1、國家開放大學機電一體化系統綜合實訓作業1-4參考答案作業1一、名詞解釋 (每小題2分，共10分)1. 測量是人們借助于專門的設備，通過一定的方法對被測對象收集信息，取得數據概念的過程。2.靈敏度指在穩態下， 輸出的變化量Y與輸入的變化量X的比值。即為傳感器靈敏度。 S=dy/dx=Y/X3. 壓電效應某些電介質，當沿著一定的方向對它施加力而使它產生變形時，內部就會產生極化現象，同時在它的兩個表 面上將產生符號相反的電荷。當外力去掉后，它又重新恢復到不帶電的狀態，這種現象被稱為壓電效應。4. 動態誤差在被測量隨時間變化過程中進行測量時所產生的附加誤差稱為動態誤差。5. 傳感器是一種以一定的精確度

2、把被測量轉換為與之有確定對應關系的，便于應用的某種物理量 的測量裝置。二、填空題（每小題2分，共20分)1. 滾珠絲桿中滾珠的循環方式：（內循環）和（外循環）。2. 機電一體化系統，設計指標和評價標準應包括（性能指標），（系統功能），（使用條件）。3. 順序控制系統是按照預先規定的次序完成一系列操作的系統，順序控制器通常用（PLC）。4. 某光柵的條紋密度是50條/mm，光柵條紋間的夾角=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是（20mm）。5. 連續路徑控制類中為了控制工具沿任意直線或曲線運動，必須同時控制每一個軸的（位置和速度），使它們同步協調到達目標點。6. 某4極交流感應電機，電源頻率為50

3、Hz，轉速為1470r/min，則轉差率為（0.02）。7. 齒輪傳動的總等效慣量與傳動級數（增加而減?。?。8. 累計式定時器工作時有（2）。9. 復合控制器必定具有（前饋控制器）。10. 鉆孔、點焊通常選用（簡單的直線運動控制）類型。三、選擇題（每小題2分，共10分）1. 一般說來，如果增大幅值穿越頻率c的數值，則動態性能指標中的調整時間ts（）A. 產大B. 減小C. 不變D. 不定2. 加速度傳感器的基本力學模型是（）A. 阻尼質量系統B. 彈簧質量系統C. 彈簧阻尼系統D. 彈簧系統3. 齒輪傳動的總等效慣量與傳動級數（）A. 有關B. 無關C. 在一定級數內有關D. 在一定級數內無關

4、4. 順序控制系統是按照預先規定的次序完成一系列操作的系統，順序控制器通常用（）A. 單片機B. 2051 C. PLC D. DSP5、伺服控制系統一般包括控制器、被控對象、執行環節、比較環節和檢測環節等個五部分。（）A換向結構B轉換電路C存儲電路D檢測環節四、判斷題（每小題2分，共10分)1、伺服控制系統的比較環節是將輸入的指令信號與系統的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號。（）2、電氣式執行元件能將電能轉化成機械力，并用機械力驅動執行機構運動。如交流電機、直流電機、力矩電機、步進電機等。（×）3、對直流伺服電動機來說，其機械特性越硬越好。（）4、步進電機的步距角決定

5、了系統的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（×）5、伺服電機的驅動電路就是將控制信號轉換為功率信號，為電機提供電能的控制裝置，也稱其為變流器，它包括電壓、電流、頻率、波形和相數的變換。（）五、問答題（每小題10分，共30分)1. 步進電動機常用的驅動電路有哪幾種類型?參考答案：（1）單電源驅動電路（2）雙電源驅動電路（3）斬波限流驅動電路2. 什么是步進電機的使用特性?參考答案：步距誤差：步距誤差直接影響執行部件的定位精度。最大靜轉矩：是指步進電動機在某相始終通電而處于靜止不動狀態時，所能承受的最大外加轉矩，亦即所能輸出的最大電磁轉矩，它反映了步進電動機的制動能力和低速步進運

6、行時的負載能力。啟動矩一頻特性：空載時步進電動機由靜止突然啟動，并不失步地進入穩速運行所允許的最高頻率稱為最高啟動頻率。啟動頻率與負載轉矩有關。運行矩頻特性：步進電動機連續運行時所能接受的最高頻率稱為最高工作頻率，它與步距角一起決定執行部件的最大運行速度。最大相電壓和最大相電流：分別是指步進電動機每相繞組所允許施加的最大電源電壓和流過的最大電流。3. 機電一體化系統設計指標大體上應包括哪些方面?參考答案：（1）系統功能（2）性能指標（3）使用條件（4）經濟效益六、分析計算題 (每小題10分，共20分)1. 三相變磁阻式步進電動機，轉子齒數Z=100,雙拍制通電，要求電動機轉速為120r/min

7、，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少?參考答案：（1）20KHz（2）3.602. 采用PLC設計二個電磁閥A、B工作的系統（1）按鈕x1為A電磁閥打開，按鈕x2為A電磁閥關閉 (輸出y1);（2）按鈕x3為B電磁閥打開，按鈕x4為B電磁閥關閉 (輸出y2);（3）只有B電磁閥在工作中，A電磁閥才能工作。要求：畫出梯形圖，寫出助記符指令程序。參考答案：（1）梯形圖（2）STR X1 OR Y1 AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2作業2一、名詞解釋 (每小題2分，共10分)1、線性度1、所謂傳感器的線性度就是其輸出量與輸入

8、量之間的實際關系曲線偏離直線的程度。又稱為非線性誤差。2、伺服控制系統一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統。3、三相六拍通電方式如進電動機通電循環的各拍中交替出現單、雙相通電狀態，這種通電方式稱為單雙相輪流通電方式。如A AB B BCC CA4、傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的，便于應用的某種物理量的測量裝置。5、系統精度指輸出量復現輸入信號要求的精確程度。二、填空題（每小題2分，共20分)1、計算機在控制中的應用方式主要有（操作指導控制系統、分級計算機控、制系統、監督計算機控制系統（SCC）、直接數字控制系統）。2

9、. 滾珠絲桿螺母副結構有兩類：（外循環插管式、內循環反向器式）。3、應用于工業控制的計算機主要有（單片機、PLC、總線工控機）等類型。4. 機電一體化系統，設計指標和評價標準應包括（性能指標、系統功能、使用條件、經濟效益）。5、可編程控制器主要由（CPU、存儲器、接口模塊）等其它輔助模塊組成。6. 順序控制系統是按照預先規定的次序完成一系列操作的系統，順序控制器通常用（PLC）。7、現在常用的總線工控制機有（STD總線工業控制機）、PC總線工業控制機和CAN總線工業控制機等。8、隔離放大器中采用的耦合方式主要有兩種（變壓器隔離、光電隔離）。9. 某光柵的條紋密度是50條/mm，光柵條紋間的夾角

10、=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是（20mm）。10. 采樣/保持器在保持階段相當于一個“（模擬信號存儲器）”。三、選擇題（每小題2分，共10分）1.一個典型的機電一體化系統，應包含以下幾個基本要素：A 機械本體B 動力與驅動部分C 執行機構D. 控制及信息處理部分2、機電一體化系統（產品）開發的類型A 開發性設計B 適應性設計C 變參數設計D 其它3、機電一體化系統（產品）設計方案的常用方法A 取代法B 整體設計法C組合法D其它4、機電一體化的高性能化一般包含A高速化B高精度C高效率D高可靠性5、抑制干擾的措施很多，主要包括A屏蔽B隔離C濾波D接地和軟件處理等方法四、判斷題（每小題2分，共

11、10分)1、變流器中開關器件的開關特性決定了控制電路的功率、響應速度、頻帶寬度、可靠性和等指標。（）2、伺服控制系統的比較環節是將輸入的指令信號與系統的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號。（）3、感應同步器是一種應用電磁感應原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉角。（）4、數字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應同步器等，它們的共同特點是利用自身的物理特征，制成直線型和圓形結構的位移傳感器，輸出信號都是脈沖信號，每一個脈沖代表輸入的位移當量，通過計數脈沖就可以統計位移的尺寸。（）5、FMC控制系統一般分二級，分別是單元控制級和設備控制級。（）五、問答題（每

12、小題10分，共30分)1、計算機控制系統中，如何用軟件進行干擾的防護。參考答案：軟件濾波用軟件來識別有用信號和干擾信號，并濾除干擾信號的方法，稱為軟件濾波軟件“陷井”軟件“看門狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或軟件）的辦法要求使用監控定時器定時檢查某段程序或接口，當超過一定時間系統沒有檢查這段程序或接口時，可以認定系統運行出錯（干擾發生），可通過軟件進行系統復位或按事先預定方式運行。2、滾珠絲杠副的軸向間隙對系統有何影響？如何處理？參考答案：如果滾珠螺旋副中有軸向間隙或在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性變形，則當螺桿反向轉動時，將產生空回誤差。為了消除空回誤差，在螺桿上裝配兩個螺母1和2，

13、調整兩個螺母的軸向位置，使兩個螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向螺桿螺紋滾道相反的側面，使其產生一定的變形，從而消除了軸向間隙，也提高了軸向剛度。常用的調整預緊方法有下列三種。墊片調隙式螺紋調隙式齒差調隙式。3、機電一體化系統中的計算機接口電路通常使用光電藕合器，光電藕合器的作用有哪些？參考答案：（1）能保護系統元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓信號系統的損壞。（2）泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路。（3）共模抑制比高，能對直流和低頻信號(電壓或電流)進行準確、安全的測量。利用光電耦合方式實現載波調制，可獲得10kHz帶寬，但其隔離性能不如變壓器耦合。

14、六、綜合應用題 (每小題10分，共20分)1.編寫程序：單片機讀P1.0的狀態,把這個狀態傳到P1.7指示燈去，當P1.0為高電平時指示燈亮,低電平時指示燈不亮,采用中斷完成這一輸入輸出過程，每中斷一次完成一個讀寫過程。參考答案：2. 光柵傳感器，刻線數為100線/mm，設細分時測得莫爾條紋數為400，試計算光柵位移是多少毫米？若經四倍細分后，記數脈沖仍為400，則光柵此時的位移是多少？測量分辨率是多少？參考答案：光柵此時的位移：細分前4mm, 細分后1mm 測量分辨率: 細分前0.01 mm/線細分后:0.025。作業3一、名詞解釋 (每小題2分，共10分)1.機電一體化從系統的觀點出發，在

15、系統工程基礎_上有機地加以綜合，以實現整個，出發將機械技術.微電子技術、信息技術、控制技術等。2.自動控制由控制裝置自動進行操作的控制。;系統最佳化的一門新科學技術。3.開環控制系統無反饋的控制系統。4.逆變器把固定的直流電變成固定或可調的交流電的DC/AC變流器。5. PWM通過調節脈沖的寬度改變負載電壓平均值的脈寬調制斬波器。二、判斷題 (每空1分，共10分)1. 直線運動導軌是用來支承和引導運動部件按給定的方向作往復直線運動。（）2. 滾珠絲桿不能自鎖。（）3. D/A轉換的方式可分為并行轉換的串行轉換方式。（）4. 同步通信是以字符為傳輸信息單位。（×）5. 異步通信常用于并

16、行通道。（×）6. 查詢I/O方式常用于中斷控制中。（×）7. 串行通信可以分為以下四種方式：1）全雙工方式；（）2）半雙工方式；（）3）同步通信；（）4）異步通信。（）三、填空題：(每空1分，共40分)1. 從控制角度講，機電一體化可分為（開環）控制系統和（閉環）控制系統。2. 在機電一體化中傳感器輸出電信號的參量形式可以分為:（電壓輸出）；電流輸出；（頻率輸出）三種形式。3. 多點接地：優點：（互不干擾），缺點：（接線多、復雜）。4. 一般來說，伺服系統的基本組成為（控制器）、（功率放大器）、（執行機構）和（檢測裝置）等四大部分組成。5. 在SPWM變頻調速系統中，通常

17、載波是（等腰三角波），而調制波是（正弦波）。6.從電路上隔離干擾的三種常用方法是:（光電）隔離，（變壓器）隔離，（繼電器）隔離。7.開環步進電動機控制系統，主要由（環形分配器）、（功率放大器）和（步進電動機）等組成。8.實現步進電動機通電環形分配的三種常用方法是：1）（），2）（），3）（）。9. 產生電磁干擾必備的三個條件是：（干擾源），（傳播途徑），（接收載體）。10.干擾傳播途徑有二種方式：1）傳導耦合方式：干擾信號能量以（電壓）或（電流）的形式，通過金屬導體傳遞。2）幅射耦合方式：干擾信號能量以（電磁場）的形式，通過空間感應傳遞。11. 指出下列干擾哪幾種屬于傳導耦合方式：（C.漏電干

18、擾）, （D.共阻抗感應干擾）;哪幾種屬于幅射耦合方式：（A.靜電干擾）,（B.磁場干擾）, （E.電磁輻射干擾。）。A.靜電干擾 B.磁場干擾 C.漏電干擾 D.共阻抗感應干擾 E.電磁輻射干擾。12.磁場屏蔽-對高頻交變磁場應采用（銅和鋁等導電性能好）的金屬材料作屏蔽體；對低頻交變磁場應采用（鐵等高導磁率）的材料作屏蔽體，并保證磁路暢通。13.一點接地中：1）串聯接地：優點：（最簡單），缺點：（前后互不干擾），2）并聯接地：優點：（干擾小），缺點：（接線多，復雜），僅適用于（低頻）電路。四、解答題 (每小題5分，共40分)1一個典型的機電一體化系統，應包含哪些幾個基本要素？參考答案：（1）

19、機械本體（2）動力與驅動部分（3）執行機構（4）傳感測試部分（5）控制及信息處理部分2斜齒輪傳動機構中消除齒側隙的常用方法？參考答案：（1）墊片調整法（2）軸向壓簧調整法3、簡述直流伺服電動機兩種主要控制方式的工作原理。參考答案：一種是電驅電壓控制即在災F做場不變的情況下，通過控制施加在電繞組兩歹頭端的電壓信號:來控制電動機的轉速和輸出轉矩；另一種是勵磁磁場控制即通過改變勵磁電流的大小來改變定子磁場的強度，從而控制電動機的轉速和輸出轉矩。4. 在微機控制系統中，主機和外圍設備間所交換的信息通常分為哪三類？參考答案：（1）數據信息（2）狀態信息（3）控制信息5數據信息可分為哪幾種？參考答案：（1

20、）數字量（2）模擬量（3）開關量（4）脈沖量6DAC0832有哪三種輸入工作方式？有哪二種輸出工作方式？參考答案：（1）直通方式（2）單緩沖方式（3）雙緩沖方式（4）單極性輸出（5）雙極性輸出7.步進電動機控制系統中，電動機通過絲杠螺母帶動執行部件運動:已知：步距角，脈沖數 N ，頻率 f ，絲杠導程 p ，試求執行部件:位移量 L= ? 移動速度 V=?參考答案：L=(p/360°)N ; V=(0p/360°)f8.有一變化量為0 16V的模擬信號，采用4位A/D轉換器轉換成數字量，輸入到微機控制系統中，試求其量化單位q？，量化誤差最大值emax？參考答案：量化單位q=

21、IV，量化誤差最大值 emax=±o.5v。作業4一、名詞解釋（每題2分共10分）1、機電一體化機電一體化技術綜合應用了機械技術、微電子技術、信息處理技術、自動控制技術、檢測技術、電力電子技術、接口技術及系統總體技術等群體技術，實現多種技術功能復合的最佳功能價值的系統工程技術。2、柔性制造系統柔性制造系統(Flexible Manufacturing System)是由兩臺或兩臺以上加工中心或數控機床組成，并在加工自動化的基礎上實現物料流和信息流的自動化。3、靜態設計是指依據系統的功能要求，通過研究制定出機械系統的初步設計方案。4、系統軟件系統軟件是由計算機的制造廠商提供的，用來管理

22、計算機本身的資源和方便用戶使用計算機的軟件。5、感應同步器感應同步器是一種應用電磁感應原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉角。二、填空題（每空分，共3分）1、對伺服系統的技術要求是（系統精度）、（穩定性）、（響應特性）、（工作頻率）。2、機電一體化的機械系統設計主要包括兩個環節：（靜態設計）、（動態設計）。3、計算機控制系統的類型包括（分級計算機控制系統）、（直接數字控制系統）、監督控制系統、（操作指導控制系統）。4、擬定機電一體化系統（產品）設計方案的方法通常有（取代法）、（整體設計法）、（組合法）。5、接口的基本功能主要有（數據格式轉換）、放大、（通信聯絡

23、）。6、對直線導軌副的基本要求是（導向精度高）、（耐磨性好）、（足夠的剛度）、（對溫度變化的不敏感性）和平穩。7機電一體化機械系統應具有良好的侍服性能，要求機械傳動部件轉動慣量小、阻力合理（剛度大）、（抗振性好）、（間隙?。?、并滿足小型、輕量等要求。8、伺服系統的基本組成包括（控制器）、（執行環節）、（比較環節）、檢測裝置、（被控對象）。9、工作接地分為（一點接地）、（多點接地）。10、STD總線的技術特點（模塊化設計）、（系統組成）、（修改和擴展方便）、高可靠性。三、簡答題（每小題5分，共20分）1. FMC的基本控制功能。參考答案： （1）單元中各加工設備的任務管理與調度，其中包括制定單元

24、作業計劃、計劃的管理與調度、設備和單元運行狀態的登錄與上報。（2）單元內物流設備的管理與調度，這些設備包括傳送帶、有軌或無軌物料運輸車、機器人、托盤系統、工件裝卸站等。（3）刀具系統的管理，包括向車間控制器和刀具預調儀提出刀具請求、將刀具分發至需要它的機床等。2. PWM脈寬調速原理。參考答案：圖中的開關S周期性地開關，在一個周期T內閉合的時間為t，則一個外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關S加到電動機的電樞上，電樞上的電壓波形將是一列方波信號，其高度為U、寬度為，如右圖所示。電樞兩端的平均電壓為：Ud=1T0TUdt=TU=U式中=T=UdU,0<<1 為導通率（或稱占空

25、率）。當T不變時，只要改變導通時間，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當從0-T改變時，Ud由零連續增大到U。3. 簡述直流伺服電機兩種控制的基本原理。參考答案：直流伺服電動機的控制方式主要有兩種：一種是電樞電壓控制，即在定子磁場不變的情況下，通過控制施加在電樞繞組兩端的電壓信號來控制電動機的轉速和輸出轉矩；另一種是勵磁磁場控制，即通過改變勵磁電流的大小來改變定子磁場強度，從而控制電動機的轉速和輸出轉矩。采用電樞電壓控制方式時，由于定子磁場保持不變，其電樞電流可以達到額定值，相應的輸出轉矩也可以達到額定值，因而這種方式又被稱為恒轉矩調速方式。而采用勵磁磁場控制方式時，由于電動機在額定運行條件下磁場已接近飽和，因而只能通過減弱磁場的方法來改變電動機的轉速。由于電樞電流不允許超過額定值，因而隨著磁場的減弱，電動機轉速增加，但輸出轉矩下降，輸出功率保持不變，所以這種方式又被稱為恒功率調速方式。4. 控制系統接地通的目的。參考答案：將電路、設備機殼等與作為零電位的一個公共參考點(大地)實現低阻抗的連接，稱之謂接地。接地的目的有兩個：一是為了安全，例如把電子設