试卷代号：1118

中央广播电视大学2007—2008学年度第二学期“开放本科”期末考试

机电一体化系统设计基础 试题

2008年7月

一、判断题(每小题2分，共20分)

判断下列所述是否正确，正确填入“+”号，错误则填“一”号。 1．接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分的可靠连接。( ) 2．机电一体化产品的适应性设计是指改变产品部分结构尺寸而形成系列产品的设计。 ( )

3．在喷漆机器人的开发设计过程中，详细设计完成后即可进行样机的试制。( ) 4．传动轴在单向回转时，回程误差对传动精度没有影响。( )

5．开环控制系统，执行装置的误差直接影响系统精度，但不存在稳定性问题。( ) 6．通常，步进电机的最高连续工作频率远大于它的最高启动频率。( ) 7．工业PC机与个人计算机IBMPC的最大差别是换用了工业电源。( ) 8．STD总线可采用总线复用技术，也支持多处理机系统。( ) 9．传感器的静态特性是特指输入量为常量时，传感器的输出与输入之间的关系。( )

10．数字式传感器的动态特性是输入量变化的临界速度。( ) 二、选择题(每小题2分，共20分)

1．数控机床进给系统的伺服电机属于设备的( )。 A．能源部分 B．执行机构

C．驱动部分 D．控制及信息处理单元

2．在工业机器人的设计中，( )是理论分析阶段要进行的工作之一。 A．传感器的选择及精度分析 B．技术经济性分析

C. 控制系统硬件电路设计 D．控制系统软件配置与调试

3．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法( )。 A. 增大系统刚度 B．增大系统转动惯量

C．增大系统的驱动力矩 D．减小系统的摩擦阻力

4．多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按( )设计的传动链。

A. 最小等效转动惯量原则 B. 输出轴的转角误差最小原则 C. 重量最轻原则(小功率装置) D．重量最轻原则(大功率装置)

5．闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的( )。 A. 传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度 B．回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度 C. 传动误差和回程误差都会影响输出精度 D．传动误差和回程误差都不会影响输出精度

6．频矩特性表示步进电机( )与脉冲频率的关系。 A. 额定动态转矩 B．最大动态转矩 C. 最大静态转矩 D. 最大启动转矩

7．STD总线的A／D转换接口模板中，除A／D转换器及STD总线接口逻辑之外；还应设

置( )。

A. 采样保持器与通道选择器 B．通道选择器与多路开关 C. 多路开关与采样保持器 D．V／I转换器与信号调理电路

8。开放式体系结构中的VLSI是指( )。 A．不同的用户层次 B．用户的特殊要求

C. 超大规模集成电路 D．模块化体系结构 9．频率响应函数是传感器的( )。

A．静态特性指标 B．动态特性指标 C. 输入特性参数 D. 输出特性参数

lo．为保证系统安全可靠工作，下列机电一体化产品中，( )需要进行抗干扰设计。 A．自动洗衣机 B．自动照相机 C. 滚筒型绘图机 D．数控机床 三、简答题(每小题5分，共20分)

1．步进电机是如何实现速度控制的?

2．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。 3．开放式体系结构的主要特点是什麽?

4．简述STD总线微机控制系统的主要特点。 四、分析题(12分)

在使用光电编码器测量位移或转速时，什麽是高速端测量方案，什麽是低速端测量方案? 各有什么特点。

五、计算题(12分)

1．(6分)已知传动机构如图所示，试计算电机轴上的总等效惯量。(列出算式)

六、综合题(16分)

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。

提示：画出控制方案原理图，并作简要说明。

试卷代号：1118

中央广播电视大学2007—2008学年度第二学期“开放本科”期末考试 机电一体化系统设计基础 试题答案及评分标准 (供参考) 2008年7月

一、判断题(每小题2分，共20分)

1．十 2．一 3．一 4．一 5．＋ 6．＋ 7．— 8．＋ 9．— 10．＋ 二、选择题(每小题2分，共20分)

1．C 2．A 3．A 4．D 5．B 6．B 7．C 8．C 9．B 10．D 三、简答题(每题5分，共20分)

1．答：步进电机的运动是由输人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。

2．答：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。

3．答：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，其主要特点是：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。

4．答：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。 四、分析题(12分)

解答：使用光电编码器测量位移或转速有高速端测量和低速端测量两种方案。 (1)高速端测量：将编码器安装在电机轴上的测量方案。高速端测量的特点：同样的测量精度要求，对编码器的测量精度要求较低。传动件包括在闭环之外，传动误差直接影响输出精度，传动误差无法通过控制进行补偿，因此对传动链的精度要求较高。

(2)低速端测量：将编码器安装在负载轴上的测量方案。低速端测量的特点：对编码器的精度要求较高，但传动链包括在闭环内，从而通过闭环来消除传动误差，对传动链的精度要求较低。

五、计算题(12分) 1．(6分)解：

等效惯量可以分为以下几个部分来计算

六、综合题(16分) 解：

控制系统原理图如下：