机电一体化技术课后习题及答案(孙卫青版第二版)
标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
机电一体化技术课后习题及答案
（孙卫青版第二版）
1-1、试说机电一体化的含义
答：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、机电一体化的主要组成、作用及其特点是什么
答：主要由机械本体、动力系统、传感与检测系统、信息处理及控制系统和执行装置等组成。机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。传感与检测系统将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。执行装置在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
1-3、工业三大要素是什么答：物质、能量和信息。
1-4、传统机电产品与机电一体化产品主要区别是什么
答：传统的机电产品机械与电子系统相对独立，可以分别工作。机电一体化产品是机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予其新的功能和性能的一种新产品，产品功能是由所有功能单元共同作用的结果。
1-6、应用机电一体化技术的突出特点是什么
答：①精度提高；②生产能力和工作质量提高；③使用安全性和可靠性提高；④调解和维护方便，使用性能改善；⑤具有复合功能，适用面广；⑥改善劳动条件，有利于自动化生产；⑦节约能源，减少耗材；⑧增强柔性。
1-7、机电一体化的主要支撑技术有哪些，它们的作用如何
答：1、传感测试技术，在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及工作过程有关的相关信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。2、信息处理技术，在机电一体化产品工作过程中，参与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析。3、自动控制技术，主要实现机电一体化系统的目标最佳化。4、伺服驱动技术，它的作用是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动按照指令要求进行运动。5、接口技术，将各组成要素的输入/输出装置联系成一体的系统。6、精密机械技术，机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来实现。7、系统总体技术，它的作用是将各有关技术协调配合、综合运用，从而达到整体系统的最佳化。
1-8试论述机电一体化的发展趋势。
答：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化和自适应化。
2-1机电一体化系统对传动机构的基本要求是什么
答：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电机等其他环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。
2-2丝杠螺母机构的传动形式及其特点是什么
答：①螺母固定、丝杠转动并移动。结构简单，精度较高，但刚性差。只适合行程较小的场合。
②丝杠转动、螺母移动。结构紧凑，丝杠刚性较好，适合工作行程较大的场合。
③螺母移动、丝杠移动。机构较复杂且占用轴向空间较大，故应用很少。
④丝杠固定、螺母转动并移动。结构简单，紧凑，但使用不方便，应用较少。
2-3滚珠丝杠副的组成及特点有哪些
答：由丝杠、螺母、滚珠、反向器组成。特点：结构复杂、成本高、无自锁能力、轴向刚度高、运动平稳。传动精度高、不易磨损、使用寿命长。
2-4如何选择滚珠丝杠副
答：（1）根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，选择适当的结构形式。（2）选择滚动丝杠副结构尺寸。主要选择丝杠的公称直径和基本导程。
2-5齿轮传动的各级传动比的分配原则是什么输出轴转角误差最小原则的含义是什么
答：等效转动惯量最小原则、重量最轻原则、输出轴转角误差最小原则。各级转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差最小。
2-6 已知某4级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为△Φ1=△Φ2=…=△Φ8=，各级减速比相同，即
i1=i2=…=i4=，求：（1）该传动系统的最大转角误差△Φmax；（2）为缩小△Φmax，应采取何种措施答：（1）（2）最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度。
2-8齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些
答：偏心套（轴）调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法
2-9对机械执行机构的基本要求有哪些
答：惯性小、动力大；体积小、重量轻；便于维修、安装；易于计算机控制
2-10简述各类传感器的特征及选用原则
答：静态特性，静态特性的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂。动态特性，其主要技术指标有：上升时间、最大超调量、调整时间、频率响应范围和临界频率。传感器应根据测试要求和条件，传感器特性和使用条件三个方面进行选择。
2-12简述机电一体化系统中的执行元件的分类和特点
答：电气式：操纵简单，适宜编程，响应快，伺服性能好，易于微机相接
液压式：输出功率大，转矩大，工作平稳，承载能力强，但是占地面积大
气压式：可得到较大的驱动力，行程和速度，但由于具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。
2-13简述直流伺服电动机的PWM调速换向的工作原理
答：脉冲宽度调制是通过改变输出脉冲信号的占空比来改变电枢电压的平均值，从而达到控制电机转速的目的。
3-1简述计算机控制系统的组成和特点
答：计算机由硬件和软件组成。具有完善的输入/输出通道；具有实时控制功能；可靠性高；具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律的软件系统。
3-2简述计算机控制系统的常用类型及其特点
答：过程控制系统：根据生产流程对设备巡回检测，然后按照控制规律对生产过程控制伺服系统：控制信号能够稳定、快速、准确的复现输入信号的变化规律
顺序控制系统：按照逻辑顺序控制
数字控制系统：根据零件编程或路径指令控制
3-3简述计算机控制系统的基本要求和一般设计方法
答：实时性；高可靠性；硬件配置的可装配可扩充性；可维护性。
3-4简述常用的工业控制计算机类型及其特点
答：普通PC机：一般不用作工业控制，硬件无需设计，软件开发复杂，抗干扰等差，成本较高
单片机：控制系统自行设计，软硬件设计复杂，抗干扰等差，成本较低
可编程控制器:软硬件设计简单，抗干扰能力强，运行速度慢，适用逻辑控制为主工业控制
工业PC机：硬件设计简单，软件设计复杂，运行速度，抗干扰能力强，成本高，适合较大规模的工业现场控制
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
答：由CPU，存储器，输入/输出单元，电源，编程器，其他接口电路。CPU是PLC的运算和控制核心，存储器用来存储数据和程序，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，电源提供电力，编程器用于对程序编辑，其他接口用于扩展PLC的功能。
3-6 PLC控制系统设计步骤一般分为哪几步
答：选择用户输入/输出设备；选择PLC；分配I/O点，绘制输入/输出端子的连接图；设计控制程序；如果必要设计操作台等；编制控制系统的技术文件。
3-9数字PID控制器的参数整定方法有哪些
答：凑试法确定PID调节参数；实验经验法确定PID调节参数。
3-10简述嵌入式系统的组成
答：嵌入式系统组成包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器，存储器，电源模块，外围电路及外设器件，I/O端口，图形控制器；软件包括操作系统和应用程序。
3-11简述嵌入式系统的软硬件协同设计方法
答：需求分析和描述；设计建模；软硬件划分；软硬件协同设计；软硬件实现和综合；软硬件协同测试和验证。
3-12简述计算机控制系统的设计思路
答：确定系统总体控制方案；建立数学模型并确定控制算法；选择微型计算机；控制系统总体设计；软件设计；系统调试。
5-1．接口的定义及作用
答：定义：机电一体化系统由许多要素或是子系统构成，各要素或子系统之间必须能够顺利进行物质、能量和信息的传递与交换。各种要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。
作用：1.通过输入\输出接口将其人、自然及其他系统相连；2.通过许多接口将系统构成要素联系为一体。
5-2.按接口所联系的子系统不同，以信息处理系统（微电子系统）为出发点将接口分为哪几类各自特点是什么
答：按微电子系统分为人机接口和机电接口；
人机接口特点：人机接口包括输出与输入接口两类，通过输出接口。操作者对系
统的运行状态、各种参数进行监测；通过输入接口操作者向系统输入各种命令及控制
参数，对系统运行进行控制。
机电接口特点：机电接口按信息传递方向可分信息采集接口与控制量输出接口。
计算机通过信息采集接口接收传感器输出信号，检测机械系统运动参数，经过运算处
理后，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大、驱动执行元
件来调节机械系统运行状态，，使其按要求动作。
5-3.输入接口可以有哪些方法各自适用什么场合
答：（1）简单开关输入接口；（2）键盘输入接口
简单开关输入主要用于一些二值化的控制命令和参数；键盘输入主要用于操作者需要输入指令或参数比较多时。
的结构及工作原理是什么
答： ADC0809是一种8路模拟量输入8位数字量输出的逐次逼近法A/D器件。
工作原理：其内部除A/D转换部分，还有模拟开关部分。多路开关有8路模拟量输入端，最多允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。8路模拟开关切换由地址锁存和译码控制，3根地址线与A、B、C引脚直接相连，通过ALE锁存。
5-5.控制量输出接口的作用是什么有那些种具体形式各自使用什么情况
答：作用：控制微机通过信息采集接口检测机械系统的状态，经过运算处理，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、和功率放大，驱动执行元件去调节系统的运行状态，使其按设计要求运行。
具体有：（1）模拟量输出接口；（2）功率驱动接口。
使用情况：（1）模拟量输出使用在被控对象要求模拟量作为控制信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器，而计算机系统是数字系统，不能输出模拟量的时候。（2）功率驱动主要把微机系统后向通道的弱电控制信号转换成能驱动执行元件动作的具体一定电压和电流的强电功率信号或液压气动信号。
5-6.什么是电磁兼容性
答：电磁兼容性是指设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备电磁发射导致或遭受不允许的降级。
5-7.何谓电磁干扰电磁必须干扰具备条件是什么
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电气变化现象。具备条件：（1）存在干扰源；（2）有相应的传输介质；（3）有敏感的接收元件。
5-8.电磁兼容性设计的目的是什么如何进行
答：电磁兼容性设计是应用那些已由理论和实践证明，能保证系统相对免除电磁干扰的设计方法，对干扰加以控制。
5-9.电磁干扰有哪三种形式并举例说明
答：电磁干扰形式：（1）电容性耦合（2）电感性耦合（3）电磁场耦合
5-10.在电磁辐射耦合中，如何判别干扰源的性质
答：常把干扰源通过电场耦合看成电容性耦合（电场耦合），通过磁场的耦合看点成电感耦合，电场和电场同时存在则为电磁场耦合。
5-11.为了抑制电容性、电感性和电磁场三种耦合形式，应分别采取何种有效措施
答：常用的方法有滤波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔离等
5-12 、常见的抑制电磁干扰措施有哪些？
答：常用的方法有滤波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔离。
5-13、如何进行电场屏蔽，磁场屏蔽？
答：电场屏蔽：利用金属屏蔽体可以对电场起到屏蔽作用，屏蔽体必须完善并良好地接地。最好用低电阻金属（铜、铝）做成屏蔽罩，并使之与机壳（地）可靠相连。
磁场屏蔽：低频磁场屏蔽：采用磁屏蔽，用铁磁材料制成管状或杯状罩进行磁场屏蔽，这样可以将磁场干扰限制在屏蔽罩内，也可以使外界低频干扰磁场对置于屏蔽罩内的电路和器件不产生干扰。还可以利用双绞线予以消除。高频磁场屏蔽：采用低电阻率的金属良好导体材料来屏蔽，把金属导体做成金属盒，把线圈包围起来，则线圈电流产生的高频磁场在金属盒内壁产生涡流，从而把原磁场限制在盒内，不至于外泄漏。金属外的高频磁场同样由于涡流的作用只能绕过金属盒，不能进入盒内，从而屏蔽了外界的干扰。
5-14、接地系统分为几类举例说明。
答：接地系统分为保护地线、工作地线、地环路和屏蔽接地。电气设备的机壳、底盘接地等
5-15、如何实施软件抗干扰？
答：（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.软件陷阱法；技术法
6-1 简述机电一体化系统设计流程。P268
答：第一阶段：产品规划。对产品进行需求分析、需求设计与可行性分析；
第二阶段：概念设计。拟定总体方案、划分功能模块以及对方案进行论证、确定模块设计目标；
第三阶段：详细设计。对各功能模块和接口细部设计，并对所做的设计进行总体评价；
第四阶段：设计实施。制造、装配和编制各功能模块并进行调试，以及对系统进行整体安装调试与可靠性、抗干扰性复核
第五阶段：设计定型阶段。对系统进行工艺定型，编写技术文档资料。
6-2 开发性设计、适应性设计、变型设计有何异同 P271
答：开发性设计是在工作原理、结构等完全未知的情况下，设计出质量和性能方面满足目的的要求的新产品，是一种完全创新的设计。
适应性设计是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。
变型设计是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。
6-3 何谓概念设计简述其具体设计步骤。P275
答：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计。
步骤：第一阶段：分析阶段。明确设计任务，求总功能和总功能分解。第二阶段：综合阶段。寻找子功能解，原理解组合。第三阶段：评价决策阶段。评价与决策，得出概念产品。
6-4 如何进行设计任务抽象化其作用是什么P278-279
答：工程设计中常用的抽象方法是黑箱法，将待求系统看作是黑箱，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，直到方案的拟订。其作用是能扩大解的范围，放开视野，寻求更为理想的设计方案。
6-5 总功能为什么要分解应如何进行分解P280-281
答：（1）因为新产品的整体功能是由不同组成部分相互协调共同完成的，对总功能进行分解既可显示各功能元、子功能与总功能之间的关系，又可通过各功能元之间的有机组合求系统方案。
（2）根据同一层次的功能单元组合起来，应能满足上一层功能的要求，最后合成的整体功能可满足系统的要求的原则对总功能分解成复杂程度较低的子功能，若子功能还太复杂，则可进一步分解为较低层次的子功能，分解到最后的基本功能单元。
6-7 为什么要进行系统的评价和决策分别简述其步骤。P288
答：进行系统评价是为了对评价的事物与一定的对象进行比较，决定该事物的价值；进行系统决策是为了从各种可供选择的方案中，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。
------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.
前言 机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。可编程控制器PLC是一种具有很强的抗干扰能力、高的可靠性、高的性能价格比且编程简单的控制设备。基于它的突出优点，它广泛地应用到工业控制领域及其他诸多领域中。因此，培养掌握机电技术、掌握PLC技术在技工学校教育中相当重要。 在综合应用这些技术时，要根据系统的功能目标和优化组合结构的目标，合理配置布局驱动机构、控制机构、传感检测机构、执行机构等，并使它们在微处理单元的控制下协调有序地工作，在机地融合在一起，达到物理一能量的有序运动，因此，机电一体化技术在高性能、高质量、高可靠性、低能耗上实现特定功能价值的系统工程。 机电一体化的主要技术特征有以下几点： （1）机械技术、电子技术和信息技术的彼此功能交互，大多以机械系统的高级微机控制的形式出现。 （2）在一个具体的物理单元中，在不同子系统空间上的集成。 （3）机电一体化系统的控制功能智能化。越来越先进的控制功能取代了许多操作人员的推理和判断。 （4）柔性化使得机电一体化产品能够灵活地满足各种要求，适应各种环境。 （5）采用微处理器控制的系统，易于增加或改变功能，无需增加硬件成本。 （6）控制功能采用电子技术、微电子技术、微机控制技术来实现，因此，对用户来说，机电一体化系统的内部运行机制是隐蔽的。 （7）在机电一体化技术中，设计思想方法与制造技术紧密联系在一起，它们是并行发展的。 基于上述机电一体化特点，由我校自主设计、制造了模块化生产加工系统（MPS）。该模块化自动生产线（MPS）在教学过程中具有以下特点： （1）MPS系统是专为训练工业现场的自动化生产制造技术而设计的。 （2）通过本系统的训练，学生将理论与实际相结合，可以掌握自动化生产系统的设计、制造、运行、维护维修等技能。 （3）本系统采用敞开式安装、模块化形式，各模块便于教学、易于搭建、拆卸和维护。 （4）通过本系统的学习，学生可以获得气动、电气动、工程控制、传感器和电子方面的知识。 通过实训，使学生所学到的专业知识得到了充分的综合应用的同时，学生的学习能力、独立思考能力、组织能力等综合能力及创新精神和团队合作精神得到了全面的锻炼和提高。 该模块化生产加工系统（MPS）适用于《可编程控制器PLC及应用》、《传感器及应用》、《自动机与自动线》《气动控制技术》、《自动控制技术》、《机械基础》、《电气设备维修》、《接口技术》等多种课程的理论、实验、实习教学需要。 系统能自动完成自动供料、取料、装配的功能。其外形如图0.1所示，结构如图0.2所示。其功能是自动供料单元1、2中自动送出凹型和凸型工件，然后通过机械手单元和转运机械手单元将其在送出工作站进行组装，并通过送出工作站把工件送出到料槽完成工作，或把组装完成的工件送到与该系统配套使用的传送带分拣工作站中继续工作过程。
《机电系统设计》复习题 一、填空 1、机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、传感检测系统（传感器）、动力系统、执行元件系统等五个子系统组成。 2、机电一体化系统（产品）的设计类型大致有开发型设计、适应性设计和变异性设计等三种。 3、常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。 4、导向支承部件的作用是支撑和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。 5、执行元件根据使用能量的不同，可以分为电动势、液压式和气压式等类型。 6、步进电动机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电动机。 7、单片机应用系统中，常使用LED(发光二级管) 、CRT 和LCD(液晶显示器)作为显示器件。 8、工业机器人一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。 9、CNC机床按工艺用途分类可分为普通数控机床、机械加工中心、多坐标数控机床。 10、机电一体化系统设计的一般方法包括机电互补法、融合（结合）法、组合法。 11、机座或机架既起支承作用，承受其它零部件的重量及在其上保持相对的运动，又起基准作用，确保部件间的相对位置。 12、对伺服系统的基本要求有精度要求更高、可靠性更好、响应速度更快。 13、交流伺服电机消除“自转”现象的解决办法是。 14、两相交流伺服电动机的控制方法有三种：①幅值控制；②相位控制；⑧幅值—相位控制。机电一体化系统中应用较多的控制方法是。 15、步进电机步距角是指在一个脉冲作用下（即一拍）电动机转子转过的角位移，失调角是指转子轴上袈加一负载转矩时转子齿中心线与定子齿中心线所错过的电度角，最大静转矩是指失调角=正负90度。 16、按照校正装置在系统中的联接方法，可把校正分为有源校正和无源校正。 17、常用的执行元件是电气执行元件，其输入是电能，输出为机械能。 18、按刀具相对工件移动的轨迹分类，数控机床可分为点位控制数控机床、点位直线控
机电一体化技术基础 “机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等相关技术有机结合的一个新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。 第一章概论 1、机电一体化的定义 机电一体化乃是机械的主功能、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。 2、机电一体化系统的基本构成 一般而言，一个较完善的机电一体化系统包括以下几个基本要素： 机械本体、检测传感部分、电子控制单元（ECU）、执行器和动力源，各要素之间通过接口相互联系。 3、机电一体化的相关技术 （1）机械技术 （2）信息处理技术 （3）系统技术 （4）自动控制技术 （5）传感检测技术 （6）伺服驱动技术 4、机电一体化系统的分类 从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。 闭环控制的机电一体化系统的优点是高精度、动态性能好、抗干扰能力强，缺点是结构复杂、成本高、维修难度较大。 5、机电一体化系统开发的类型 机电一体化系统开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 （1）开发性设计： 是一种独创性的设计方式、在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利范畴。 （2）适应性设计： 适应性设计是在参考同类产品的基础上，主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过技术更新和局部结构调整使产品的性能、质量提高或成本降低的产品开发方式。这一类设计属于实用新型专利范畴。 （3）变参数设计： 变参数设计是在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。 6、机电一体化系统设计方案的常用方法 （1）取代法： 就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。 （2）整体设计法：
目录 机电一体化技术第1章习题-参考答案 (1) 1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。 (1) 1-4 何谓机电一体化技术革命？ (1) 1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ (1) 1-8.工业三大要素指的是什么？ (1) 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？ (1) 1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？ (1) 机电一体化技术第2章习题-参考答案 (2) 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些要求？ (2) 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ (2) 2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ (2) 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？ (2) 2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ (2) 2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为?φ1=?φ2=?φ3=...=0.005 ra d,各级减速比相同，即?1=?2=...=?4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差?φmax;为缩小?φmax，应采取何种措施？ .. (2) 2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ (3) 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100，柔轮齿数为 100.当刚轮固定时,试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) (3) 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? (3) 2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？ (4) 机电一体化技术第3章参考答案 (5) 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。 (5) I
第1章 1-1、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、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？ a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。 c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。 d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。 e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。 1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。 1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。 1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。 第2章 2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。 2-2、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。 2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。 2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择 2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）； 2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。 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。 2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？ 一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。 （1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率
检测题 一、填空题： 1.机电一体化是指机和电融合为一体的有机结合。 2.机电一体化的产品或设备，都是一个有机械零件和电子元 件组成的一个有机的整体。 3.工业三大要素是物质、能量、信息。 4.机电一体化实现三大功能应具有的两个重要特征：以能源转换为主和以信息转换为主。 5.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。 6.接口有传递信息和物质的功能。 7.机电一体化系统的构成要素是：机械本体部分、计算机控制部 分、检测及传感器部分、执行机构部分。 8.机电一体化技术使机械的传动部件减少，因而是机械磨损大大减少。 9.机电一体化的产品或设备一般都具有自动保护的功能，可避免或减少事故发生的可能行。 11.机电一体化的产品开发是复杂，使用时简便、有柔性。 12.接口方式有直接式接口和间接式接口。 13.接口的类型有机械接口、电气接口、机电接口、软件接口、人-机-环接口等。 14.根据不同的动力源，执行机构有电动、气动和液压三类。 二、判断 （x）1、机电一体化、机械电子技术应用和机电技术应用是三个不同含义的名称。 （v）2、机电一体化是指机和电融合为一体的有机结合，不是两者简单相加。 (x) 3、用继电器进行控制的自动机或自动装置属于机电一体设备。 (v) 4、机电一体化技术是同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术的一 种复合技术。 (x) 5、目前，机电一体化技术主要只用于机械行业。 (v) 6、机械本体是机电一体化技术的载体。 (x) 7、检测部分只检测信号不转换信息。 (x) 8、所有的自动控制系统是机电一体化系统。 (x) 9、一般的自动控制系统和机电一体化系统一样，都使用了计算机。 (x) 10、机电一体化设备的机械结构更加复杂、但操作性能很好。 三、选择题： 1.机电一体化系统的基本功能要素之一：接口的基本功能是（C ） A．交换 B.放大 C.传递 D.以上三者 2.“机电一体化”这一名词产生20世纪，其产生的年代为（A ） A．70年代 B.50年代 C.40年代 D.80年代 3.“机电一体化”在国外被称为（C） A．Machine B.Electronics C.Mechatronics D.A+B 4. Mechatronics是两个不同学科领域名称的组合，这两个不同的学科是（B） A．机械学与信息技术 B.机械学与电子学 C.机械学与自动化技术 D.机械学与计算机 5．标志着机电一体化技术出现的第一台机器人是由( A ) A、美国人在20世纪50年代 B、日本人在20世纪70年代 C、英国人在 20世纪50年代 6．机电一体化的英语词汇Mechatronics是由(B )创造的。 A、美国人 B、日本人 C、英国人 D、中国人 7．下列不属于机电一体化产品的是( A ) A、电机 B、数控机床 C、自动电梯 D、电脑打印机 8．处理各种信息并作出相应的判断、决策和指令的是( B ) A、机械本体 B、计算机控制部分 C、检测及传感器部分 D、执行机构部分 9．下列构件属于检测及传感器的是( C ) A、离合器 B、单片机 C、热电偶 D、变频器 10、下列哪一个不是机电一体化技术的特点( C ) A、简化了机械结构和操作 B、增加了功能，提高加工精度 C、安全、 可靠但寿命短D、使用简便、有柔性 11、不仅能够传递信息和数据而且能对信息和数据进行处理的接口形式是 ( B ) A、直接接口 B、间接接口 C、机械接口 D、电气接口
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、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 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、信息与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。 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内循环和外循环两类。 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。 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。
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
机电一体化技术课后习题及答案(孙卫青版第二版) 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
机电一体化技术课后习题及答案 （孙卫青版第二版） 1-1、试说机电一体化的含义 答：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、机电一体化的主要组成、作用及其特点是什么 答：主要由机械本体、动力系统、传感与检测系统、信息处理及控制系统和执行装置等组成。机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。传感与检测系统将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。执行装置在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素是什么答：物质、能量和信息。 1-4、传统机电产品与机电一体化产品主要区别是什么 答：传统的机电产品机械与电子系统相对独立，可以分别工作。机电一体化产品是机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予其新的功能和性能的一种新产品，产品功能是由所有功能单元共同作用的结果。 1-6、应用机电一体化技术的突出特点是什么 答：①精度提高；②生产能力和工作质量提高；③使用安全性和可靠性提高；④调解和维护方便，使用性能改善；⑤具有复合功能，适用面广；⑥改善劳动条件，有利于自动化生产；⑦节约能源，减少耗材；⑧增强柔性。 1-7、机电一体化的主要支撑技术有哪些，它们的作用如何 答：1、传感测试技术，在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及工作过程有关的相关信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。2、信息处理技术，在机电一体化产品工作过程中，参与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析。3、自动控制技术，主要实现机电一体化系统的目标最佳化。4、伺服驱动技术，它的作用是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动按照指令要求进行运动。5、接口技术，将各组成要素的输入/输出装置联系成一体的系统。6、精密机械技术，机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来实现。7、系统总体技术，它的作用是将各有关技术协调配合、综合运用，从而达到整体系统的最佳化。 1-8试论述机电一体化的发展趋势。 答：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化和自适应化。 2-1机电一体化系统对传动机构的基本要求是什么 答：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电机等其他环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。 2-2丝杠螺母机构的传动形式及其特点是什么 答：①螺母固定、丝杠转动并移动。结构简单，精度较高，但刚性差。只适合行程较小的场合。 ②丝杠转动、螺母移动。结构紧凑，丝杠刚性较好，适合工作行程较大的场合。 ③螺母移动、丝杠移动。机构较复杂且占用轴向空间较大，故应用很少。 ④丝杠固定、螺母转动并移动。结构简单，紧凑，但使用不方便，应用较少。 2-3滚珠丝杠副的组成及特点有哪些
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。 1.步进电动机的结构及工作原理是什么?驱动方式有哪些?各有何特点?并举一个例子说明步进电动机是如何驱动和控制的. 答:(1)步进电动机的工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。 图1 三相反应式步进电动机的结构示意图 1——定子2——转子3——定子绕组{{分页}} 图1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60o。各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为θE=360o/40=9o，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3o。因此，B、C极下的 磁阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3o；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3o。依次类推，当三相绕组按A→B→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3o的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按A→C→B→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3o的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角θb为30o。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按AB→BC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按A →AB→B→BC→C→CA→A顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算： θb=360o/NE r(1) 式中E r——转子齿数； N——运行拍数，N=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。 (2) 步进电动机的驱动方法 步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予以简单介绍。 （孙卫青版第二版） 1-1、试说机电一体化的含义 答：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、机电一体化的主要组成、作用及其特点是什么 答：主要由机械本体、动力系统、传感与检测系统、信息处理及控制系统和执行装置等组成。机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。传感与检测系统将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。执行装置在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素是什么？答：物质、能量和信息。 1-4、传统机电产品与机电一体化产品主要区别是什么？ 答：传统的机电产品机械与电子系统相对独立，可以分别工作。机电一体化产品是机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予其新的功能和性能的一种新产品，产品功能是由所有功能单元共同作用的结果。1-6、应用机电一体化技术的突出特点是什么？ 答：①精度提高；②生产能力和工作质量提高；③使用安全性和可靠性提高；④调解和维护方便，使用性能改善；⑤具有复合功能，适用面广；⑥改善劳动条件，有利于自动化生产；⑦节约能源，减少耗材；⑧增强柔性。 1-7、机电一体化的主要支撑技术有哪些，它们的作用如何？ 答：1、传感测试技术，在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及工作过程有关的相关信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。2、信息处理技术，在机电一体化产品工作过程中，参与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析。3、自动控制技术，主要实现机电一体化系统的目标最佳化。4、伺服驱动技术，它的作用是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动按照指令要求进行运动。5、接口技术，将各组成要素的输入/输出装置联系成一体的系统。6、精密机械技术，机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来实现。7、系统总体技术，它的作用是将各有关技术协调配合、综合运用，从而达到整体系统的最佳化。 1-8试论述机电一体化的发展趋势。 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 机电一体化系统设计试题 课程代码：02245 一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 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.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角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 6.电压跟随器的输出电压( )输入电压。 A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于 7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为( ) A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 8.右图称( ) A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性 9.计算步进电动机转速的公式为( ) A. B.T sm cos C. D. 180°- 10.一般说来，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t s( ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定 11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为( ) A.+b B. C. D. 12.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( )使得它们同步协调到达目标点。 A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向 13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( ) A.(A+)2(+B) B.A2+2B C.(A+B)2(+) D.A2B+2 14.累计式定时器工作时有( ) A.1个条件 B.2个条件 C.3个条件 D.4个条件 二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分) 机电一体化技术在工程机械中的应用 目前，随着我国经济的不断增长和科学水平的提升带动了信息技术、互联网技术以及计算机技术的不断发展。与此同时机电一体化也随着新兴技术的进步不断发展，在各行业得到了广泛的应用，尤其是对于工程机械行业来说，机电一体化的應用在很大程度上提升了该行业的自动化和智能化水平，对该行业的发展其中重要的推动作用。对此，本文主要分析了机电一体化在工程机械行业的应用以及未来发展趋势，希望对我国工程机械行业的发展有所帮助，推动我国机电一体化水平的不断进步。 标签：机电一体化技术;工程机械;应用 引言 在工程机械领域，随着电工电子技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多项技术的发展，工程机械的模式从传统单一的机械电气化逐步进化为现代的机电一体化。 1机电一体化技术的发展过程 机电一体化技术的发展主要经历了三个阶段，第一阶段是20世纪60年代之前。该阶段人们开始尝试利用计算机技术来改进和完善机械工程制造产品，因历史因素，当时机械工程产品与电子技术相结合的产品在二战中被大量应用。虽然当时电子信息技术的发展还不成熟，机械工程产品与电子信息技术的结合程度不高，但是那些产品的研发和制造很大程度地推动了民用技术产品的发展。第二阶段是20世纪七八十年代，该阶段也是机电一体化技术的快速发展时期。同时期的通信技术与计算机技术等都处于快速发展阶段。当微型计算机和集成电路规模化生产时代来临时，机电一体化技术在工程机械中的应用具备了更好的环境，并且该技术在现代机械工程中的应用受到世界各国的广泛关注。20世纪90年代至今，机电一体化技术迎来了第三个阶段，该时期的机电一体化技术中融入了通信与光电等技术，并不断朝着智能化的方向发展。 2机电一体化技术特点 随着机电一体化技术的大力发展，机电一体化技术的优势也越来越显著，具体体现在以下几方面：（1）安全性更高。现代的机电一体化设备本身装有检测系统，确保可以全程追踪设备的工作状态，遇到故障便会启动机器设备保护机制，因此现代的机电一体化设备具有很强的安全性、可靠性。解放劳动力的同时，极大提高了生产效率。（2）提高生产效率。生产工作中，机电一体化技术能实现智能化、自动化处理，极大提高了生产效能，节约人力成本，实现产品量化生产，提高企业的市场竞争力。数字化显示的应用，降低了操作的难度，避免了工作人员的重复性操作，节约了人力成本，使得工作更加精准定位。（3）环保和节约能源。由于机电一体化技术的智能化，机电一体化技术做出大量的贡献，减少了不 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、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 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、信息与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。 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内循环和外循环两类。 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。 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。 机电一体化技术在机械工程中的应用(最新版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0900 机电一体化技术在机械工程中的应用(最 新版) 作为一门将机械和微电子技术紧密结合的技术——机电一体化在机械工程中的应用取得了较好的效果。不论是从机电一体化的发展趋势还是从机电一体化的应用前景来看，加大该项技术的创新以及其与机械工程的联合对各机械企业的发展有着积极的意义。本文将以机电一体化为中心，简要分析其在机械工程中的应用。 机械工程的发展目前已经朝着机电一体化的方向稳步前进。信息处理、机械控制、电子、软件等都被有机的结合，新产品和新应用领域不断地被开拓，机械行业的发展不仅有微电子技术的支持，同时也有自动化生产和制造的协助。在新工业时代的今天，机电一体化已经成为推动机械工程快步前进的主要助推力。产品生产的周 期被压缩，产品的性能得到进一步提升，企业的竞争力不断加大，市场竞争形式迈入了技术性的大门。 机电一体化概述 机电一体化是指将机械技术与电子化设计和软件功能有机结合的系统，该系统不仅能够进行功能目标的预定，还能够在该预定目标的引导下，通过将机械技术、计算机技术、自动控制技术、测控技术、信息技术、接口技术、信息变换技术、编程技术、微电子技术等开展综合性运用，以确保功能单元分区的合理和布局的科学性，并实现系统运用的高质量和低耗能的目标。 与传统机械相比，机电一体化有着以下特点： 第一，其自动化技术使该系统的应用界面和操作流程趋于简单化，操作人员并不需要有较为丰富的技术知识的支撑。机电一体化与之前的应用技术不同，由于自动化技术的参与，其系统之间的融合度和契合度更高，基于整体自动化的需求，应用界面的构建更加简单，操作人员仅需要具备基础的操作技能即可开始操作。 第二，机电一体化技术是多种技术的综合，因此具有较强的系机电一体化课后习题答案
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