《机电一体化系统设计》试卷答案

XX 大学XX 学院XXXX-XXXX 学年 第X 学期
《机电一体化系统设计》试卷
班级 学号 姓名
一、填空题：（每空1分，共20分）
1、机电一体化是 机械 与 电子技术 有机结合的产物。

2、开发性设计是在既没有 参考样板 又没有 具体设计方案 的情形下，根据 抽象原理 ，按照 系统性能
要求进行的设计。

3、滚珠丝杠副的传动效率高达 0.90~0.95 ，为滑动丝杠副的 3~4 倍。

4、启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的 失动量 。

5、对步进电动机进给系统中齿轮传动装置进行传动比分配的原则是最小负载惯量原则。

6、据齿轮系传动比最佳分配条件，简化的最佳速比分配关系为 2
2i
7、在开环步进电机-丝杠系统中，传动比大小与系统步进电机的 步距角有关。

8、滚珠丝杠副可以将 直线 运动转变为为 旋转 运动。

9、计算齿轮传动系统时非随机载荷的采用 峰值综合法 法。

10、数字式传感器检测系统的传感器输出信号为 增量码 信号。

11、当传感器的输出信号是电参数形式时，需要采用 基本转换 电路，将其转换
成 电量 形式。

12、采样信号变成连续信号必须经过 D/A 转换器 和 保持器 才能完成。

二、选择题：（将答案填入表格，每题1.5分，共30分）
1、机电一体化与英文单词（ C ）
A.Mechanics 一致
B.Electronics 一致
C.Mechatronics 一致
D.Electric-Machine 一致
2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下（ C ） A.对现有系统进行局部更改的设计
B.根据抽象设计原理对系统性能要求进行设计
C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计
D.根据抽象设计原理进行局部更改的设计
3、柔性化是在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，（ A ） A.无须改变硬件只改变软件就可以 B.无须改变软件只改变硬件就可以 C.既要改变硬件又要改变软件才行 D.既不改变硬件又不改变软件
4、滚动直线导轨副的承载能力是平面滚道形式的（ B ）
A.23倍
B.13倍
C.4倍
D.33倍
5、齿轮传动的总等效惯量随传动级数( A )
A.增加而减小
B.增加而增加
C.减小而减小
D.变化而不变
6、在设计滚珠丝杠副时所要求的硬度HRC （ B ）
A.越小其硬度系数就越小
B.越大其硬度系数就越小
C.越大其硬度系数就越大
D.大小与其硬度系数无关
7、偏心轴套调整法是采用偏心轴套的旋转来改变（ B ）
A.两齿轮轴向位移量以消除齿侧间隙
B.齿轮之间的中心距以消除齿侧间隙
C.两齿轮相对旋转的角位移消除间隙
D.两薄片齿轮之间垫片厚度以消除间隙
8、滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，其动摩擦力与静摩擦力之差（ B ） A .极大 B .极小 C .为零 D .为无穷大
9、齿轮传动机构采取消隙措施，可以消除齿侧间隙及其造成的（ B ） A.换向误差 B.换向死区 C.换向冲击 D.换向阻力
10、滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截面形状有（ D ）
A.单圆弧型面和抛物线型面
B.双圆弧型面和椭圆弧型面
C.抛物线型面和椭圆弧型面
D.单圆弧型面和双圆弧型面 11、导轨截面为矩形截面的滚动导轨承载时其受力（ B ）
A.上下方向相等但左右不等
B.上下左右各方向大小相等
C.上下方向不相等但左右相等
D.上下左右各方向大小均不相等
12、滚珠丝杠副为单圆弧型面螺纹滚道时，其接触角随轴向负荷（ B ） A.增大而减小 B.增大而增大 C.减小而增大 D.减小而减小
13、为了提高齿轮传动系统度精度，并使机构紧凑，各级传动比（ B ） A.应按“前大后小”次序分配 B. 应按“前小后大”次序分配 C. 必须相等 D.应与伺服系统匹配
14、频率调制是让一个高频载波信号的频率随（ A ）
A.调制信号而变化的过程
B.调幅信号而变化的过程
C.载波信号而变化的过程
D.调频信号而变化的过程
15、滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（ B ）
A .K 2所对应的频率
B .
2K
所对应的频率 C .2K
所对应的频率 D .K 2所对应的频率
16、调频波的解调可以先将调频波变换成（ C ）
A .调幅波后进行幅值检波
B .调频波后进行幅值检波
C .调频调幅波后进行幅值检波
D .调相调幅波后进行幅值检波
17、共模抑制比就是（ D ）
A .共模增益与差模增益之比
B .闭环增益与开环增益之比
C .开环增益与闭环增益之比
D .差模增益与共模增益之比
18、滤波器的带宽是指滤波器两（ B ）
A .固有频率之间的频率范围
B .截止频率之间的频率范围
C .谐振频率之间的频率范围
D .穿越频率之间的频率范围
19、为保证闭环数字控制系统的稳定性（ A ）
A .1－Φ（z ）的零点必须包含G （z ）的所有不稳定零点
B .1－Φ（z ）的极点必须包含G （z ）的所有不稳定零点
C .Φ（z ）的零点必须包含G （z ）的所有不稳定零点
D .Φ（z ）的极点必须包含G （z ）的所有不稳定零点
20、控制系统极点在z 平面单位圆外时，对应的暂态响应是（ B ） A .衰减或振荡衰减的 B .发散或振荡发散的 C .不变或等幅振荡的 D .衰减或等幅振荡的
三、简答题：（共20分）
1、简述机电一体化的概念。

（4分）
机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、计算机信息技术、自动控制技 术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最优化而建立起来的一门新的 科学技术。

2、机电一体化系统设计的原则有哪些？（4分）
答：1）机电互补原则；2）功能优化原则；3）自动化、省力化原则；4）效益最大原则；
3、简述机电一体化传动机构转动惯量对系统性能的影响。

（4分）
答：转动惯量小：在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。

1)转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；2)转动惯量大系统响应速度降低，灵敏度下降；3)转动惯量大系统固有频率减小，容易产生谐振。

4、齿轮传动副的消隙方法有哪些？（4分）
答：1）轴向消隙法；2）径向消隙法；3）周向消隙法。

5、简述对测量放大电路的性能要求。

（4分）
答：具有高输入阻抗、共模抑制能力强、失调及漂移小、噪声低、闭环增益稳定性高等。

四、计算题：（30分）
1、求函数2
2
)(s s s X +=的Z 变换。

（5分）
解：上式可化为：
2
2
22
)(s s s B As s B s A s X +=+=+=
得： A=1，B=2，
2
21)(s s s X += X （s ）的Z 变换为：
2
221121
1
)1()12()1(21]]
1
[[2]]1[[]]21[[)]]([[)(--+=-+-=+=+==----z T z z z Tz z z s
L Z s L Z s s L Z s X L Z z X
2、一阶有源低通滤波器电路原理如图所示，试求：（10分）
（1）滤波器的输入与输出之间的传递函数关系；（2）通频带增益和截止频率。

解：由电路图列出电压和电流平衡方程得
⎪⎪⎩⎪⎪⎨
⎧-
=-=j C R C R C R u R u f
f f o i
ω1//1//1
在稳态时令ωj s =得输入与输出之间的传递函数为
1
)/()(1+-=
s CR R R s G f f
由上式可得通频带增益为
1
/R R K f -=
截止频率为
)
2/(10C R f f π=
3、丝杠螺母驱动系统如图所示，已知工作台的质量m=200Kg ，丝杠螺距Ph=5mm ,丝杠长度
L=0.8m ，中径为d=30mm ，材料密度为3
3/g 108.7m K ⨯=ρ，齿轮齿数分别为Z1＝20，Z2＝45，
模数m ＝2mm ，齿宽b ＝20mm 。

试求折算到电机轴上的总等效惯量
e
J 。

（15分）
解：（1）计算各传动件的转动惯量
材料密度3
3/g 108.7m K ⨯=ρ，齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直径取中径。

由 328142l d md J πρ=
= 2
54311092.332
02
.004.0108.7m kg J z ⋅⨯=⨯⨯⨯⨯=
-π
2
3432100.132
02
.009.0108.7m kg J z ⋅⨯=⨯⨯⨯⨯=
-π
2
4431096.432
8
.003.0108.7m kg J s ⋅⨯=⨯⨯⨯⨯=
-π
工作台折算到丝杠上的转动惯量为
2
42
2
102.12005.02002m
kg P m J h G ⋅⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=-ππ
（2）折算到电机轴上的转动惯量
()()
4
432522
110
2.11096.4100.125.211092.31
----⨯+⨯+⨯+⨯=+++
=G s z z e J J J i J J 241058.3m kg ⋅⨯=-。