《机电一体化系统设计》试卷（A卷）（注意：本卷共有五道大题，满分100分）一、 简述题(每题3分,共30分)1． 要防止从接地系统传来的干扰，主要方法是切断接地环路，通常采用哪些具体措施？ 2． 用作导轨的滚动轴承和标准轴承有何不同？3． 谐波齿轮减速器在机电一体化系统中应用广泛，请解释其工作原理4． 机电一体化系统对执行元件的基本要求有哪些？5．传动比确定后，各级传动比有哪些分配原则？6．LED静态显示和动态显示各有何特点？7．接口电路中经常采用的光电耦合电路主要有哪些作用？8．滑动导轨副间隙调整方法有哪些？9．什么是传感器的精度和重复定位精度？10．对照下图解释直流伺服电机的PWM调速过程。共 5 页 第 1 页 因此，两端齿轮应向同方向转过4个齿2． 答：脉冲当量＝5mm/10000＝0.0005mm 工作台部分的位移量＝（50000/10000）×5＝25mm 丝杠转速＝25/5 r10 s=30rpm 3． 答：设电机的角速度为ω，步矩角为α，任意时刻的脉冲频率为f，则ω＝fα，f =fntnt=2500/0 . 5 t=5000 t，因为电机从tm到tm¿刚好走过一个步矩角，因此，下式成立：α=∫tmtm+1fαd t 代 入 数 值 ， 得1=∫tmtm+15000 td t=5000∗12∗(tm +12−tm2 )根据t0＝0，有t1=√2/5000=0. 02 s，tm=√mt1, m=1. .. n因此，t2=√2 t1=1 . 414∗0 .02=0 .028共 5 页 第 10 页 t3=√3 t1=1 .732∗0 . 02=0 . 0354．答 ：等效转动惯量 =3 . 5×10−6+0 . 0025+0 . 0022/9+2. 78×10−5¿0 .0047 kg . m2等效转矩=0 . 212+0 .1+0 . 067+0 . 033=0 . 412n . m等效扭转刚度 1Keq=1K1+1K2/32+1K3/(32×22)1Keq=10 .0005+10 .0005 /32+10 . 0003/(32×22)共 5 页 第 11 页 Keq≈7 . 14×10−6ΔΦ=Teq/ Keq== 0 . 412/7 . 14×10−6 共 5 页 第 12 页 二．选择题（每题2分,共10分）〔1〕用8段共阳极LED显示数字“3”时，段选码为B0H，则用8段共阴极LED显示该数字时，段选码为（）。34F H① ； ②4FH； ③F4 H； ④03 H。（2）步进电动机是通过（）决定转角速度位移？ ① 脉冲的宽度 ② 脉冲的数量 ③ 脉冲的相位 ④ 脉冲的频率〔3〕微处理器的字长定义为：（）。①数据总线的宽度； ②地址总线的宽度；③控制总线的宽度； ④以上三种总线的宽度之和。〔4〕减小滚珠丝杠副的基本导程，主要目的是（ ） ① 提高传动精度； ②提高承载能力； ③ 提高传动效率； ④ 加大螺旋升角。〔5〕被控对象的谐振频率n与与其等效负载惯量JL，等效刚度KT有直接共 5 页 第 2 页 关系，只要将n提高系统的通频带之外，就可大大降低结构谐振的影响，可采取的措施是（）。①增大JL，降低KT； ②降低JL，增大KT；③增大JL，增大KT； ④降低JL，降低KT；三、填空题(每空1分,共15分)1．机电一体化系统的设计类型包括： 、 、 三种。2．传感器输出的模拟信号在进行A/D转换之前，要进行采样保持，采样频率遵守 定理，即 。3．滚珠丝杆的制动可通过 、 和购买带制动器的电机实现。5．增量式旋转光电编码器通常包括 、 、 、 四部分。6．导轨的爬行现象产生的主要原因是 。7、为了改善传感器的性能，可采用 、 、 和屏蔽隔离措施。四、计算题（每题7分，共28分 ）1．现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程l0=5mm，一端齿共 5 页 第 3 页 轮齿数100，另一端齿轮齿数99。若滚珠螺母副之间有0.002mm的间隙，使用中该如何调整以消除间隙？2．某机电一体化系统中使用的交流伺服电机上装有同轴的增量式角编码器编码器刻线为2500，控制器内部对其进行四倍频，即电机一转产生10000个脉冲。电机与螺距为5mm的丝杠直联，该系统的脉冲当量为多少若编码器在10秒内输出50000个脉冲，则工作台部分的位移量和丝杠的转速分别是多少？3．在如下图所示的步进电机速度—时间曲线中（加减速过程是线性且对称的），A、B、C…各相当于一个步距角对应的面积，假设电机在零时刻从静止状态起动，稳定运行频率为2500HZ，加减速时间为0.5s。试推导加速段各个脉冲间隔的通式，并给出时刻t1,t2,t3的具体数值。共 5 页 第 4 页 4。有一工作台X轴驱动系统，MA=400kg，丝杠导程l0=5mm，沿运动方向的负载力F水平= 800 N，工作台与导轨间的滑动摩擦系数为0.2。齿轮轴部件I（包含齿轮和电机转子）的转动惯量为 JI=0.0025kg m2，摩擦力矩为TI=0.1Nm，扭转刚度为K1＝0.0005Nm/rad；齿轮轴部件II（包含齿轮）的转 动惯 量为JI I= 0 . 0 2 k g m2， 摩擦 力 矩为 TI I= 0 . 2 N m， 扭转 刚 度为 K2＝0.0005Nm/rad。丝杠轴部件（包含齿轮）的转动惯量为J丝=0.001kg m2，摩擦力矩为T丝=0.2Nm，扭转刚度为K3＝0.0003Nm/rad。轴I与轴II减传动比为3，轴II与丝杠减传动比为2。试求转换到电动机轴上的等效转动惯量、等效转矩、等效扭转刚度和由于外力所引起的等效转角误差。共 5 页 第 5 页 共 5 页 第 6 页 《机电一体化系统设计》试卷（A卷）答案（注意：本卷共有五道大题，满分100分）二、 简述题 (每题3分, 共30分)5．答：单点接地；并联接地；光电隔离 6． 答：用作导轨的滚动轴承是内环固定，外环旋转，标准轴承相反；且轴承内外环比标准轴承厚；精度更高，需专门制造。7． 答：谐波齿轮减速器是依靠柔性齿轮产生的可控变形引起齿间的相对错齿来传递动力和运动的。8． 答：惯量小、动力大；体积小、重量轻；便于维修、安装；宜于微机控制。5．答：重量最轻原则；输出轴转角误差最小原则；等效转动惯量最小原则。6．答：静态显示:当显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。用于显示位数较少的场合；较小的电流能得到较高的亮度。动态显示：一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描)。显示器的亮度既与导通电流有关，也和点亮时间与间隔时间的比例有关，但可以显示较多位数。共 5 页 第 7 页 7．答：可将I/O端两部分电路的地线分开可以进行电平转换提高驱动能力。8．答：压板法，平镶条法，斜镶条法。9．答：精度：表示测量结果与被测的“真值”的接近程度。一般用“极限误差”或极限误差与满量程的比值按百分数给出。重复精度：反映传感器在工作条件不变的情况下，重复地输入某一相同的输入值，其输出值的一致性。10．答：脉冲宽度调节器输出周期固定、占空比可调的脉冲，加在大功率晶体管的基极。在VT1和VT3的基极上加正脉冲的同时，在VT2和VT4的基极上加负脉冲，使VT1和VT3导通，VT2和VT4截止，电流沿+90V→c→VT1 →d→M →b→VT3→a→0V的路径流通。设此时电动机的转向为正向,则在晶体管VT1和VT3的基极上加负脉冲，电动机反向旋转。显然，改变加到VT1和VT3、VT2和VT4基极上控制脉冲的正负和导通宽度，就可以改变电动机的转向和转速。二．选择题（每题2分,共10分）共 5 页 第 8 页 1. （②）2. （②）3. （①）4. （①）5. （②）三、填空题(每空1分,共15分)1. 开发性 、 适应性 、 变异性设计。2. 香农 ， 采样频率大于等于信号最高频率的 2 倍 。3. 在轴上安装超越离合器 、自制简易制动装置。4. 发光二极管 、光敏三极管、编码圆盘 、指示标度盘。5. 传动系统刚性不足和摩擦系数随运动速度而变化 。6. 平均技术 、 差动技术 、 稳定性处理。四、计算题（每题7分，共28分 ）1． 答：两端齿轮各向相同方向转过一个齿可调节的间隙量为 δ=599−5100≈0 . 0005 n=0. 02/0 . 0005=4共 5 页 第 9 页