《机电一体化技术》试卷(一)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1. 测量
2.灵敏度
3. 压电效应
4. 动态误差
5. 传感器
二、填空题（每小题2分，共20分)
1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：_内旋换和外循环
2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___ _______，__________，
__________ ，__________。
3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，
顺序控制器通常用____ _______________________________。
4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，
则莫尔条纹的宽度是_______________________。
5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制
每一个轴的 ______________________ ，使它们同步协调到达目标点。
6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。
7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。
8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。
9. 复合控制器必定具有__________________________________。
10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。
三、选择题（每小题2分，共10分）
1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( )
A. 产大
B. 减小
C. 不变
D. 不定
2. 加速度传感器的基本力学模型是( )
A. 阻尼—质量系统
B. 弹簧—质量系统
C. 弹簧—阻尼系统
D. 弹簧系统
3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( )
A. 有关
B. 无关
C. 在一定级数内有关
D. 在一定级数内无关
4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用( )
A. 单片机
B. 2051
C. PLC
D. DSP
5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。
A 换向结构
B 转换电路
C 存储电路D检测环节
四、判断题（每小题2分，共10分)
1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（ ）
2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进
电机等。（）
3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（ ）
4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（）
5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、
电流、频率、波形和相数的变换。（ ）
五、问答题（每小题10分，共30分)
1. 步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?
2. 什么是步进电机的使用特性?
3. 机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?
六、分析计算题(每小题10分，共20分)
1. 三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，输入脉冲频率为多少?步距角
为多少?
2. 采用PLC设计二个电磁阀A、B工作的系统
1) 按钮x1为A电磁阀打开，按钮x2为A电磁阀关闭(输出y1);
2) 按钮x3为B电磁阀打开，按钮x4为B电磁阀关闭(输出y2);
3) 只有B电磁阀在工作中，A电磁阀才能工作。
要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。
《机电一体化技术》试卷(一)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1. 是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。
2. 指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。
S=dy/dx=ΔY/ΔX
3. 某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将
产生符号相反的电荷。当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。
4. 动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。
5. 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。
二、填空题（每小题2分，共20分)
1. 内循环外循环
2. 性能指标系统功能使用条件经济效益
3. PLC
4. 20mm
5. 位置和速度
6. 0.02
7. 增加而减小
8. 2
9. 前馈控制器 10. 简单的直线运动控制
三、选择题（每小题2分，共10分）
1. B.
2. A
3. C.
4. C5、D
四、判断题（每小题2分，共10分)
1、√
2、×
3、√
4、×
5、√
五、问答题（每小题10分，共30分)
1. 单电源驱动电路双电源驱动电路斩波限流驱动电路
2. 步距误差步距误差直接影响执行部件的定位精度。
最大静转矩是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩，它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。
启动矩一频特性空载时步进电动机由静止突然启动，并不失步地进入稳速运行所允许的最高频率称为最高启动频率。启动频率与负载转矩有关。
运行矩频特性步进电动机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定执行部件的最大运行速度。
最大相电压和最大相电流分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。
3. 应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。
六、分析计算题(每小题10分，共20分)
1. 20KHz 3.6o
2. (1) 梯形图：（２）助记符指令程序：
STR X1
OR Y1
AND NOT X2
OUT Y1
STR X3
OR Y2
AND NOT X4
AND Y1
OUT Y2
《机电一体化技术》试卷(二)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1、线性度
2、伺服控制系统
3、三相六拍通电方式
4、传感器
5、系统精度
二、填空题（每小题2分，共20分)
1、计算机在控制中的应用方式主要有_____________________________。
2. 滚珠丝杆螺母副结构有两类：_____________________________。
3、应用于工业控制的计算机主要有______________________________等类型。
4. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括________________________________。
5、可编程控制器主要由_____________________________等其它辅助模块组成。
6. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，
顺序控制器通常用_______________________________________________________。
7、现在常用的总线工控制机有________ 、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。
8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种_____________________________。
9. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，
则莫尔条纹的宽度是_______________________。
10. 采样/保持器在保持阶段相当于一个“_____________________________”。
三、选择题（每小题2分，共10分）
1.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：
A 机械本体
B 动力与驱动部分
C 执行机构 D. 控制及信息处理部分
2、机电一体化系统（产品）开发的类型
A 开发性设计
B 适应性设计
C 变参数设计
D 其它
3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法
A 取代法
B 整体设计法C组合法D其它。
4、机电一体化的高性能化一般包含
A高速化B高精度C高效率D高可靠性。
5、抑制干扰的措施很多，主要包括
A屏蔽B隔离C滤波D接地和软件处理等方法
四、判断题（每小题2分，共10分)
1、变流器中开关器件的开关特性决定了控制电路的功率、响应速度、频带宽度、可靠性和等指标。（）
2、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。
（ ）
3、感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。
（）
4、数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构
的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。
（ ）
5、FMC控制系统一般分二级，分别是单元控制级和设备控制级。（）
五、问答题（每小题10分，共30分)
1、计算机控制系统中，如何用软件进行干扰的防护。
2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？
3、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？
六、综合应用题(每小题10分，共20分)
1.编写程序：单片机读P1.0的状态,把这个状态传到P1.7指示灯去，当P1.0为高电平时指示灯亮,低电平时指示灯不亮,采用中断完成这一输入输出过程，每中断一次完成一个读写过程。
2. 光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位
移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？
《机电一体化技术》试卷(二) 答案
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共3页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1、所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称为非线性误差。
2、一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。
3、如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A→AB
→B→BC→C →CA→…
4、是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。
5、指输出量复现输入信号要求的精确程度；
二、填空题（每小题2分，共20分)
1、操作指导控制系统
分级计算机控制系统
监督计算机控制系统（SCC）
直接数字控制系统
2. 外循环插管式内循环反向器式3、单片机PLC 总线工控机 4. 性能指标系统功能使用条件经济效益。
5、CPU 存储器接口模块 6. PLC 7、STD总线工业控制机8、变压器隔离光电隔离9. 20mm 10. 模拟信号存储器
三、选择题（每小题2分，共10分）
1. A B C D 2、A B C 3、A B C D 4、A B C D 5、A B C D
四、判断题（每小题2分，共10分)
1、（√）
2、（√）
3、（√）
4、（√）
5、（√）
五、问答题（每小题10分，共30分)
1、软件滤波用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波
软件“陷井”
软件“看门狗”（W ATCHDOG）就是用硬件（或软件）的办法要求使用监控定时器定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统没有检查这段程序或接口时，可以认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行。
2、如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式
3、（1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。
（2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。
（3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。
利用光电耦合方式实现载波调制，可获得10kHz带宽，但其隔离性能不如变压器耦合。
六、综合应用题(每小题10分，共20分)
1.
2. 光栅此时的位移
细分前4mm, 细分后1mm
测量分辨率:
细分前0.01 mm/线细分后:0.025
《机电一体化技术》试卷(三)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1.机电一体化
2.自动控制
3.开环控制系统
4.逆变器
5. PWM
二判断题(每空1分，共10分)
1. 直线运动导轨是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。（）
2. 滚珠丝杆不能自锁。（）
3. D/A转换的方式可分为并行转换的串行转换方式。（）
4. 同步通信是以字符为传输信息单位。（）
5. 异步通信常用于并行通道。（）
6. 查询I/O方式常用于中断控制中。（）
7. 串行通信可以分为以下四种方式：
1）全双工方式；（）
2）半双工方式；（）
3）同步通信；（）
4）异步通信。（）
三填空题：(每空1分，共40分)
1. 从控制角度讲，机电一体化可分为控制系统和控制系统。
2. 在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为: ；；三种形式。
3. 多点接地：优点：，缺点：。
4. 一般来说，伺服系统的基本组成为、、
和等四大部分组成。
5. 在SPWM变频调速系统中，通常载波是，而调制波是
。
6.从电路上隔离干扰的三种常用方法是: 隔离，隔离，隔离。
7.开环步进电动机控制系统，主要由、和
等组成。
8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1）
，2），3）。
9. 产生电磁干扰必备的三个条件是：，，。
10.干扰传播途径有二种方式：
1）传导耦合方式：干扰信号能量以或的形式，通过金属导体传递。
2）幅射耦合方式：干扰信号能量以的形式，通过空间感应传递。
11. 指出下列干扰哪几种属于传导耦合方式：, ;
哪几种属于幅射耦合方式：, , 。
A.静电干扰
B.磁场干扰
C.漏电干扰
D.共阻抗感应干扰
E.电磁辐射干扰。
12.磁场屏蔽---对高频交变磁场应采用的金属材料
作屏蔽体；对低频交变磁场应采用的材料作屏蔽体，并保证磁路畅通。
13.一点接地中：1）串联接地：优点：，缺点：，
2）并联接地：优点：，缺点：，仅适用于电路。
四解答题(每小题5分，共40分)
1．一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？
2．斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？
3、简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。
4. 在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？
5．数据信息可分为哪几种？
6．DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？
7.步进电动机控制系统中，电动机通过丝杠螺母带动执行部件运动:
已知：步距角θ，脉冲数N ，频率f ，丝杠导程p ，试求执行部件:
位移量L= ? 移动速度V=?
8.有一变化量为0 ~ 16V的模拟信号，采用4位A/D转换器转换成数字量，输入到微机控制系统中，试求其量化单位q ＝？，量化误差最大值emax＝？
《机电一体化技术》试卷(三)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一名词解释(每小题2分，共10分)
1机电一体化--从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。
2.自动控制—由控制装置自动进行操作的控制。
3.开环控制系统—无反馈的控制系统。
4.逆变器—把固定的直流电变成固定或可调的交流电的DC/AC变流器。
5. PWM—通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器。
二判断题(每空1分，共10分)
1. √
2. √
3. √
4. ×
5.×
6.×
7. 1）√1 2）√3）√4）√
三填空题（(每空1分，共40分）
1. 开环、闭环
2. 电压输出电流输出频率输出
3. 互不干扰接线多复杂
4. 控制器功率放大器执行机构和检测装置
5. 等腰三角波（三相）正弦波
6. 光电变压器继电器
7. 环形分配器功率放大器步进电动机
8. 1）采用计算机软件分配器2）小规模集成电路搭接的硬件分配器3）专用模块分配器
9．干扰源传播途径接受干扰对象原系统系统
10. 1）电压；电流。2）电磁场。
11. C , D ; A , B E。
12. 铜和铝等导电性能好；铁等高导磁率。
13．1）最简单，；前后相互干扰，
2）干扰小，；接线多，复杂，低频（<1MHZ）。
四解答题(每小题5分，共40分)
1、机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分
2.1）垫片调整法2）轴向压簧调整法
3、一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电绕组两头端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；
另一种是励磁磁场控制即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场的强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。
4、数据信息、状态信息和控制信息
5、（1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量
6、（1）直通方式（2）单缓冲方式（3）双缓冲方式
（1）单极性输出（2）双极性输出
7、L =(θp/360°)N ；V =(θp/360°)f
8、量化单位q＝1V，量化误差最大值emax＝±0.5V。
《机电一体化技术》试卷(四)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共2页第1页
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一、名词解释（每题2分共10分）
1、机电一体化
2、柔性制造系统
3、静态设计
4、系统软件
5、感应同步器
二、填空题（每空１分，共3０分）
1、对伺服系统的技术要求是____________、____________、____________、___________。
2、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：____________、____________。
3、计算机控制系统的类型包括________________________、_______________________、
监督控制系统、________________________。
4、拟定机电一体化系统（产品）设计方案的方法通常有____________、____________、____________。
5、接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。
6、对直线导轨副的基本要求是_________________________、_____________________、
____________________、__________________和平稳。
7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理
___________、_____________、____________、____________、并满足小型、轻量等要求。
8、伺服系统的基本组成包括______________ 、_____________________、检测装置、
____________________。
9、工作接地分为_______________、______________。
10、STD总线的技术特点_________________、______________、______________________、
高可靠性。
三、简答题（每小题5分，共20分）
1. FMC的基本控制功能。
2. PWM脉宽调速原理。
3. 简述直流伺服电机两种控制的基本原理。
4. 控制系统接地通的目的。
四、分析题（每小题20分，共40分)
1. 半桥逆变电路的工作原理。
2. 分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理
1、6－小齿轮
2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条
《机电一体化技术》试卷(四)答案
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共3页第1页
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一、名词解释（每题2分共10分）
1、机电一体化: 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力
电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并
在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化
3、静态设计：是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。
4、系统软件：系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便用户使用计算机的软件。
5、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测
直线位移和转角。
二、填空题（每空１分，共3０分）
1、系统精度稳定性响应特性工作频率
2、静态设计动态设计
3、分级计算机控制系统直接数字控制系统操作指导控制系统
4、通常有取代法整体设计法组合法
7、数据格式转换、通信联络
6、导向精度高耐磨性好足够的刚度对温度变化的不敏感性。
7．阻尼合理刚度大抗振性好间隙小
8、控制器、执行环节、比较环节
9、一点接地多点接地
10、模块化设计系统组成修改和扩展方便
三、简答题（每小题5分，共20分）
1. （1）单元中各加工设备的任务管理与调度，其中包括制定单元作业计划、计划的管理与调度、设备和单元运行状态
的登录与上报。
（2）单元内物流设备的管理与调度，这些设备包括传送带、有轨或无轨物料运输车、机器人、托盘系统、工件装卸
站等。
（3）刀具系统的管理，包括向车间控制器和刀具预调仪提出刀具请求、将刀具分发至需要它的机床等。 2.
图中的开关S 周期性地开关，在一个周期T 内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U 被按一定的频率开闭的开关S 加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U 、宽度为τ，如右图所示。电枢两端的平均电压为：
U U Udt U T T T d ρτ
===
?
1
式中
ρ=τ/T=U d /U ，(0<ρ<1) ρ为导通率（或称占空比）
。 当T 不变时，只要改变导通时间τ，就可以改变电枢两端的平均电压Ud 。当τ从0~T 改变时，Ud 由零连续增大到U 。 3. 直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。
采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。 4. 控制系统接地通的目的。
将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。接地的目的有两个：一是为了安全，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等。称为工作接地。工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。 四、分析题 （每小题20分，共40分)
1. 半桥逆变电路原理如左图所示，它有两个导电臂，每个导电臂由一个可控元件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的联结点为直流电源的中点。
设电力晶体管Vl 和V2 基极信号在一个周期内各有半周正偏和反偏，且二者互补。当负载为感性时，其工作波形如右图所示。输出电压波形u0 为矩形波，其幅值为Um =Ud /2输出电流i0 波形随负载阻抗角而异。设t2 时刻以前V1 导通。t2 时刻给V1关断信号，给V2 导通信号，但感性负载中的电流i0 不能立刻改变方向，于是VD2 导通续流。当t3时刻i0 降至零时VD2 截止，V2 导通，i0 开始反向。同样，在t4 时刻给V2 关断信号，给V1 导通信号后，V2 关断，VD1 先导通续流，t5 时刻V1 才导通。
当V1 或 V2 导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量；而当VD1 或 VD2导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，既负载将其吸收的无功能量反馈回直流侧。反馈回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容起到缓冲这种无功能量的作用。二极管VD1 、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，同时起到使负载电流连续的作用，VD1 、VD2被称为反馈二极管或续流二极管。
2. 分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理
当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。如图所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带
动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。
《机电一体化技术》试卷(五)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1机电一体化2伺服控制3闭环控制系统4逆变器5 SPWM
二判断题：(每小题1分，共10分)
1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。（）
2 滚珠丝杆不能自锁。（）
3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（）
4 异步通信是以字符为传输信息单位。（）
5 同步通信常用于并行通信。（）
6 无条件I/O方式常用于中断控制中。（）
7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误
（1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（）
（2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（）
（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（）
（4）温度误差是影响传动精度的因素（）
三、选择题(每小题1分，共40分)
1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：通信
和通信。
2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括、、
、四种通道。
3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的
和，并尽量高伺服系统的响应速度。
4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为、、
和其它等四大类型。
5. 在SPWM变频调速系统中，通常载波是，而调制波是
。
6. 异步交流电动机变频调速：
2）基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于调速方式。
3）基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于调速方式。
7. 开环步进电动机控制系统，主要由、和
等组成。
8.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1）
，2），3）。
9. 根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为四类：1），
2），
3），4）。
10．应用于工业控制的计算机主要有：
1），2），3）等类型。
11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以
或的形式，通过金属导体传递。
12. 抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、、、、合理布局和软件抗干扰技术。
13. 电场屏蔽----通常用的金属材料作屏蔽体，并应保持良
好。
14．根据频率特性解释下列滤波器的作用：
1）低通滤波器：只让通过，而高于受到抑制、衰
减，不让通过。
2）带通滤波器：只让通过，而高于部分。
A 换向结构
B 转换电路
C 存储电路D检测环节
四解答题(每小题8分，共40分)
1．简述一个典型的机电一体化系统的基本组成要素。
2．直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？
3．简述机电一体化对机械系统的基本要求及机械系统的组成。
4. 简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。
5．简述伺服系统的结构组成。
6．DAC0832有哪三种输入工作方式？有哪二种输出工作方式？
7. 步进电动机控制系统中，电动机通过丝杠螺母带动执行部件运动:
已知：步距角θ，脉冲数N ，频率f ，丝杠导程p ，试求执行部件:
位移量L= ?
移动速度V=?
8. 测量某加热炉温度范围为100~1124℃，线性温度变送器输出0~5V，用ADC0809转换器输入到微机控制系统中，试
求测量该温度环境的分辨率和精度。
《机电一体化技术》试卷(五)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共3页第1页
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一名词解释(每小题2分，共10分)
1 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，以系统为出发点的最佳功能价值的系统工程技术。
2 伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。
3 闭环控制系统是指具有反馈的控制系统。
4 逆变器是将直流电变成交流电的电路。
5 SPWM是指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
二判断题(每小题1分，共10分)
1（×）2 （√）3 （×）4 （√）5 （×）6 （×）
7 （√）（√）（√）（√）
三、选择题(每小题1分，共40分)
1. 串行通信并行通信
2. 模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道
3. 稳定性和精度
4. 电磁式液压式气压式
5. 等腰三角波正弦波
6. 恒转矩恒功率
7. 环形分配器功率驱动器步进电机
8. 计算机软件硬件分配专用环形分配器
9. 操作指导控制系统直接控制系统监督计算机控制系统分级计算机控制系统
10．单片机PLC 总线工控机
11. 电压电流
12. 隔离滤波接地
13. 铜铝等导电性能良好接地
14．1）低频成分截止频率成分
2）某一频带内的成分上截止频率成分下截止频率成分
四解答题(每小题8分，共40分)
1．1）机械本体2）动力与驱动；3）传感测试部分；4）执行机构
5）控制及信息处理单元
2．1）、偏心轴套调整法2）、双片薄齿轮错齿调整法
3．对机械系统的基本要求：高精度；快速响应；良好的稳定性。
机械系统的组成：传动机构；导向机构；执行机构。
4. 程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。
独立编址；与储存器统一编址。
5．1) 比较环节；2) 控制器；3) 执行环节；4) 被控对象；5) 检测环节。
6．输入工作方式：（1）直通方式（2）单缓冲方式（3）双缓冲方式
输出工作方式：（1）单极性输出（2）双极性输出
7. L =(θp/360°)N ；V =(θp/360°)f
8. 4 ℃; +2℃。
《机电一体化技术》试卷(六)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1. 机电一体化
2.分辨力
3. 灵敏度(测量)
4. 永磁同步电动机:
5. 复合控制器
二、单项选择题(每小题2分，共10分)
1. 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( )
A.顺序控制系统
B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
2. 齿轮传动的总等效惯量随传动级数( )
A.增加而减小
B.增加而增加
C.减小而减小
D.变化而不变
3. 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( )
A.内循环插管式
B.外循环反向器式
C.内、外双循环
D.内循环反向器式
4.某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( )
A.100mm
B.20mm
C.10mm
D.0.1mm
5. 直流测速发电机输出的是与转速( )
A.成正比的交流电压
B.成反比的交流电压
C.成正比的直流电压
D.成反比的直流电压
三、简答题(每小题6分，共30分)
1、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?
2、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机?
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?
4、什么是PLC的扫描工作制?
5、PWM的工作原理?
四、计算题(每小题10分，共20分)
1.三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。
(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?
(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?
2. 三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。
(1)该电动机为几极，空载转差率是多少?
(2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?
(3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为
五、分析扩展的EPROM2764的地址范围及工作原理(20分)
《机电一体化技术》试卷(六)答案
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
一、名词解释(每小题2分，共10分)
1 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，以系统为出发点的最佳功能价值的系统工程技术。
2 传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。
3 灵敏度(测量) 传感器在静态标准条件下输入变化对输出变化的比值。
4 以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机。
5 复合控制器带有前馈控制系统的反馈控制器。它的作用是使系统能以稳定的零误差跟踪已知的输入信号。
二、单项选择题(每小题2分，共10分)
1. B
2. A
3. B
4. C
5. C
三、简答题(每小题6分，共30分)
1、系统功能性能指标使用条件经济效益
2、单极驱动双极驱动高低电压驱动斩波电路驱动细分电路
3、参考脉冲序列转速与参考脉冲频率成正比
输出轴转向
由转向电平决定
位置由位置电平决定
4、即检测输入变量求解当前控制逻辑以及修正输出指令,重复进行。
5、斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制，将直流电压断续加到负载（电机）上，利用调节通、
断的时间变化来改变负载电压平均值。斩波器调压控制直流伺服电机速度的方法又称为脉宽调制（Pulse Width Modulation）直流调速。
四、计算题(每小题10分，共20分)
1) K=2; M=3, Z=80; α=360/2*3*80=0.75o
f=480Hz
2) K=1; M=3, Z=80; α=360/1*3*80=1.5o
f=400Hz
2. 三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。
(1) 4极，空载转差率n=(1500-1450)/1500=3.3%
(2) 50Hz
(3) 50Hz 16.5 Hz
五、0000H~1FFFH
由于EA接地故PC指针由外部0000H开始执行,74LS373为地址锁存器用于锁存来自P0口的EPROM的地址的低8位,P2口提供EPROM的地址的高5位.P0口分时用作数据传输口。
《机电一体化技术》试卷(七)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
１、检测传感器
２、伺服电动机
3、静压轴承
4、静压导轨
5、屏蔽
二、填空题（每小题１分，共30分）
1、机电一体化系统中常见的轴承包括____________、___________、__________、磁轴承。
2、机电一体化系统一般由______________、_____________、接口、__________________、
_____________、______________等部分组成。
.3、按干扰的耦合模式干扰可分为静电干扰、____________________、__________________、
_________________、_______________等干扰类型。
.4、机电一体化是从系统的观点出发，将_____________、____________、___________、机
械技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统________而建立的一门新
的科学技术。
5、伺服系统的基本组成部分包括_____________、____________、执行机构、___________
四大部分。
6、用软件识别有用信号和干扰信号、并滤去干扰信号的方法称为_____________、识别信
号的原则有_____________、______________。
7、机电一体化系统（产品）设计类型大致可分为________________、适应性设计、
________________。
8、机电一体化系统包括______________、_____________、信息处理技术、____________、
____________、总体等相关技术。
9、机电一体化系统对机械传动总传动比确定的最佳选择方案有______________________、
_____________________、质量最小原则。
三、问答题（每题10分,共40分）
1．分析、说明如图所示计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理。
2、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?
3、用软件进行“线性化”处理时，采用计算法的原理是怎样的？
4、模拟式
四、分析扩展的RAM6264的地址范围和和工作原理。（20分传感器信号处理过程包括哪些环节？
）
《机电一体化技术》试卷(七)答案
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
１、检测传感传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。
２、伺服电动机是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出电动机
3、静压轴承从外部油源给轴瓦提供压力油，使球磨机进、出料端的大轴在高压油膜的作用下浮起，与轴瓦无直接接触，
处在液体磨擦状态，从而极大地降低了起动力矩和旋转阻力矩，
4、静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，以保证两导轨面间处于液体或气体
摩擦状态下工作。
5、屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间
耦合通道，阻止其电磁能量的传输。
二、填空题（每小题１分，共30分）
1、滚动轴承滑动轴承静压轴承磁轴承。
2、机械本体动力与驱动执行机构传感器检测部分控制及处理部分
.3、为静电干扰磁场耦合干扰漏电耦合干扰
.4、检测技术伺服技术计算机与信息处理技术
5、控制器检测环节比较环节被控对象
6、软件滤波时间原则空间原则属性原则
7、开发性设计变参数设计
8、机械技术检测技术伺服技术计算机与信息处理技术自动控制技术和系统总体技术
9 转动惯量原则输出轴转角误差最小原则
三、问答题（每题10分,共40分）
1．采样过程是用采样开关（或采样单元）将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机，故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。
量化过程（简称量化）就是用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的处理方法。信号进入计算机后经其处理经D/A转换后输出。
D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置。模拟量输出主要由D/A转换器和输出保持器组成。它们的任务是把微机输出的数字量转换成模拟量。多路模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的结构形式。保持器一般有数字保持方案和模拟保持方案两种。这就决定了模拟量输出通道的两种基本结构形式。
2、单极驱动双极驱动高低电压驱动斩波电路驱动细分电路
3、当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序，被测参数经过采样、滤波和标度变换后直接进入计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。
在实际工程上，被测参数和输出电压常常是一组测定的数据。这时如仍想采用计算法进行线性化处理，则可应用数字上曲线拟合的方法对被测参数和输出电压进行拟合，得出误差最小的近似表达式。
4、模拟式传感器信号处理过程包括:将非电物理量转换成电量，并经放大、滤波等一系列处理后，需经模/数变换将模拟量变成数字量，才能送入计算机系统。模/数转换过程包括信号的采样/保持、多路转换（多传感器输入时）、A/D处理等过程。
四、分析扩展的RAM6264的地址范围和和工作原理。（20分）
RAM6264的地址范围为0000H~1FFFH
P0口与6264的I/O数据线相连，另一方面经74LS373与6264的低8位地址线连；
P2.0~P2.4与6264的高5相连；6264的写使端与单片机的WR相连；输出使能端与单片机的RD相连；CS片选信号端直接接地。
采用MOVX @DPTR 来访问此RAM
《机电一体化技术》试卷(八)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1、DMA
2、中断
3、共模干扰
4、伺服控制技术
5、串行通信
二、填空题（每空１分，共3０分）
1、机电一体化是从系统的观点出发____________、____________、___________、信息技
术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统________而建立的一门新
的科学技术。
2、机电一体化产品中需要检测的物理量分成____________和____________两种形式。
3、计算机控制系统的类型包括________________________、_______________________、
监督控制系统、________________________。
4 机械结构因素对侍服系统性能的影响有__________________、____________________、
结构弹性变形、__________________间隙的影响。
8、接口的基本功能主要有______________、放大、_________________。
9、对直线导轨副的基本要求是_________________________、_____________________、
____________________、__________________和平稳。
7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理___________、___________、__________、____________、并满足小型、轻量等要求。
8、伺服系统的基本组成包括______________ 、_____________________、检测装置、
____________________。
9、拟定机电一体化系统的设计方案的方法有_______________、组合法、______________。
10、STD总线的技术特点_________________、______________、______________________、高可靠性。
三、分析下图斩波限流电路的工作原理(30分)
四、分析扩展的ROM27256的工作地址范围和工作原理(30分)
《机电一体化技术》试卷(八)答案
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1、外设与内存间直接进行数据交换（DMA）而不通过CPU
2、为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费大量时间去查询各外围设备的状态了。而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。
3、共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口断的共有的信号干扰。
4、伺服控制技术是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制技术。
5、串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。
二、填空题（每空１分，共3０分）
1、机械技术检测技术伺服技术协调工作
2、电量非电量
3、操作指导控制系统直接数字控制系统监督计算机控制系统分级计算机控制系统
4、阻尼摩擦惯量
10、变换耦合
11、导向精度高耐磨性好足够的刚度对温度变化的不敏感性
7、摩擦小度大振性好隙小
8、控制器执行环节比较环节
9、取代法整体法
10、模块化设计系统组成修改和扩展方便
三、分析下图斩波限流电路的工作原理(30分)
当环形分配器的脉冲输入高电平（要求该相绕组通电）加载到光电耦合器OT的输入端时，晶体管VT1导通，并使VT2和VT3也导通。在VT2导通瞬间，脉冲变压器TI在其二次线圈中感应出一个正脉冲，使大功率晶体管VT4导通。同时由于VT3的导通，大功率晶体管VT5也导通。于是绕组W中有电流流过，步进电动机旋转。由于W是感性负载，其中电流在导通后逐渐增加，当其增加到一定值时，在检测电阻R10上产生的压降将超过由分压电阻R7和电阻R8所设定的电压值V ref，使比较器OP翻转，输出低电平使VT2截止。在VT2截止瞬时，又通过TI将一个负脉冲交连到二次线圈，使VT4截止。于是电源通路被切断，W中储存的能量通过VT5、R10及二极管VD7释放，电流逐渐减小。当电流减小到一定值后，在R10上的压降又低于V ref，使OP输出高电平，VT2、VT4及W重新导通。在控制脉冲持续期间，上述过程不断重复。当输入低电平时，VT l～VT5等相继截止，W中的能量则通过VD6、电源、地和VD7释放。
该电路限流值可达6A左右，改变电阻R10或R8的值，可改变限流值的大小。波形图如下
四、分析扩展的ROM27256的工作地址范围和工作原理(30分)
ROM27256的地址范围为0000H~7FFFH
P0口与27256的I/O数据线相连，另一方面经8282与27256的低8位地址线连；用于扩展32KB的片外ROM；P2.0~P2.6与27256的7相连；6264的写使端与单片机的WR相连；输出使能端OE与单片机的PSEN相连；CE片选信号端与P2.7相连。
采用MOVC @A+PC或MOVC @A+DPTR来访问此ROM。
《机电一体化技术》试卷(九)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1. 变频调速
2. FMS
3. 响应特性
4. 敏感元件
5. 压电效应
二、选择题（每小题2分，共10分）
1、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分。
A 换向结构
B 转换电路
C 存储电路D检测环节
2、检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和_______。
A 控制电路
B 转换电路
C 调制电路
D 逆变电路
3、以下可对异步电动机进行调速的方法是_______。
A 改变电压的大小
B 改变电动机的供电频率
C 改变电压的相位
D 改变电动机转子绕组匝数
4、执行元件：能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为________、液压式和气动式等。
A 电气式
B 电磁式
C 磁阻式
D 机械式
5、步进电动机，又称电脉冲马达，是通过________ 决定转角位移的一种伺服电动机。
A 脉冲的宽度
B 脉冲的数量
C 脉冲的相位
D 脉冲的占空比
三、简答题(每小题10分，共30分)
1什么叫传感器？传感器的功用是什么？它是由哪几部分组成的？各部分的作用及相互关系如何？
2. 试简述采样/保持器原理。
3. 工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？
四、简单应用题(每小题10分，共20分)
1. 刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？
2. 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有24个齿，求：
1）步进电机的步距角；
2）脉冲电源的频率。
五、综合应用题(每小题15分，共30分)
1. 三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，
输入脉冲频率为多少?步距角为多少?
2. 根据下面的电路图,编写利用该接口电路一次完成A/D转换,并把转换的结果的高8位放入R2中,低8位放入R3中的程序段。
《机电一体化技术》试卷(九) 答案
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1.采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式
2. 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组成部分有：自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多层计算机控制系统等。
3. 响应特性：指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。
4. 敏感元件是直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。
5. 压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。
二、选择题（每小题2分，共10分）
1、D
2、B
3、B
4、A
5、B
三、简答题(每小题10分，共30分)
1. 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。
传感器的功用是：一感二传。
组成：传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。
敏感元件：直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。
转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电路参量。
基本转换电路：上述的电路参量进入基本转换电路中，就可以转换成电量输出。
传感器只完成被测参数到电量的基本转换。
2. 采样/保持由存储电容C，模拟开关S等组成，如图所示。当S接通时，输出信号跟踪输入信号，称采样阶段。当S 断开时，电容C二端一直保持断开的电压，称保持阶段。由此
构成一个简单采样/保持器。实际上为使采样/保持器具有足够的精度，一般在输入级和输出级均采用缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗。在电容选择时，使其大小适宜，以保证其时间常数适中，并选用漏泄小的电
容。
3. 工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。根据机电一体化系统的大小和控制参数的复杂程度，选用不同的微型计算机。
单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。对于数据处理量大的系统，则往往采用基于各类总线结构的工控机，如STD总线工控机、IBM-PC总线工控机、Multibus工控机等。对于多层次、复杂的机电一体化系统，则要采用分级分步式控制系统，在这种控制系统中，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。
四、简单应用题(每小题10分，共20分)
1. 10s内转轴转了多少转：
307200÷1024=300（转）
位移量（∵螺距T=2mm）
∴300×2=600 (mm)
转速：300÷10=30（转/秒）
2. 1) K=2; M=5, Z=24; α=360/2*5*24=1.5o
2) f=400Hz
五、综合应用题(每小题15分，共30分)
1.K=1; M=3, Z=100; α=360/1*3*100=1.2o
f=600Hz
2 MAIN：MOV R0，#7CH ；选择AD574，
并令A0=0
MOVX @R0，A ；启动A/D转换，全12位
LOOP：NOP
JB P3.2，LOOP ；查询转换是否结束
MOVX A，@R0 ；读取高8位
MOV R2，A ；存人R2中
MOV R0，#7DH ；令A0=1
MOVX A，@R0 ；读取低4位，尾随4个0
MOV R3，A ；存入R3中
……
《机电一体化技术》试卷(十)
考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页
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一、名词解释(每小题2分，共10分)
1. 单片机
2. I/O接口
3. I/O通道
4. 串行通信
5.直接存储器存取（DMA）
二、单项选择题(每小题2分，共10分)
1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过决定转角位移的一种伺服电动机。
A 脉冲的宽度
B 脉冲的数量
C 脉冲的相位
D 脉冲的占空比
2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（）。
A.1 B.0 C.-1 D.-1 3.PWM指的是（）。 A.机器人 B.计算机集成系统 C.脉宽调制 D.可编程控制器 4. PD称为（）控制算法。 A.比例 B.比例微分 C.比例积分 D.比例积分微分 机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息处理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。 机电一体化技术是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与测试技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等现代高新技术群体之上的一种高新技术。 机电一体化的目的是使产品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又能省材料、省能源，并使产品向轻、薄、细、小、巧的方向发展，以不断满足人们的多样化要求和生产的省力化、自动化需求。 机电一体化产品举例:机械制造及数控设、自动生产线、办公自动化设备汽车、机器人、医疗仪器及设备、家用电器、航空航天设备等电子打字机、复印机、传真机机电一体化产品一般都具有五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能，控制功能和构造功能。 机电一体化的基本结构要素：(1)机械本体(2)动力源(3)检测与传感装置(4)控制与信息处理装置(5)执行机构。 机电一体化产品的可分为以下三种（1）功能附加型（2）功能替代型（3）机电融合型 机电一体化设计的关键技术（1）机械技术（2）计算机与信息处理技术（3）检测与传感器技术（4）自动控制技术（5）伺服驱动技术（6）系统总体技术。 检测系统的功用：对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测,将其变成系统可识别的电信号,传递给信息处理单元。 检测系统的组成：传感器及相应的信号检测与处理电路构成机电一体化产品的检测系统。检测系统的基本要求特性：⑴灵敏度及分辨率。系统的绝对灵敏度S=Δy/Δx。⑵精确度。表示检测系统所获得的检测结果与被测量真值的一致程度。⑶系统的频率响应特性——要求快速响应（4）稳定性——避免或减小漂移5）线性特性——用非线性度来表示⑹静、动态特性好 在设计检测系统时应如何选择灵敏度、精确度等指标? 答：（1）分辨率是指系统能检测到的被检测量的最小变化，一般情况下，系统灵敏度越高，其分辨率就越强，而分辨率高也意味着系统具有高的灵敏度。（2精确度。表示检测系统所获得的检测结果与被测量真值的一致程度。注意：①在设计检测系统时，应尽可能保持各环节具有相同或相近的精确度。②若不能保持各环节具有相同的精确度，应该按前面环节精度高于后面环节的原则布置系统③选择一个检测系统的精确度，应从检测系统的最终目的和经济情况两方面综合考虑。 检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。 检测系统设计的步骤1设计任务分析2系统方案选择3系统构成框图设计4环节设计与制造5总装调试及实验分析6系统运行及考核 2、典型模拟信号检测系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？对信号调制的作用是什么？ 传感器：相当于人的感官，直接感受被检测量。 基本检测电路：（C、R、L）（U、Q、I） 放大器：传感器的微弱信号进行适当放大。 转换电路：将放大后的电信号进行适当的预处理，并将其转换为信息系统可以接受的数字信号。A/D。 解调器：用于将已调制信号恢复成原有形式 接口电路：接口电路负责检测系统与信息处理系统的连接，一方面接受信息处理系统的控制，另一方面将检测系统的信号传给信息处理系统。 填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械技术和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、能源系统、传感信息系统、执行控制系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为外循环和内循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推——单推式、双推——双推式、双推——简支式、双推——自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩工作阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式（变磁阻式）步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 机电一体化复习题(附答案) 机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 SPWM 6单片机 7 I/O接口 8 I/O通道 9 串行通信 10直接存储器存取（DMA） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。 （×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件I/O方式常用于中断控制中。（×）7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√） （3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√）（4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ）决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 1. 机电一体化的定义。 机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现系统整体的最佳化。 2. 简述机电一体化系统的组成及各组成部分的功能。 机电一体化系统的组成：A机械本体、B动力单元、C传感检测单元、 D执行单元、E驱动单元、F控制及信息处理单元这六部分组成。 各成分的功能如下： 1、机械本体：使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置（装配连接）在一定位置上，并保持特定的关系。 2、动力单元：按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。 3、传感检测单元：对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。 4、执行单元：根据控制信息和指令在驱动单元的驱动下完成所要求的动作。 5、驱动单元：在控制信息作用下，在动力单元的支持下，驱动各种执行机构（执行单元）完成各种动作和功能。 6、控制及信息处理单元：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往驱动单元和执行机构，控制整个系统有目的地运行。 3. 机电一体化系统有哪些设计方法？分别举例。 机电一体化系统有以下三种设计方法： A.取代法，如用电气调速系统取代机械式变速机构等； B.整体设计法，如某些激光打印机的激光扫描镜； C.组合法，如设计数控机床时使各个单元有机组合融为一体。 4. 转动惯量、刚度、阻尼的折算公式。 另附资料。 5. 传动链精度对开环伺服系统、闭环伺服系统精度的影响。 开环伺服系统中，传动链的传动精度不仅取决于组成系统的单个传动件的精度，还取决于传动链的系统精度。 闭环伺服系统中的传动链，虽然对单个传动件的精度要求可以降低，但对系统精度仍有相当高的要求，以免在控制时因误差随机性太大不能补偿。 6. 举例说明缩短传动链的三种方式。 A. 伺服电动机； B.直线电机； C.电主轴。 7. 简述传动系统的转动惯量、摩擦、阻尼比、刚度、谐振频率、间隙对机电一体化系统性能的影响。 1、转动惯量：在满足系统刚度的条件下，机械部分的质量和转动惯量越小越好。转动惯量大会使机械负载增大，系统响应速度变慢，灵敏度降低，固有频率下降，容易产生谐振。同时，转动惯量增大会使电器驱动部分的谐振频率降低而阻尼比增大。 2、摩擦：引起动态滞后和稳态误差，同时还会造成低速爬行。 3、阻尼比：实际应用中一般取0.4--0.8的欠阻尼，既能保证振荡在一定的范围内过渡过程比较平稳、过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。 4、刚度：对于伺服系统的失动量来说，系统刚度越大，失动量越小，对于伺 ------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分. 收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A. 一、选择题（每小题2分，共20分，多选漏选均不得分） 1．一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：（ ABCD ） A、机械本体 B、动力与驱动部分 C、执行机构 D、控制及信息处理部分 2．齿轮传动的总等效惯量与传动级数（ C ） A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 3. 某伺服电动机最高转速为1200r/min，通过丝杠螺母传动带动机床进给运动，丝杠螺距为6mm，最大进给速率可达（ C ） A. 72m/min B. 7.2m/min C. 5m/min D. 3.6m/min 4．计算步进电动机转速的公式为（B） A. 360o r mz c B. 60 r f mz c C. 180 cos o sm T mc D. 360 180 o o mc 5. 通过计算机网络，将计算机辅助设计、计算机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大系统称为（ B ） A. 顺序控制系统 B. 计算机集成制造系统 C. 柔性制造系统 D. 伺服系统 6.滚珠丝杠副的基本导程指丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的（ B ） A．径向位移Ｂ．轴向位移Ｃ．螺旋线长度Ｄ．坐标值 7. 步进电机一般用于( A )控制系统中。 A. 开环 B. 闭环 C. 半闭环 D. 前馈 8．某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距角为1.5o，应采用的通电方式为（ C ） A. 单拍制 B. 双拍制 C. 单双拍制 D. 细分电路 9.为了提高滚珠丝杠副的旋转精度，滚珠丝杠副在使用之前应该进行（ B ）A．调整径向间隙Ｂ．预紧Ｃ．预加载荷Ｄ．表面清洗 10. 下列属于变磁阻电动机的是（ C ） A. 直流电动机 B. 交流感应电动机 C．步进电动机D. 永磁同步电动机 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。 机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个子系统组成。 全闭环系统、半闭环系统。 机电一体化的基本特征是给机械添加了“头脑”。 机电一体化系统必须具有一下三个“目的功能”：1、变换功能；2、传递功能；3、储存功能。 机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、融合（结合）法和组合法。 机电一体化系统的设计类型大致有以下三种：1、开发性设计；2、适应性设计；3、变异性设计。P13 并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行系统设计，就是说，在设计过程中对系统生命周期内的各个阶段的要求要尽可能地同时进行交互式的协调。 丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或直线运动变换为旋转运动。 丝杠螺母机构的基本传动形式有：1、螺母固定、丝杠转动并移动（获得较高的传动精度）；2、丝杠转动、螺母移动（结构紧凑、丝杠刚性较好，适用于行程较大的场合。常用！！！）； 3、螺母转动、丝杠移动； 4、丝杠固定、螺母转动并移动。 滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧形和双圆弧形。滚道型面与滚珠接触点的法线与丝杠轴向的垂线间的夹角α称接触角，一般为45°。P26 滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。外循环从结构上看有三种形式：1、螺旋槽式； 2、插管式； 3、端盖式。 基本导程Ph 。 滚珠丝杠副在有负载时，滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形。换向时，其轴向间隙会引起空回。这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的稳定性。 调整预紧的方法：1、双螺母螺纹预紧调整式；2、双螺母齿差预紧调整式；3、双螺母垫片预紧调整式；4、弹簧式自动调整预紧式；5、单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。 常用轴承的组合方式：1、单推—单推式；2、双推—双推式；3、双推—简支式；4、双推—自由式（轴向刚度和承载能力低）。 当选定执行元件步距角α、系统脉冲当量δ和丝杠基本导程Ph 之后，其减速比i 应满足匹配关系为(360)h P i αδ= 。 各级传动比的最佳分配原则：1、重量最轻原则；2、输出轴转矩角误差最小原则；3、等效转动惯量最小原则。 谐波齿轮传动的传动比：P41 圆柱齿轮传动的齿侧间隙的调整方法：1、偏心套（轴）调整法；2、轴向垫片调整法； 3、双片薄齿轮错齿调整法。 间歇传动机构：1、棘轮传动机构；2、槽轮传动机构；3、蜗形凸轮传动机构。 机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等。 导向精度是指动导轨按给定方向作直线运动的准确精度。 导轨副的截面形状：1、三角形导轨（磨损后能自动补偿）；2、矩形导轨；3、燕尾形导轨；4、圆形导轨。 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度范围内，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代 机器人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、 听觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成， 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素 目录 机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 6单片机 7 接口 8 通道 9 串行通信 10直接存储器存取（） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中通道就是接口。（×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件方式常用于中断控制中。（×） 7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√）（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√） （4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ）决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 A.插补 B.切割 C.画 线 D.自动 四、填空题 1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。 2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道模拟量输出通道、数字量输入通道数字量输出通道四种通道。 3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。 4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其它等四大类型。 5. 在变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波 6.异步交流电动机变频调速： a)基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩 调速方式。 b)基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率 调速方式。 7. 开环步进电动机控制系统，主要由. 环形分配器功率驱动器步进电机等组成。 机电一体化复习知识总结（ML制作） 第一章绪论 1 Mechatronics机电一体化，由机械学与电子学组合而成。 2 机电一体化含有两方面内容，首先是机电一体化技术，其次是机电一体化产品。 3 机电一体化的目的是提高系统的附加值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料 省能源。 4 机电一体化系统需解决的共性关键技术有检测传感技术、信息处理技术、伺服驱 动技术、自动控制技术、机密机械技术及系统总体技术。 5 机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力 源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。 6 构成机电一体化系统的要素或子系统之间必须能顺利的进行物质、能量与信息的交 换和传递。 7 机电一体化系统设计类型有开发性设计、适应性设计与变异性设计。 8 确定机电一体化系统目的功能与规格后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术 进行设计、制造的整个过程为“机电一体化工程”。 9 机电一体化系统设计的现代设计方法，计算机辅助设计与并行工程、虚拟产品设 计、快速响应设计、绿色设计、反求设计、网络合作设计。 第二章机械系统部件的选择与设计 1 机械系统部件的设计要求低摩擦、短传动链、最佳传动比、反向死去误差少、高刚性。 2 机械传动部件实质上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。 3 机电一体化发展要求传动机构不断适应精密化，高速化，小型、轻量化要求。 4 滚珠丝杠四种基本类型（1）螺母固定、丝杠转动并移动，（2）丝杠转动、螺母移动，（3）螺母移动、丝杠移动，（4）丝杠固定、螺母移动并转动。 5 滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种，内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触。 6 滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧（1）双螺母螺纹预紧调整式，（2）双螺母齿差预紧调整式，（3）双螺母垫片调整预紧式，（4）弹簧式自动调整预紧式，（5）单螺母变位导程预紧式，（6）单螺母滚珠过盈预紧式。 7 四级齿轮传动系统总转角误差 =++++ 已知：四级齿轮传动系统，各齿轮转角误差为==…==0.005 rad,各级减速比相同，即==…==1.5。求： （1）该系统最大转角误差；（带入上式即可） （2）为缩小，应采用何种措施。 ①在设计中最末两级的传动比应取大一些 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、测量 2、灵敏度 3、压电效应 4、动态误差 5、传感器 二、填空题(每小题2分,共20分) 1、滚珠丝杆中滚珠的循环方式: _内旋换与外循环 2、机电一体化系统,设计指标与评价标准应包括___ _______, __________, __________ , __________。 3、顺序控制系统就是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统, 顺序控制器通常用________。 4、某光栅的条纹密度就是50条/mm,光栅条纹间的夹角θ=0、001孤度, 则莫尔条纹的宽度就是_______________________。 5、连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动,必须同时控制 每一个轴的______________________,使它们同步协调到达目标点。 6、某4极交流感应电机,电源频率为50Hz,转速为1470r/min,则转差率为_____________。 7、齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8、累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9、复合控制器必定具有__________________________________。 10、钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题(每小题2分,共10分) 1、一般说来,如果增大幅值穿越频率ωc的数值,则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A、产大 B、减小 C、不变 D、不定 2、加速度传感器的基本力学模型就是( ) A、阻尼—质量系统 B、弹簧—质量系统 C、弹簧—阻尼系统 D、弹簧系统 3、齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A、有关 B、无关 C、在一定级数内有关 D、在一定级数内无关 4、顺序控制系统就是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统,顺序控制器通常用( ) A、单片机 B、2051 C、PLC D、DSP 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节与检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题(每小题2分,共10分) 1、伺服控制系统的比较环节就是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较,以获得输出与输入间的偏差信号。( ) 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力,并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电 机等。( ) 3、对直流伺服电动机来说,其机械特性越硬越好。( ) 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移,步距角越小,位移的控制精度越低。( ) 5、伺服电机的驱动电路就就是将控制信号转换为功率信号,为电机提供电能的控制装置,也称其为变流器,它包括电压、 电流、频率、波形与相数的变换。( ) 五、问答题(每小题10分,共30分) 1、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2、什么就是步进电机的使用特性? 3、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、就是人们借助于专门的设备,通过一定的方法对被测对象收集信息,取得数据概念的过程。 2、指在稳态下,输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3、某些电介质,当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时,内部就会产生极化现象,同时在它的两个表面上将产生 符号相反的电荷。当外力去掉后,它又重新恢复到不带电的状态,这种现象被称为压电效应。 4、动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。 . 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度围，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器 人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听 觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具有 高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素 1.1机电一体化:“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引用微电子技术，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” 机电一体化是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。其中“Mechatronics”是Mechanics(机械学)与E1ectronics (电子学)组合而成的日本造英语。 1.2接口:机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件就可称为接口 A 1.3系统工程: 系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法 B 1.4并行工程:是把产品（系统）的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合（并行）协调的一种工作模式 C 1.5虚拟产品设计: 虚拟产品设计是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计，是在基于多媒体的、交互的渗入式或侵入式的三维计算机辅助设计环境中，设计者不仅能够直接在三维空间中通过三维操作、语言指令、手势等高度交互的方式进行三维实体建模和装配建模，并且最终生成精确的产品（系统）模型，以支持详细设计与变型设计，同时能在同一环境中进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要 D 1.6绿色设计；所谓绿色设计，是在新产品（系统）的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的负作用。绿色产品设计将产品（系统）寿命周期内各个阶段（设计、制造、使用、回收处理等）看成一个有机整体，在保证产品良好性能、质量及成本等要求的情况下，还充分考虑到产品（系统）的维护资源及能源的回收利用以及对环境的影响等问题。 E 1.7反求设计: 反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的产品（系统）进行剖析、重构、再创造的设计。 1.8 机电一体化系统组成：机械系统，信息处理系统，动力系统，传感监测系统，执行元件系统 1.9工业三大要素与机电一体化的三大效果：省能源省资源智能化。 工业三大要素：物质、能量和信息 1.10根据输入／输出功能接口分类：1机械接口2物理接口3 信息接口 4 环境接口 1.11机电一体化系统(产品) 的设计流程：1) 根据目的功能确定产品规格、性能指标 (2) 系统功能部件、功能要素的划分(3) 接口的设计(4) 综合评价(或整体评价) (5) 可靠性复查(6) 试制与调试 1.12 机电一体化系统产品设计的考虑方法：1) 机电互补法2) 结合(融合)法3) 组合法 2.1 机电一体化技术对传动机构的要求：) 1) 精密化—对某种特定的机电一体化系统（或产品）来说，应根据其性能的需要提出适当的精密度要求。虽然不是越精密越好，但由于要适应产品的高定位精度等性能的要求，对机械传动机构的精密度要求也越来越高。 2) 高速化—产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关。因此，机械传动机构应能适应高速运动的要求。 3) 小型化、轻量化——随着机电一体化系统(或产品)精密化、高速化的发展，必然要求其传动机构的小型、轻量化，以提高运动灵敏度(快速响应性)、减小冲击、降低能耗。为与微电子部件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄化。 即精密化高速化小型化、轻量化 2.2为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常采取哪些措施： 1) 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；2) 缩短传动链，提高传动与支承刚度； 3) 选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力；4) 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施；5) 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声2.3齿轮传动比的最佳匹配选择原则 ;重量最轻原则输出轴转角误差原 等效转动惯量最小原则 2.4滚珠丝杠螺母机构组成与要求:滚珠丝杠螺母机构由反向器(滚珠循环反向装置)l、螺母2、丝杠3和滚珠4等四部分组成。 1、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电耦合器，光电耦合器的作用有哪些 1. （1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。 （2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。 （3）共模抑制比高，能对直流和低频信号(电压或电流)进行准确、安全的测量。 2、什么是三相六拍通电方式 2. 如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A → AB → B → BC →C → CA →… 3、简述PWM 脉宽调速原理。 3. 在一个周期T 内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U 被按一定的频率开闭的开关S 加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U 、宽度为τ，如右图所示。电枢两端的平均电压为： U U Udt U T T T d ρτ=== ?01 式中 ρ=τ/T=U d /U ，(0<ρ<1) ρ为导通率（或称占空比） 。 当T 不变时，只要改变导通时间τ，就可以改变电枢两端的平均电压Ud 。当τ从0~T 改变时，Ud 由零连续增大到U 。 5．传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。敏感元件、转换元件、基本电路。 2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响如何处理 答。如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式 答。1机电一体化--从系统的观点出发，将机械技术 、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System ）是由两台或两台以上加工 中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化 5、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。 ２、伺服电动机是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动 力输出电动机 1．试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响 解答： 机电一体化系统设计习题汇总 第一章：概论 1.关于机电一体化的涵义，虽然有多种解释，但都有一个共同点。这个共同点是什么? 2.机电一体化突出的特点是什么?重要的实质是什么？ 3.为什么说微电子技术不能单独在机械领域内获得更大的经济效益? 4.机电—体化对我国机械工业的发展有何重要意义? 5.试列举20种常见的机电一体化产品。 6.试分析CNC机床和工业机器人的基本结构要素，并与人体五大要素进行对比，指出各自的特点。 7.机电一体化产品各基本结构要素及所涉及的技术的发展方向。 8.机电一体化设计与传统设计的主要区别是什么? 9.试举例说明常见的、分别属于开发性设计、适应性设计和变异性设计的情况。 10.为什么产品功能越多，操作性越差?为何产品应向“傻瓜化”方向发展? 11.试结合产品的一般性设计原则，分析和理解按“有限寿命”设计产品的目的和意义。 第二章：机械系统设计 1. 机电一体化产品对机械系统的要求有哪些? 2. 机电一体化机械系统由哪几部分机构组成，对各部分的要求是什么? 3. 常用的传动机构有哪些，各有何特点？ 4. 齿轮传动机构为何要消除齿侧间隙? 5. 滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响?采用什么方法消除它？ 6. 滚珠丝杠副的支承对传动有何影响?支承形式有哪些类型?各有何特点? 7. 试设计某数控机床工作台进给用滚珠丝杠副。己知平均工作载荷F＝4000N，丝杠工作长度l＝2m，平均转速＝120r／min，每天开机6h，每年300个工作日，要求工作8年以上，丝杠材料为CrwMn钢，滚道硬度为58—62HRC，丝杠传动精度为±0.04mm。 8.导向机构的作用是什么?滑动导轨、滚动导轨各有何特点? 9.请根据以下条件选择汉江机床厂的HJG—D系列滚动直线导轨。作用在滑座上的载荷F＝18000N，滑座数M=4，单向行程长度L＝0.8m，每分钟往返次数为3，工作温度不超过120℃，工作速度为40m／min,工作时间要求10000h以上,滚道表面硬度取60HRC。 10.滚动直线导轨的形式有哪些?各有何特点? 11. 塑料导轨的特点是什么?常用的塑料导轨有哪些？如何使用? 第三章：接口设计 1.试述机电—体化接口设计的重要性。 2.试述机电一体化产品接口的分类方法。 3. 试述人机接口的作用和特点。 4.人机接口中，常用的输入设备有哪几种？常用的输出设备有哪几种？ 5.设计键盘输入程序时应考虑哪几项功能？ 6.七段发光二极管显示器的动态工作方式和静态工作方式各具有什么优缺点？ 7. 在进行PP40打印机接口设计时，可否直接将STB连到WR上？为什么？ 8.试述机电接口的作用和特点。 9. 在机电接口的控制输出接口中，常用的电力电子器件有哪些？ 10.在机电接口中，光电耦合器的作用是什么？ 1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化产品？ 答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出 2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石 机电一体化试题及答案 (新) 电气控制与PLC试题 一、填空题（将正确答案填入下列空白处，每题1分，共10分） 1. 触点系统的结构形式有桥式触点、指形触点。 2. 工作在交流电压1200 V、或直流电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品叫低压电器。 3. 交流接触器的触点系统分为主触点和辅助触点，用来直接接通和分断交流主电路和控制电路。 4. 热继电器有多种结构形式，最常用的是双金属片结构，即由两种不同膨胀系数的金属片用机械碾压而成，一端固定，另一端为自由端。 5. 熔断器主要作为电路的短路保护元件。 6. 三相笼型异步电动机的制动方法一般采用机械制动和电气制动，其中电气制动方法有：反接制动、能耗制动、再生制动等。 7. 电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过电流保护、过载保护、失电压保护、欠电压保护、过电压保护及弱磁保护等。 8. PLC的基本结构由中央处理器、存储器、输入输出接口、电源、扩展接口、通信接口、编程工具、智能I/O接口、智能单元等组成。 9. 按PLC物理结构形式的不同，可分为整体式和模块式两类。 10. PLC常用的编程语言有：梯形图、指令表、高级语言。 二、选择题（下列每题只有一个正确答案，将正确答案的代号填入括号内，每题2分，共28分） 1. 电磁机构中，吸引线圈的作用是：（ A ） A. 将电能转化成磁场能量 B. 将磁场能转化成电能 2. 用来分断或接通控制电路的是交流接触器的（A） A. 辅助触点 B. 主触点 3. 电磁式交流接触器和交流继电器的区别是：（ B ） A. 交流接触器有短路环，而继电器没有 B. 交流接触器有主、辅助触点之分，而继电器没有 C. 没有区别 4. 下列对PLC输入继电器的描述正确的是：（ A ） A. 输入继电器的线圈只能由外部信号来驱动 B. 输入继电器的线圈只能由程序来驱动 C. 输入继电器的线圈既可以由外部信号来驱动又可以由程序来驱动 5. 把线圈额定电压为220V的交流接触器线圈误接入380V的交流电源上会发生的问题是：（ C ） A. 接触器正常工作 B. 接触器产生强烈震动 C. 烧毁线圈 D. 烧毁触点 6. 中间继电器的电气符号是：（ C ） A. SB B. KT C. KA D. KM 7. 自动空气开关的电气符号是：（ B ） A. SB B. QF C. FR D. FU 8. 下列对PLC软继电器的描述，正确的是：（ A ） A. 有无数对常开和常闭触点供编程时使用 B. 只有2对常开和常闭触点供编程时使用 C. 不同型号的PLC的情况可能不一样机电一体化复习重点
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