好文档 - 专业文书写作范文服务资料分享网站

中央电大-机电一体化系统设计基础-考试题库

天下 分享 时间: 加入收藏 我要投稿 点赞

精品文档

(一)填空题

★机电一体化系统常用的能源有电源、气压源和液 压源。

★市场预测的方法主要有定期预测和定量预测。 ★机电设计的质量管理主要体现在质量目标管理、 实行可行性设计和进行手机质量评审

★控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软 件和硬件接口组成。

★在多级传动中,为了减小传动误差,传动比的分 配应遵守先小后大原则。

★机电系统中,机械传动要满足伺服控制在精度、 稳定性和快速响应性等方面的要求。

★影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程 误差两种

★对于线性控制系统,若要求在达到高精度的同时 减小定位时间,则必须提高系统的固有频率。提高 固有频率和阻尼可以提高闭环系统的稳定性。

★液压系统的伺服控制元件主要有电液伺服阀和电 液比例阀

★典型开关量 I/O 模板的 I/O 电气接口的主要功能 有滤波、电平变换、光电隔离和功率驱动。

★计算机的指令进行 D/A 转换后,需经过信号调理 环节才能驱动执行机构。

★传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路组 成。

★传感器的静态特性参数主要有灵敏度、线性度、 迟滞和重复精度。

★传感器输入特性的主要参数是输入阻抗或静态刚 度。

★执行机构,选择较大传动比可使系统的相对阻尼 系数增大,有利系统稳定。

★机电产品设计类型可分为开发性设计、适应性设 计、变参数设计三类。

★当负载折算到电机轴上的惯量等于转子质量时, 系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。

★步进电机的最大动态转矩小于最大静转矩,并随 着脉冲频率的升高而降低。

(二)选择题

★开放式体系结构中的 VLSI 是指(超大规模集成电 路)

★以下移动电话不属于机电一体化产品。 ★数控机床需要进行抗干扰设计。

★幅频特性和相频特性(或频率响应函数)是传感 器动态特性指标

★丝杠螺母机构在闭环外,所以它回程误差和传动 误差都影响输出精度

★闭环控制,齿轮减速器在前向通道,它回程误差 不影响输出精度,但传动误差影响

★步进电机转动后,其输出转矩所工作频率增高而 下降

★采用脉宽调制进行直流电动机调速驱动是,通过 改变脉冲宽度来改变电枢贿赂的平均电压而实现机 的平滑调速。

★数控机床进给系统的伺服电机属于设备的驱动部 分。

★分离活塞式油缸属于系统中的驱动部分

★在工业机器人的设计中传感器的选择及精度分析 是理论分析阶段要进行

★为提高机话接卸传动系统的固有频率,应增大系 统刚度。

★机械系统的刚度对系统的主要影响表现为固有频 率、精度、稳定性。

★多齿轮传动中,各级传动比相等的分配原则适用 于按输出轴的转角误差最小原则设计的传动链 ★前大后小的分配原则适用于重量最轻原则(大功 率装置)

★频矩特性表示步进电机最大动态转矩与脉冲频率 的关系

★永磁式直流伺服电机又称为力矩电机

★STD 总线的 A/D 转换接口模板中,出 A/D 转换器 及 STD 总线接口逻辑外,还应有多路开关与采样保 持器

(三)简答题

★机电相关技术有哪些 机械技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自 动控制技术、传感器测试技术和伺服驱动技术。

★试述机电一体化产品的定义和分类方法。 答:机电一体化产品是新型机械与微电子器件,特 别是与微处理器、微型计算机相接合而开发的新一 代电子化机械产品。 按用途可分为信息机电一体化产品、产业机电一体 化产品和家庭用机电一体化产品。

。 1欢迎下载

精品文档

★机电一体化系统的基础结构要素有哪些?喷漆机 器人的电液伺服系统和手臂手腕分别属于其中的那 个结构要素?数控系统、主传动系统

答:要素有机械本体,能源,测试传感部分,执行 机构,驱动部分,控制及信息处理单元等 6 项。电 液伺服系统属驱动部分,手臂腕、主传动系统属执 行机构的一部分,数控系统属控制及信息处理单元。 ★简述数控机床中计算机数控装置的组成和功能。 答:由专用计算机、输入输出接口以及机床控制器 等部分组成。功能:根据输入的数据和程序,完成 数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能

★机电系统中,对控制及信息处理单元的基本要求 是?

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。

★机电产品对机械传动系统有哪些要求 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、高可靠性。

★机电系统中,测试传感部分的作用是什么?

答:对系统运行中所需要的本身和外部环境的各种 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。

★影响机电一体化系统传动机构动力学特征的主要 因素有那些? 答:主要因素有负载变化;传动系统的惯性;传动

系统固有频率;传动系统中的摩擦与润滑。 ★why 采用机电可提高系统精度? 答机电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引起的误差大大减少,同时 采用电子技术实现自动检测,控制,补偿和校正因 各种干烧因素造成的误差,从而提高精度。

★为减少机械系统的传动误差,可采用那些结构措 施? 答:适当提高零部件本身的精度;合理设计传动链, 减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响;采 用消隙机构,以减少或消除回程误差。 ★什么是步进电机的步距角?他是由那些参数确定 的? 答:步进电机在每输入一个电脉冲信号,转子所转 过的角度为步距角。由步进电机的相数、电机转子 的齿数和电机的通电方式决定。 ★步进电机是如何实现速度控制的。

答:步进电机的运动由输入的电脉冲信号控制,电 机绕组每接收一个脉冲,转子就转过一个响应的角 度,其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比。在 时间上与输入脉冲同步。因而只需要控制输入脉冲 的数量、频率和电机绕组的相序,即可控制转动的 速度和方向。

★简述开关量输入模板的基本组成。 答:由外部开关设备、输入信号调理电路、输入缓 冲器、输入端口译码、(STD 总线)。

★简述开关量输出模板的基本组成。 答:STD 总线信号、输出端口译码控制、输出数据 所存、输出信号调整电路、负载。 ★工业 PC 机和个人计算机的主要差别是什么? 答:大母版改为功能插板,具有丰富的过程输入输 出功能;具有良好的实时性,能够对生产过程工况 变化实时监控;抗干扰电源,密封机箱,具有良好 的环境适应性;具有丰富的应用软件。

★齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响,如何消除 圆柱直齿轮的齿侧间隙? 答:齿轮的啮合间隙会造成传动死区,若死区在闭 环系统中,则可能造成系统不稳定,使系统内高以

1~5 倍间隙角产生的低频振荡。为降低制造成本, 多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减少啮合 间隙,常法有偏心套调整法、轴向垫片法、双片薄 齿轮错齿法等。

★机电系统仿真的模型主要有哪几种?分别应用于 系统设计的那个阶段。 答:仿真模型有物理模型、数学模型和描述模型。 当仿真模型为物理模型时,为全物理仿真,系统研 制阶段;是数学模型时,称为数学仿真,分析设计 阶段。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统 替代部分数学模型所构成的为半物理仿真,部件及 子系统研制阶段。

★仿真再设计中起到的作用是什么? 在项目的设计和规划时需要对项目的合理性、经济 型等品质加以评价;在系统实际运行前,要对项目 的实施结果加以预测,一边选择正确、高效的运行 策略或提前消除设计中的缺陷,最大限度的提高实 际系统的运行水平。采用仿真技术可以省时省力省 钱的达到上述目的。

。 2欢迎下载

精品文档

★什么是 PID 调节器?三部分在系统中起什么作用。 答:按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器, 将偏差的比例、积分、微分通过现行组合构成控制 量,简称为 P(比例)I(积分)D(微分)调节器, 是连续系统中技术成熟,应用最为广泛的一种调节 器。 aPID 调节器中比例调节起纠正偏差的作用,其反应 迅速;b 积分调节能消除静差,改善系统静态特性; c 微分调节有利于减少超调,加快系统的过渡过程。 ★直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作 原理。 答:脉冲调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管 驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用,将直流 电源电压换成一定频率的方波电压,施加于直流电 机的电枢,通过对方波脉冲宽度的控制,改变电枢 的平均电压,是电机的转速得到调节。

★永磁式直流伺服电机的主要特点: 可以不经过减速机构直接驱动负载,由输入的电压 信号直接调节负载的转速;在以位置控制方式的伺 服系统中,电机可工作于堵转状态。

★交流伺服电机有哪些类型?交流伺服驱动的主要 特点? 答:分为永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。 特点:1 调速范围大;2 适合大、中功率伺服系统; 3 运行平稳,转速不受负载变化的影响;4 输出转矩 交大而转矩脉动小;5 通过闭环实现速度控制或位 置控制,其中永磁式同步电机也可作步进方式运行。 ★开放式体系结构的主要特点是什么? 答:开放式体系结构是今年在电子工业和计算机工 业中流行的一种设计思想,其主要特点是向未来的 VLSI 开放;向不同用户层次开放;向用户的特殊要 求开放;采用模块化结构。 ★简述 STD 总线微机控制系统的主要特点。 答:采用小版结构,高度模块化,功能模板结构灵 活,可靠性高,硬件冗余小,成本低;模块设计具 有严格的标准和广泛的兼容性;面向 I/O 的设计, 具有强大的 I/O 扩展能力,使控制系统非常适合工 业控制的应用;高可靠性。 ★简述 STD 有哪些工作模式?

1 独立工作模式即采用微机的基本系统与工业 I/O 模板单独构成控制系统;2 作为前端控制机 STD 可 作为其他微机的前端控制机,完成实时在线控制, 并把采集的数据和执行结果传送到上位机;3 构成

分部式组合 利用 STD 控制机的组合方法,可方便进

行各种分布式系统的组合。

★转动惯量对传动系统有哪些影响? 答:转动惯量增大使机械负载增加,功率消耗大; 使系统响应速度变慢,降低灵敏度;是系统固有频 率下降,容易产生谐振。

★光电隔离型 DI/DO 模板有哪些主要特点?输入信 号与输出信号在电器上完全隔离,抗干扰能力强; 无触点,耐冲击,寿命长,可靠性高;响应速度快, 易于逻辑电路配合。 ★D/A,A/D 接口功能

A/D 接口功能是将温度、压力等物理量经传感器变 成电压、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。

★简述电位器式位移传感器的测量原理。 电位器的可动电刷与被测物体相连,物体的位移引 起电位器移动端电阻的变化,电阻值的变化量即反 应出唯一的大小和方向。通常由电源电压吧电阻的 变化转换成电压输出。 ★PLC 的功能和组成。优越性 功能:可取代继电器控制,完成顺序和程序控制; 可组成闭环系统实现精确的位置和速度控制;可构 成告诉数据采集和分析系统,实现生产过程的自动

化。组成:CPU,存储器,电源,I/O 口和编程器。 优越性:可靠性高,环境适应性强,灵活通用个, 维护简单,方便组成网络,应用程序的编制和调试 非常方便,还具有监控功能。 (四)分析题

★试分析比较直流测速发电机和光电编码器做转速 测量的特点。 解答:直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成, 用电枢获取速度信号。它具有灵敏度高、结构简单 等特点,常用于高精度低速伺服系统,也可与永磁 式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发 电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电 压信号,信号幅度大,信号调理电路简单。由于输 出电压信号有波纹,一般需要配置滤波电路。 光电编码器(增量式)主要由旋转孔盘和光电器件 组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特 点,常与直流电机配合使用构成脉宽调速系统。增 量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲 信号,可以通过脉冲计数获得角位置信号,也可以 定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。因此,可 以同时测量转角和转速。

。 3欢迎下载

精品文档

★试分析齿轮机构、传感器及丝杠螺母机构的误差 对输出精度的影响。 答:齿轮减速器位于前向通道,误差的低频分量不

影响输出精度,因此允许有一定的间隙误差;而误 差的高频分量影响输出精度,因此应尽量减少传动 误差。 传感器位于反馈通道,误差的低频分量会影响输出 精度,因此对静态精度有较高要求;而误差的高频 分量对输出精度几乎没有影响,允许存在一定程度 的高频噪声。 丝杠螺母机构位于闭环之后,其误差的低频分量和 高频分量都会影响输出精度,因此要尽量消除传动 间隙和传动误差。

★工业控制 PC 计算机与可编程控制器的主要区别: 答:工业控制 PC 的基本系统与普通 PC 大体相同, 但备有各种控制模板,一般不需要再做硬件开发, 在结构上进行了模块化;系统具备完整的控制功能, 软件丰富,执行速度块,适用于需要做大量数据处 理的测控系统。在程序语言方面,工控 PC 以使用高 级语言为主,也可使用汇编语言。

PLC 结构小巧,适应性强,可按照使用要求选个相 应产品构成控制系统,PLC 的控制功能以逻辑控制 为主,小型 PLC 适用于实现各种逻辑控制和开关量 控制,大中型 PLC 为模块化结构,按用户需求的功 能选配模块,可组成规模较大,精度较高的闭环控 制系统。PLC 的控制功能由软件实现,但信号的输 入输出采用周期性的扫描方式,这一点是与工控 PC 的重要区别。此外,在程序语言方面 PLC 主要采用 提醒度,大型 PLC 可使用高级语言。

★对比说明步进电机和直流伺服电机驱动的特点。 答:1 在工作方面,步进电机通过输入脉冲的数量、 频率和相序来控制电机;而直流电机主要靠改变电 枢两端的电压来调速,调速特性好,调速范围宽。2 步进电机可实现开环位置控制;直流电机一般用于 闭环位置控制。3 步进电机具有自锁功能;二直流 电机没有断电自锁能力。4 步进电机输出力矩较小, 而直流电机输出力矩可以很大。此外步进电机的转 速和转角不受电源电压波动的影响,但对电源的要 求较高。

★已知数控机床控制系统,说明图中的各部分属于 机电系统的哪一个基本要素? 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

齿轮减速器的传动误差对工作台的影响? 齿轮减

速器在电机之后,前向通道的闭环之外,其

传动误差的高频分量和低频分量都不能通过闭环控 制来消除,都会影响输出精度。

(五)计算题

★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 Fi=1000N,最大加速度为 10m/s2, 丝杠直径为 d=16mm,导程 t=4mm,齿轮减数比为 i=5, 总效率为η =30%,忽略丝杠惯量的影响,试计算电 机的驱动力矩。

解:总负载力包括以下几部分 先分

析负载力有哪些组成

(1)外负载力 Fi=1000N (摩擦负 载 F=mgf=

(2)惯性载力 Fm,m=50kg,a=10m/s2

Fm=m2a=50310=500N

(3)电机的驱动力矩为

η

。 4欢迎下载

精品文档

★图示为电枢控制式直流电动机的工作原理图,电 流 i;LR 为线圈的电感电阻,输入电压 u;……Jm; T;ω ;Ke;Kt,求输出转速与输入电压之间的传递 函数。

解:步进电机的每转脉冲数 ns=360°/

α =360/3=120 脉冲/转

解:e=Keω ;T=Kti;KtI(s)=Jmω(s)

根据工作台定位精度的要求,选用脉冲 当量δ =0.025mm/脉冲

s;ω =Gm(s)T;Gm=1/(Jm s);

( ) ( )

( )

设传动比为 i,每个脉冲对应工作台的 位移为δ =ts/(i2ns)则

i=ts/(δ 2ns)=6/(0.0253120)=2

上的总等效惯量。

计算电机轴

解:(1)电机轴上的元件 Je1=J1+Jm;

(2)中间轴上的元件 Je2= (J2+J3)

★已知工作台直流电机丝杠螺母机构驱动,工作台

的行程 L=250mm,丝杠导程 t=6mm,齿轮减速比 i=4, 要求工作台位移的测量精度为 0.01mm。试采用高速 段测量方法,确定旋转译码器的每转脉冲数。若将 传感器与丝杠的端部直接连接,ns=500 脉冲/转的 旋转译码器是否合用。

(3)负载轴上的元件 Je3= (J4+JL) 总的折算惯量为 Je=Je1+Je2+Je3。

★已知电枢转子惯量 Jm=0.005kgm2,负载惯量 JL=0.04kgm2,确定传动比 i 为何值时可是负载或最 大加速度。

解:1 高速端测量,设传感器每转脉冲 数为 n,每个脉冲对应工作台的位移为

Δ L=t/(in)由测量进度,Δ L=0.01mm, 则

解:当 =Jm 时,负载获最大加速度。

=2.828。

n=t/(iΔ L)=6/(430.01)=150 脉 冲/转

所以 i= =

★开环步进电机位置控制系统,负载力 F=1000N,

工作台长 L=500mm,往复精度为±0.025mm,丝杠导 程 ts=6mm,直径 d=20mm,步进电机步距角为α =3°, 确定齿轮减速比 i。

选取 n=200 光电编码器,则理论测量精 度

5欢迎下载

中央电大-机电一体化系统设计基础-考试题库

精品文档(一)填空题★机电一体化系统常用的能源有电源、气压源和液压源。★市场预测的方法主要有定期预测和定量预测。★机电设计的质量管理主要体现在质量目标管理、实行可行性设计和进行手机质量评审★控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口组成。★在多级传动中,为了减小传动误差,传动比的分配应遵守先
推荐度:
点击下载文档文档为doc格式
6jdkq1xu6y6k2tg1xudp48fsc2a7r600rmb
领取福利

微信扫码领取福利

微信扫码分享