中央广播电视大学2003—2004学年度第一学期“开放本科”期末考试
机械专业机电一体化系统设计基础试题
2004年1月
一、填空(每空2分，共20分)
L机电一体化产品按用途可以划分为办公机电一体化 产业机电一体化 民航机电一体化
2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口组成。 3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守 前小后大原则。
4．典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、电源和 输入和输出接口等部分构成。
5．传感器的静态特性能数主要有——、——二——————、迟滞和重复精 度。
二、简答题(每题4分，共20分)
1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度? 2．机电一体化相关技术有哪些? 3．转动惯量对传动系统有哪些影响?
4．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。 5．简述A／D、D／A接口的功能。
三、分析题(20分)
1．已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的哪
一个基本要素?
2．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?
四、计算题(24分)
1．如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=50kg负载力为F1＝1000N，最大加
速度为10m／s2’，丝杠直径为d＝20mm，导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，总效率为?=30％， 忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。
2．已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm，丝杠 导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的测量精度为o．005mm(忽略齿轮和丝杠
的传动误差)。
(1)试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数‘
(2)若将传感器与丝杠的端部直接相连，n。=500脉冲／转的旋转编码器是否合用。
五、综合题(16分)
已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示，确定整系统 的控制方案、画出控制系统原理图。(至少提出两个方案)
中央广播电视大学2003—2004学年度第一学期“开放本科”期末考试
机械专业机电一体化系统设计基础试题答案及评分标准
(供参考)
2004年1月
一、填空[每空2分，共20分)
L办公机电一体化产品 产业机电一体化产品 民用机电一体化产品 2．控制软件 硬件接口 3．前小后大
4．电源 输入／输出接口 5．灵敏度 线性度
二、简答题(每题4分，共20分)
1．答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所
引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因
素造成的误差，从而提高精度。
2．答：机电一体化相关技术有：机械技术，计算机与信息处理技术，系统技术，白动控制技
术，传感器测试技术和伺服驱动技术。
3．答：转动惯量增大使机械负载增加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度；使
系统固有频率下降，容易产生谐振。
4．答：详细设计主要包括：系统总体设计；业务的分组；机械本体及工具设计；控制系统设
计：程序设计；后备系统设计；完成详细设计书及制造图样；产品出厂及使用文件的设计。 5．答：A／D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为
数字量。D／A接口是将二进制数字量转换成电压信号。 三、分析题(20分)
1.(10分)解答：图中各部可分为：
(1) 控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示 (2)测试传感部分：光电编码器、信号处理 (3)能源：电源
(4)驱动部分：功放、电机
(5)执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台 2．(10分)解答：
齿轮传动链位于电机之后，前向通道的闭环之外，其传动误差的低频分量和高频分量都不
能通过闭环控制来消除，都会影响输出精度。 四、计算题(24分) 1．(12分)解：
(1)计算负载力 (4分)
负载力由外负载力、惯性负载力两部分构成
(1)高速端测量
设传感器的每转脉冲数为，n，每个脉冲对应工作台的位移为
满足题目要求。 (2)低速端测量
传感器直接与丝杠连接，与减速比无关
可知”。＝500脉冲／转的编码器不合用。 五、综合题(16分)
解：可以使用工业PC机或者单片机完成系统的控制。具体可以有下三种方案： (1)工业PC机集中控制方案：
用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制 系统原理图如下。
(2)工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片
机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。
(3)单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三 个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下。
评分标准：正确回答出三种方案之中的任意两个即可得满分。