1.市场预测的方法主要有定期预测和定量预测；2.机电一体化系统常用的能源有电源、液压源、气压；小，各级传动比分配应遵守传动比相等原则；4.典型的可编程控制器由编码器微处理器、贮存器电；6.开发性设计、适应性设计、变参数设计7.机电一；8.当负载折算到电机轴上的惯量等于转；9.典型开关量I/O模板的I/O电气接口的主要功；步进电机的最；11.的误差可分为传动误
1.市场预测的方法主要有定期预测和定量预测。
2.机电一体化系统常用的能源有电源、液压源、气压源。
小，各级传动比分配应遵守传动比相等原则。
4.典型的可编程控制器由编码器微处理器、贮存器电源和输入/5.传感器的静态特性参数主要有灵敏度、线性度迟滞和重复精度。
6.开发性设计、适应性设计、变参数设计7.机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、稳定性和快速响应性等方面的要求。
8.当负载折算到电机轴上的惯量等于转
9.典型开关量I/O模板的I/O电气接口的主要功能有滤波、电平变换、光电隔离、功率驱动。
步进电机的最
11.的误差可分为传动误差和回程误差两种。
13.对于执行装置，选择较大的传动比可使系统的相对阻尼系数增大，有利于系14.在工业过程控制系统中，计算机的指令进行D/A转换后，须经过信号调理环节才能驱动执行机构。
15.机电一体化产品按用途可以划分为民用机电一体化、办公机电一体化、产要体现在质量目标管理、实行可行性设传动比的分配应遵守前小后大原则。 18.转子惯量时，系统能达到惯性负载和驱
19.在机电一体化系统的驱动装置中，位于前向通道闭环之内的环节，其误差的低频分量对输出精度基本无影响，而误 20.行装置的固有频率和系统的阻尼能力。 21.精度的同时减小定位时间，则必须提高系统的固有频率。
22.动电路有线性直流伺服放大器和脉冲调磁极对数和转差率有关。
电液比例阀和电液伺服阀。
能指标是定位精度和定位时间。
有数据－100总线，而Multi（或STD、STECPU29.开关量输入/输出模板的典型接口由总线接口逻辑、I/O功能逻辑和I/O电气A/D转换模板由多路开关、采样保持器、转换器和 选择A/D模板的主要依据是采样精度、采样速度和成本。 32.与A/D转换模板不同，在多路D/A转换模板中，需要多个D/A转换器，各通道D/A的有效数据由通道选择器产生的信号来决定。
33.通常，传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路所组成。
34.数字式传感器的动态特性是输入量变化的临界速度。
35.传感器输入特性的主要参数是广义输入阻抗或静态刚度。
36.HRGP－1A喷漆机器人的主要特点是操作机采用挠性手腕结构，具有3个自由度；驱动器采用分离活塞式油缸，减轻了示教力；位置测量采用旋转变压器作传感器，具有较高的伺服精度。 37.HRGP－1A喷漆机器人微机控制系统采用双CPU工作，其中主CPU为8088，并配有协处理器，从CPU为8086用于电液伺服回路控制。
38.通常，数控设备由输入输出设备、计39.按照运动轨迹不同，数控设备可分为点位控制装置、直线控制装置和轮廓控二、简答题
机电一体化系统中，传感测试部分的作用是什么？是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，变为可识别的信号，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。 简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）拟定产品开发目标和技术规范；收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方案设计；总体方案的评审和评价；详细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机实验，测试；技术评价与审定；小批量生产；试销；正常生产；销售。 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？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。
影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些？有系统的负载变化；传动系统的惯性；传动系统的固有频率；传动系统中的摩擦与润滑。 转动惯量对传动系统有哪些影响？在传动系统中，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。
为减小机械系统的传动误差，可采用哪些结构措施？适当提高零部件本身的精度；合理设计传动链，减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回程误差。
如何提高伺服系统的响应速度？伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。（1）提高系统的固有频率，减小阻尼。增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。（2）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。 步进电机是如何实现速度控制的？步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。 试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。
交流伺服电机有哪些类型？交流伺服驱动的主要特点是什麽？交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。特点有：（1）调速范围大；（2）适合大、中功率伺服系统；（3）运行平稳，转速不受负载变化的影响；（4）输出转矩较大，而转矩脉动小。
试述可编程序控制器的功能和组成。可编程序控制器可取代继电器控制，完成顺序和程序控制；可组成闭环系统，实现精确的位置和速度控制；可构成高速数据采集与分析系统，实现生产过程的完全自动化。典型的可编程序控制器由电源、微处理器、存贮器、输入输出接口和编程器所组成。
开放式体系结构的主要特点是什麽？开放式体系结构是近年来在电子工业和计算机工业中流行的一种设计思想，它使得当代计算机测控系统的设计方法与传统方法有了很大区别。开放式体系结构的主要特点是：向未来的VLSI开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要求开放；采用模块化结构。
采用STD总线的工业控制机有哪几种工作模式？由于STD总线的高度模块化和采用组合方法的特点，STD工业控制机可以灵活地组成各种系统。其工作模式有三种：（1）独立工作模式
即采用微机的基本系统与工业用I/O模板单独构成控制系统。（2）作为前端控制机
STD工业控制机可作为其它微机（工业PC机）的前端控制机，完成实时在线控制，并把采集的数据和执行结果传送给上位机。（3）构成分布式组合
利用STD控制机的组合方法，可方便地进行各种分布式系统的组合。
简述STD总线微机控制系统的主要特点。（1）采用小板结构，高度的模块化，其功能模板结构灵活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。（2）模板设计具有严格的标准和广泛的兼容性。（3）面向I/O的设计，具有强大的I/O扩展能力，使控制系统非常适合工业控制的应用。（4）高可靠性
STD总线系统的I/O子系统有哪些主要功能？（1）开关量的输入输出
用于I/O信号的测量与控制。（2）模拟量的输入输出
用于外部模拟量的采样及输出模拟量的控制。（3）脉冲量的输入输出
用于输入脉冲信号的接收、输出脉冲信号的控制；定时信号的产生及处理；伺服电机使用的运动控制接口。
A/D、D/A接口的功能是什麽？在工业系统中，需要测量和控制的参数经常是连续变化的模拟信号，这些物理量经传感器变成连续变化的电压、电流等信号，A/D接口的功能是将这些模拟量再变换成数字量，以便计算机识别。D/A接口的功能则是将经计算机处理后的数字量转换成模拟电压或信号，输送到执行机构，达到控制过程的目的。
简述光电编码器式传感器的工作原理和主要特点。光电编码器式传感器主要由旋转孔盘和光电器件组成。它的输出是与孔盘转角或转角增量成正比例关系的脉冲信号，通过对脉冲信号计数，即可测定孔盘转过的角度。光电编码器式传感器又分为绝对式和增量式，前者转角范围小于360o,用于低速端角位置测量；后者无转角范围限制，可用于高速端角位置测量或转速测量。光电编码器式传感器的主要特点是测量精度高；输出量为脉冲信号，抗干扰能力强；可以同时用于位置和速度的测量，使用方便；但高精度的光电编码器价格比较贵，成本高。
选择传感器应主要考虑哪几方面的因素？选择传感器的主要依据是传感器的性能指标：（1）基本参数
量程、灵敏度、静态精度和动态特性。（2）环境参数
环境温度、湿度、冲击、振动；抗干扰能力。（3）可靠性
工作寿命、平均无故障时间。（4）使用条件
电源、外形尺寸、安装方式。（5）经济性
价格和价格性能比。此外，选择传感器时还必须考虑其输入输出特性。
简述HRGP－1A喷漆机器人的示教与再现过程。HRGP－1A喷漆机器人的工作分示教和再现两个过程。示教过程由工作人员用手操纵操作机构的关节和手腕，根据喷漆工件表面的形状进行示教操作，此时中央处理器通过反馈元件（旋转变压器）将示教过程中测试的参数存入存储器，即把示教过程执行机构的空间轨迹记录下来。再现过程由计算机控制机器人的动作，中央处理器将示教时记录的空间轨迹信息从存储器中取出，经过插补运算与采样得到的位置数据进行比较，将其插值调节后输出，控制执行机构按照示教时的轨迹运动。
简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，一般由专用计算机（或通用计算机）、输入输出接口以及机床控制器等部分构成。计算机数控装置根据输入的数据和程序，完成数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能；机床控制器主要用于机床的辅助功能，主轴转速的选择和换刀功能的控制。 简述CK3225型机床数控系统的组成。CK3225型机床有主驱动、伺服驱动两大控制环节。主驱动主要是机床主轴的速度控制，伺服驱动除对进给速度进行控制外，还需要对刀架的行程（位置）进行控制。机床的数控系统由操作系统、机床控制机、主驱动单元、伺服驱动单元和其它功能控制单元。工作时从操作系统输入数据，由机床控制机（经过内装的PC处理）对两大驱动系统进行控制。 测试传感部分的作用是什么？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。 对控制及信息处理单元的基本要求是什么？提高信息处理器速度和可靠性，增强抗干扰能力，完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型化，轻量，标准化等。
机电一体化产品对机械传动系统有哪些要求?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。
三、分析题
1.画出工业PC机基本组成框图，并说明工业机与普通信息处理计算机的主要区别。 （1）将普通信息处理机的大母板改为功能插板，具有丰富的过程输入输出功能，已完成对各种设备和工艺装置的控制。（2）良好的时实性，能够对生产过程工况变化实时监视和控制。（3）抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。（4）丰富的应用软件。
2.一数控系统如图所示，试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。
（1）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：
（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
1．如图所示的系统，试分析传感器的误差对输出精度的影响。
电机驱动直线伺服系统 传感器位于闭环之内的反馈通道上，其误差的高频分量（噪声信号）因系统的低通作用得到校正，不影响输出精度；传感器误差的低频分量，如静态精度（分辨率等）直接影响输精度，它决定了精度的上限。
2．如图所示的伺服系统，试分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。
开环步进电机位置控制系统 对于开环步进电机位置控制系统，由于无检测装置，不对位置进行检测和反馈，齿轮减速器的传动误差（误差的高频分量）和回程误差（误差的低频分量）将直接影响工作台的输出精度。
1.对比说明步进电机和直流伺服电机驱动的特点。
（1）在工作原理方面，步进电机通过改变输入脉冲的数量、频率和顺序来控制电机；而直流电机主要是靠改变电枢两端的电压来调速，调速特性好，调速范围宽。（2）步进电机可以实现开环位置控制；而直流电机一般用于闭环位置控制。（3）步进电机具有自锁能力；而直流电机没有断电自锁能力。（4）步进电机的输出扭矩较小，而直流电机的输出扭矩可以很大。此外，步进电机的转速和转角不受电源电压波动的影响，但对电源的要求比较高。
2.试分析图示传动系统中，信号变换电路及丝杠螺母机构的传动误差对工作台输出精度的影响。
信号变换电路位于输入通道，误差的低频分量会影响输出精度，因此对静态精度有较高要求；而误差的高频分量对输出精度几乎没有影响，允许存在一定程度的高频噪声。
丝杠螺母机构位于闭环之后，其误差的低频分量和高频分量都会影响输出精度，因此要尽量消除传动间隙和传动误差。 1．画图说明工业控制机与普通信息处理计算机的主要区别是什么？
工业控制机与普通信息处理机的
差别在于取消了普通信息处理机的大母板，将其改为功能插板，与普通信息处理机相比较,工业控制机有以下特点： （1）具有丰富的过程输入输出功能。 （2）良好的时实性，能对生产过程工况变化实时地进行监控。 （3）可靠性高，故障率低，维修时间短，运行效率高。
（4）采用抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。
（5）丰富的应用软件。（6）
具有良好的技术综合性。 1．试分析比较直流测速发电机和光电编码器做转速测量的特点。
直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成，用电枢获取速度信号。它具有灵敏度高、结构简单等特点，常用于高精度低速伺服系统，也可与永磁式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电压信号，信号幅度大，信号调理电路简单。由于输出电压信号有波纹，一般需要配置滤波电路。
光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和光电器件组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特点，常与直流电机配合使用构成脉宽调速系统。增量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲信号，可以通过脉冲计数获得角位置信号，也可以定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。因此，可以同时测量转角和转速。
2．画图说明8路输入、8路输出STD总线开关量接口模板的组成原理。
如图所示，STD总线的开关量输
入输出模板的典型接口由STD总线接口逻辑、I/O功能逻辑（输入缓冲器和输出锁存器）、I/O电气接口等三部分组成。输入模板的基本组成为：外部开关信号→输入信号条理电路→输入缓冲器→输入端口译码控制→STD总线；输出模板的基本组成为：STD总线信号→输出端口译码控制→输出锁存器→输出信号条理电路→负载。
2．画图说明HRGP－1A喷漆机器人电液伺服系统的组成和工作特点。
HRGP－1A喷漆机器人电液伺服系统的组成如图所示。
喷漆机器人具有6个自由度，每个自由度都由一套上图所示的电液伺服系统驱动。
电液伺服系统为多输入、多输出的变量系统，各系统之间具有负载效应，以适应机器人运动参数和动力参数的变化；各电液伺服系统的快速响应特性一致，使各个机构的运动相互协调，并具有较高的速度刚度，使操作机具有运动速度高、工作稳定性好、位置精度高等特点，以满足喷漆工艺的要求。 3．试分析比较闭环控制系统与半闭环控制系统的主要区别。
闭环控制系统的位置测量元件直接对工作台的实际位移量进行检测。如图所示，A为速度测量元件，C为位置测量元件，由A将速度反馈信号送到速度控制电路，由C将工作台实际位移量反馈至位置比较电路，系统通过与指令值比较后的差值进行控制。闭环控制系统可以消除包括工作台传动链在内的误差，定位精度高，调节速度快。但由于工作台惯量大,对系统稳定性不利，且系统较复杂、成本高。
半闭环控制系统通过测速发电机A和光电编码器B间接测量伺服电机的转角，推算出工作台的实际位移量。系统通过此值与指令值进行比较，以差值实现控制。半闭环控制系统没有把工作台传动链包括在控制回路内，这类系统的控制方式介于开环与闭环之间，精度没有闭环高，但成本较低，调试方便，因此得到了广泛的应用。
4．试分析比较液压马达和直流电机实现转动输出驱动的不同特点。
使用液压马达一般不需要中间传动机构，马达轴与负载轴直接连接，传动机构简单，结构紧凑；而直流电机驱动为得到合适的运动速度和负载能力，一般要使用较大传动比的减速器，传动机构的尺寸较大。在相同的负载条件下，液压马达比直流电机驱动的负载刚度大、快速性好；液压马达对环境条件要求不高，可在需要防水、防爆的条件下工作，需要使用电液伺服阀和专门的液压动力源，对环境有污染；而直流电机驱动要求有较好的工作环境，也不会污染环境。 四、综合题
1.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，试确定单自由度驱动系统的测量方案。
传感器安装在工作台上，直接测量工作台的位移。可选用光栅式位移、感应同步器或者电位计式位移传感器。
2.已知一个绳位移控制系统的两种驱动方案分别如图（a）和(b)所示，试分析两种方案的特点；并画图说明方案（a）减速器滚筒驱动测量位移的方法。
1.驱动特点
结构简单、易实现。绳的唯一可以很大，但绳在滚筒方向会产生横向位移。需要采用制动器或者止逆型减速器才能防止绳对电机的反向驱动。
结构较简单，成本与方案（a）相当。绳的位移要到丝杠长度的限制。普通丝杠具有止逆功能，无需增加制动器即可防止绳对电机的反向驱动。无横向位移。
2.方案（a）的测量方法
(1)电机轴安装编码器间接测量绳的位移
(2)滚筒轴安装编码器间接测量绳的位移
(3)通过对过轮转角的测量实现间接测量绳的位移
已知某物料搬动机械手的结构与动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式 。机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度，采用电磁阀控制的气缸驱动，PLC控制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。
物料搬动机械手结构原理图
解：系统设计的详细工程路线：1)确定目标及技术规范：机械手的用途：物料搬运。工作方式：手动、自动方式。主要技术参数：3个自由度。使用环境要求：生产线。2)可行性分析：收集资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析。3)总体方案设计：机械手总体结构方案设计，制定研制计划；开发经费概算；开发风险分析。4）总体方案的评审、评价。5）理论分析阶段：机构运动学模型、作业空间分析；机构的力学计算；驱动元件的选择、动力计算；传感器选择、精度分析；建立控制模型、仿真分析。6）详细设计：包括系统总体设计，业务的划分；控制系统设计；程序设计；后备系统设计；设计说明书、使用说明书。7）详细设计方案评价。8）试制样机：机械本体、动力驱动系统、供电系统、控制系统、传感器、检测系统。9）机械手样机的实验测试：调试控制系统、控制性能测试、功能测试、精度、工作空间测试、动态指标测试、作业实验。10）技术评价与审定：对样机及其性能进行综合评价，提供改进意见，对不满意的部分进行修改，直至样机合格后方可进入下一步骤。11）小批量生产。12）试销。13）正常生产。14）销售。
已知五自由度机器人，采用直流电机控制，关节转角的测量采用增量式编码器，具有手动示教和再现功能，试确定其控制计算机及控制方案。
控制系统原理图如下 ：
手动示教盒是一个单片机系统，它由单片机、RAM、串行通信口、键盘、LED显示器等组成。它承担命令输入、状态显示、数据存储、通过与关节控制单片机通信给关节单片机发送控制命令等任务。
每个关节控制单片机分别负责单个关节直流电机的位置伺服控制，由单片机、PWM驱动接口、编码器接口和串行通信口等组成。
PC具有与手动示教盒同样的功能。不同的是，状态显示及命令输入由显示器和PC键盘来实现，利用PC机还能实现数据自动再现，使机械手按指定轨迹运动。
三亿文库包含各类专业文献、高等教育、中学教育、幼儿教育、小学教育、机电试卷缩印_图文10等内容。　
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《机电一体化系统设计基础》形成性考核册1、2、3、4参考答案(中央电大形成性考核册)
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《机电一体化系统设计基础》形成性考核册1、2、3、4参考答案(中央电大形成性考核册)
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