1、机电一体化 系统设计,河南科技大学,一、单选题,1、“机电一体化”含义是,A. 以机为主加点电 B. 机械部与电子部合并 C. 以电淘汰机 D. 机械与电子的集成技术,D. 机械与电子的集成技术,机电一体化是机械与电子的集成技术。定义为在设计产品和制造系统时所思考的精密机械工程、电子控制及系统的最佳协同组合。它是在机构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进电子技术，并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系统总称。,2、主要用于系统中各级间的信息传递的模块称为,一、单选题,A通信模块 B测量模块 C软件模块 D接口模块,D接口模块,机电一体化系统模块包括：机械受控模块、测量模块、驱动模
2、块、通信模块、 微机模块、软件模块和接口模块。,机械受控模块的主要功能是承载、传递力和运动。如改变速度、远距离动作、力的放大和反馈、速度和力的参数调节、同步传动和传送物料等,测量模块的主要功能是采集有关系统状态和行为的信息,一、单选题,驱动模块的主要功能是提供驱动力改变系统(包含速度和方向)的运行状态。,通信模块的主要功能是传递信息实现系统内部、外部，近程和远程通信。,微计算机模块的主要功能是负责处理由测量模块和接口模块提供的信息。,软件模块的主要功能是负责微计算机模块的工作。,接口模块的主要功能是用于各级间的信息传递。,3、受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度的一种反馈控制系统为（P47
3、）,一、单选题,A数控机床 B伺服系统 C自动导引车 D顺序控制系统,B伺服系统,4、齿轮传动的传动效率随着传动级数 （P29）,增加而增加 B. 增加而降低 C. 减少而降低 D. 变化而不变,B. 增加而降低,5、齿轮传动的总等效惯量随传动级数（P29）,一、单选题,增加而减少 B. 增加而增加 C. 减少而减少 D. 变化而不变,A. 增加而减少,6、易产生低速爬行现象的导轨是（P50）,滚动导轨 B. 静压导轨 C. 滑动导轨 D. 气浮导轨,C. 滑动导轨,7、滚珠丝杠副的基本导程减少，可以,一、单选题,A加大螺旋升角 B提高承载能力 C提高传动效率 D提高精度,D提高精度,8、滚珠
4、丝杠螺母副结构有两类：外循环插管式和（P33）,A内循环插管式 B外循环反向器式 C内、外双循环 D内循环反向器式,D内循环反向器式,9、在常用的滚珠丝杠螺母副的间隙消除方法中，调整精度最高的一种是 （P35）,一、单选题,A双螺母齿差式 B双螺母螺纹式 C双螺母垫片式 D单螺母变位导程式,A双螺母齿差式,10、光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角 =0.001弧度，莫尔条纹的宽度为 （P83）,一、单选题,A100mm B20mm C10mm D0.1mm,C10mm,w 莫尔条纹的宽度, 光栅条纹间夹角,p 栅距,11、电荷放大器的输出电压与反馈电容 （P98）,一、单选题,A成正
5、比 B成反比 C成曲线关系 D无关,B成反比,12、设某光栅的条纹密度是250条/mm，要用它测出1m的位移，应采用的细分电路倍频为,一、单选题,A四倍频 B八倍频 C十倍频 D十六倍频,A四倍频,13、直流测速发电机输出的是与转速,一、单选题,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,C成正比的直流电压,14、感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦组和余弦组所产生的感应电动势的,A代数和 B代数差 C矢量和 D矢量差,C矢量和,15、用光电编码器进行角度测量时，为辨别转向，采用两个光电转换器，并使它们的相对位置保证两者所产生的电信号在相位上相差
6、（P81）,一、单选题,A 45 B 90 C 120 D 180,B 90,16、电压跟随器的输出电压与输入电压的比值（P97）,A等于1 B大于1 C大于等于1 D小于1,A等于1,一、单选题,17、若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用,A莫尔条纹的作用 B细分技术 C计算机数字处理 D数显表,B细分技术,18、两台交流感应电机A和B。A为2极，B为4极，两台电动机工作在转差率相同的条件下，则其转差nA和nB的关系为,一、单选题,A nAnB D不确定,C nAnB,19、某2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（r/min）为,一、单选题,A145
7、0 B2940C735 D1470,B2940,20、交流感应电动机，对应S=1的转矩称为（P147）,一、单选题,A堵转转矩 B最大转矩C额定转矩 D负载转矩,A堵转转矩,21、右图称为（P133） A直流伺服电动机调节特性 B直流伺服电动机机械特性 C直流伺服电动机动态特性 D直流伺服电动机调速范围,A直流伺服电动机调节特性,一、单选题,直流伺服电动机调节特性,直流伺服电动机机械特性,22、某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3，三相双三拍运行时步距角为（P168）,一、单选题,A3 B7.5 C6 D1.5,A3,m 控制绕组的相数,c 通电方式系数。纯单拍或者纯双拍时系数取1；单双拍交
8、替时系数取2。,zr 转子的齿数；,一、单选题,23、某交流感应电动机，实际转速1350r/min，电源频率50Hz，则其磁极对数为,A1 B2 C3 D4,B2,A1 B0.5 C0.707 D0.866,24、某三相步进电动机，转子40个齿，若其单拍最大转矩为1Nm，则其三相六拍运行时启动力矩的Nm数为 （P171）,D0.866,一、单选题,25、某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步矩角为0.5，应采用的控制方式为（P168）,一、单选题,A单拍制 B双拍制 C单双拍制 D细分电路,D细分电路,26、某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步矩角为1.5，应采用的通电方式为 （P168
9、）,一、单选题,A单拍制 B双拍制 C单双拍制 D细分电路,C单双拍制,27、梯形图中二网络并联，采用的助记符指令为,一、单选题,AOR BAND COR LD DAND LD,COR LD,28、梯形图中的计数器，采用的助记符指令为,AOR LD BAND LD CTIM DCNT,DCNT,29、梯形图程序开始的触点，采用的助记符指令为,A TIM BAND LD C OR LD DLD,DLD,一、单选题,1、机和电融合的设计思想是什么？（P17）,替代机械系统,简化机械系统,增强机械系统,综合机械系统,二、简答题,2、试简述”机电一体化”的涵义。 （P3）,答：机电一体化是机械与电子的
10、集成技术。定义为在设计产品和制造系统时所思考的精密机械工程、电子控制及系统的最佳协同组合。它是在机构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进电子技术，并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系统总称。,二、简答题,3、典型的机电一体化系统包含哪些功能结构模块? （P12）,机械受控模块,测量模块,驱动模块,通信模块,二、简答题,微机模块,软件模块,接口模块,4、机电一体化系统结构中驱动模块在系统中的作用是什么? （P12）,提供驱动力，改变系统（包括速度和方向）的运动状态，产生所希望的运动输出。,二、简答题,5、机电一体化系统结构中机械受控模块在系统中的作用是什么? （P12）,答：改变
11、速度、远距离动作、力的放大与反馈、速度和力的参数调节、同步传动和传送物料等。,二、简答题,6、简述测量模块的组成和作用。 （P12）,答：由传感器、调理电路、变换电路等组成；,二、简答题,功能是采集有关系统状态和行为的信息。,7、滚珠丝杆螺母副有哪些消除间隙和预紧的措施？（P35）,双螺母齿差式,二、简答题,双螺母垫片式,双螺母螺纹式,单螺母变位导程自预紧式,8、常用滚动摩擦支承轴承有哪几种主要结构类型？ （P45）,标准滚动轴承：圆锥孔双列圆柱滚子轴承，角接触球轴承，双向推力角接触球轴承，圆锥滚子轴承（举例个）,二、简答题,新型滚动轴承：变预紧力轴承，密集滚珠轴承（举例个）,9、滚珠丝杆螺母
12、副常用的支承结构形式有哪几种？ （P36）,二、简答题,两端固定,一端固定一端游动,两端均为单向推力,一端固定一端自由,10、测量位移的传感器常用的有哪些?(最少指出5种) （P75）,感应同步器,二、简答题,旋转变压器,光电编码器,差动变压器,涡流传感器,电位器,光栅,磁栅,11、简述传感器有哪几方面的性能指标? （P72）,工作特性,二、简答题,静态特性,动态特性,12、简述电压跟随器的特点及作用。 （P97）,特点,二、简答题,作用,它可以进行阻抗变换，降低对传感器的负载效应，提高传感器的变换效率。,输出与输入电压相等，但输出阻抗却只有输入阻抗的几十万及几百万分之一。,13、直流伺服电动
13、机的驱动电路包含有哪些类型? （P135）,线性直流功率放大器,二、简答题,脉宽调制（PWM）功率放大器,14、简述电荷放大器的特点和主要用途。（P98）,特点是：利用运算放大器求和点为虚地电位，使得输入端的分布电容上没有积累电荷，从而不起作用。,二、简答题,作用是：将压电传感器的电荷量或电容传感器的微小电容转换为电压输出。,15、在选择PWM功率放大器的开关频率时，应考虑哪几方面？ （P138）,二、简答题,（1）开关频率应尽可能高。,（2）开关频率必须比系统通频带大10倍以上,（3）开关频率必须远大于各环节的共振频率。,（4）满足前三项的条件下，频率尽可能低,16、对步进电动机驱动电路有哪
14、些要求? （P172）,（1）能提供快速上升和快速下降的电流, 电流波形接近矩形；,二、简答题,（2）具有截止期间释放电流的电路；,（3）功耗尽量低, 效率要高 。,17、何为步进电动机的起动频率，哪些因素影响起动频率？（P172）,（1）步进电动机不失步起动的最高脉冲频率。,二、简答题,（2）步进电动机的步距角越小，裕量角越大，最大静转矩越大，转动惯量越小，相绕组时间常数越小，则起动频率越高。,18、何为步进电动机连续运行频率？它与起动频率比有何特点？ （P172）,（1）步进电动机启动后，不失步运行的最高脉冲频率。,二、简答题,（2）一般情况下，连续运行频率比启动频率要高得多 。,1、一直
15、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 360r/min，如图所示。求：刚轮固定时的柔轮转速n1柔轮从动时的传动比i。,三、计算题,（P42）,三、计算题,解（1）当刚轮固定时，波发生器输入，柔轮输出，则传动比为,当刚轮固定时，柔轮输入，波发生器输出，则传动比为,三、计算题,所以,2、一直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，如图所示。求：柔轮固定时的刚轮转速n2。刚轮从动时的传动比i。,三、计算题,（P42）,三、计算题,解（1）当柔轮固定时，波发生器输入，刚轮输出，则传动比为,当柔轮固定时，刚轮
16、输入，波发生器输出，则传动比为,三、计算题,所以,3、一直双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200，刚轮齿数Z2=202，柔轮的转速nH 100r/min，如图所示。求： 波发生器固定时的刚轮转速n2。刚轮从动时的传动比i。,三、计算题,（P42）,三、计算题,解（1）当波发生器固定时，柔轮输入，刚轮输出，则传动比为,当波发生器固定时，刚轮输入，柔轮输出，则传动比为,三、计算题,所以,三、计算题,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10mm，求光栅条纹间的夹角。（P83）,解：在玻璃尺（或金属尺）上进行密集刻划，得到黑白相间的条纹。栅线的宽度为
17、a，缝隙宽度为b，一般取a=b，a+b=P 称作光栅的栅距或节距。,光栅的工作原理,三、计算题,三、计算题,栅距,又,所以,三、计算题,5、采用2000条刻线的增量编码器测电动机转速的方法如图所示。已知时钟脉冲为8MHz，在10个编码器脉冲间隔的时间里计数器共计200000个时间脉冲，试求电动机转速n。 （P85）,解：,N2 给定编码器脉冲测量数,N 编码器每转脉冲数,T 时间测量值（由通过的时钟脉冲数求出）,三、计算题,时间测量值,三、计算题,6、用每转3000条刻线的增量方法，采用图示的测量方法，在0.1s的采样周期内测得的编码器脉冲数为1000，求转速n。 （P85）,解：,N1 在t
18、 时间内测得的编码器脉冲数,N 编码器每转脉冲数,t 给定测速时间，即采样时间，s,三、计算题,三、计算题,7、对于下图所示的加速度计，具有下列参数： m=0.016kg，k=300N/m，Xmax=0.24cm， 求：（1）可以测量的最大加速度； （2）系统频率。（P86）,解：,m 质量；,k 弹簧刚度；,x 质量块相对壳体的位移；,a 输入加速度；,n 系统自然频率；,三、计算题,因为,系统频率,三、计算题,8五相变磁阻式步进电动机，转子72个齿。试计算：单拍制步距角；双拍制步距角；单双拍制步距角。 （P168）,解：步距角,m 控制绕组的相数,c 通电方式系数。纯单拍或者纯双拍时系数取
19、1；单双拍交替时系数取2。,zr 转子的齿数；,三、计算题,单拍制步距角,双拍制步距角,双拍制和单拍制的步距角相同，即步距角仍为1。,单双拍制步距角,三、计算题,9某五相步进电动机转子有48个齿，试计算： （1）采用单五拍运行时的步距角s1； （2）采用两相三相运行时的步距角S2； （3）当控制脉冲频率f=1600Hz时，求采用二相三相运行时的转速n 。 （P168、171）,解：步距角,m 控制绕组的相数,c 通电方式系数。纯单拍或者纯双拍时系数取1；单双拍交替时系数取2。,zr 转子的齿数；,三、计算题,单五拍运行时的步距角S1,采用两相三相运行时的步距角S2,采用二相三相运行时的转速n,
20、三、计算题,10、某三相感应电动机空载转速1485r/min，电源频率50Hz，额定转差率0.04。 （P145） 该电机的极数为多少？额定转速为多少？ 额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率各为多少？ 电机空载时转子绕组电势频率较额定状态时变化如何？,解：交流电机的理想转速,f 电源频率；,n 电机的理想转速。,p 磁极对数；,三、计算题,电动机的极数和额定转速,所以,该电动机的磁极极数为4极,额定转速,三、计算题,额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率,电机空载时，转子绕组电势频率较额定状态时的比较,定子电势频率,定子电势频率等于电源频率,转子电势频率,由上可知，电机转子绕组电势频率与转差
21、率有关，而在空载时的转差率小于额定状态时的转差率，所以空载时的电势频率必然小。,三、计算题,11一台他励直流电动机，额定电压为220V，额定电流为116A，额定转速为1500r/min，电枢绕组电阻为0.174，试计算理想空载转速为多少？（P133）,解：直流电机的转速,ua 电枢电压；,Tem 转矩。,Ra 电枢电阻；,Kt 转矩常数；,Ke 电势常数；,三、计算题,因为,所以，理想转速为,四、简单应用题,1、已知：某机床X向进给系统减速器的总速比要求为25/6，取两级减速，试设计确定各齿轮的齿数。（P29、65）,解：简化的最佳速比分配关系为,i1 第1级传动比；,i2 第2级传动比；,总
22、传动比：,四、简单应用题,所以,解得：,取,四、简单应用题,又因为,所以，该减速器各齿轮齿数可分别选为,四、简单应用题,2、电位器的测量位移原理如图所示，图示为一线性电位器。若电位器的总电阻R为2k，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1k，电位器工作电压Vi=12V。RL为负载电阻，求： 当RL=时，输出电压V0为多少？ 当RL=10K时，输出电压V0为多少？ （P122）,解：总电阻为,四、简单应用题,总电流为,所以，输出电压为,四、简单应用题,（1）当RL=时,（2）当RL=10k时,四、简单应用题,3、有一采用三相三拍驱动方式的步进电机，其转子有160个齿，经一对齿轮减速（Z1=30,Z2=
23、50）带动导程为8mm的滚珠丝杠驱动工作台移动。工作台的最大移动速度max1.5m/min。试问：电机的步距角、脉冲当量、最大工作频率各为多少？,四、简单应用题,解：（1）步距角,（2）脉冲当量,（3）最大工作频率,四、简单应用题,4、某直流电动机电枢电阻100，做电动机使用时，电枢加110V电压，空载电枢电流0.1A，空载转速4000r/min。（励磁保持额定状态） 若用该电动机做发电机，仍保持4000r/min，空载输出电压为多少？ 该电机空载损耗为多少？ 作发电机时，若转速为2000r/min，外接400负载电阻，则电枢电流为多少？ （P133）,解：（1）做发电机时，空载输出电压,反电
24、动势,所以，空载输出电压为100伏。,四、简单应用题,（2）该电机空载损耗为,（3）电枢电流为,由于反电动势系数为,四、简单应用题,此时的反电动势为,电枢电流为,四、简单应用题,5、三相交流感应电动机，电源频率50Hz,空载转速为980r/min。 （1）该电动机为几极，空载转差率是多少？ （2）若最大转矩（Tmax）时对应的转差率为0.1，则该电动机稳定运行的转速范围是多少？ （3）最大转矩时，转子绕组电势频率为多少？,解：交流电机的理想转速,f 电源频率；,n 电机的理想转速。,p 磁极对数；,电动机的极数和转差率,所以,该电动机的磁极对数为3，即6极,转差率,四、简单应用题,四、简单应用
25、题,稳定运行的转速范围,因为最大转矩时转差率S=0.1,最大转矩时转子绕组的电势频率,即：稳定运行的转速范围： 900r/min980r/min,四、简单应用题,6、典型二阶低通有源滤波电路如图所示，试将其改变成二阶高通有源滤波器。 （P102） （1）画出二阶高通有源滤波电路。 （2）画出其特性示意图。,解：（1）高通滤波电路,（2）幅频特性曲线,四、简单应用题,7、直流电动机的额定数据：U=200V；ne=3000r/min。由题图所示电压波形的PWM放大器供电。 （P138）,（1）试求电动机的转速n； （2）画出n=0的电压波形并标明坐标值。,解：（1）电动机转速,平均电压为,由图可知
26、，占空比为,四、简单应用题,由于平均电压为100V，为额定电压200V的一半,所以，此时电动机的转速为1500r/min,（2）转速等于零时的电压波形,转速为0时，电源电压等于0V，即正负相抵销。,五、综合应用题,本部分命题主要考核可编程序控制器，检查学生对可编程序控制器的原理、指令系统、编程掌握情况。,欧姆龙PLC,五、综合应用题,五、综合应用题,五、综合应用题,五、综合应用题,五、综合应用题,1、某自动仓库大门的开闭控制系统有如下环节：由超声波开关S1检测是否有人或汽车到来，在大门两侧安装有一对红外开关S2检测人或汽车是否进去或退出，大门的开闭（升降）有电机带动来实现，上下分别设置位置开关来检测大门是否完全打开或关闭。 要求： （1）分配I/O地址； （2）画出控制系统的梯形图； （3）将梯形图转换成指令表。,五、综合应用题,解：（1）I/O地址分配,0000,0001,0002,0003,0500,0501,五、综合应用题,（2）梯形图,（3）指令表,LD,0000,OR,0500,AND NOT,0002,OUT,0500,LD,0001,FUN14,1000,LD,1000,OR,0501,AND NOT,0003,OUT,0501,预祝同学们 考出优异成绩,
