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1、精品 料推荐中央广播电视大学2003 2004 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
2、一体化产品设计中，详细设计的主要内容。5简述 A D、 D A 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?1精品 料推荐四、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 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=
3、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，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)2精品 料推荐中央广播电视大学2003 2004 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
4、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
5、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
6、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) 解：3精品 料推荐(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
7、理和三个自由度的伺服控制系统原理图如下。4精品 料推荐(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：正确回答出三种方案之中的任意两个即可得满分。5精品 料推荐试卷代号： 1118中央广播电视大学2003 2004 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、
8、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
9、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 )11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 8X10 3kg m3，齿轮传动比 i 2，两齿轮的转动惯量分别为了 Jz1=1 2X10 -4 kgm2， Jz2 19X10 -3kg m2。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 F 1000N ，工作台长 L=500mm ，往复精度为 00lmm
10、，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。6精品 料推荐试卷代号： 1118中央广播电视大学 2003 2004 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
11、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
12、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。7精品 料推荐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 (
13、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8精品 料推荐(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。9