机电一体化概论 模拟试卷 2 参考答案

XXX学院20XX/20XX学年第X学期考试卷（B）班级：__________学号:__________姓名:__________课号：__XJ7Z02A03____课名：_机电一体化概论阅卷教师:_____________成绩:_______________第2页共3页序号题号一二三四五总分分数2020202020100得分一、填空题（每空2分，共20分）“机电一体化”的内涵包括两个方面：机电一体化产品和机电一体化技术。若将机电一体化系统比作人体，则控制单元相当于人体的大脑。同步带传动利用同步带的齿形和带轮的轮齿啮合来传递运动或动力，是一种常见的机电一体化系统传动方式，具有传动比准确、传动效率高、吸振效果好、噪声低、传动平稳、传动速度高、维护保养方便等优点。步进电动机的种类较多，按工作原理可分为反应式、永磁式和混合式；按相数可分为二相、三相、四相、五相等。PID控制中各字母代表的中文含义分别是：比例、积分和微分。直流伺服电动机的驱动单元是一种直流线性功率放大电路，可将直流控制信号直接进行电压和功率放大，从而驱动直流伺服电动机，通常情况下直流伺服电动机采用专门的驱动模块。机电一体化的闭环控制系统对输出量结果进行检测，并将检测信号进行变换后送至输入端，与输入量比较后进行控制。在这种情况下，输出量会影响输入量，系统存在反馈环节。以控制器为出发点，通常将机电一体化接口分为人机接口和机电接口两大类。机电一体化产品的设计流程主要包括产品规划、总体方案设计、技术设计、样机试制与产品定型5个阶段。对于机电一体化系统，通常采用描述系统输入、输出之间关系的微分方程、传递函数和系统结构图三种形式建立系统的数学模型。二、判断题（每题2分，共20分，正确画“”；错误画“”）1.（）数控机床是一种典型的机电融合型机电一体化产品。2.（）单片机是一种专为工业环境下应用的工业控制计算机。3.（）在机电一体化产品中，设计齿轮传动机构的目的是为了提高转速。4.（）气动执行装置容易实现高精度的位置控制。5.（）对于直流伺服电机而言，改变电流或电压，就可以成比例地控制其转速和转矩。6.（）PID控制是一种常用的控制策略，其中的比例控制具有快速响应的优势、微分控制具有实现超前调节的功能。7.（）滚珠丝杠的运动是单向的，即将直线运动转变为回转运动。8.（）优化设计数学模型的三个要素包括：数学公式、设计变量和约束条件。9.（）液压缸不属于机电一体化产品中的执行元件。10.（）A/D转换器的功能是将模拟信号转换为控制器能够接收和处理的数值信号。选择题（每题2分，共20分）在自动控制系统中，步进电动机的作用为（C）（A）将电压转换成转矩信号；（B）将转角转换成电压信号；（C）将电脉冲转换成角位移；（D）将直线位移转换成电压信号。下列元件中，同时具有传动和导向功能的是（B）（A）斜齿轮；（B）滚珠丝杠；（C）空间杆系；（D）同步带传动。（B）工作时，编码盘的一侧放置电源，另一边放置光电接收装置，每个码道都对应有一个光电管及放大、整形电路。编码盘转到不同位置，光电元件接收光信号，并转成相应的电信号经放大整形后，成为相应数码电信号。感应同步器光电编码器脉冲发生器旋转变压器由于机械系统和控制系统在性能上不同，两者之间不可能仅仅凭借导线直接连接，而是需要通过（C）进行调整、匹配和缓冲，才能实现系统之间的信息、能量和物质之间的传递和交换。（A）人机接口；（B）信息接口；（C）机电接口；（D）控制接口。如果设计一台扫地机器人，下面哪一项设计工作属于技术设计阶段的内容？（B）（A）确定扫地机器人的总体方案；（B）扫地机器人的软件设计；（C）制造机器人样机；（D）计算扫地机器人的成本。对于ABS中的制动压力调节器的描述，说法错误的是（C）：（A）是ABS系统的执行单元；（B）用于调节车轮的制动力；（C）在增压阶段，电磁阀柱塞上升到最高位置，轮缸与储液器接通；（D）根据ECU的控制指令完成电磁阀动作。下列系统中，哪一个不属于视频监控系统？（B）（A）停车场车辆自动收费管理系统；（B）ID卡门禁；（C）交通电子警察；（D）银行安防系统。下面哪种产品用到了MEMS加速度传感器（C）（A）校园门禁；（B）网络摄像头；（C）汽车安全气囊；（D）变频空调。如果设计一台焊接机器人，（C）属于机械单元内容。（A）伺服电动机；（B）控制柜；（C）底座；（D）传感器。关于数控机床的伺服驱动系统，下列说法正确是（D）：（A）对数控机床的定位精度没有影响；（B）包括开环和闭环两类系统；（C）通常选择步进电动机为执行元件；（D）是以数控机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。三、简答题（每题5分，共20分）数控机床进给传动中，对滚珠丝杠螺母副进行预紧的作用是什么？消除轴向间隙、提高传动精度和刚度。说明开环控制与闭环控制的差别？开环无反馈，控制精度低，控制系统简单。成本低；闭环有反馈，控制精度高，控制系统复杂、成本高。3.说明PWM的含义和作用？脉冲调宽控制，用于电动机调速。4.某机电一体化产品选用电磁阀作为执行元件，在这种情况下，控制量输出接口的主要设计内容应包括哪些内容？隔离和放大驱动两个部分。四、分析问答题（每题10分，共20分）如图所示反应式步进电机，如果步进电机的励磁绕组A-AB-B-BC-C-CA-A顺序通电，说明这种通电方式的工作过程和特点。当A相通电时，转子1、3齿与定子磁极A相对齐；然后，在A相继续通电的情况下接通B相，A、B相同时通电，此时，定子B、B′磁极对转子齿2、4产生磁力，使转子逆时针方向转动，但是A、A′磁极继续对转子1、3齿产生磁吸力，因此，转子只能转到两个磁力平衡的位置，如图所示，此时转子逆时针转动15°；然后，A相断电，B相继续通电，此时转子齿2、4和定子B、B′磁极对齐，转子继续逆时针转动15°；同理，B、C相通电，转子继续逆时针转动15°，到达两个磁力平衡的位置；然后，B相断电，C相继续通电，此时转子齿1、3和定子C、C′磁极对齐，转子继续逆时针转动15°；然后，C、A相通电，转子继续逆时针转动15°；上述通电方式为三相六拍方式。三相六拍通电方式驱动电路较复杂，步距角减小，‌精度较高，运行更平稳。2.如果选用单片机、机电接口电路、伺服电动机、齿轮、滚珠丝杠螺母副、工作台，搭建一个具有半闭环伺服系统的工作台，请绘出上述工作台半闭环伺服系统的结构简图，并说明其工作过程和特点。伺服电动机轴端的编码器作为系统的检测装置，检测结果反馈给单片机控制器，构成半闭环控制伺服系统。虽然工作台的实际位移并未直接检测，但是可以间接测量伺服电动机的转角来推算工作台的实际位移。设定工作台的运动位移，通过单片机发送控制信号，机电接口电路将单片机发出的数字量控制信号转换成模拟信号并功率放大，驱动伺服电动机按照预设的参数进行回转。伺服电动机通过齿轮传动降低转速、增大转矩，再通过滚珠丝杠将旋转运动转换成工作台的直线运动。伺服电动机的编码器实时检测电动机的旋转角度，并将检测到的数据反馈给单片机，单片机根据反馈的数据进行调整，以保持工作台完