維護性。17. 工業(yè)機器人有哪三個重要特性？（1）是一種機械裝置，可以搬運材料、零件、工具、或者完成多種操作和動作功能，也即具有通用性；（2）是可以再編程的，具有多種多樣程序流程的，這為人一機聯(lián)系提供了可能，也使之具有獨立的柔軟性；（3）有一個自動控制系統(tǒng)，可以在無人參與下，自動地完成操作作業(yè)和動作功能。18. 研究工業(yè)機器人機構(gòu)運動學的目的是什么？研究工業(yè)機器人機構(gòu)運動學的目的是建立工業(yè)機器人各運動構(gòu)件與手部在空間的位置之間的關(guān)系，建立工業(yè)機器

14、人手臂運動的數(shù)學模型，為控制工業(yè)機器人的運動提供分析的方法和手段，為仿真研究手臂的運動特性和設(shè)計控制器實現(xiàn)預(yù)定的功能提供依據(jù)。20. 簡述工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能及其結(jié)構(gòu)組成。目前大部分工業(yè)機器人都采用二級計算機控制，第一級為主控制級，第二級為伺服控制級，控制系統(tǒng)中主控制級和伺服控制級的結(jié)構(gòu)組成和功能：（1）主控制級，主控制級的主要功能是建立操作和工業(yè)機器人之間的信息通道，傳遞作業(yè)指令和參數(shù)，反饋工作狀態(tài)，完成作業(yè)所需的各種計算，建立與伺服控制級之間的接口。它由以下幾個主要部分組成：1）主控制計算機，2）主控制軟件，3）外圍設(shè)備。（2）伺服控制級，伺服控制級由一組伺服控制系統(tǒng)組成，每一個伺服控制系統(tǒng)分別驅(qū)動操作機的一個關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)運動參數(shù)來自主控制級的輸出。主要組成部分有：1）伺服驅(qū)動器，2）伺服控制器。五. 計算與分析某數(shù)控機床位置控制系統(tǒng)的參數(shù)如下：K35Nm/rad；fm=8sNm；f=12sNm；J=21kgm2； Ts-Tc=1.5Nm。求其臨界轉(zhuǎn)速c。（提示：K系統(tǒng)的剛度系數(shù)；fm電動機電磁粘滯摩擦系數(shù)；f機械系統(tǒng)粘滯摩擦系數(shù)；J系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量；Ts靜摩擦力矩；Tc動摩擦力矩；已知，出現(xiàn)爬行時系統(tǒng)的臨界初始相位c79