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1、中央广播电视大学20032004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
2、主要内容。 5简述AD、DA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F11000N，最大加速度为10ms2，丝杠直径为d20mm，导程t4mm，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t4mm，齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的测量精度为
3、o005mm(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，确定整系统的控制方案、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20032004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
4、 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
5、细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。 5答：AD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。DA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)
6、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
7、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20032004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
8、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t8mm，丝杠长度L05m，中径为d48mm，材料密度为P=78
9、X103kgm3，齿轮传动比i2，两齿轮的转动惯量分别为了Jz1=12X10-4kgm2，Jz219X10-3kgm2。试求折算到电机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F1000N，工作台长L=500mm，往复精度为00lmm，丝杠导程ts=8mm，直径d20mm，步进电机的步距角为a=18。，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20032004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
10、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) 1电源 液压源 气压源 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
11、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
12、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。
