聊城大学 机电一体化考试重点 整理_机电一体化期末考试

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1、机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。1-

2、一个叫完善的机电一体化系统，应该包括以下几个基本要素：机械本体、动力系统、传感与检测系统、信息处理及控制系统、执行系统，各要素和环节之间通过接口有机地联系在一起。

3、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？

1.机械本体机身框架机械连接等产品支持机构，实现构造功能要求：可靠，小巧，美观

2.动力系统提供能量转化成需要的形式实现动力功能要求：效率高可靠性好 3.传感与检测系统检测产品内部状态和外部环境，实现计划功能要求体积小精度高抗干扰

4.信息处理及控制系统处理运算决策，实现控制功能要求：可靠性柔性智能化 5.执行系统包括机械传动与操作机构接收控制信息完成要求的动作实现功能要求：高性能

※※输出轴转角误差最小原则※※P49 各级按传动比按先小后大的原则 齿轮传动各级传动比的最佳匹配原则： 1)重量最轻原则

2)输出轴转角误差最小原则 3)等效转动惯量最小原则 导轨的基本要求：P34 1.导向精度

2.耐磨性磨损是滑动导轨的主要失效形式 3.疲劳和压溃：滚动导轨失效的主要原因 4.刚度 5.低速运动平稳 6.结构工艺性 7.对温度的敏感性 传感器P71 定义一种以一定精度将被测物理量（如位移/力/加速度等）转换为与之有确定对应关系的，易于精度处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。

传感器的组成：

1.敏感元件：感受到被测量

2.转换元件：将非电量转化为电量，以便于被识别 3.基本转化电路：将电路上的电量转化为便于测量的量

传感器的静态特征参数：P73

伺服驱动技术P93 1)伺服驱动技术的概念 2)伺服驱动技术的组成 3)伺服驱动系统的分类

2-1简述机电一体化组成及部分的作用？ 1.传动系统：传递转矩和转速

2.导向机构：支撑和限制运动部件按给定的运动要求在运动源的带动下完成预定的操作

3.执行机构：根据操作指令的要求在运动源的带动作用下完成预定的操作 4.轴系：轴系的主要作用是传递转矩及精确的圆转运动 它直接承受外力 5.机座或机架：它既承受其他部件的重量和工作载荷，又起到保护各部件相对位置的基准作用

2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。2-

9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。

10、简述各种传感器的特性及选用原则？ A、开关型传感器，只输出“1”和“0”或开和关两个值，用于有临界值设定的场合：B模拟型传感器，输出是与输入物理量变化相对应的连续变化的电量，有线性的和非线性的输出信号，非线性信号需进行线性化处理，线性信号需进行A/D转换后再送计算机处理。C、数字型传感器（有计数型和代码型），计数型传感器可用来检测通过输送带上的产品个数；代码型传感器通常用来检测执行元件的位置或速度。

11、伺服电机的种类、特点及应用：①DC伺服电动机，高响应特性；高功率密度；可实现高精度数字控制；接触换向部件需要维护。（数控机械、机器人、计算机外围设备、办公、机械、音响和音像设备、计测机械等）②晶体管式无刷直流伺服电动机，无接触换向部件；需要磁极位置检测器；具有DC伺服电机的全部优点。（计算机外围设备、音响和音像设备）③AC伺服电机，对应于电流的的激励分量和转矩分量分别控制；具有DC伺服电动机的全部优点（数控机械、机器人等）④步进电动机，A、转角与控制脉冲数成正比，可构成直接数字控制；b、有定位转矩；c、可构成廉价的开环控制系统。（计算机外围设备、办公机械、数控装置）

第三章 机电一体化的计算机控制技术 1． 2． 3． 4． 计算机控制系统的组成 各部分的作用 计算机控制系统的特点 计算机控制系统的分类 工业控制计算机的基本要求 可控制器及其特点：P140 1.可靠性高 2.环境适应性强 3.灵活通用

4.使用方便维护简单

PLC的基本指标 分类与组成P141-143

※PLC的编程 P144-152 梯形图是一种从继电接触器控制电路图演变而来的图形语言 3-1简述计算机控制系统的组成和特点。

答：计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成，其中硬件由计算机主机、接口电路、输入/输出通道及外部设备等组成；软件分为实时软件和开发软件。特点：

1、具有完善的输入/输出通道。

2、具有实时控制功能。

3、可靠性高。

4、具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统。3-2简述计算机控制系统的常用类型及其特点。

答：常用类型：

1、操作指导控制系统（结构简单、控制灵活安全）；

2、直接数字控制系统（具有一个或多个物理量巡回检测通道，能实现多种复杂的控制规律的控制）；

3、监督计算机控制系统（可进行复杂控制规律的控制，工作可靠性高，当出现故障时，其下级系统仍可继续运行）；

4、分级计算机控制系统（功能分散，可用多台计算机分别进行控制和管理）。3-3 试述计算机控制系统的基本要求和一般设计方法？ 答：基本要求：

1.实时性工业控制计算机应具备较完善的中断处理系统及快速的信号通道 2.高可靠性具有高质量和很高的抗干扰能力，并具有较长的平均无故障间隔时间 3硬件配置的可装配可扩充性 4.可维护性；

设计方法：作为计算机的控制系统的设计者，应根据机电一体化系统（或产品）中的信息处理量、应用环境、市场状况及操作者的特点，优选出经济的合理的工业控制的计算机。

3-5 PLC的硬件系统主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 1)CPU 1.将各种输入信号取入存贮器2.编译执行指令3.把结果送到输出端4.响应各种外部设备 2)存储器

1.RAM存储各种暂存数据，中间结果用户正调试的程序2.ROM存放监控程序，系统程序和用户已调试好的程序 3)输入/输出（I/O）单元

输入/输出（I/O）单元是cpu与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件 4)电源 5)编程程器

编程器是人-机对话的工具，用来输入修改和调试用户程序，监控PLC的运动情况，调整内部寄存器的参数等 6)其他接口电路

1.I/O扩张接口，用于扩展PLC的输入和输出点数 2.智能I/O接口，适应和满足复杂控制功能的要求 3.通信接口 4.A/D D/A 接口

3-12简述计算机控制系统的设计思路。

答：设计思路：

1、确定系统的总体控制方案。

2、建立数学模型并确定控制算法。

3、选择微型计算机。

4、控制系统总体设计。

5、软件设计。

6、系统调试。※P151 例3-1逻辑控制※※※ PLD控制器 P162 PLD控制器就是根据系统反馈的偏差 利用比例（P）和微分(I)和积分(D)进行控制调节器

其中比例环节起纠正偏差的作用 其反应迅速；积分调节能消除静偏差，改善系统静态特性；微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程

第四章建模与仿真技术

1.系统模型与系统仿真的概念？P186-187（1）系统模型是对系统的特征与变化规律的一种定量抽象，是人们用以认识事物的一种手段（2）系统仿真就是通过对系统模型的实验分析去研究一个存在或设计中的系统 2.模型的种类？

系统模型一般包括物理模型数字模型描述模型

1）物理模型就是根据相似原理把真实系统按比例放大或缩小制成的模型，起状态变量与系统完全相同

2）数字模型是一种用教学方程来描述系统性能的模型3 3）描述模型是一种抽象的不能或很难数字方法描述的而只能用语言描述的系统模型 3 三种建模的方法及基本内容

1）机理模型法：是采用由一般到特殊的推理方法，主要通过理论分析推导方法建立系统模型

2）统计模型法：是采用由特殊到一般的逻辑归纳法，根据一定数量的在系统运行过程中实测，观察的物理数据运用规律系统辨识等理论合理估计出反应系统各物理量相互制约关系的数学模型

3）混合模型法：部分系统的运行规律不可知则首先由机理模型法选择系统模型的大体机构，然后根据实测数据估计出系统的未知参数是机理模型法与统计模型法的综合第五章电磁兼容技术

何谓电磁干扰？电磁干扰必须具备的条件是什么？

答：电磁干扰是指系统在工作过程中出现的一些与有用信号无关的、并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。电磁干扰必备的条件是

1、存在干扰源

2、有相应的传输介质

3、有敏感的接受元件。电磁干扰的来源：10个影响因素

1.低电压化2.高功率化3.高速数字化功能化4.高频化5.高速电子化6.高密度组装7.频点密度提高频带加宽8移动化趋势9.电子产品数量猛增10.3G产品一体化及普及

电磁干扰有哪三种形式？并举例说明？ 答：（1）电容性耦合。（2）电感性耦合（3）电磁场耦合常见的电磁干扰抑制技术：屏蔽技术；硬件滤波技术；软件的抗干扰；硬件的抗干扰

常见抑制电磁干扰措施有哪些？ 答：常用的措施有：滤波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔离等。什么是电磁兼容性？ 答：电磁兼用性是指设备在共同的低磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，即该设备一方面不会受其他设备的影响，另一方面也不会影响其他设备。主动预防、整体规划和“对抗”与“疏导”相结合的方针

电磁兼容性设计的目的是什么？如何进行？

答：目的是对电磁干扰加以控制(使产品能够在电磁环境中长期稳定运行，既不被周围设备产生的电磁能量所干扰，也不妨碍周围设备的正常运行)。这样进行：（1）了解和掌握有关产品的国际和国家标准。（2）按标准规定对设备总体布局和系统控制信号、状态和数据的传输线、接地、印制电路板等进行综合设计（3）在了解本产品干扰源、被干扰对象、干扰耦合途径的基础上，通过理论分析将这些指标逐渐的分配到各分系统、子系统、电路和元器件上（4）根据实际情况采取相应措施抑制干扰源、隔断干扰途径，提高电路的抗干扰能力（5）利用各种模拟测试器，对产品进行严格测试。

为了抑制电容性、电感性和电磁场三种耦合形式，应采取何种有效措施？ 答：抑制电容性可采取合理布置电路及电场屏蔽等措施；抑制电磁场耦合可采用屏蔽干扰源；抑制电感性耦合可采用切断干扰传播路径。如何实施软件抗干扰？

答：实施软件干扰主要有：1）、数据采样的抗干扰设计。（1）抑制工频干扰（2）数字滤波。2）程序运行失常的软件抗干扰设计。（1）软件陷阱（2）WTD技术。

第六章 机电一体化系统设计

1.简述机电一体化系统设计流程？ 五个阶段：产品规划、概念设计、详细设计、设计实施和设计定型阶段。

2．需求是和功能相联系的，不同的需求要求产品具有不同的功能。不断的出现新 的市场要求，刺激了产品功能的不断改进

3．设计类型 机电一体化系统的设计类型包括开开发发型设计 适应性设计 变型设计P271 4设计准则P271 开发性设计、适应性设计、变型设计有何异同？

①开发性设计：在工作原理、结构等完全未知的情况下，没有参照产品，应用成 熟的科学技术或经过试验证明是可行的新技术，设计出质量和性能方面满足目的要求的新产品，这是一种完全创新的设计。②适应性设计：在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构，或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。③变型设计：在已有产品的基础上，针对原有缺点或新的工作要求，从工作原理、功能结构、执行机构类型和尺寸等方面进行一些变异，设计出新产品以适应市场需求，增强市场竞争力。这种设计也包括在基本型产品的基础上，工作原理保持不变，开发出不同参数、不同尺寸和不同功能和性能的变型系列产品。

如何进行设计任务抽象化？其作用是什么？

答：①将待求系统看做黑箱，分析和比较系统的输入/输出的物料流、能量流、信息流的差别和关系，从而反映出系统的总功能，然后探求系统的机理和结构，逐步使黑箱透亮，直到方案的拟定。②作用：确定产品总功能，捉住本质，突出重点；通过问题抽象化获得功能的功能定义能扩大解的范围，放开视野，寻求更为理想的设计方案

为什么要进行系统的评价和决策？分别简述其步骤。

答：评价的目的是为了决策，决策需要评价；决策是为了从众多的可供选择的方案中选出作为实现特定目标的最佳方案。系统评价的步骤：（1）明确系统评价的目的(2）分析系统、熟悉系统(3）建立评价指标体系（4）确定评价尺度（5）确定评价方法(6）计算评价价值(7）综合评价

系统决策步骤：（1）发现问题（2）确定目标（3）制定方案（4）评价与决策（5）反馈

机电一体化系统设计习题练习

（一）一 选择机电一体化系统的主要功能是对输入的物质、能量与（C）按照要求进行处理。

A 运动 B 控制 C信息D 传动滚珠丝杠传动的工作圈数一般为2—3个，滚珠总数一般不超过（B）个。A 100 B 150 C 200 D 250 3 滚珠丝杠传动副的第一、第二、第三圈分别承受轴向载荷的50%、30%和20%，因此工作圈数一般为：（B）

A 2（或1.5）～3（或2.5）B 2.5（或2）～3.5（或3）C 3（或2.5）～4（或3.5）D 3.5（或3）～4.5（或4）4 下列哪项不是齿轮传动的优点：（D）

A 传动效率高B.传动比准确 C.结构紧凑 D 制造成本低 5 TVP吸收器又被称为瞬变电压控制器，其作用是：（B）A 稳压 B 防止尖峰脉冲的影响C 防止突然断电D 防止电磁辐射滚动导轨低速运动不平稳，易出现爬行现象，下列哪种方法不能缓解这一现象（D）

A 提高制造精度B 加润滑油 C 选择刚度高的材料 D 增大表面摩擦系数 7 下列哪种方式是滚动导轨失效的主要原因：（B）

A 磨损 B 疲劳和压溃 C 塑性变形 D 脱离 8 在稳定工作状态下，传感器输出信号的变化量和引起此变化的输入信号的变化量之比称为：（D）

A 线性度 B 精确度 C 分辨率 D 灵敏度 9PID控制器又被称为（C）控制算法。A比例

B比例微分

C比例积分微分 D比例积分

10系统模型是对系统特征与变化规律的一种定量抽象，下列模型中被称为“具体而微”的模型是：（D）A 状态模型 B 数学模型 C 描述模型 D 物理模型

11在数学模型的建立方法中，属于“由一般到特殊”的推理演绎方法的是：（A）

A 机理模型法 B 统计模型法 C 混合模型法 D 一般归纳法下列情况中，不会导致电磁干扰现象加剧的是：（C）A 低电压化B 高速数字化C 模块化 D 高功率化 13 UPS电源指的是：（B）

A 稳压电源 B 不间断电源 C 交流电源 D 直流电源 14 软件抗干扰方法中的看门狗法，其内部由一个或几个（A）组成。A 定时器 B 控制器 C 置位装置 D 开关电路 二 判断机械传动机构系统传动部件的静摩擦力应尽可能的小，动摩擦力应是尽可能小的正斜率。√滚珠丝杠副由于不能自锁，具有传动的可逆性。√传感器按照其工作原理进行分类可分为位移传感器、速度传感器、力传感器等。X 4 目前工业控制设备中可靠性最高的是PLC设备。√根据系统的不同，建立能够正确描述系统中各物理量变化的数学方程的过程叫做仿真。X 6 半物理、全物理仿真具有较高的可信度和较好的实时性，但是构造复杂、造价高、准备时间长，因此一般用在计算机仿真之后。√√早期的抗干扰方法是单纯的对抗式的措施，电磁兼容性设计要采取主动预防、整体规划和“对抗”与“疏导”相结合的方针。√机电一体化设计类型一般可分为开发性设计、适应性设计和变形性设计。√ 三 名词解释

机电一体化，PID 控制器，知识，传感器，智能，智能控制系统 四 简答

1机电一体化系统的设计思想有机电互补、融合和组合等，根据这一思想，分析机电一体化系统的三种设计类型。

2试从硬件、软件及电源三个方面简述常见的电磁干扰防治方法

3建模与仿真是机电一体化系统的关键技术之一，试简述建模的概念及常见的建模方法及其基本内容。4分析机电一体化系统设计的流程。列出关键步骤，作简单解释。分析机电一体化的5大组成部分。