机电一体化系统设计试题 C 卷班级 学号 姓名 成绩 一、问答简述题（共 10 小题，每题 3 分，共 30 分）1．解释“机电一体化”概念，并根据概念列出三种典型的机电一体化产品。2．机械传动部件的主要功能有哪些？3．爬行现象产生的原因是什么？解决的措施有哪些？4．请列出减小或消除机械传动系统结构谐振的三个主要措施？5．防止从接地系统传来的干扰，通常采用哪三种主要措施来切断接地环路？机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 1 页 7．根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。 电气控制系统图主要包括：电气原理图、电器安装图、电气接线图。8．表示外插管埋入式法兰直筒组合双螺母垫片预紧、公称直径为 40mm、基本导程为 8mm 、 承 载 滚 珠 圈 数 为 3.5 圈 、 C 级 精 度 检 查 1~3 项 、 右 旋 、 丝 杠 全 长1400mm、螺纹全长 1000mm。9． (1)螺母固定，丝杠转动且移动；(2)丝杠转动，螺母移动；(3)螺母转动，丝杠移动；(4)丝杠固定，螺母转动且移动。10．改变电源频率 f，改变转差率 s， 改变磁极对数 p。二、填空题（每空 1 分，共 25 分）1．判断键盘上有无键按下，去键的机械抖动影响，求按下键的键号，键闭合一次仅进行一次功能操作。2．脉冲分配器，功率放大器。3．接触器，触点系统，电磁机构，灭弧装置。4．莫尔条纹，0.004 ， 0.4 。5． 没有外力作用和没有通电时的原始。6．使负载加速度最大的方法。 机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 10 页 7． 机电互补法，结合（融合）法， 组合法。8． 固定反向器式 ， 浮动反向器式。9．三角形 ( 分对称、不对称两类 ) ，矩形，燕尾形，圆形，圆形。三、分析设计题（共 15 分）(1) 2000-3FFFH，PSEN,RD。(2)阴,07H 或 47H ，段选。(3)若 A 相通电，脉冲为“ 1” 时， 3DK4 、 3DK5 导通，绕组电流上升，脉冲为“ 0” 时 ， 3DK4 、 3DK5 关闭，绕组电流经过二极管 D 行程续流 _。(4) 通电相绕组 控制代码B 02HBC 06HC 04HCD 0CHD 08HDA 09H四、计算题（30 分）1．（15 分）（1）f ≥1T=10.05=20 KHz （2） U =ce∅ n+IdR 200=ce∅ × 3000+20 ×0.1 ce∅ =0.066 n0=Uce∅=2000.066=3030rpm 机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 11 页 Imax=UR=2000.1=2000 A （3） ∆ nN=n0−nN ∆ nN= 3030− 3000=30 rpm （4） D=nNs∆ nN（ 1−s ） D=3000 ×0.130 （1−0.1）=11.1 2．(10 分) (1) α=360mz α=36010 ×40=0.9° (2) δ=α l0360 i δ=0.9× 6360 ×2=0.0075 mm (3) v=60 f δ f =36060 ×0.0075=800 Hz (4) Teq=[F水平+μ ×(mg+F垂直)]×l2 π×12 Teq=[1500+0.1×(4000+3000)]×l2 π×12 Teq=1.05 Nm 3．(5 分)电机输出一个脉冲用时：t 1=2500×l8× 106s 电机一圈 2000 个脉冲用时：t 2=2000 t 1 电机每分钟转速：n=60t 2=96rpm 机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 12 页 6．微机控制系统中硬件和软件的关系如何权衡，何时采用硬件，何时采用软件？7．什么是电气控制系统图？电气控制系统图主要包括哪些内容？ 8．解释南京工艺装备制造厂标记的滚珠丝杠“CMFZD40×8-3.5-C3／1400×1000”中字母数字的含义。9．丝杠螺母机构的传动形式有哪些类型？10．交流异步伺服电机的调速有哪些方法?二、填空题（每空 1 分，共 25 分）1．行列式键盘的编程扫描过程包括四个步骤： ； ； 和 。机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 2 页 2．步进电动机的驱动电源（驱动器）由 和 两部分组成。3． 是用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动控制电器，它由 、 和 部分组成。4．光栅是利用光的衍射产生的 现象进行位移测量的，它对光栅条纹具有放大作用，若直线光栅每毫米刻线数为 250,主光栅与指示光栅的夹角 q =0.01 弧度，则分辨力为 ，莫尔条纹的宽度约为 。5．电气原理图上所有按钮、触点均按 状态画出。6．在伺服电动机驱动负载的传动系统中，常采用 确定最佳总传动比。 7．机电一体化的设计思想包括 、 和 三种。8．内循环滚珠丝杠副可分为 和 两种。9．滑动导轨中常见的导轨截面形状有四种，分别为 、 、 、 、其中 截面形状的导轨磨损后不能补偿。三、分析设计题（15 分）题图是 80C51 单片机对直流电动机控制的简图，据图回答：机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 3 页 (1) 2764 和 6264 的片选端都接到 74LS138 的 Y1 输出端，因此，二者有相同的地址范围，该范围为_________，单片机在读取 2764 的内容时使用读信号________；在读取 6264 的内容时使用读信号_________。（3 分）。(2)图中的 LED 显示器是共________极的，若要显示“7”，则单片机应往 8255 的 B端口发送的数据内容为________，该端口数据称为________码。（3 分）(3)解释步进电动机功率放大电路的工作原理，并分析其中的二极管 D 的作用？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（3 分）机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 4 页 (4)系统通过软件进行步进电动机控制脉冲环形分配，PA3、PA2、PA1 和 PA0 高电平时对应相绕组通电，完成四相步进电动机四相八拍控制的软环分表，将通电相绕组及控制代码填写在表内。（6 分）通电相绕组 控制代码A 01HAB 03H四、计算题（30 分）1．（15 分）图示为直流电动机 PWM 控制原理框图，直流电动机可实现正反向控制。给定控制电压 Ui 通过跟恒频率三角波进行比较，得到脉冲宽度可调的控制信号，经脉冲分配器电路形成控制信号 Ug1=Ug4，Ug2=Ug3，Ug1 和 Ug2 反相。当电动机绕组平均电压 Udb>0 时电动机正转；Udb=0 时，电动机静止 ；Udb<0 时，电动机反转。电动机的额定数据：UN=200V，nN=3000r/min，IN=20A，电枢电阻 Ra=0.1Ω。机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 5 页 计算：（1）功率晶体管 VT1~VT4 的开关频率至少为多少才能达到开关周期 T=0.05ms？（2 分）（2）在额定电压下该直流电动机的理想空载转速和堵转电流各为多少？（5 分）（3）仅考虑电枢电阻的影响，计算该直流电动机在额定负载下的静态速降△ nN。（4分）（4）要求静差率 s=10%，系统能达到的调速范围 D 为多少？（4 分）2．(10 分)如图所示为五相步进电动机驱动的开环系统，齿轮 Z1 的齿数为 18；齿轮 Z2机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 6 页 的齿数为 36；工作台的质量 M=400kg，行程 L=400mm，丝杠导程 l=6mm，步进电动机的转子齿数为 40。计算：(1) 步进电动机工作在五相十拍控制方式时的步距角 α 为多少？（2 分）(2) 步进电动机工作在五相十拍控制方式时的脉冲当量 δ 为多少？（2 分）(3) 工作台最大工进速度为 360mm/min 时，控制脉冲的频率 f 为多少？ （3 分）机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 7 页 (4)工作台进行切削加工时所承受切削力的水平分量为 1500N，垂直分量为 3000N，假设工作台与导轨间的滑动摩擦系数为 0.1，重力加速度 g=10m/s2，计算折算到电动机轴上的等效负载转矩 Teq。（3 分）3．(5 分)图示为 T 法测转速的测量原理图，电动机上装有增量编码器，增量编码器每转有 2000 条刻线，PA 为增量编码器输出的脉冲，PB 为高频计数时钟脉冲，时钟频率为 8MHz，假设在 PA 的一个编码器脉冲间隔的时间内，PB 共输出 2500 个高频计数时钟脉冲，试计算电动机的转速（单位：转／每分钟）。机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 8 页 机电一体化系统设计试题 C 卷-答案一、问答简述题（共 10 小题，每题 3 分，共 30 分）1．机电一体化乃是在机械的主功能、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。典型产品：数控机床，工业机器人，打印机。2．传递转矩和转速，改变运动形式，传递信息。3．其主要原因是摩擦系数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。为防止爬行现象的出现，可采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑料层导轨等或在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的导轨油；提高传动系统的刚度（用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动链、减少传动副等方法）。4．提高谐振频率，提高机械阻尼，采用校正网络。5．单点接地：由于接地点远而形成的环路，可采用单点接地方法。并联接地：由于多个设备采用公用地线串联接地而形成的环路，可用并联接地方法。光电隔离：对于用长线传输的数字信号，可用光电耦合器。6．控制系统中硬件和软件的合理组成，通常要根据经济性和可靠性的标准权衡决定。（1）在用分立元件组成硬件的情况下，就可以考虑采用软件； （2）能采用通用的 LSI 芯片来组成所需的电路的情况下，则最好采用硬件。机电一体化系统设计试题 C 卷 共 12 页 第 9 页