机电一体化题解讲义

机电一体化题解一、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。机电一体化题解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机电一体化题解一、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。机电一体化题解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（P4~7）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.增加而降低机电一体化题解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.滑动导轨机电一体化题解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．内循环反向器式机电一体化题解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．双螺母齿差式机电一体化题解10、光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角θ=0.001弧度，莫尔条纹的宽度为（P83）一、单选题A．100mmB．20mmC．10mmD．0.1mmC．10mmw——莫尔条纹的宽度θ——光栅条纹间夹角p——栅距机电一体化题解11、电荷放大器的输出电压与反馈电容（P98）一、单选题A．成正比B．成反比C．成曲线关系D．无关B．成反比机电一体化题解12、设某光栅的条纹密度是250条/mm，要用它测出1μm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．四倍频机电一体化题解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．矢量和机电一体化题解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（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1B．大于1C．大于等于1D．小于1A．等于1机电一体化题解一、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．细分技术机电一体化题解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ΔnA和ΔnB的关系为一、单选题A．ΔnA<ΔnBB．ΔnA=ΔnBC．ΔnA>ΔnBD．不确定C．ΔnA>ΔnB机电一体化题解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A．1450B．2940C．735D．1470B．2940机电一体化题解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．堵转转矩机电一体化题解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机电一体化题解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A．3°B．7.5°C．6°D．1.5°A．3°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；机电一体化题解一、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A．1B．2C．3D．4B．2机电一体化题解A．1B．0.5C．0.707D．0.86624、某三相步进电动机，转子40个齿，若其单拍最大转矩为1N·m，则其三相六拍运行时启动力矩的N·m数为（P171）D．0.866一、单选题机电一体化题解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．细分电路机电一体化题解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）一、单选题A．单拍制B．双拍制C．单双拍制D．细分电路C．单双拍制机电一体化题解27、梯形图中二网络并联，采用的助记符指令为一、单选题A．ORB．ANDC．ORLDD．ANDLDC．ORLD28、梯形图中的计数器，采用的助记符指令为A．ORLDB．ANDLDC．TIMD．CNTD．CNT29、梯形图程序开始的触点，采用的助记符指令为A．TIMB．ANDLDC．ORLDD．LDD．LD机电一体化题解一、单选题机电一体化题解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、简答题机电一体化题解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、简答题机电一体化题解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机电一体化题解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、简答题机电一体化题解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、简答题机电一体化题解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。机电一体化题解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机电一体化题解8、常用滚动摩擦支承轴承有哪几种主要结构类型？（P45）①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２个）二、简答题②新型滚动轴承：变预紧力轴承，密集滚珠轴承（举例２个）机电一体化题解9、滚珠丝杆螺母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机电一体化题解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机电一体化题解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机电一体化题解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。机电一体化题解13、直流伺服电动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）功率放大器机电一体化题解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。机电一体化题解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，频率尽可能低机电一体化题解16、对步进电动机驱动电路有哪些要求?（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。机电一体化题解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。机电一体化题解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。机电一体化题解1、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＝360r/min，如图所示。求：①刚轮固定时的柔轮转速n1②柔轮从动时的传动比i。三、计算题（P42）机电一体化题解三、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，则传动比为机电一体化题解三、计算题所以机电一体化题解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：①柔轮固定时的刚轮转速n2。②刚轮从动时的传动比i。三、计算题（P42）机电一体化题解三、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，刚轮输入，波发生器输出，则传动比为机电一体化题解三、计算题所以机电一体化题解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：①波发生器固定时的刚轮转速n2。②刚轮从动时的传动比i。三、计算题（P42）机电一体化题解三、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，则传动比为机电一体化题解三、计算题所以机电一体化题解三、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。机电一体化题解光栅的工作原理三、计算题机电一体化题解三、计算题栅距又所以机电一体化题解三、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）机电一体化题解三、计算题时间测量值机电一体化题解三、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机电一体化题解三、计算题机电一体化题解三、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；ωn——系统自然频率；机电一体化题解三、计算题因为系统频率机电一体化题解三、计算题8．五相变磁阻式步进电动机，转子72个齿。试计算：①单拍制步距角；②双拍制步距角；③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1；单双拍交替时系数取2。zr——转子的齿数；机电一体化题解三、计算题①单拍制步距角②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°。③单双拍制步距角机电一体化题解三、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θs1；（2）采用两相—三相运行时的步距角θS2；（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；机电一体化题解三、计算题①单五拍运行时的步距角θS1②采用两相—三相运行时的步距角θS2③采用二相—三相运行时的转速n机电一体化题解三、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）①该电机的极数为多少？额定转速为多少？②额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率各为多少？③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；机电一体化题解三、计算题①电动机的极数和额定转速所以该电动机的磁极极数为4极额定转速机电一体化题解三、计算题②额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率③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。机电一体化题解三、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0.174Ω，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；机电一体化题解三、计算题因为所以，理想转速为机电一体化题解四、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；总传动比：机电一体化题解四、简单应用题所以解得：取机电一体化题解四、简单应用题又因为所以，该减速器各齿轮齿数可分别选为机电一体化题解四、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2kΩ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器工作电压Vi=12V。RL为负载电阻，求：①当RL=∞时，输出电压V0为多少？②当RL=10KΩ时，输出电压V0为多少？（P122）解：总电阻为机电一体化题解四、简单应用题总电流为所以，输出电压为机电一体化题解四、简单应用题（1）当RL=∞时（2）当RL=10kΩ时机电一体化题解四、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=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Ｖmax＝1.5m/min。试问：电机的步距角、脉冲当量、最大工作频率各为多少？机电一体化题解四、简单应用题解：（1）步距角（2）脉冲当量（3）最大工作频率机电一体化题解四、简单应用题4、某直流电动机电枢电阻100Ω，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）①若用该电动机做发电机，仍保持4000r/min，空载输出电压为多少？②该电机空载损耗为多少？③作发电机时，若转速为2000r/min，外接400Ω负载电阻，则电枢电流为多少？（P133）解：（1）做发电机时，空载输出电压反电动势所以，空载输出电压为100伏。机电一体化题解四、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机电一体化题解四、简单应用题此时的反电动势为电枢电流为机电一体化题解四、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；机电一体化题解①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、简单应用题机电一体化题解四、简单应用题②稳定运行的转速范围因为最大转矩时转差率S=0.1③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/min~980r/min机电一体化题解四、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）幅频特性曲线机电一体化题解四、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，占空比为机电一体化题解四、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。机电一体化题解五、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机电一体化题解五、综合应用题助记符名称操作数位功能和用途LD载入IR、SR、HR、AR、LR、TC每条逻辑线或逻辑块开始；与母线连接的常开触点，或触点组开始的常开触点。LDNOT载入非IR、SR、HR、AR、LR、TC每条逻辑线或逻辑块开始。与母线连接的常闭触点，或触点组开始的常闭触点。OUT输出IR、SR、HR、AR、LR驱动线圈的输出指令OUTNOT输出非IR、SR、HR、AR、LR将输出条件取非后，驱动线圈输出AND与IR、SR、HR、AR、LR、TC和前面的元件实现逻辑与，用于单个常开触点串联ANDNOT与非IR、SR、HR、AR、LR、TC和前面的元件实现逻辑与，用于单个常闭触点串联机电一体化题解助记符名称操作数位功能和用途OR或IR、SR、HR、AR、LR、TC和前面的元件实现逻辑或，用于单个常开触点串联ORNOT或非IR、SR、HR、AR、LR、TC和前面的元件实现逻辑或，用于单个常闭触点串联ANDLD回路块与并联回路块的串联指令ORLD回路块或串联回路块的并联指令SET置位IR、SR、HR、AR、LR、TC线圈接通保持指令RSET复位IR、SR、HR、AR、LR、TC清除动作保持；计数器、定时器当前值及寄存器清零五、综合应用题机电一体化题解助记符名称操作数位功能和用途DIFU(13)上升沿脉冲指令IR、HR、AR、LR在输入信号由OFF变ON时产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲DIFD(14)下降沿脉冲指令IR、HR、AR、LR在输入信号由ON变OFF时产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲IL(02)/ILC(03)连锁/连锁清除如果IL的条件为OFF，在IL和ILC之间的那部分程序就不执行TR暂存将其前面的逻辑运算结果暂时保存五、综合应用题机电一体化题解助记符名称操作数位功能和用途JMP(04)/JME(04)跳转/跳转结束跳转编号如果JMP的条件为OFF时，跳过JMP和JME之间的那部分程序，该部分程序保持原有状态不变KEEP(11)锁存IR、HR、AR、LR当置位输入ON时，锁存状态将保持，直到复位信号把它变为OFF。当两个同时都ON时，复位优先TIM/CNT定时器/计数器SV(IR、HR、AR、LR、DM、立即数)定时器/计数器分别实现延时和计数功能END(01)结束指令表示系统程序结束五、综合应用题机电一体化题解五、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。机电一体化题解五、综合应用题解：（1）I/O地址分配输入输入继电器输出输出继电器超声开关大门上升光电开关大门下降门行程上限控制开关门行程下限控制开关000000010002000305000501机电一体化题解五、综合应用题（2）梯形图（3）指令表地址指令数据00000001000200030004000500060007000800090010LD0000OR0500ANDNOT0002OUT0500LD0001FUN141000LD1000OR0501ANDNOT0003OUT0501机电一体化题解预祝同学们考出优异成绩机电一体化题解