机电一体化系统设计基础作业第十六部分
机电一体化设计基础(大作业)
一、简答题（每题10分，共计30分）1．机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么？答：在系统实际运行前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便选择正确、高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度地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地达到上述目的。
计算机仿真包括三个基本要素，即实际系统、数学模型与计算机，联系这三个要素则有三个基本活动：模型建立、仿真实验与结果分析。
2．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计的哪个阶段？答：机电一体化系统仿真的模型主要有：物理模型、数学模型和描述模型。
当仿真模型是物理模型时，为（全）物理仿真；是数学模型时，称之为数学（计算机）仿真。
用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理模型。
计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用于分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件—硬件级）实时仿真、系统研制阶段（硬件级）实时仿真阶段。
3．PID 控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？答：P （比例）I （积分）D （微分）调节器是将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。
其中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；积分调节能消除静差，改善系统静态特性；微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。
此三部分作用配合得当，可使调节过程快速、平稳、准确，收到较好的效果。
二、分析题（第1题15分，第2题30分）1．系统采样周期的选择时，主要考虑的影响因素主要有哪些答：应主要考虑以下几方面：从对调节品质的要求来看，应将采样周期取得小些，这样，在按连续系统PID 调节选择整定参数时，可得到较好的控制效果；从执行元件的要求来看，有时需要输出信号保持一定的宽度。
如：当通过数模转换带动步进电动机时，输出信号通过保持器达到所要求的控制幅度需要一定的时间，在这段时间内，要求计算机的输出值不应变化，因此，采样周期必须大于这一时间；从控制系统随动和抗干扰的性能要求来看，要求采样周期短些；从计算机的工作量和每个调节回路的计算成本来看，一般要求采样周期大些；从计算机的精度来看，过短的采样周期不合适。
2022年机电一体化系统设计基础课程形考作业文档
机电一体化系统设计基础课程形成性考核作业2一、判断题（对旳旳打√，错误旳打×）1．机电一体化系统是以微电子技术为主体、以机械部分为关键，强调多种技术旳协同和集成旳综合性技术。
（）2．机电一体化系统旳机械系统与一般旳机械系统相比，应具有高精度、良好旳稳定性、迅速响应性旳特性。
（）3．双螺母消除轴向间隙旳构造形式构造紧凑，工作可靠，调整以便，可以精确调整。
（）4.传感器旳转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量旳部分。
（）5．感应同步器是一种应用电磁感应原理制造旳高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。
（）6．选择传感器时，假如测量旳目旳是进行定性分析，则选用绝对量值精度高旳传感器，而不适宜选用反复精度高旳传感器。
（）7．传感器在使用前、使用中或修理后，必须对其重要技术指标标定或校准，以保证传感器旳性能指标到达规定。
（）8．驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等多种类型旳驱动装置。
（）9．气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高旳场所使用。
（）10．永磁型步进电动机虽然其定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用于定位驱动。
（）11．步进电动机旳转动惯量越大，同频率下旳起动转矩就越大。
（）12．直流伺服电动机旳调速特性是电机转速与其输出转矩旳关系。
（）二、单项选择题1．如下产品不属于机电一体化产品旳是（）。
A．工业机器人B．电子计算机C．空调D．复印机2．多级齿轮传动中，各级传动比相等旳分派原则合用于按（）设计旳传动链。
A．最小等效转动惯量原则B．输出轴旳转角误差最小原则C．重量最轻原则（小功率装置）D．重量最轻原则（大功率装置）3．检测环节可以对输出进行测量，并转换成比较环节所需要旳量纲，一般包括传感器和（）。
A 控制电路B 转换电路C 放大电路D 逆变电路4．幅频特性和相频特性是模拟式传感器旳（）。
A．静态特性指标B．动态特性指标C．输入特性参数D．输出特性参数5．光栅传感器旳光栅是在一块长条形旳光学玻璃上密集等间距平行旳刻线，刻线数为100线/mm，，经四倍细分后，记数脉冲为400，光栅位移是（）mm。
机电一体化系统设计基础——答案完工解析
《机电一体化系统设计基础》形成性考核册学生姓名：陶奇学生学号： 1161101206761班级： 11春机械专业：机械制造与自动化机电一体化系统设计基础课程作业（一）一、填空题1．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电路组成。
2．机电一体化产品按用途可以划分为民用机电一体化、办公机电一体化和产业机电一体化产品。
3．机电一体化系统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设计质量评审三个方面。
4．市场预测主要包括定期预测和定量预测方法。
5．机电一体化系统中，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。
6．在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守前小后大原则。
7．当负载折算到电机轴上的惯量等于转子惯量时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。
8．机械传动系统中，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。
二、简答题1．机电一体化系统中，传感测试部分的作用是什么？机电一体化系统中传感测试部分的作用是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，变为可识别的信号，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。
2．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）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；试销；正常生产；销售。
3．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？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。
4．影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些？影响系统传动机构动力学特性的主要因素有系统的负载变化；传动系统的惯性；传动系统的固有频率；传动系统中的摩擦与润滑。
机电一体化系统设计作业
作业：（红色为作业）简答题1-1试说明较为人们所接受的“机电一体化”的涵义。
1-7机电一体化系统由那些基本要素组成？分别实现那些功能。
1-10说明机电一体化系统（产品）的设计步骤。
1-15说明机电一体化系统设计的设计思想方法。
2-6丝杠螺母副的组成要素。
2-8 珠丝杠副的典型结构类型。
2-9滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整予紧方法有哪些。
2-10现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程L=6mm 、一端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98时，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2个齿时,试问：两个螺母之间相对移动了多大距离。
2-16各级传动比的分配原则。
输出轴转角误差最小原则的含义。
2-17已知：4级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为0.005弧度，各级减速比相同，即1.5，求：（1） 该传动系统的最大转角误差∆max ；（2） 为缩小∆max ，应采取何种措施。
2-19设有一谐波齿轮减速器，其减速比为100，柔轮齿数为100。
当刚轮固定时，试求该谐波减速器的刚轮齿数。
2-20 齿轮传动的齿侧间隙的调整方法。
3-1 机电一体化系统的执行元件分类及特点。
3-5 直流伺服电动机控制方式的基本形式。
3-6 PWM 直流驱动调速、换向的工作原理。
3-10 步进电动机的工作原理。
3-12步进电动机的环行分配方式。
3-15步进电动机驱动电源的功率放大电路原理。
4-8 在“0”工作状态下,PPI8255的输入/输出口的选择方法。
用逻辑电路片选外接PI8255地址计算(看书上例题)用译码器片选外接PI8255地址计算(看书上例题)4-12 8031单片机的输入输出及存储器的扩展方法。
4-14 静态显示与动态显示的主要区别。
4-15 键盘键值如何确定。
5-5求右图系统传递函数5-6、推导下图有源PI 调节器)11(sT K i +放大系数K 和积分i T 时间常数与器件电阻电容参数的关系。
7-5以二阶系统为例，描述P 、 I 的作用计算题1、现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程P=8mm ，一端的齿轮齿数为101，另一端的齿轮齿数为100，当一端的外齿轮和另一端的外齿轮都同向转过3个齿时，试问：两个螺母之间轴向相对移动了多大距离。
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案教学提纲
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案形成性考核作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（×）2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。
（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。
（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。
最新国家开放大学电大《机电一体化系统设计基础》期末题库及答案
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《机电一体化系统设计基础》题库及答案一一、单选题（每小题3分，共24分）1．以下产品不属于机电一体化产品的是( )。
A．机器人 B．移动电话C．数控机床 D．复印机2．滚珠丝杆的滚珠在整个循环过程中始终与丝杠表面保持接触为( )。
A．插管式 B．端盖式C．内循环式 D．外循环式3．下列哪个不是传感器的动态特性？( )A.幅频特性 B．临界频率C．相频特性 D．分辨率4．在传感器的使用中，模拟式传感器与计算机进行接口必须用的器件为( )。
A. A/D转换器 B．D/A转换器C．缓冲器 D．隔离器5．闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之外，所以它的( )。
A.回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度B．传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度C．回程误差和传动误差都不会影响输出精度D．回程误差和传动误差都会影响输出精度6．计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写( )，具有实时性、针对性、灵活性和通用性。
A．平台软件 B．开发软件C．系统软件 D．应用软件7．以下( )不属于系统功能结构图的基本结构形式。
A．串联结构 B．并联结构C．环形结构 D．星形结构8．HRGP-1A喷漆机器人中的乎部属于系统中的( )。
A．能源部分 B．测试传感部分C．驱动部分 D．执行机构二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题3分，共30分）9．机电一体化是一个新兴的交叉学科，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，机电一体化产品具有智能化、人性化等特征。
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案..
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案形成性考核作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（×）2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。
（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。
（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。
A．游标卡尺 B．电话C．全自动洗衣机 D．非指针式电子表2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。
《机电一体化系统设计基础》作业 参考答案
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案形成性考核作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（×）2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。
（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。
（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。
A．游标卡尺 B．电话C．全自动洗衣机 D．非指针式电子表2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。
秋《机电一体化系统设计基础》形成性考核作业答案
《机电一体化系统设计基础》形成性考核作业参考答案形成性考核作业1参考答案一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．×2．√3．√4．×5．×6．× 7．×8．×9．×10．√11．×12．× 二、单选题1．C2．A3．B4．A ，A5．D6．B7．A8．D 三、简答题1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？答：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。
通过接口及相应软件有机结合在一起，构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。
2．简述机电一体化系统中的接口的作用。
机电一体系统是机械、电子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素和子系统之间的接口极其重要。
从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统。
3．机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率，但是设计中要适当选择其参数，而不是越小越好。
为什么？阻尼比公式:02mK B =ξ,由公式可知阻比除了与机械系统的粘性阻尼系数B 有关外，还与系统刚度K 0和质量m 有关。
因此，在机械结构设计时，应当通过对刚度、质量和摩擦系数等参数的合理匹配，得到机械系统阻尼比ξ的适当取值，以保证系统的良好动态特性。
4．简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。
机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面：（1）失动量系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小；（2）固有频率机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振；（3）稳定性刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
《机电一体化系统设计基础》形成性考核册1、2、3、4参考答案(中央电大形成性考核册)
《机电一体化系统设计基础》中央电大形成性考核作业1、2、3、4参考答案作业1一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
（×）2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。
（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。
（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。
（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。
（√）×12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。
（√）×二、单选题1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。
A．游标卡尺B．电话C．全自动洗衣机 D．非指针式电子表2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。
机电一体化系统设计基础形考作业4
《机电一体化系统设计基础》课程作业讲评(4)重庆电大远程教育导学中心理工导学部胡敬佩第5章自动控制技术1．考核知识点：机电一体化自动控制技术概述、计算机控制技术、PCL的组成。
2．常见错误：PCL控制系统的设计。
第6章机电一体化系统设计与综合1．考核知识点：机电一体化系统的设计流程、机电一体化系统的概念设计、机电一体化系统的现代设计方法。
2．常见错误：机电一体化系统的现代设计方法。
第7章机电一体化系统设计1．考核知识点：CNC数控设备概述、CNC机床分类。
2．常见错误：CNC机床分类。
以上问题提示答案和解题思路：以教材中的论述和计算方法为主。
一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．自动控制技术是机电一体化相关技术之一，直接影响系统的控制水平、精度、响应速度和稳定性。
（√）[请见教材第135～136页 5.1 ]2．计算机控制系统设计完成后，首先需要对整个系统进行系统调试，然后分别进行硬件和软件的调试。
（×）[请见教材第160页(6) ]说明：计算机控制系统设计完成以后，要对整个系统进行调试。
调试步骤为硬件调试→软件调试→系统调试。
故本题的论述时错误的，括号内应填入“×”。
3．PLC完善的自诊断功能，能及时诊断出PLC系统的软件、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC控制系统的工作安全性。
（√）[请见教材第161页 2. (1)中第5行～6行]4．现场总线系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。
（×）[请见教材第178～179页 5.7.2 第1自然段]5．需求设计是指新产品开发的整个生命周期内，从分析用户需求到以详细技术说明书的形式来描述满足用户需求产品的过程。
（√）[请见教材第204页倒数第4行～3 行]6．目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化，设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。
(完整版)机电一体化设计基础
——《机电一体化设计基础》——课后习题及知识点整理考试大纲1．考试的目的与作用；机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。
学生的考试成绩是对其学习水平评价的重要因素之一，通过复习考试，可以巩固学生所学机电一体化系统设计的基本理论，加深对机电一体化系统各组成部分的结构以及设计方法的认识；教师通过考试可以考核学生对所学知识点的掌握程度，找出共性问题；另外，通过考试还可以检查教学效果，为今后进一步提高机电一体化系统设计课程的教学质量，促进课程建设提供重要的参考依据。
2．考核内容与考核目标；理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系。
了解机电一体化系统的设计方法。
了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。
掌握机电一体化系统中机械、传感检测、伺服驱动、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。
了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。
3．主要参考书；刘武发等编，机电一体化设计基础，化学工业出版社，2007张建民等编著. 机电一体化系统设计（第三版）.高等教育出版社，2007.74．课程考试内容与教材的关系；根据教学大纲选用教材，根据大纲要求确定考核内容。
5．分章节的考核知识点；第1章绪论机电一体化的定义，机电一体化的基本结构要素，机电一体化的相关的关键技术。
第2章机电一体化系统设计基础机电一体化设计流程，产品的设计过程，调试过程，接口设计和可靠性设计。
第3章典型机电一体化产品规划和概念设计。
数控机床的概念设计。
第4章机电一体化系统中的机械系统设计机械设计特点，齿轮传动比的确定方法与分配方法，调整齿轮侧隙的措施；谐波齿轮传动、同步带传动的结构、特点及传动比的计算，联轴器选择；滚珠丝杠副的选则预紧计算；滚动导轨、塑料导轨的特点及选用；支承机构的特点。
第5章机电一体化中的检测系统设计传感器的组成、分类和性能指标，各种传感器的基本原理及应用特点。
机电一体化系统设计基础答案
齿轮传动系统的总重量为（_____）。（1分） 根据重量最小原则，令，可求得（_____）。（1分）
子问题 1：A; 子问题 2：B
转换到电机轴的齿轮惯量为（_____）。（1分） 根据转动惯量最小原则，令，可求得（_____）。（1分）
子问题 1：B; 子问题 2：A
解：当两端转向相同时，两端外齿轮相对于内齿轮转过1
脉宽调制
三、计算题
题目 解：（1）刀架的位移量为（ ）mm。
（2）丝杠的转速转速为（ ）转/秒。 求该仪器的灵敏度为（ ）V/mm。
答案 （1）307200÷1024×2=600 （2）300÷10=30 _S_=_dy_/_dx_=(2.5-3.5)/(5.0-4.5)=-2
（1） （2）传感器的每转脉冲数脉
2
幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（ ）。
动态特性指标
光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线， 刻线数为100线/mm，此光栅传感器测量分辨率是（ ）mm。
0.01
光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，
刻线数为100线/mm，经四倍细分后，此光栅传感器测量分辨率是（ ）
一、判断题
题目（题目是随机，用查找功能（Ctrl+F）搜索对应的答案
答案
采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。（ ） 错
采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了 错
产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求的能力。（ ）
传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。（ ）
错
滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（ ）
国家开放大学-机电一体化系统设计基础-实训作业
关节型机械手夹取物体控制实验一、实验目的及要求用PLC构成机械手控制系统二、实验设备（环境）及要求1、PLC实验箱一台；2、PLC编程环境与编辑软件一套。
三、实验内容与步骤1、控制要求按启动后，传送带A运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。
下降到位后机械手夹紧物体，2S后开始上升，而机械手保持夹紧。
上升到位左转，左转到位后下降，下降到位机械手松开，2S后机械手上升，上升到位后。
传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到按一下光电开关才停止，……循环。
2 、I/O分配（连线）3、输入程序代码（梯形图或助记符）3、实验步骤1、把PLC自身的接线端子O/0、O/1、O/2、O/3、O/4，O/5、O/6、O/7分别与机械手模拟控制实验上的1、2、3、4、5、6、A、B接线柱相连，I/0、I/1分别与M1（起动）、M2（停止）相连。
2、把PLC主控制器旁24V的COM端接到此模拟实验的COM端上，旁边的＋5V端接到此模拟实验的＋5V端，PLC输出端所用到的COM口相互并联后再接到5V的GND端。
3、输入程序检查无误后运行程序。
（程序见配套光盘机械手文件）程序说明：机械手把工件从A点移到B点。
实际机械手设备上装有上、下限位和左、右限位开关。
机械手起先处于原点，当按下起动按钮后：①机械手下降（1灯亮），工作钳处于放松状态（5灯亮），工件A亮表示有工件需要移到B点；②下降2秒后，工作钳碰到下限位开关并刚好到达工件A位置，工作钳夹紧（1、5灯不亮、2灯亮），延时1.5秒；③机械手上升（A灯不亮、3灯亮）；④上升2秒后，碰到上限位开关，停止上升并开始往右移（3灯不亮、4灯亮）；⑤机械手右移2秒后刚好碰到右限位开关停止右移并开始下降（4灯不亮、1灯）；⑥下降2秒后碰到下限位开关并刚好在工件B位置，工作钳放松（1、2灯不亮，5、B 灯亮）；延时1.5秒；⑦机械手上升2秒（3灯亮）；⑧碰到上限位开关后往左移2秒（3灯不亮、6灯亮），到达原位碰到左限开关（6、B灯不亮），一个工作周期完成。
机电一体化系统设计基础课程作业解答(一)
机电一体化系统课程作业解答（一）一、填空题1．机械子系统电子信息处理子系统动力子系统传感检测子系统2．机械技术传感器检测技术信息处理技术伺服驱动技术系统技术3．摩擦啮合4．滚珠丝杆副齿轮传动装置5．导向精度高刚度好运动平稳结构工艺性好二、简答题1．简述机械传动装置在机电一体化产品中的性能要求机械传动装置的性能要求主要有：1）转动惯量小2）低摩擦3）适当的阻尼4）刚度大5）高谐振频率2．简述机电一体化技术的设计原则及常用方法机电一体化技术设计过程一般分为总体系统设计、部装（子系统）设计和零件（单元）设计3个阶段。
总体设计步骤为：1）明确设计思想。
2）分析综合要求3）划分各子系统4）确定设计参数5）调研6）拟定总体方案7）编写总体设计证书常用的机电一体化设计方法有：机电互补法、融合法和组合法3种。
3．滚珠丝杆副的工作间隙是怎么产生的？如何消除？滚珠丝杠副的轴向间隙是工作时滚珠与滚道面接触点的弹性变形引起的螺母位移量，它会影响反向传动精度及系统的稳定性。
常用的消隙方法是双螺母加预紧力，包括双螺母垫片式调隙、双螺母螺纹式调隙和双螺母齿差式调隙。
4．简述齿轮传动的齿侧间隙调整方法。
齿轮传动装置在工作中产生的齿侧间隙会影响到它的变向功能，降低传动精度，影响系统稳定性，所以应采取一些措施予以消除，消除间隙的方法主要有错齿法和偏心套法两种。
错齿法常见形式包括垫片调整法和弹簧调整法两种。
三、计算题1．试设计一数控机床工作台用滚珠丝杠副。
已知平均载荷F m ＝3600N ，丝杠工作长度l ＝1.25m ，平均转速n m ＝120r/min ，每天开机6h ，每年250个工作日计，要求工作10年以上。
丝杠材料为CrWMn 钢，滚道硬度为58～62HRC ，设计参数请查阅教材。
解：（1）计算载荷由题设条件，查表取K F ＝1.2，取K H ＝1.0，假设丝杠为D 级精度，取K A ＝1.0。
则计算载荷 F c ＝K F K H K A F m ＝1.2×1.0×1.0×3600＝4320 N（2）计算所要求的额定动载荷C a ′预期使用寿命 L h ′＝6×250×10＝15000h并代入 n m ＝120r/min ，F C ＝4320NN 205631067.11500012043201067.13434=⨯⨯⨯=⨯'='h m c a L n F C （3）根据C a ′的值选择滚珠丝杠副设选用FCI 型号系列，按照满足C a ≥C a ′的原则，并考虑各种因素，查表选出合用的滚珠丝杠型号规格为FCI-5006-3，其主要参数尺寸：公称直径 D 0＝50mm导程 P ＝6mm螺旋角 ϕ＝2°11′滚珠直径 d 0＝3.969mm丝杠小径 d 1＝45.63mm（4）检验稳定性取弹性模量 E ＝2.06×105 MP a ，查表3.8长度系数μ＝2/3丝杠轴惯性矩 47441m 1013.26404563.014.364-⨯=⨯==d I π 不发生失稳之最大载荷 ()()N 1023.625.13/21013.21006.214.352711222max⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==-l EI F μπ 安全系数 1733600623000max ===c F F S 查表得许用安全系数[S]＝2.5～3.3。
机电一体化系统设计作业(专转本)
1、一个典型的机电一体化系统应包含哪几个基本要素？并简述各要素作用。
第二章1、一机械系统力学模型如下图所示，其中M 为滑台质量，1k 、2k 为刚度系数，c 为粘性阻尼系数，i F 为外力（输入），o y 为M 的绝对位移（输出）。
（1）列写该系统的微分方程；（2）求该系统的传递函数；（3）画出该系统传递函数框图。
y2、一机械系统力学模型如下图所示，其中k 为刚度系数，1J 、2J 为转动惯量，c为粘性阻尼系数，i T 为驱动力矩（输入），o θ为输出转角。
（1）列写该系统的微分方程；（2）求该系统的传递函数；（3）画出该系统传递函数框图。
（本题8分）T 1J 2J o θk c1、下图为差动式变极距电容位移传感器示意图，试推导出该传感器的输出与输入的关系以及该传感器的灵敏度系数，并指出采用差动的优点。
（设平衡位置时中间极板与两个定极板的距离均为δ0，中间极板由平衡位置变动△δ）。
2、下图为差动式变气隙位移传感器示意图，试推导出该传感器的输出与输入的关系以及该传感器的灵敏度系数，并指出采用差动的优点。
（设平衡位置时气隙长度为δ0，衔铁由平衡位置变动△δ）。
3、下图为测量放大器的工作原理图，试推导出该测量放大器的放大倍数，并指出该测量放大器的特点及应用场合。
第四章1、分别写出三相单三拍，三相双三拍，三相六拍步进电机通电顺序（设三相电为U，V，W ；步进电机正转）。
并指出此时步距角度数为多少（设转子齿数为4）？若此步进电机采用脉冲计算机软件分配法，则其对应的状态代码依次为多少（设状态码的高位到低位依次为U，V，W）？第五章1、请完善下图的ADC0809转换器与计算机接口电路，并指出该传感器信号输入端口的地址。
要求：采用74LS138做输入通道地址译码器，转换信号以中断方式与CPU联系。
2、请完善下图的DAC0832转换器与计算机接口电路。
要求：接口采用单缓冲方式，并采用74LS138地址译码器的输出作为DAC0832转换器的片选信号。
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C ．半闭环控制
D ．混合控制
8．数控机床进给系统的伺服电机属于设备的（C ）。
A ．能源部分
B ．测试传感部分
C ．驱动部分
D ．执行机构
三、简答题
1．何谓概念设计？简述概念设计的设计过程。
对概念设计表述为：“在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计。
”
概念设计过程的步骤及采用的方法如图1所示
2．如何进行机电一体化系统的可靠性设计？
可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
通常用“概率”表示“能力”来实现可靠性指标的量化。
（1）机电一体化系统的可靠性设计
（2）控制系统可靠性设计
（3）软件的可靠性技术
3．简述HRGP －1A 喷漆机器人的示教再现过程。
HRGP －1A 喷漆机器人由操作机、微型计算机控制装置、液压能源三部分组成。
所谓示教，即操作人员用手操纵操作机的关节和手腕，展示操作过程，由于计算机通过传感器将示教过程检测到的参数存入存储器。
所谓再现，即是将存储器存放的信息取出，经插补运算与采样得到的位置数据比较，然后将差值输出，控制操作机按示教过程轨迹运动。
求总功能 总功能分解 评价与决策
功能逐级分解
创造性方法、目录法、
调查分析法
形态学矩阵法
黑箱法
各种评价方法 概念产品
明确设计任务
寻找子功能解 原理解组合 分析 评价 决策 综合 图1 概念设计步骤
4．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。