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1、 机电系统组成原理 1 FMS系统 答：即柔性制造系统，是以数控机床为基础发展起来的一种高效率、多品种、小批量生产系统。 2可靠度 答:是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。 3、D/A转换器 答：即数字模拟信号转换器，其功能是将计算机输出的数字信号转换为模拟的电压信号。 4协同专家系统 5三相六拍工作方式 答：每转换六次为一循环，各拍交替出现单双相通电的模式，定子绕组通电次序为A-AB-B-BC-C-CA-A. 6灵敏度 答：传感器在静态标注条件下，输出变化对输入变化的比值称为灵敏度。 2位置随动系统 答：位置输出量以一定的精度复现输入量变化的自动控制系统，称为位置随动系统，也称
2、为伺服系统。 3“浴盆”曲线 答：实质上是一条瞬变故障曲线，它描述了机电一体化系统瞬时故障随时间变化的关系。 1双三拍工作方式 答：是有两相导通，两相绕组处在相同电压之下，以AB-BC-CA-AB(或反之)方式通电。 2可靠度 答:是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。 3 电气干扰 答：电子设备内部各元部件之间的相互干扰以及电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰。 4 CIMS系统 答：它是英语Computer Integrated Manufacturing System的缩写，意思是计算机集成制造系统。它是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信息技术自动
3、化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机的集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。智能化则体现了自动化的深度，它不仅设计物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。 5 A/D转换器 答：将模拟信号转换成数字信号的电路。 二、问答题（每题7分，共56分） 1试述压电式压力传感器的电荷放大器和电压放大器的特性和特点。 答:压电式压力传感器的电荷放大器：压电式压力传感器是一种自发电
4、式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。电荷放大器的特点是：深度负反馈的高增益放大器，将高阻抗电荷转换成低阻抗电压源。与频率无关，电荷放大器低频特性好。压电式压力传感器的电压放大器：电压放大器低频特性差。 2人工神经网络的哪些特点使得控制器更易实现智能化？ 答：（1）并行分布处理。（2）非线性映射（3）通过训练进行学习的能力（4）适应与集成（5）硬件实现。由此可见，人工神经网络具有学习和适应、自组织、函数逼近和大规模并行处理等特点，因而具有用于智能控制系统的潜力。 3简述容错系统的
5、基本思想，主要特点以及技术关键。 答：容错技术是指在一定程度上容忍故障的技术，也称为故障掩盖技术（fault masking）。采用容错技术的系统称容错系统。容错主要依靠冗余设计来实现，它以增加资源的办法换取可靠性。由于资源的不同，冗余技术分为硬件冗余、软件冗余、时间冗余和信息冗余。 硬件冗余是通过硬件的重复使用来获得容错能力。 软件冗余的基本思想是用多个不同软件执行同一功能，利用软件设计差异来实现容错。 信息冗余是利用在数据中外加的一部分信息位来检测或纠正信息在运算或传输中的错误而达到容错。在通信和计算机系统中，常用的可靠性编码包括：奇偶效验码、循环冗余码CRC、汉明码等。 时间冗余是通过消
6、耗时间资源来实现容错，其基本思想是重复运算以检测故障。按照重复运算时在指令级还是程序级分为指令复执程序复算。指令复执当指令执行的结果送到目的地址中，如果这时有错误恢复请求信号，则重新执行该指令。程序复算常用程序滚回技术。例如将机器运行的某一时刻称作检查点，此时检查系统运行的状态是否正确，不论正确与否，都将这一状态存储起来，一旦发现运行故障，就返回到最近一次正确的检查点重新运行。 容错系统工作过程包括自动侦测、自动切换、自动恢复。 容错FT(Fault Tolerant)技术一般利用冗余硬件交叉检测操作结果。随着处理器速度的加快和价格的下跌而越来越多地转移到软件中。 4按照专家系统所求解的问题的
7、性质，可分为几种类型？ 5影响直流测速发动机的测量结果的因素有哪些？ 6步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型 8系统可靠性的特征量有哪些？ 1机械传动系统设计中传动链的各级传动比的分配的基本原则有哪些？它们的选用原则是什么？ 答：基本原则：（1）等效转动惯量最小原则（2）质量最小原则（3）输出轴转角误差最小原则。 选用原则：(1)对于传动精度要求高的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小原则设计（2）对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链，可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小原则设计（3）对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按质量最小原则设计。 2简述机电一体化系统的相关技
8、术以及系统的基本组成。 答：相关技术：检测传感技术；信息处理技术；自动控制技术；伺服传动技术；精密机械技术；系统总体技术 系统的基本组成：动力系统；传感系统；控制系统；驱动系统；机械系统 3压力传感器一般的基本类型有哪几种？它们各自的工作原理是什么？ 答：压力传感器常分为压阻式压力传感器；应变式压力传感器；压电式压力传感器。 工作原理：（1）压阻式：利用半导体材料的电阻率随其所受压力变化而变化的特性；（2）应变式：利用压力的作用使电阻或应变片发生形变，致使它们的电阻发生变化的特性制成，通过检测电阻的变化便可检测压力的变化；（3）压电式：利用电介质在受压力作用时产生电极化现象，并在表面产生电荷的
9、压电效应来测量压力。 4简述步进电动机的特性与特点。 答：（1）步进电动机的工作电流就是脉冲电流，周期性的接通和切断。（2）步进电动机的工作电流就是启动电流。（3）步进电动机铭牌上的参考电流和电压是可变的。（4）步进电动机的电压或线路电压是指施加在电动机一相绕组，大功率管和外界电阻上的总电压。（5）步进电动机是同步电动机的范畴，工作时伴有铁损和铜损，运动时有机械损耗，会发热。 1斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？ 2传感器选择的基本原则是什么？ 答：（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型，要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。（
10、2）灵敏度的选择 通常在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。（3）频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有一定延迟，希望延迟时间约短越好。（4）线性范围 传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。（5）稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力成为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。
11、因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体使用环境选择合适的传感器，或采取适当措施，减小环境影响。（6）精度 精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选的过高。这样就可以满足同一测量目的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。 3 机电一体化系统中,机械传动的功能是什么？为什么在机械传动设计往往采用“负载角加速度最大原则”设计总传动比？ 答：（1）机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与
12、控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械及机电不见相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。它的主要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制，以完成其系统功能要求。机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和最优化设计。机电一体化系统的机械机构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械机构因素与整个伺服系统的性能参数、电器参数的匹配，以获得良好的伺服性能。 （2）以四级齿轮减速传动
13、链为例。四级传动比分别为i1、i2、i3、i4，齿轮1-8的转角误差依次为。该传动链输出轴的总转角误差为：由上式可以看出，如果从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”的原则排列则总转角误差较小。而且低速级的误差在总误差中战的比重很大。因此，要提高传动精度，就应减少传动级数。并使末级齿轮的传动比尽可能大，制造精度尽量高。 4永磁同步电动机的优势以及存在的问题。 答：永磁同步电机启动时，因转子静止，定、转子磁场不能保持相对静止，因而不能产生定向的稳定转矩。故从理论上说，永磁同步电动机无自启动转矩，需在转子上附加笼式绕组（导条）或磁滞环来产生启动转矩。为防止永磁体漏磁过大，笼式绕组不装在一个整体圆
14、环上，而是装在极靴上；磁滞环则装于磁极外圈。 优点：同步，可当发动机用。 缺点：电刷容易坏，电机结构复杂，造价高 5简述模糊控制的基本原理（即基本结构，控制规则和模糊运算）。、 答：模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）简称模糊控制（Fuzzy Control）,是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。 基本结构： 控制规则：规则的归纳和规则库的建立，是从实际控制经验过渡到模糊控制器的中心环节。控制律通常由一组if-then 结构的模糊条件语句构成，例如：if e=N and c=N,then u=PB等；或总结为模糊控制规则表。 模糊运算：用
15、模糊语言表述一组规则（模糊语句）。 三 综合分析（每题14分，共14分） 简要分析并比较VM,RM,AM的主要技术关键。 答：虚拟制造VM 虚拟制造主要就是利用计算机技术和装备产生一个虚拟环境，应用人类知识、技术和感知能力，与虚拟对象进行交互作用，对产品设计和制造活动进行全面的建模和仿真。虚拟制造技术从根本上改变了设计、试制、修改设计和规模生产的传统制造模式。在产品真正制造以前，首先在虚拟制造环境中生产软产品原型（Soft Prototype），代替传统的硬样品（Hard Prototype）,预测产品的设计和制造的合理性、产品性能和制造周期等，从而使产品的开发周期最短、成本最低、质量最优，最
16、终提高快速响应市场多变的能力。 快速制造技术RM 快速制造（RM-rapid manufacturing）是基于离散-堆积成型原理的先进制造及时总称。快速原型技术是快速制造大家族中最先产生的制造技术，在此基础上，又出现了快速工具、快速模具和快速生物支架制造等等。RM之基本定义为：“由产品的三维CAD模型数据直接驱动，组装(堆积)材料单元而完成任意复杂具有使用功能的零件和科学技术。”RM的主要特点有：产品的三维CAD设计时RM的前提；无需任何专业工具，产品的设计数据直接驱动RM设备堆积材料而进行成型制成过程；所完成的是功能零件（functional parts）；所完成的功能零件之结构与形状无限制，可以是具有材料梯度、结构梯度和特殊孔隙的复杂形状。快速制造的内涵主要体现为：制造过程中信息过程与物理过程相同统一；材料装备与材料成型相统一；结构梯度与材料梯度相统一。由于这些统一，使得RM具有非常光明的前景。 敏捷制造AM 制造制动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内产出低成本、高质量的不同品种产品的能力，从而去面对市场的挑够。敏捷制造是将柔韧生
