机电一体化学习资料
一、名词解释题
1．灵敏度(测量)：
是指某方法对单位浓度或单位量待测物质变化所致的响应量变化程度，它可以用仪器的响应量或其他指示量与对应的待测物质的浓度或量之比来描述.
2．传感器：指的是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
3．伺服控制系统：是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统.
4．逆变器：一个利用高频电桥电路将直流电变换成交流电的电子器件，其目的与整流器相反。5．PWM：脉冲宽度调制的缩写为PWM，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。6．永磁同步电动机：具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。
7．自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
二、填空题
1．机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括性能指标，系统功能，使用条件，经济效益。
2．齿轮传动的总等效惯量与传动级数增加而减小。
3．现在常用的总线工控制机有STD总线工业控制机、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。
4．隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种变压器隔离、光电隔离。
5．采样/保持器在保持阶段相当于一个“模式信号存储器”。
6．在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为：电压输出；电流输出，频率输出三种形式。
7．一般来说，伺服系统的基本组成为、、和
等四大部分组成。
8．产生电磁干扰必备的三个条件是：，，。
9．干扰传播途径有二种方式：
1）传导耦合方式：干扰信号能量以电压或电流的形式，通过金属导体传递。
2）幅射耦合方式：干扰信号能量以电磁场的形式，通过空间感应传递。
10．对直线导轨副的基本要求是导向精度高、耐磨性好、足够的刚度、对温度变化不敏感性和平稳。
11．顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用PLC。12．某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是20mm。
13．复合控制器必定具有。
14．计算机在控制中的应用方式主要有操作指导控制系统、分级计算机控制系统、
监督计算机控制系统（SCC）、直接数字控制系统。
15．可编程控制器主要由CPU 、存储器、接口模块等其它辅助模块组成。16．机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：、。
三、判断题（下列判断正确的请打“√”，错误的打“×”。）
（√）1．伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。
（×）2．电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。
（√）3．对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。
（×）4．步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。
（√）5．伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。
（√）6．变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。
（√）7．伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。
（√）8．感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。
（√）9．数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲
代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。
（√）10．FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。
（√）11．FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。
（）12．滚珠丝杆不能自锁。
（）13．同步通信是以字符为传输信息单位。
（）14．异步通信常用于并行通道。
（）15．查询I/O方式常用于中断控制中。
16．串行通信可以分为以下四种方式：
（）1）全双工方式；
（）2）半双工方式；
（）3）同步通信；
（）4）异步通信。
四、单项选择题（下列每题有3~4个选项，其中只有一个是正确的，请将其代号填在括号内。）
1．受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( B )
A、顺序控制系统
B、伺服系统
C、数控机床
D、工业机器人
2．齿轮传动的总等效惯量随传动级数( C )
A、增加而减小
B、增加而增加
C、减小而减小
D、变化而不变
3．某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( C )
A、100mm
B、20mm
C、10mm
D、0.1mm
4．直流测速发电机输出的是与转速( C )
A、成正比的交流电压
B、成反比的交流电压
C、成正比的直流电压
D、成反比的直流电压
5．电压跟随器的输出电压( C )输入电压。
A、大于
B、大于等于
C、等于
D、小于
6．右图称( B )
A、直流伺服电动机调节特性
B、直流伺服电动机机械特性
C、直流伺服电动机动态特性
D、直流伺服电动机调速特性
7．计算步进电动机转速的公式为( )
A、
360
r
mz c
B、T sm cos
180
mc
C、
60
r
f
mz c
D、180°-
360
mc
8．一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间t s( B )。
A、增大
B、减小
C、不变
D、不定
9．连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的( C )使得它们同步协调到达目标点。
A、位置和加速度
B、速度和加速度
C、位置和速度
D、位置和方向
10．PID控制器是（）。
A、比例-微分控制器
B、比例-积分控制器
C、微分-积分控制器
D、比例-积分-微分控制器
11.从反馈的角度区分，机电一体化系统可以分为（）
A、机械系统与电气系统
B、开环系统与闭环系统
C、柔性系统与刚性系统
D、模拟系统与数字系统
12. 下列选项中，与开环系统相比，闭环控制系统的优点是（C）
A、不需要检测传感器
B、系统结构简单
C、抗干扰能力强
D、易于维修
13. 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（D）等五部分。
A、换向结构
B、转换电路
C、存储电路
D、检测环节
14．加速度传感器的基本力学模型是( A)
A、阻尼—质量系统
B、弹簧—质量系统
C、弹簧—阻尼系统
D、弹簧系统
15．步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（）决定转角位移的一种伺服电动机。
A、脉冲的宽度
B、脉冲的数量
C、脉冲的相位
D、脉冲的占空比
16．加速度传感器的基本力学模型是( A)
A、阻尼—质量系统
B、弹簧—质量系统
C、弹簧—阻尼系统
D、弹簧系统
17．顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用(C )
A、单片机
B、2051
C、PLC
D、DSP
18．检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和（）。
A、控制电路
B、转换电路
C、调制电路
D、逆变电路
五、简答题
1．滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？
答：如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式，螺纹调隙式，齿差调隙式
2．机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？答：（1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。
（2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。
（3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。
利用光电耦合方式实现载波调制，可获得10kHz带宽，但其隔离性能不如变压器耦合3．简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。
答：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电绕组两头端
的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；
另一种是励磁磁场控制即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场的强度，从而控制电
动机的转速和输出转矩。
4．试简述采样/保持器原理。
答：
采样/保持由存储电容C，模拟开关S等组成，如图所示。当S接通时，输出信号跟踪输入信号，称采样阶段。当S断开时，电容C二端一直保持断开的电压，称保持阶段。由此构成一个简单采样/保持器。实际上为使采样/保持器具有足够的精度，一般在输入级和输出级均采用缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗。在电容选择时，使其大小适宜，以保证其时间常数适中，并选用漏泄小的电容。
5．在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？
答：数据信息、状态信息和控制信息。
6．数据信息可分为哪几种？
答：（1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量
7．DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？
答：（1）直通方式（2）单缓冲方式（3）双缓冲方式
（1）单极性输出（2）双极性输出
8．工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？
答：工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。根据机电一体化系统的大小和控制参数的复杂程度，选用不同的微型计算机。
单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。对于数据处理量大的系统，则往往采用基于各类总线结构的工控机，如STD总线工控机、IBM-PC总线工控机、Multibu工控机等。对于多层次、复杂的机电一体化系统，则要采用分级分步式控制系统，在这种控制系统中，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。
六、简单应用题
1．已知一阶低通有源滤波器电路如图所示。要求：
(1)一阶低通滤波器现存在什么弱点?
(2)将其改进为二阶低通滤波器，画出电路图；
(3)画出二阶低通的幅频特性示意图。
解(1)一阶低通源滤器存在过渡区域衰减缓慢。
（2）二阶低通有源滤器电路图：
（3）低通滤波幅频率特性示意图
七、计算题
1．三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。
(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?
(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?
七、综合应用题
1．采用PLC设计二台电动机A、B工作的系统。
（1）按钮X1为A电动机起动，按钮X2为A电动机停止（输出Y1）；（2）按钮X3为B电动机起动，按钮X4为B电动机停止（输出Y2）；（3）只有A电动机在工作中，B电动机才能工作。
要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。