机电一体化系统设计基础试题及答案

机械专业机电一体化系统设计基础试题

一、判断题(判断下列所述是否正确，正确填入“+”。错误则填“一”号。每题2分，共24分)

1．接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分的可靠连接。( ) 2．数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。( )

3．机电一体化产品的变参数设计是指改变部分结构尺寸而形成系列产品的设计。

( )

4．驱动元件的选择及动力计算是机电一体化产品开发过程理论分析阶段的工作之一。( )

5．传动轴在单向回转时，回程误差对传动精度没有影响。( )

6．按输出轴的转角误差最小原则，减速链传动中，从输入到输出端的各级传动比应按“前大后小”分配。( )

7．与交流同步伺服电机一样，笼型交流异步伺服电机也可由PWM变频技术实现速度的调节。( )

8．微机系统中，在任何给定时刻，数据流都允许沿数据总线双向传输。( )

9．STD总线可采用总线复用技术，但不支持多处理机系统。( )

10．TTL电平接口不能用于驱动带电气隔离的继电器。( )

11．重复性是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。( )

12．增量式光电编码器的输出量为脉冲信号，可以同时用于位置和速度测量。( )二、简答题(每题6分。共30分)

1．机电一体化系统的基本结构要素有哪些?喷漆机器人的电液伺服系统和手臂手腕分别属于其中的哪个结构要素?

2．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?

3．什么是步进电机的步距角?它是由哪些参数确定的?

4．简述开关量输入模板的基本组成。

5．工业PC机与个人计算机的主要差别是什么?

三、分析题(15分)

系统如图昕示．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。

四、计算题(15分)

伺服电机驱动系统如图所示，已知齿轮减速比i=5；丝杠螺距气t s=5mm；丝杠直径d=20mm；工作台的质量为m=200kg；工作台最大线速度v=0．025m／s；最大加速度a=10m／s2，工作台与导轨之间的摩擦系数为f=0．1，传动效率η=0·7。

试求：

(1)电机的负载力矩

(2)折算到电机轴上的转动惯量(g·cm2)；(3)电机的最小额定转速。

五、综合题(16分)

采用直流电机驱动的机器人关节有两种转角和转速测量方案，方案a和方案b如图所示，传感器采用光电编码器。试比较两种测量方案的优缺点。

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)

一、判断题(每题2分，共24分)

1．+ 2．一3．+ 4．+ 5．一6．一7．+ 8．一9．一l0．一ll．+ 12．+

二、简答题(每题6分，共30分)

1．答：机电一体化系统的基本结构要素有机械本体，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。喷漆机器人的电液伺服系统属于驱动部分，而手臂手腕则属于机器人执行机构的一部分。

2．答：影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有：

(1)负载变化；(2)传动系统的惯性；(3)传动系统的固有频率；(4)传动系统中的摩擦与润滑。

3．答：步进电机在每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。它由步进电机的相数、电机转子的齿数和电机的通电方式所决定。

4．答：开关量输入模板的基本组成：

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)。

5．答：工业PC机与个人计算机的主要差别是：

(1)大母板改为功能插板，具有丰富的过程输入输出功能。(2)具有良好的时实性，能够对生产过程工况变化实时监控。(3)抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。

(4)具有丰富的应用软件。

五、绿合题(16分)解：

方案a为高速端测量方案，结构简单、易实现。同样的测量精度要求，对编码器的测量精度要求较低。减速器包括在闭环之外，传动误差直接影响输出精度，传动误差无法通过控制进行补偿，因此对减速器的精度要求较高。传感器在电机尾部，布置容易，外观较好。

方案b为低速端测量方案，同样的测量精度要求，对编码器的精度要求较高，成本比方案a高；但减速器包括在闭环内，从而通过闭环来消除传动误差，对减速器的精度要求较低。传感器安装在关节部位，布置较困难，外观蓼差。，

在实际应用中，多采用方案a。

(3)电机最小额定转速(2分)

(2)折算到电机轴上的转动惯量(5分)

驱动力矩

摩擦负载

二、分析题(15分)

解答：

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，因此应尽量减小传动误差。

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。

四、计算题(15分)

解：(1)电机驱动力矩(8分) 惯性负载