机电一体化试题
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
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
(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规范;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;总体方案的评审和评价;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。