西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别： 网教 专业：机械电子工程 课程名称【编号】：机电一体化与系统设计【0938】 A 卷大作业 满分：100 分 一、问答题（本大题共 6 小题，每小题 8 分，共 48 分）1. 处理“机”与“电”关系采用哪些设计思想？答：（1）替代机械系统；（2）简化机械系统（3）增强机械系统（4）综合机械系统2.试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。答：滚珠丝杆螺母副是一种高精度的传动装置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋，具有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、升温低等优点。由于滚珠丝杆螺母副具有运动摩擦小 ，便于消除传动间隙等突出优点，他给机电一体化系统的性能改善带来了巨大的益处。缺点：不能自锁 ，用于升降传动是需另加缩紧装置。3.步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么？输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关？答：(1)参考脉冲序列。转速与参考脉冲频率成正比。(2)输出轴 转向由转向电平决定。位置由参考脉冲数决定。4．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。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。5．半闭环控制系统的定义及特点是什么？答：半闭环控制系统:半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统 。1）系统输出量对控制作用有直接影响。2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。4）低精度元件可组成高精度系统。6．什么叫作步距角？它与哪些因素有关？若系统的步进电动机选定以后，还想进一步减小步距角，可采用何种方法？答：步进电动机没出入一个脉冲，转子转动一步，每步转过的角度称为步距角。用公式表示为式中 z为转子齿数，m 为绕组相数，c 为通电方式系数：单拍制层 c=1，双拍制层 c=2.由公式可知， 与 z，m、c 成反比。即 z、m、c 越大， θ 越小，电机运行越平稳。当电机选定以后， z、m 即固定不变。要想减小 θ，可选用双拍制运行，或进一步采用减速传动或细分驱动。 二、计算题（本大题共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分）1.某五相步进电动机转子有 48 个齿，是计算： （1）采用单五拍运行时的步距角； （2）采用二相----三相运行时的步距角； （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。- 1 - 2. 已 知 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=600 r/min。如图所示 试求： (1) 刚轮固定时柔轮的转速n1；(2) 柔轮固定时刚轮的转速n2。答：（1）刚轮固定时： n1=- （2）柔轮固定时三、分析题（本大题共 1 小题，每小题 22 分，共 22 分）1．试分析如图所示光电隔离电路的基本工作原理以及光电隔离电路的作用是什么？答：答：光电隔离电路的工作原理：为了防止强电干扰以及其他干扰信号通过 I/O 控制电路进入计算机，影响其工作，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。控制输出时，从上图可知，微机输出的控制信号经 74LS04 非门反相后，加到光电耦合器 G 的发光二极管正端。当控制信号为高电平时，经 74LS04 非门反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电压。当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可将光电耦合器用于信息的输入，当然，光电耦合器还有其他连接方式，以实现不同要求的电平或极性转换。光电隔离电路的作用：（1）可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电。这样信息通过光电转换，单向传递，又由于光电耦合器输入与输出端之间绝缘电阻非常大(一般为 1011Ω-1013Ω)，寄生电容很小(一般为 0.5pF-2pF)，因此，干扰信号很难从输出端反馈到输入端，从而起到隔离作用。（2）可以进行电平转换。如上图 a 所示电路，通过光电耦合器可以很方便地把微机的输出信号变为12V。（3）提高驱动能力。隔离驱动用光电耦合器件，如达林顿晶体管输出和晶闸管输出型光电耦合器件，不但具有隔离功能，而且还具有较强的驱动负载能力。微机输出信号通过这种光电耦合器件后，就能直接驱动负载。- 2 -