机电一体化试题及答案1

目录

机电一体化复习题...........................................2

机电一体化复习题参考答案..................................7

机电一体化技术试题........................................12

答案及评分标准............................................13

机电一体化复习题..........................................16

一、名词解释...........................................16

二、填空题.............................................18

三、简答题.............................................20

四、选择题。（无答案）.................................24

五、应用题.............................................27

《机电一体化技术》试卷（一）.............................28

《机电一体化技术》试卷（一）答案..........................31

《机电一体化技术》试卷（二）..............................35

《机电一体化技术》试卷（二）答案..........................37

《机电一体化技术》试卷（三）..............................41

《机电一体化技术》试卷（三）答案..........................44

《机电一体化技术》试卷（四）..............................47

《机电一体化技术》试卷（四）答案.........................49

《机电一体化技术》试卷（五）..............................52

《机电一体化技术》试卷（五）答案.........................54

机电一体化系统设计试题....................................58

一、填空题（每空1分，共20分）.......................53

二、简答题（每题5分，共30分）.......................53

三、计算题（共20分）（将本题答案写在答题纸上）......59

四、综合分析题（共30分）.............................59

机电一体化系统设计试题答案...............................60

一、填空题（每空1分，共20分）.......................55

二、简答（每题5分，共30分）.........................55

三、计算题（共20分）..................................61

四、综合分析题（30分）.................................61

机电一体化复习题

一、名词解释

1机电一体化2伺服控制3闭环控制系统4逆变器5SPWM6单片

机7I/O接口

8I/O通道9串行通信10直接存储器存取（DMA）

二、判断题：

1在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。（X）

2滚珠丝杆不能自锁。（V）

3无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精

度。（X）

4异步通信是以字符为传输信息单位。（J）

5同步通信常用于并行通信。（X）

6无条件I/O方式常用于中断控制中。（X）

7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误

（1）影响传动精度的主耍是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（V）

（2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（J）

（3）螺杆轴线方向及移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响

传动精度的因素（J）

（4）温度误差是影响传动精度的因素（J）

三、单项选择题

L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

2.对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）o

A.l<s<2B.0<s1

C.-1<S<1D.-l<s<0

3.PWM指的是(C)o

A.机器人B.计算机集成系统C.脉宽调

制D.可编程控制器

4.PD称为(B：）控制算法。

A.比例B.比例微分C.比例积

分D.比例积分微分

5.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（A）方法实现。

A.插补B.切割C.画

线D.自动

四、填空题

1.在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分..串.通信.并.

通信。

2.微机控制系统中的输入及输出通道一般包.模拟量输入通.模拟

量输出通道、数字量输入通.数字量输出通.四种通道。

6.3.在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系

统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。

7.4.一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁.液压.气压式

和其.等四大类型。

8.5.在SPWM变频调速系统中，通常载波是等腰三角..而调制波是

正弦.

a）异步交流电动机变频调速：

基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。

基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率调速方式。

7.开环步进电动机控制系统，主要由.环形分配.功率驱动.步进电机

等组成。

8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1）计算机软件

2）硬件分配，3）专用环形分配器

9.根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为四类：

1）操作指导控制系统2）直接控制系统

3）监督计算机控制系统4）分级计算机控制系统

10.应用于工业控制的计算机主要有：

1）单片机2）PLC,3）总线工控机等类型。

11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以

电压或电流的形式，通过金属导体传递。

12.抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、隔•滤.接地合理布局和软件抗

干扰技术。

13.电场屏蔽一一通常用铜、铝等导电性能良.的金属材料作屏蔽体,

并应保持良好接地。

14.根据频率特性解释下列滤波器的作用：

1）低通滤波器：只让低频成分通过，而高于截止频率成分受到抑制、

衰减，不让通过。

2）带通滤波器：只让某一频带内的成分通过，而低于上截止频率成

分和高于—下截止频率成分的成分抑制，不让通过。

五、简答题

1.试简述光电式转速传感器的测量原理.

2.试述可编程控制器的工作原理。

3.在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通

道中必须采用采样/保持器？为什么..

4.柔性制造系统的主要特点有哪些？

5步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么？

6.伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能？

六、解答题（每小题5分，共40分）

1.简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。

2,直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？

3.简述机电一体化对机械系统的基本要求及机械系统的组成。

4.简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。

5.简述伺服系统的结构组成。

6.DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？

7.有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进

电机定子励磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min,己知转子有

24个齿，求：

I）步进电机的步距角；2）脉冲电源的频率。

8.测量某加热炉温度范围为100"1124℃,线性温度变送器输出

（T5V,用ADC0809转换器输入到微机控制系统中，试求测量该温度

环境的分辨率和精度。

七、计算题

1.某光栅传感器，刻线数为100线/mm,设细分时测得莫尔条纹数

为400,试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数

脉冲仍为400,则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多

少？

2.若12位A/D转换器的参考电压....5V,试求出其采样量化单位.。

若输入信号为IV,问转换后的输出数据值是多少。

八、综合应用题（每小题15分，共30分）

1.分析下图调整齿侧间隙的原理

1.4一锥齿轮2.3一键

5—压簧6—螺母7一轴

2.周向弹簧调整法

2.分析下图差动螺旋传动原理

设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为Phi和Ph2。2

为可动螺母

机电一体化复习题参考答案

一名词解释

1机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技

术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体

技术等群体技术，以系统为出发点的最佳功能价值的系统工程技术C

2伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获

得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。

3闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。

4逆变器是将直流电变成交流电的电路。

5SPWM是指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。

6它是把组成微机的CPU、存储器I/O接口电路、定时器/计数器等

制作在一块集成芯片上构成一个完整的计算机。

7I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换信

息的连接部件（电路）。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着

桥梁和纽带作用。

8I/O通道也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送

和变换的连接通道。

9串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都

占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。串行通

信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。

10硬件在外设及内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU

五、简答题

1.光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴（或及被

测轴相连接的输入轴）上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝

隙盘组成。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器

件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距及指

示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出及圆盘缝

隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N,则可测出

转速为

式中Z一一圆盘上的缝隙数；

n——转速（r/min）；

t——测量时间（s）。

2.可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）和停止（STOP）

状态。不管是在哪种状态，PLC都是反复不断地重复进行，直至PLC

停机。在每次循环中，若处于运行（RUN）状态，可编程控制器完成

5个阶断，如图所示。若处于停止（STOP）状态，PLC也要循环进行

内部处理和通信服务。

3.由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操

作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影

响转换精度。采样/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D转换时，保

证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。

模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。当输入的模拟量信号变

化缓慢时，也可省去采样/保持器。

4.（1）柔性高，适应多品种中小批量生产；（2）系统内的机床工艺

能力上是相互补充和相互替代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）

系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；（5）多层计算机控制,

可以和上层计算机联网；（6）可进行三班无人干预生产。

5.步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一

种伺服电动机，成本较低，易于采用计算机控制，旦比直流、交流电

动机组成的开环控制系统精度高，因而被广泛应用于开环控制的伺服

系统中。步进电动机驱动电路实际上是一个功率开关电路，为使步进

电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，提供的足够功率的控制信

号。

6.伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、

比较环节等个五部分。

比较环节是将输入的指令信号及系统的反馈信号进行比较，以获得

输出及输入间的偏差信号，通常由专门的电路或计算机来实现；

控制器通常是计算机或PID控制电路；其主要任务是对比较元件输出

的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作；

执行元件按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械

能，驱动被控对象工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各种

电机或液压、气动伺服机构等。

被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体,

一般包括传动系统、执行装置和负载；

检测环节指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲

的装置，一般包括传感器和转换电路。

六、解答题（每小题5分，共40分）

1.1）机械本体2）动力及驱动；3）传感测试部分；4）执行

机构

5）控制及信息处理单元

2.1）、偏心轴套调整法2）、双片薄齿轮错齿调整法

3.对机械系统的基本要求：高精度；快速响应；良好的稳定性。

机械系统的组成：传动机构；导向机构；执行机构U

4.程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。

独立编址；及储存器统一编址。

5.1）比较环节；2）控制器；3）执行环节；4）被控对象；5）检

测环节。

6.输入工作方式：（1）直通方式（2）单缓冲力式（3）双缓冲方式

输出工作方式：（1）单极性输出（2）双极性输出

7.1..K=2.M=5.Z=24.a=360/2*5*24=1.5°

2)f=400Hz

8....+2℃o

七、计算题

1)100:1=400:x

x=4mm

四细分：400:1=400:x

x=lmm

分辨率:14-400=2.5(um)

i,2

2)q=f1.x-fmin/2=5/2=0.00122

n=3.5/0.00122=2869

2869化为二进制为101100110101

八、综合应用题(每小题15分,共30分)

1.在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5,其轴向力大小

由螺母6调节。锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动，从而消除了

其及啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。

1.4一锥齿轮2、3一键

5—压黄6—螺母7一轴

2.当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为

/二号片厂九)(1)

如果Phi及Ph2相差很小，则L很小。因此差动螺旋常用于各种

微动装置中。

若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动角时，可动螺母

2的

移动距离为

l=W\+PQ（2）

可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2用对螺母1快速趋

近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。

机电一体化技术试题

一、填空（每空2分，共20分）

1.机电一体化产品按用途可以划分为和

2,控制及信息处理单元一般由控制计算机、和组成。

3.在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应

遵守原则。

4.典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、和

等部分构成。

5.传感器的静态特性能数主要有、、迟滞和重复精度。

二、简答题（每题4分，共20分）

1.为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？

2.机电一体化相关技术有哪些？3.转动惯量对传动系统有哪些影

响？

4.简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。5.简述A

/D、D/A接口的功能。

三、分析题（20分）

1.已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机

电一体化系统巾的哪一个基本要素？

2.试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精

度的影响？

四、计算题（24分）

1.如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=50kg负载力为

F1=1OOON,最大加速度为10m/s2',丝杠直径为d=20mm,导程t

=4mm,齿轮减速比为i=5,总效率为于30%,忽略丝杠惯量的影响,

试计算电机的驱动力矩。

2.已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行

程L=250mm,丝杠

导程t=4mni,齿轮减速比为i=5,要求工作台位移的测量精度为

o.005mm（忽略齿轮和丝杠

的传动误差）。

（1）试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数'

⑵若将传感器及丝杠的端部直接相连，no=500脉冲/转的旋转编

码器是否合用。

五、综合题（16分）

已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如

图所示，确定整系统

的控制方案、画出控制系统原理图。（至少提出两个方案）

答案及评分标准

（供参考）

一、填空［每空2分，共20分）

1.办公机电一体化产品产业机电一体化产品民用机电一体

化产品

2.控制软件硬件接口

3.前小后大

4.电源输入/输出接口

5.灵敏度线性度

二、简答题（每题4分，共20分）

1.答：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。

2.答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算机及信息处理技术,

系统技术，白动控制技

术，传感器测试技术和伺服驱动技术。

3.答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速

度变慢，降低灵敏度；使

系统固有频率下降，容易产生谐振。

4.答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体

及工具设计；控制系统设

计：程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出

厂及使用文件的设计。

5.答：A/D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电

压、电流等信号转换为

数字量。D/A接口是将二进制数字量转换成电压信号。

三、分析题（20分）

⑴L（10分）解答:图中各部可分为：

控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示：（2）测试传感部分：光

电编码器、信号处理；（3）能源：电源；（4）驱动部分：功放、电机;

（5）执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台

2.（10分）解答：

齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低

频分量和高频分量都不

能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。

四、计算题（24分）

1.（12分）解：（1）计算负载力（4分）

负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成

（1）高速端测量

设传感器的每转脉冲数为，n,每个脉冲对应工作台的位移为

美而=°,004Vo.005满足题目要求。

⑵低速端测量

传感器直接及丝杠连接，及减速比无关

5

"=熹=总丽=800脉冲/转可知:=500脉冲/转的编码器不

合用。

五、综合题（16分）

解：可以使用工业PC机或者单片机完成系统的控制。具体可以有下

三种方案：

⑴工业PC机集中控制方案：用一台工业PC机对三个自由度实现集

中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制，系统原理图如下。

⑵工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机及三个单片

机通信，对三个单片

机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服挖制，控制系统原

理图如下。

⑶单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机作为主单片机及三

个从单片机通信，对三

个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，

控制系统原理图如下。

评分标准：正确同答出三种方案之中的任意两个即可得满分。

机电一体化复习题

一、名词解释

1.机电一体化：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子

技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接

口技术及系统总体技术等群体技术，实现多种技术功能复合的最佳

功能价值的系统工程技术。

2.柔性制造系统:柔性制造系统(FlexibleManufacturing

System)是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自

动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。

3.传感器：传感器适机电一体化系统中不可缺少的组成部分,

能把各种不同的非电量转换成电量，对系统运行中所需的自身和外

界环境参数及状态进行检测，将其变成系统可识别的电信号，传递

给控制单元。

4、伺服电动机：伺服电动机又称控制电机，其起动停止、转速

或转角随输入电压信号的大小及相位的改变而改变。输入的电压信号

又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以改变电动机的转速及

转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。

5.感应同步器：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。

6.人机接口：人机接口(HMI)是操作者及机电系统(主要是控

制微机)之间进行信息交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工

作。

7、PLC:可编程控制器(ProgrammableLogicalController)

简称PLC.是一种在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并

逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信

技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各种生产机械

和生产过程的自动控制中。

8、变频器：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变

换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变

频调速、提高运转精度、改变功率因素以及过流/过压/过载保护等功

能。

9、通信协议：通信协议是指通信双方就如何交换信息所建立的一些

规定和过程，包括逻辑电平的定义、应用何种物理传输介质、数据帧

的格式、通信站地址的确定、数据传输方式等。

10、MPS系统:模块化生产加工系统(ModularProductionSystem)

简称MPS系统，它是德国FESTO公司结合现代工业的特点研制开发的

模拟自动化生产过程，集机械、电子、传感器、气动、通信为一体的

高度集成的机电一体化装置。

二、填空题

1.电感式传感器是一种把微小位移变化量转变成电感变化量的

位移传感器。

2.光电编码器根据结构可分为增量式和绝对式。

3.热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的热电阻效应。

4.热电偶温度传感器的工作原理是基于物体的热电效应。

5.对伺服系统的技术要求是系统精度、稳定性、响应特性、工作

频率。

6.液压系统一般包括动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件

四个部分。

7、典型的气动驱动系统由气遮装置、执行元件、控制元件和辅

助元件组成。

8、机电控制系统的机械装置主要包括传动机构、导向机构和执

行器三个部分。

9、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：静态设计、

动态设计。

10、欠电流继电器利用其赏互触点串接在被控线路中起欠流保护。

n.过电流继电器利用其常闭触点串接在被控线路中起过流保护。

12.接口的基本功能主要有数据格式转换、放大、通信联络。

13.伺服系统的基本组成包括控制器、执行环节、检测装置、比

较环节。

14.工作接地分为一点接地、多点接地。

15.机电一体化产品按用途可以划分为办公机电一体化产品、产

业机电一体化产品和民用机电一•体化产品。

16.典型的可编程控制器由编程器、微处理器、存储器、电源和

输入/输出接口等部分构成。

17.S7-200PLC的控制程序通常由用户程序、数据块和参数组成。

18、PLC根据数据传输方式分为并行和串行通信通信方式。

19、PLC的串行通信接口有RS232C.RS485.RS422。

20、S7-200的通信协议为EELJ办议。

21.交-直-交变频器的内部电路主要由整流电路、直流中间电路、逆

变电路和控制电路组成。

22.机电一体化系统常用的能源有电力源、液压源和气压源。

三、简答题

1.机电一体化系统的基本构成要素有哪些？

答：一个较完整的机电一体化控制系统，包括以下几个基本要

素：机械本体、动力源、传感装置、驱动执行机构、控制器等，各耍

素和环节之间通过接口相联系。

2.测试传感部分的作用

答：测试传感部分的作用：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，传输到信息处理单元，经分析处

理后产生控制信息。

3.传感器是如何分类的？

答：传感器的分类方法有如下几种：按用途、工作原理、变换原

理、输出信号性质分类。

4.筒述步进电动机驱动电路的组成。

答：步进电动机的驱动电路由脉冲信号发生器、分频器、脉冲分

配器和脉冲放大器组成。

5.简述直流伺服电机两种控制方式的特点。

答：直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控

制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的

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强度，从而控制电动机

的转速和输出转矩。

采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电

流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种

方式乂被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电

动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的

方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随

着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持

不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。

6.为什么说接触器自锁线路具有欠压和失压的保护作用？

当失压和欠压时，接触器线圈的电磁吸引力消失或不足，接触

器触点释放，断开控制线路，从而使电动机主电路断开。

7.简述PLC系统及继电器接触器控制系统的区别。

答：1）控制方式：继电器控制系统的控制是采用硬件接线实现

的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作

等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC控制系统采用

存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻

辑，只需改变程序即可，称软接线。

2）工作方式：继电器控制系统采用并行的工作方式，PLC控制系

统采用串行工作方式。

3）控制速度：继电器控制系统控制逻辑是依靠触点的机械动作

实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC控制系

统是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严

格同步，无抖动。

4）定时及计数控制：继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动

作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调

整时间困难。继电器控制系统不具备计数功能。PLC控制系统用半导

体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生,精度高，调整

时间方便，不受环境影响。另外PLC系统具备计数功能。

5）可靠性和维护性：继电器控制系统可靠性较差，线路复杂，

维护工作量大，PLC控制系统可靠性较高，外部线路简单，维护工作

量小。

8.PLC交流开关量输入模块和直流开关量输入模块分别适用什么

场合？

答：由于交流输入模块电路中增加了限流、滤波和整流三个环节,

因此，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，但由于其输

入端是高电压，因此输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。一般

来说，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境，对系统响应要求

不高的场合，而直流输入模块用于环境较好，电磁干扰轻，对系统

响应耍求较高的场合。

9.PLC开关量输出模块有哪几种类型？各能抠动何种负载？

答：PLC的输出模块有三种：继电器输出、晶体管输出、晶网管

输出。继电器输出型既可用于交流输出，也用于直流输出。晶体管输

出型用于直流输出。双向晶闸管输出型用于控制外部交流负载

10.PWM脉宽调速原理。

答：PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，

按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调

值方式。

11.控制系统接地的目的。

答：将电路、设备机壳等及作为零电位的一个公共参考点（大地）

实现低阻抗的连接，称之谓接地。接地的目的有两个：一是为了安全,

例如把电子设备的机壳、机座等及大地相接，当设备中存在漏电时，

不致影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电

位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接

地等。称为工作接地。工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。

12.机电一体化系统设计的指标主耍包括哪些方面？

答：主要包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

13.为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？

答：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。

14.机电一体化相关技术有哪些？

答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算机及信息处理技术，

系统技术，白动控制技术，传感器测试技术和伺服驱动技术。

15.简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。

答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体

及工具设计；控制系统设计；程序设计；后备系统设计；完成详细设

i一书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。

16.简述A/D、D/A接口的功能。

答：A/D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电

压、电流等信号转换为数字量。D/A接口是将一进制数字量转换成

电压信号。

17.机电一体化产品对机械传动系统有哪些要求？

答：机电一-体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳定性;

快速响应性；还应满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高

可靠性。

18.S7-20.PLC有哪些硬件资源，如何对他们寻址？

答：S7-200PLC的硬件资源包括输入输出映像寄存器区（I/Q）、标

志位存储器区（M）、特殊标志位存储器区（SM）、定时器存储器区

1T）、计数器存储器区（C）、顺序控制标志位区（S）、变量存储

器区（V）、局部存储器区（L）、累加器（AC）/高速计数器（HC）、

模拟量输入输出寄存器（AI/AQ）等，S7-200PLC的寻址方式有立即

数寻址、直接寻址和间接寻址三大类。

四、选择题。（无答案）

1.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称（）

A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机

床D.工业机器人

2.直流测速发电机输出的是及转速（）

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

3.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz,当转差率为0.02

时，其转速为()

A.1450

[r/min]B.1470

[r/min]

C.735

[r/min]D.2940

[r/min]

4.计算步进电动机转速的公式为()

A./.B.Tsmco./.C./.D.180°./

5.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为

()

A.(A+)・(+B)

B.A・0+•B

C.(A+B)・(+)

D.A・B+聚・辛

6.Mechatronics是两个不同学科领域名称的组合，这两个不同

的学科是•.)

A.机械学及信息技术B.机械学及电子学

C.机械学及自动化技术D.机械学及

计算机

7.计算机集成制造系统包括..)

A.CAD.CAPP、CAMB.FMS

C.计算机辅助生产管理D.A.B和C

8,直流伺服电动机的控制电压及输出转速之间的函数关系式称为

其•.)

A.转速特性B.调节特性C.工作特性

D.机械特性

9.步进电机在转子齿数不变的条件下，若拍数变成原来的2倍，则步

距角为原来的.)

A.0.5倍B.2倍C.0.25倍D.

不变

10.感应同步器可用于检测..)

A.位置B.加速度C.速

度0.位移

11.“机电一体化”在国外被称为..)

A.MachineB.ElectronicsC.

MechatronicsD.A和B

12.机电一体化产品的动力及驱动部分的主要功能是..)

A.提供动力B.传递运动C.传递动力D.A.B和C

13.在交流伺服电机中，控制绕组及励磁绕组在空间相差的电角度

是..)

A.60°B.45°C.0°D.

90°

14.光栅式位移传感器的栅距W、莫尔条纹的间距B和倾斜角0之间

的关系为..)

A./B./C./D./

15.差分变压器传感器属于..)

A.涡流式B.自感型C.互感型D.

可变磁阻式

16.在自动控制系统中，伺服电机通常用于控制系统的..）

A.开环控制B.C和DC.全闭环控制D.半闭环控制

五、应用题

1.采用PLC设计二台电动机A.B工作的系统。

（1）按钮XI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。

答：（1）梯形图：

（2）助记符指令程序：

STRXI

ORY1

ANDNOTX2

OUTY1

STRX3

ORY2

ANDNOTX4

ANDY1

OUTY2

2.下图为小车送料过程示意图。现采用可编程控制器控制，写

出小车PLC控制的梯形图。小车的送料过程为：当小车处于左限位开

关ST1处时，按下启动按钮，小车向右运行;碰到右限位开关ST2后,

小车开始装料，装料时间为15秒；然后小车向左运行，碰到左限位

开关ST1后，小车开始卸料，卸料时间为10秒;至此完成一次动作。

任何时候压下停止按钮，小车将停止动作。根据上述描述写出用PLC

控制的梯形图。

输入/输出点的分配

输入输出其它

右行电磁时间继电器1（15

启动按钮X400Y430T450

阀秒）

装料电磁时间继电器2（10

ST2X401Y431T451

阀秒）

左行电磁

STIX402Y432

阀

卸料电磁

停止按钮X403Y433

阀

4.下图为欲用可编程控制器控制的天塔闪光灯示意图。控制要求是:

按下启动按钮后,【2L4.L6.L8亮，1秒后灭;接着L3.L5.L7、L9

亮，1秒后灭；再接着L2.L4.L6.L8亮，1秒后灭，如此循环下去。

根据上述描述写出用PLC控制的梯形图。

_________《机审监薨您利隙瞿（一）

一、名词解.（赢像2分豳注分）其它

1.测量（（（殁羸溟唯战应匿氢M^Q450

钮（1秒）

二、填空题（每小题2女卜，共20分:

1.滚珠丝杆脩睛的4i株「431时间继电器2T451

钮（1秒）

L6Y432

L8Y433

2.机电一体化系统，设计指标和评价标准应包.

3.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o

4.某光栅的条纹密度是50条/mm,光栅条纹间的夹角（）=0.001孤度,

则莫尔条纹的宽度是o

5.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（（，使它们同步协调到达目

标点。

6.某4极交流感应电机，电源频率为50Hz,转速为1470r/min,则转

差率为O

7.齿轮传动的总等效惯量及传动级数

8.累计式定时器工作时有

9.复合控制器必定具有o（

10.钻孔、点焊通常选用_______________________________________

类型。（

三、选择题（每小题2分，共10分）

1.一般说来，如果增大幅值穿越频率COC的数值，则动态性能指标中

的调整时间t..）

A.产.....B.减.......C.不........D.不定（

2.加速度传感器的基本力学模型..）

A.阻尼一质量系.B.弹簧一质量系.C.弹簧一阻尼系.D.弹簧系统

（

3.齿轮传动的总等效惯量及传动级..）

A.有....B.无...C.在一定级数内有..D.在一定级数内无关

4.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..）

A单片・・・・B.205....C.PL....D.DSP

5.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

（）等个五部分。

A换向结构B转换电路C存储电路D检测环节

四、判断题（每小题2分，共10分）

1.伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号及系统的反馈信号

进行比较，以获得输出及输入间的偏差信号。（（）

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。（（）

五、问答题（每小题10分，共30分）

1.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型？

2.什么是步进电机的使用特性？

3.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面？

六、分析计算题（每小题10分，共20分）

1.三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，耍求

电动机转速为120r/min,输入脉冲频率为多少?步距角为多少？

2.采用PLC设计二个电磁阀A.B工作的系统（

1）按钮xl为A电磁阀打开，按钮x2为A电磁阀关闭（输出yl）;

2）按钮x3为B电磁阀打开，按钮x4为B电磁阀关闭（输出y2）;

3）只有B电磁阀在工作中，A电磁阀才能工作。

要求：画出梯形图，写出助记符指令程序°（

《机电一体化技术》试卷（一）答案

一、名词解释（每小题2分，共10分）

1.是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息,

取得数据概念的过程。

2.指在稳态下，输出的变化量AY及输入的变化量AX的比值。即为

传感器灵敏度。

S=dy/dx=AY/AX

3.某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时,

内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反

的电荷。当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象

被称为压电效应。

4.动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误

差称为动态误差。

5.传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为及之有确定对应关

系的，便于应用的某种物理•的测量装置。

二、填空题（每小题2分，共20分）

1.内循.外循环

2.性能指.系统功.使用条.经济效益

3.PL.4.20m..5.位置和速..6.0.0..7.增加而减..8...9.前馈控制

器.10.简单的直线运动控制

三、选择题（每小题2分，共10分）

1.B.2,A3.C.4.C5.D

四、判断题（每小题2分，共10分）

1.V2.X3.J4.X5.J

五、问答题（每小题10分，共30分）

1.单电源驱动电.双电源驱动电.斩波限流驱动电路

2.步距误.步距误差直接影响执行部件的定位精度。

最大静转矩是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状

态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩,

它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。

启动矩一频特性空载时步进电动机由静止突然启动，并不失

步地进入稳速运行所允许的最高频率称为最高启动频率。启动频率及

负载转矩有关。

运行矩频特性步进电动机连续运行时所能接受的最高频率称为

最高工作频率，它及步距角一起决定执行部件的最大运行速度。

最大相电压和最大相电流分别是指步进电动机每相绕组所允许

施加的最大电源电压和流过的最大电流。

3.应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

六、分析计算题（每小题10分，共20分）

1.20KH.3.6°

2.（1.梯形图：（2）助记符指令程序：

STRXI

ORY1

ANDNOTX2

OUTY1

STRX3

ORY2

ANDNOTX4

ANDY1

OUTY2

《机电一体化技术》试卷（二）

一、名词解释（每小题2分，共10分）

1.线性度2.伺服控制系统3.三相六拍通电方式4.传感器5.系统精度

二、填空题（每小题2分，共20分）

1.计算机在控制中的应用方式主要有

2.滚珠丝杆螺母副结构有两类..c

3.应用于工业控制的计算机主要有

_______________________________等类型。

4.机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括

5.可编程控制器主要由等其它辅助

模块组成。

6.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

控制器通常压

7、现在常用的总线工控制机有、PC总线工业控制机和CAN

总线工业控制机等。

8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种

9.某光栅的条纹密度是50条/mm,光栅条纹间的夹角0=0.001孤度,

则莫尔条纹的宽度是o

10.采样/保持器在保持阶段相当于一个

三、选择题（每小题2分，共10分）

1一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：

.机械本.动力及驱动部...执行机..D.控制及信息处理部分

2.机电一体化系统（产品）开发的类型

A开发性设计B适应性设计C变参数设计D其它

3.机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法

A取代法B整体设计法C组合法D其它。

4.机电一体化的高性能化一般包含

A高速化B高精度C高效率D高可

靠性。

5.抑制干扰的措施很多，主要包括

A屏蔽B隔离C滤波D接地和软件处理等

方法

四、判断题（每小题2分，共10分）

1.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。（）

2.伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号及系统的反馈信号

进行比较，以获得输出及输入间的偏差信号。（（（）

3.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。（）

4.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。（（（）

5.FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。

（）

五、问答题（每小题10分，共30分）

1.计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。

2.滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？

3.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？

六、综合应用题（每小题10分，共20分）

1.编写程序：单片机读P1.0的状态,把这个状态传到P1.7指示灯

去，当P1.0为高电平时指示灯亮，低电平时指示灯不亮,采用中断完

成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。

2.光栅传感器，刻线数为100线/mm,设细分时测得莫尔条纹数

为400,试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍

为400,则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？

《机电一体化技术》试卷（二）答案

一、名词解释（每小题2分，共10分）

1.所谓传感器的线性度就是其输出量及输入量之间的实际关系曲

线偏离直线的程度。又称为非线性误差。

2.一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速

度及动力输出的自动控制系统。

3、如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这

种通电方式称为单双相轮流通电方式。如AfAB-B-BC-CfCA

—►•••

4、是一种以一定的精确度把被测量转换为及之有确定对应关系的，

便于应用的某种物理量的测量装置。

5.指输出量复现输入信号要求的精确程度；

1、二、填空题(每小题2分，共20分)

2、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

2.外循环插管.内循环反向器.3.单片.PL.总线工控.4.性能指.系

统功.使用条.经济效益。

5.CP.存储.接口模.6.PL.7、STD总线工业控制.8、变压器隔.光

电隔.9.20m.10.模拟信号存储器

三、选择题(每小题2分，共10分)

1..........2....3..........4...........5....D

四、判断题(每小题2分，共10分)

1.(V)2.(7)3.(7)4.(7)5.(V)

五、问答题(每小题10分，共30分)

1、软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号

的方法，称为软件滤波

软件“陷井”

软件“看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用

监控定时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检

查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过

软件进行系统复位或按事先预定方式运行0

2.如果滚珠螺旋取中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠及滚道接触处

有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空叵

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

3.（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。

六、综合应用题（每小题10分，共20分）

1.

2.光栅此时的位移

细分前4nim,细分后1mm

测量分辨率：

细分前0.01mm/线细分后:0.025

《机电一体化技术》试卷（三）

一、名词解释（每小题2分，共10分）

1机电一体化2伺服控制3闭环控制系统4逆变器5SPWM

二判断题：（每小题