《机械专业机电一体化系统设计基础试题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械专业机电一体化系统设计基础试题（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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
2、产品设计中，详细设计的主要内容。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Fl = 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=
3、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，no =500脉冲/转的旋转编码器是否合用。工前茯珠携胃；I心伺瞅电枫曲联器-M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
4、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
5、。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
6、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外奂赧力F.IOOON愤性负裁力附a= 5QX10=500?J2)电机上的贡戟力矩为仇=卜却怕+柿计驾2 7+販厂倉=0, S3Nm蠢(瓏旳热.(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i?r曲测遗精度加L=Q* OaSmm,，总=曲硕= 16。脉冲犢选取弃=200光电编码諜，则理论测fiffiSE心岛f OT剧满足题目要求。(2)低速端测量传感器直接与丝杠连接，与减速比无关AL
7、=-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
8、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
9、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）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，丝杠长度L=0. 5m,中径为d=48mm，材料密度为P=7. 8X103kg / m3，齿轮传动比i=2,两齿轮的 转动惯量分别为了 Jz1=1. 2X10-4kg m2, Jz2=1. 9X10-3kgm2。试求折算到电机轴上的总等效 惯量了。 ?（14分）砲机2如图所示的开环步进
10、电机位置控制系统，已知负载为F=1000N,工作台长L=500mm,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
11、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
12、）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。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）.几=一几=1. 2XJC_kg + 讨V中间输上的元件（齿轮卩 血=”严寺
13、XiElLF 75X10他旧的负載轴上的元件（銓杠工作台）3214X7.8X1X0.048X0. 5 = XIO-3kg 冷工作台折算到丝杠上的惯墜：九f 僚尸T0DX牛勞nzxicr% - rn:总的折算惯蜃为=,. +Jj+J. = L2X1O+4,75X10-1+5.4XLO = L HXlOkg * n?2. （1Q 分）解：步迸电机的每转脉冲数叫一竽=辔2皿脈冲/转根据工件台定位精度的要求，选用脉冲当量 書=0* 01 mm/Bi冲设传动比为i*每个脉冲对应工作台曲位樓为i=h_ =：4舫，0.01X200五、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（2）低速端测量方案：（8分）
