~机电一体化设计基础复习题及答案

一、是非判断

1、机电产品结构方案设计时遵循传动链最短原则的好处是使传动精度高，而传动性能稳定性降低。 （×） 2、莫尔条纹具有使栅距的节距误差平均化的特点。 （√） 3、滚珠丝杠传动的特点是传动效率高、运动具有可逆性、传动精度高、磨损小，使用寿命长、不能自锁。 （×） 4、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而

有效地防止干扰信号进入微机。 （√）

5、动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为行扫描。 （×）

6、分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024。 （√）

7、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统一定是闭环的。 （×） 8、无源滤波器常采用LC谐振电路或RC网络作为滤波器件。 （√） 9、机电产品转动惯量大可使机械负载变大，灵敏度下降，但是不影响机械系统的响应速度。 （×） 10、执行机构运动循环图可以表明各机构间的配合协调关系。 （√）

11、机电产品结构设计是从：定量到定性，具体到抽象，粗略到精细的过程结构设计满足的目标：保证功能、提高性能、降低成本。 （×） 12、双频激光干涉仪是同一激光器发出的光分成幅值不同的两束光产生干涉。得到的是按幅值变化的交流调频信号，信噪比高，可实现高分辨率测量。 （×） 13、滚珠丝杠传动中，当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产生空程，从而影响机构的传动精度。 （√） 14、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。 （√） 15、键码识别就是判断闭合键的代码，通常有2种方法，一种是静态检测法——称为编码键盘；另一种是动态检测法——成为非编码键盘。 （×） 16、选用D/A芯片时位数愈多精度愈高，其转换的时间愈长。 （√） 17、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统不一定是闭环的。 （√） 18、在微机检测系统的输入通道中，采样/保持（S/H）电路可有可无。 （×） 19、双片薄齿轮错齿调整法以消除齿侧间隙，但反向时不会出现死区。 （×） 20、采样时间是指对被测参数检测的时间。 （√）

二、简答题

1、同步带传动主要失效形式有哪些？主要原因是什么？ (a) 承载绳断裂 原因是带型号过小和小带轮直径过小等。

(b) 爬齿和跳齿 原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。

(c) 带齿的磨损 原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。

(d) 其他失效方式 带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。

1

2、滚珠丝杠的支承形式有哪几种，各适用于什么场合？ 单推—单推：适宜中速、精度高，

双推—双推：适宜高速、高刚度、高精度。 双推—简支：适宜中速、精度较高的长丝杠。

双推—自由：适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。

3、机电系统原理方案设计中进行功能分析设计时，为什么要抽象化？

突出基本的、必要的要求，摈弃偶然情况和枝节问题，便于抓住设计问题核心，避免构思方案前形成的条条框框，放开视野，寻求更为理想的设计方案

4、下图为开关式乘型全波相敏检波电路原理图，试说明信号的相位解调原理。

在UC为高电平的半周期，V1导通，V2截止，N同相端接地， uOuSR5/R2R3uS在UC为低电平的半周期，V1截至，V2地， 。 uSR6R5uO1uS R1R4R6R3

导通，N

反相端接

5、滚珠丝杠采用齿差调隙方式时，若两齿齿数分别为Z1=99，Z2=100，螺母同方向转过的齿数n=1，丝杠的导程p=6mm，试问产生的轴向位移（即间隙）δ为多少？该方式的特点是什么？

11产生的轴向位移（即间隙）δ为： ()np0.6mZ1Z2

该结构复杂，加工和装配工艺性差，但是调整的精度高，工作可靠。

6、机电系统中选择控制形式的基本原则有哪些？

根据系统的要求，控制执行机构完成特定的运动规律，并满足工作要求。具体任务包括： 使各执行机构按一定的顺序和规律运动、改变各运动构件的运动方向和速度大小、使各运动构件间有协调的动作，完成给定作业循环的要求、对工作中的不正常情况报警 7.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?

应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

8.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机? 主要有：单极性驱动电路、双极性驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路、细分电路。其中双极性驱动电路适于永磁式步进电动机。 9.步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么?输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关? (1)参考脉冲序列。

转速与参考脉冲频率成正比。 (2)输出轴 转向由转向电平决定。

位置由参考脉冲数决定。 10.什么是PLC的扫描工作制?

PLC的扫描工作制，即检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令。重复进行。

2

三、分析题

VcPC5PC4PC3PC28155PC1PC0PB4PB3PB2PB1PB0543210012341、如图所示键盘输入接口采用行扫描法时如何判断键盘中有无键按下及判断闭合键所在的位置

（1）判断键盘中有无键按下

将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

（2） 判断闭合键所在的位置

在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：

依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为

高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 2、试分析下图所示差动电路的工作过程。

利用传感器的一对差动阻抗R1和构成分压器，在平衡状态，R1＝R2＝R0；当被测量发生变化时，传感器阻抗也随之变化，设变化量为ΔR，则R1＝R0＋ΔR， R2＝-ΔR,于是 U0=R2·U1/ R1＋R2=(R0-ΔR) U1/2 R0；

阻抗的变化被转换成了输出电压的变化。对于非差动式传感器作

R2 Uo Ui R1 补偿环境变化影响的阻抗元件。电路中的一个阻抗可以是用作补偿环境变化影响的阻抗元件。

3、下图中用M法测量转速时，脉冲发生器每旋转一周输出100个脉冲，若检测周期为20ms，在一个检测周期内所测得的脉冲数为50。试计算其转速和测速装置的分辨率。（5分）

60m60501500(r/min) nPT1000.02

60(m1)60m6060

QPT-PTPT1000.0230(r/min)

4、右图为发光二极管VLE与单片机8031的一种接口电路，已知发光二极管的正向压降Vf=1.5V，驱动器7407的压降VCS=0.5V，要求通过发光二极管的电路If=10mA，试确定电路中电阻Rf的值。

3

V-VfVd51.50.5R2cc300() If0.01

5、丝杠工作台的简化模型如图所示，列出其动力学方程，计算其传递函数，并化简成二阶系统的标准形式。

y x K m c 动力学平衡方程为:

对上式拉氏变换,得系统传递函数: X(s)化简成二阶系统的标准形式为:

G(s)Y(s)kms2csk

其中： n

G(s)n222kmc2mks2nsn 6、在齿轮齿条传动机构中，已知齿轮的齿数为Z，模数为m（mm）。若齿轮的转速为n(r/min)，求齿条直线运动的速度v=？

分度圆直径：D=Z·m（㎜）

齿轮角速度：ε=2n/60(弧度/秒) 齿条线速度：

vD2nZm60(mm/s)7、已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。若电位器的总电阻R=2kΩ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压Vi=12V,负载电阻为RL。 (1)已测得输出电压Vo=5.8V,求RL。 (2)试计算此时的测量误差。 V0=

1RRXRLRRx1RVi

4

(1)当V01=5.8时，5.8=

1212RL1212

5.8=

1221RL解之得RL5.80.414.5(K)

(２)空载时ＲＬ＝,V012Vi6V

设测量出5.8Ｖ输出电压时的测量误差为 则65.850.0333.3%

8、三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。 (1)该电动机为几极，空载转差率是多少?

(2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少? (3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少? （1）n1

空载时转差率为：S=

1500145015000.033

60fp,p60fn2 即该电动机为四级

（2）堵转时：S＝１

定子绕组电势频率

f1=50Hz,转子绕组电势频率f2=Sf1=50Hz

(1)空载时：

定子绕阻电势频率f1＝50Hz,转子绕组电势频率： f2=Sf10.03350Hz1.67Hz

四、综合题

1、已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。如图

试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速n1; (2)柔轮固定时刚轮的转速n2。

（1）刚轮固定时：

600n12002nHn1z1z2z1(或Hz1)1z2z1

100 n1=-nHn2z2z2z16001006(r/min)

（2）柔轮固定时

600n22022(或Hz2)2z2z1

101

n26001015.941(r/min)

2、三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。

(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?

5

(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少? (1)60r/min;单双拍制 n60fmzrc60r/min60fmzrc

即 fmzrc3802480Hz （2）100r/min; 单拍制 100r/min 即： f=

1006060fmzrc

K1s(Ts+1)23801400Hz3、某控制系统结构图如图所示，图中GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)=(2)确定Kp和Td的值，以使系统性能同时满足： 在单位抛物线(恒加速度)函数作用下的稳态误差essa≤0.2，幅值穿越(截止)频率ωc=5

s1 =

2S(0.1s+1)2

(3)计算系统在上述取值条件下的相位裕量m。 (1)开环传函

G(s)=Gc(s)Gp(s)= (2)确定Kp和Td

2Kp(1Tds)s(Ts1)22Kp(1Tds)S(0.1s1)2

由essa=

1Ka12Kp0.2Kp2.5 取Kp=2.5

在c51/s时，|Gc(jc)||Gp(jc)|1即 1+25T2d51（5Td）251(0.5)221

25(10.25)Td1.1s

.s) Gc(s)Kp(1TdS)2.5(111 (3)相应的mtg1Tdctg1Tctg11.15tg10.1579.726.653.1

4、若某一光栅的条纹密度为100条/mm，现利用光栅莫尔条纹的放大作用，把莫尔条纹的宽度调成5mm，求光栅条纹间的夹角。

栅距P=1/100=0.01(mm) W=P/θ

θ=P/W=0.01/5=0.002(弧度)

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