《机电一体化概论》模拟试卷共两卷

XXX学院20xx/20xx学年第x学期考试卷（A）班级：__________学号:__________姓名:__________课号：__XJ7Z0A03____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）机电一体化是动力、传动、控制、信息等技术有机结合的系统集成，可以简单认为：机电一体化是机械技术与相结合的产物。若将机电一体化系统比作人体，则检测单元相当于人体的。机电一体化系统由机械单元、检测单元、和伺服驱动单元组成。滚珠丝杠是机电一体化系统中的常用传动元件，其工作原理来源于螺纹传动过程，可将旋转运动转变为运动。步进电动机是一种常见的机电一体化执行元件，其作用是将转换成相应角位移，可以实现机电产品的位置控制功能。当光栅位移传感器上的指示光栅相对于主光栅移动时，便会形成明暗相间的叠栅条纹，这些条纹称为。是为工业现场应用而设计的计算机，具有工作时间长、可靠性高、工作环境适应性好等特点。开环控制系统的输入量对输出量实行单方向的控制，没有系统输出量的检测环节，因此，开环控制系统不存在环节。PID控制是一种常用的控制策略，其中的具有快速响应的特点。机电一体化产品是由各个技术单元组成的综合系统，各个单元之间通过构成一个完整的机电一体化系统。二、判断题（每题2分，共20分，正确画“”；错误画“”）1.（）旋转编码器是一种将旋转角度转换为模拟量的传感器。2.（）工业机器人是一种典型的功能附加型机电一体化产品。3.（）滚珠丝杠的摩擦力大于滑动丝杠。4.（）利用压电效应可以制备力传感器。5.（）闭环控制没有反馈装置，具有成本低、结构简单的特点。6.（）智能控制主要用来处理传统控制难以解决的复杂性、不确定性的控制问题，例如对被控对象的控制难以用精确的数学模型来描述，存在模型不确定性。7.（）伺服电动机是一种机电执行元件，其作用是将输入的电压信号转换成电动机轴上的角位移或角速度，从而带动被控对象完成各种动作。8.（）在机电一体化系统中，常用的人机接口输入设备有按钮、键盘、触摸屏、读卡器、人脸识别面板、指示灯、显示器等设备。9.（）对于机电一体化产品的设计者而言，与产品的适应性设计相比较，进行产品的开发性设计相对容易。10.（）一般情况下，设计人员会将可靠性、适用性和经济性作为机电产品的设计原则。三、选择题（每题2分，共20分）1.下列那个产品属于机电一体化产品？（）（A）机械手表；（B）厨房推拉移门；（C）计算机绘图软件；（D）自动售货机。在下述机械元件中，具有导向功能的是（）（A）直齿轮；（B）滚动导轨；（C）平面连杆；（D）同步齿形带。按系统输入能源形式，伺服与驱动单元可以划分为（）三种类型（A）电气、液压、气动；（B）开环、半闭环、闭环；（C）反应式步进驱动、混合式步进驱动、伺服驱动；（D）直流、交流、交直流；在设计机电一体化系统的人机接口时，如果操作人员需要输入较多的指令或者参数，在这种情况下可以选择（）作为输入接口。（A）按钮；（B）键盘；（C）显示器；（D）LED管；如果设计一台数控机床，下面哪一项设计工作属于总体方案设计内容？（）（A）设计数控机床的组成；（B）设计床身结构；（C）建立伺服系统数学模型；（D）设计工作台结构当遇到紧急情况需要制动时，如果汽车的后轮发生抱死现象，会出现哪种现象？（）（A）汽车将产生侧滑和甩尾现象，汽车失去稳定性；（B）汽车方向盘失灵,汽车失去转向能力；（C）汽车按照直线行驶；（D）汽车正常行驶。在下列视频监控系统中，哪一个属于执行单元？（）（A）硬盘录像机；（B）云台；（C）枪型摄像头；（D）视频服务器。MEMS的含义是（）（A）微机电系统；（B）微型传感器；（C）微型控制器；（D）微小器件。如果设计一个焊接机器人，下面哪一项设计内容需要进行软件设计（）（A）机器人关节；（B）末端执行器；（C）控制单元；（D）机器人本体。在数控机床的开环进给伺服系统中，具体的执行元件为（）（A）步进电动机；（B）机床主轴；（C）机床工作台；（D）滚动导轨。简答题（每题5分，共20分）1.按机电结合程度和形式，机电一体化产品可以分为几类？每类机电一体化产品举一个例子？说明显微镜螺旋微动装置的工作原理？3.举例说明机电一体化产品的三种设计类型？4.说明PID控制的主要优点？五、分析问答题（每题10分，共20分）1.如图所示反应式步进电机，如果步进电机的励磁绕组按照A-B-C-A顺序通电，说明这种通电方式的工作过程和特点。2.设计某经济性数控机床的进给装置，计划选用步进电机驱动器、步进电机、同步齿形带、滚珠丝杆螺母副、滚动导轨等零部件，搭建一个开环控制的数控进给工作台，请绘出上述进给工作台的结构简图，并说明其工作过程和特点。

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）机电一体化是动力、传动、控制、信息等技术有机结合的系统集成，可以简单认为：机电一体化是机械技术与电子技术相结合的产物。若将机电一体化系统比作人体，则检测单元相当于人体的感觉器官。机电一体化系统由机械单元、检测单元、控制单元和伺服驱动单元组成。滚珠丝杠是机电一体化系统中的常用传动元件，其工作原理来源于螺纹传动过程，可将旋转运动转变为直线运动。步进电动机是一种常见的机电一体化执行元件，其作用是将脉冲信号转换成相应角位移，可以实现机电产品的位置控制功能。当光栅位移传感器上的指示光栅相对于主光栅移动时，便会形成明暗相间的叠栅条纹，这些条纹称为莫尔条纹。工业控制计算机是为工业现场应用而设计的计算机，具有工作时间长、可靠性高、工作环境适应性好等特点。开环控制系统的输入量对输出量实行单方向的控制，没有系统输出量的检测环节，因此，开环控制系统不存在反馈环节。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特点。机电一体化产品是由各个技术单元组成的综合系统，各个单元之间通过接口构成一个完整的机电一体化系统。二、判断题（每题2分，共20分，正确画“”；错误画“”）1.（）旋转编码器是一种将旋转角度转换为模拟量的传感器。2.（）工业机器人是一种典型的功能附加型机电一体化产品。3.（）滚珠丝杠的摩擦力大于滑动丝杠。4.（）利用压电效应可以制备力传感器。5.（）闭环控制没有反馈装置，具有成本低、结构简单的特点。6.（）智能控制主要用来处理传统控制难以解决的复杂性、不确定性的控制问题，例如对被控对象的控制难以用精确的数学模型来描述，存在模型不确定性。7.（）伺服电动机是一种机电执行元件，其作用是将输入的电压信号转换成电动机轴上的角位移或角速度，从而带动被控对象完成各种动作。8.（）在机电一体化系统中，常用的人机接口输入设备有按钮、键盘、触摸屏、读卡器、人脸识别面板、指示灯、显示器等设备。9.（）对于机电一体化产品的设计者而言，与产品的适应性设计相比较，进行产品的开发性设计相对容易。10.（）一般情况下，设计人员会将可靠性、适用性和经济性作为机电产品的设计原则。三、选择题（每题2分，共20分）1.下列那个产品属于机电一体化产品？（D）（A）机械手表；（B）厨房推拉移门；（C）计算机绘图软件；（D）自动售货机。在下述机械元件中，具有导向功能的是（B）（A）直齿轮；（B）滚动导轨；（C）平面连杆；（D）同步齿形带。答案：（B）按系统输入能源形式，伺服与驱动单元可以划分为（A）三种类型（A）电气、液压、气动；（B）开环、半闭环、闭环；（C）反应式步进驱动、混合式步进驱动、伺服驱动；（D）直流、交流、交直流；在设计机电一体化系统的人机接口时，如果操作人员需要输入较多的指令或者参数，在这种情况下可以选择（B）作为输入接口。（A）按钮；（B）键盘；（C）显示器；（D）LED管；如果设计一台数控机床，下面哪一项设计工作属于总体方案设计内容？（A）（A）设计数控机床的组成；（B）设计床身结构；（C）建立伺服系统数学模型；（D）设计工作台结构当遇到紧急情况需要制动时，如果汽车的后轮发生抱死现象，会出现哪种现象？（A）（A）汽车将产生侧滑和甩尾现象，汽车失去稳定性；（B）汽车方向盘失灵,汽车失去转向能力；（C）汽车按照直线行驶；（D）汽车正常行驶。在下列视频监控系统中，哪一个属于执行单元？（B）（A）硬盘录像机；（B）云台；（C）枪型摄像头；（D）视频服务器。MEMS的含义是（A）（A）微机电系统；（B）微型传感器；（C）微型控制器；（D）微小器件。如果设计一个焊接机器人，下面哪一项设计内容需要进行软件设计（C）（A）机器人关节；（B）末端执行器；（C）控制单元；（D）机器人本体。在数控机床的开环进给伺服系统中，具体的执行元件为（A）（A）步进电动机；（B）机床主轴；（C）机床工作台；（D）滚动导轨。简答题（每题5分，共20分）1.按机电结合程度和形式，机电一体化产品可以分为几类？每类机电一体化产品举一个例子？按机电结合程度和形式分类：（1）功能附加型，（2）功能替代型，（3）机电融合型举例：（1）功能附加型：数显卡尺（2）功能替代型：电子缝纫机（3）机电融合型：数控机床说明显微镜螺旋微动装置的工作原理？显微镜微调装置采用螺旋微微动机构，依据螺旋放大的原理，即螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离，可以获得微小的直线位移。3.举例说明机电一体化产品的三种设计类型？（1）开发性设计--第一台无人机、第一台ATM机（2）适应性设计--将读卡门禁系统改为刷脸识别方式（3）变异性设计--不同规格的扫地机器人4.说明PID控制的主要优点？算法简单、使用方便，稳定性好、应用广泛。五、分析问答题（每题10分，共20分）1.如图所示反应式步进电机，如果步进电机的励磁绕组按照A-B-C-A顺序通电，说明这种通电方式的工作过程和特点。VR式步进电机用齿轮状的铁心作转子，周围是电磁铁定子。定子电磁铁与转子铁心之间的吸引力驱动转子转动。当A相通电，产生A-A′轴线方向磁通，此时的A、A′极成为电磁铁的N、S极。在磁场作用下，转子会转到磁阻最小的位置，即转子的1、3齿与定子磁极A、A′对齐的位置。同理，B相通电，A、C断电，转子的2、4齿将与磁极B相对齐，转子逆时针转30度；然后C相通电，A、B断电时，转子的1、3齿将与磁极C相对齐，转子继续逆时针转30度。上述通电方式为三相单三拍方式。‌三相单三拍通电方式‌结构简单，步距角大，精度较低。单相通电容易导致相邻两拍切换时产生失步风险，失去自锁转矩，在平衡位置产生振荡。2.设计某经济性数控机床的进给装置，计划选用步进电机驱动器、步进电机、同步齿形带、滚珠丝杆螺母副、滚动导轨等零部件，搭建一个开环控制的数控进给工作台，请绘出上述进给工作台的结构简图，并说明其工作过程和特点。数控系统计算出工作台位移，发出数字信号输出给步进电机驱动器。数控系统本身不能直接驱动步进电机，需要步进电机驱动器，完成D/A接口、功率放大、脉冲分配等功能。步进电机驱动器接收来自数控系统的数字信号，将微弱控制信号放大能够驱动步进电机绕组的电流和电压。步进驱动器一般具有细分功能，将数控系统发出的单个脉冲，进一步细分成多个微步电流信号，有助于提高电动机的运动平滑性和定位分辨率。步进电机接收来自步进电机驱动器的大功率电流脉冲序列，根据电流在绕组中的方向和切换顺序，内部转子被定子产生的电磁场吸引，按照脉冲指令一步一步地旋转，实现电机轴转动。步进电动机通过同步带降低速度，再通过滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动，从而驱动工作台沿着滚动导轨进行移动。经济型数控机床使用步进电机，实现工作台的开环控制。数控系统只发送指令脉冲，不接收电动机的实际位置反馈。这种控制方式具有成本低、结构简单的优点。但是如果负载过大会导致电机丢步，会增大零件的加工误差。

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。若将机电一体化系统比作人体，则控制单元相当于人体的。同步带传动利用同步带的齿形和带轮的轮齿啮合来传递，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、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。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两大类。机电一体化产品的设计流程主要包括产品规划、、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、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（）（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（）（A）斜齿轮；（B）滚珠丝杠；（C）空间杆系；（D）同步带传动。（）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（）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？（）（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（）：（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？（）（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（）（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，（）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（）：（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？说明开环控制与闭环控制的差别？3.说明PWM的含义和作用？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？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。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。

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