机电一体化试题

机电一体化试 中央广播电视大学2003—2004学年度第一学期“开放本科”期末考试 机械专业机电一体化系统基础试题 2004年1月 一、填空(每空2分，共20分) L机电一体化产品按用途可以划分为 和 2(控制及信息处理单元一般由控制计算机、——和——组成。 3(在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守 ————原则。 4(典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、——和 ——等部分构成。 5(传感器的静态特性能数主要有——、——二——————、迟滞和重复精 度。 二、简答题(每题4分，共20分) 1(为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度? 2(机电一体化相关技术有哪些? 3(转动惯量对传动系统有哪些影响? 4(简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。 5(简述A,D、D,A接口的功能。 三、分析题(20分) 1(已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的哪 一个基本要素? 2(试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响? 四、计算题(24分) 1(如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=50kg负载力为F1,1000N，最大加 速度为10m,s2’，丝杠直径为d,20mm，导程t,4mm，齿轮减速比为i=5，总效率为?=30,， 忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。 2(已知某工作台采用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o(005mm(忽略齿轮和丝杠 的传动误差)。 (1)试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数‘ (2)若将传感器与丝杠的端部直接相连，n。=500脉冲,转的旋转编码器是否合用。 五、综合题(16分) 已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示，确定整系统 的控制、画出控制系统原理图。(至少提出两个方案) 中央广播电视大学2003—2004学年度第一学期“开放本科”期末考试 机械专业机电一体化系统设计基础试题答案及评分标准 (供参考) 2004年1月 一、填空[每空2分，共20分) L办公机电一体化产品 产业机电一体化产品 民用机电一体化产品 2(控制软件 硬件接口 3(前小后大 4(电源 输入,输出接口 5(灵敏度 线性度 二、简答题(每题4分，共20分) 1(答:机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所 引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因 素造成的误差，从而提高精度。 2(答:机电一体化相关技术有:机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动控制技 术，传感器测试技术和伺服驱动技术。 3(答:转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大;使系统相应速度变慢，降低灵敏度;使 系统固有频率下降，容易产生谐振。 4(答:详细设计主要包括:系统总体设计;业务的分组;机械本体及工具设计;控制系统设 计:程序设计;后备系统设计;完成详细设计书及制造图样;产品出厂及使用文件的设计。 5(答:A,D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为 数字量。D,A接口是将二进制数字量转换成电压信号。 三、分析题(20分) 1.(10分)解答:图中各部可分为: (1) 控制及信息处理单元:键盘、计算机、显示 (2)测试传感部分:光电编码器、信号处理 (3)能源:电源 (4)驱动部分:功放、电机 (5)执行机构:联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台 2((10分)解答: 齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低频分量和高频分量都不 能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。 四、计算题(24分) 1((12分)解: (1)计算负载力 (4分) 负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成 (1)高速端测量 设传感器的每转脉冲数为，n，每个脉冲对应工作台的位移为 满足题目要求。 (2)低速端测量 传感器直接与丝杠连接，与减速比无关 可知”。,500脉冲,转的编码器不合用。 五、综合题(16分) 解:可以使用工业PC机或者单片机完成系统的控制。具体可以有下三种方案: (1)工业PC机集中控制方案: 用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制 系统原理图如下。 (2)工业PC机、单片机分级控制方案:用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片 机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。 (3)单片机、单片机分级控制方案:用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三 个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。 评分标准:正确回答出三种方案之中的任意两个即可得满分。 试卷代号:1118 中央广播电视大学2003—2004学年度第二学期“开放本科”期末考试 机械(过)专业 机电一体化系统设计基础 试题 2004年7月 一、填空(每空2分，共20分) 1(机电一体化系统常用的能源有——、——和——。 2(市场预测的方法主要有——和——。 3(在小功率传动链中，为使总的重量最小，各级传动比分配应遵守——原则。 4(典型的可编程控制器由编程器、——、——、电源和输入,输出接口等部分构成。 5(传感器的静态特性参数主要有灵敏度、线性度、——和——。 二、简答题(每题4分，共20分) 1(测试传感部分的作用是什么? 2(对控制及信息处理单元的基本要求是什么? 3(机电一体化产品对机械传动系统有哪些要求? 4(简述STD总线的工作模式。 5(简述机电一体化产品设计的工程路线(主要步骤)。 三、分析题(20分) 1( 1( 画出工业PC机基本组成框图，并说明工业PC机与普通信息处理计算机的主要区 别。(12分) 2( 2( 如图所示的系统，试分析传感器的误差对输出精度的影响。(8分) 四、计算题(24分) 1( 1( 已知图示丝杠螺母驱动系统，工作台的质量m=100kg，丝杠螺距t,8mm，丝33杠长度L,0(5m，中径为d,48mm，材料密度为P=7(8X10kg,m，齿轮传动比i,2，-42-32两齿轮的转动惯量分别为了J=1(2X10kg?m，J,1(9X10kg?m。试求折算到电机z1z2 轴上的总等效惯量了。?(14分) 2(如图所示的开环步进电机位置控制系统，已知负载为F,1000N，工作台长L=500mm，往复精度为?0(0lmm，丝杠导程t=8mm，直径d,20mm，步进电机的步距角为a=1(8。，s 试确定齿轮减速比i。 五、综合题(16分) 已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示，试确定单自由度驱动系统的测量方案。 试卷代号:1118 中央广播电视大学2003—2004学年度第二学期“开放本科”期末考试 机械(过)专业 机电一体化系统设计基础 试题答案及评分标准 (供参考) 2004年7月 一、填空(每空2分，共20分) (电源 液压源 气压源 1 2(定期预测 定量预测 3(传动比相等 4(微处理器 贮存器 5(迟滞 重复精度 二、简答题(每题4分，共20分) 1(答:测试传感部分的作用:对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。 2，答:对控制及信息处理单元的基本要求:提高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。 3(答:机电一体化系统对机械传动系统的要求有:精度;稳定性;快速响应性;还应满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。 4(答:STD总线有3种工作模式:独立工作模式，前端控制器工作模式和分布式组合工作模式。 5(答:机电一体化产品设计的工程路线(主要步骤):拟定产品开发目标和技术;收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析;总体方案设计;总体方案的评审和;详细设计;详细设计方案的评审和评价;试制样机;样机实验，测试;技术评价与审定;小批量生产;正常生产;销售。 三、分析题(20分) 1((12分)解答: 与普通信息处理机相比较，工业PC机有以下特点: (1)将普通信息处理机的大母板改为功能插板，具有丰富的过程输入输出功能，以完成对各种设备和工艺装置的控制。 (2)良好的时实性，能够对生产过程工况变化实时监视和控制。 (3)抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。 (4)丰富的应用软件。 2((8分)解答: 传感器位于闭环之内的反馈通道上，其误差的高频分量(噪声信号)因系统的低通作用得 到校正，不影响输出精度; 传感器误差的低频分量，如静态精度(分辨率等)直接影响输出精度，它决定了系统精度 的上限。 四、计算题(24分) 1((14分)解: 等效惯量可以分为以下几个部分来计算 (1)电机轴上的元件(齿轮1) 五、综合题(16分) 解:依题意有两种测量方案 (1)高速端测量方案:(8分) 传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现对工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。 (2)低速端测量方案:(8分) 传感器安装在工作台上，直接测量工作台的位移。可选用光栅式位移器、感应同步器或者电位计式位移传感器。