机电一体化系统设计思考题
 第一章:概论

1、工业三大要素

2、机电一体化技术对工业三大要素的作用

3、、机电一体化的内容

4、机电一体化的定义

5、机电一体化的基础

6、机电一体化的目的

7、机电一体化的实质

8、机电一体化的效果

9、机电一体化系统五大功能要素

10、解释:动力功能、信息功能、操作功能、计测功能、控制功能

11、机电一体化系统五大结构要素

12、机电一体化产品类型和特点

13、何谓功能附加型产品

14、何谓功能替代型产品

15、何谓机电融合型产品

16、机电系统的设计类型

17、何谓开发性设计

18、何谓变异性设计

19、何谓适应性设计

20、六项共性关键技术

 

第二章:机械系统设计

21、机电一体化系统对机械系统的要求是什么?

22、影响精度、快速响应性、稳定性的因素有哪些?

23、为了达到要求应采取哪些措施?

24、机械系统一般由哪些机构组成?

25、齿轮传动消除反向间隙的方法

26、滚珠丝杠传动消除反向传动间隙的方法

27、滚珠丝杠传动的特点

28、滚珠丝杠的支承方式及其特点、应用范围

29、滚珠丝杠的选用方法

30、计算载荷Fc计算时考虑哪些因素?

31、额定动载荷计算时考虑哪些应用条件?

32、传动比的作用

33、为什么要进行传动比最佳匹配?

34、滚珠丝杠的滚珠和滚道的接触角在什么情况下随载荷变化?

35、选择滚珠丝杠需要已知哪些参数?

36、齿差调隙时,两齿轮同方向转过一个齿时,轴向调节多少距离?

37、当丝杠刚度验算不合格时,应改变什么参数以增加刚度?

38、滚动直线导轨的特点是什么?

39、滚动直线导轨有哪几种截面形状?和受力特征的关系

40、同步齿形带传动特点

41、什么情况下应用同步齿形带传动较好?

42、谐波齿轮传动特点

43、锥环无键联轴器的特点

44、热变形微动机构原理

45、磁滞伸缩微动机构原理

46、 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=600r/min。试求:柔轮固定时刚轮的转速n2

 

第三章 接口设计

47、机电一体化系统五大结构要素之间有哪几种接口?

48、什么叫人机接口?

49、什么叫机电接口?.

50、人机接口和机电接口的作用和特点

51、按传递方向分,机电接口有哪两种接口组成?

52、人机接口和机电接口的信号形式有哪些?

53、机电接口路径中有哪些环节?{输入接口路径和输出接口路径、不同信号形式都要知道}

54、人机接口路径中有哪些环节?(同上)

55、矩阵键盘接口形式

56、矩阵键盘输入程序的功能有哪些?

57、矩阵键盘输入程序流程图

58、键消抖方法

59、键盘单次响应功能实现方法

60、拨码盘可能的输出码(不同的电路输出不同的码)

61、LED数码管显示方法

62、动态显示方式电路形式

63、数码管动态显示程序流程

64、数码管显示代码译码方法

65、熟悉键盘、拨码盘、数码显示的动态扫描原理

66、光电耦合器的作用与用法

67、机电接口的功率接口中的驱动元件有哪几种?

68、接口芯片和计算机之间的一般性链接规律

69、A/D转换芯片的参数有哪些?

70、如何选择A/D芯片?

71、已知fosc=12MHZ,机器周期=12/ fosc=1μs,分析下面的程序完成什么功能?

      MOV  TMOD ,#01H

MOV  TH0 ,#0FEH

MOV  TL0 ,#0CH

SETB  TR0

D1: JBC  TF0 ,D2

      AJMP  D1

D2: MOV TH0 ,#0FEH

     MOV  TL0 ,#0CH

     CPL  P1.0

     AJMP  D1

     END

72、某系统采用一24V直流电磁阀控制气动执行元件,电磁阀线圈额定电流100mA,用MCS-51系列单片机8031的P1.0作输出控制口线,试设计接口电路。

73、设计4X4矩阵式键盘的接口。说明键值如何产生。

74、 在一个位置伺服系统中需要接入一行程开关,该行程开关的外接电源是24V,试画出行程开关和计算机之间隔离和电平转换电路。

75、某按钮作为指令输入,请给出接口路径和电路图,并说明按钮闭合和断开两状态输入计算机的相应值是多少?。

76、请设计一四位共阴LED数码管的接口电路,显示形式为动态扫描。并给出动态扫描码。

77、某机电系统控制器需要20个键,试组成矩阵式键盘,并设计接口电路。

78、某机电系统中采用一LED指示灯显示工作状态,指示灯工作电流20 mA ,导通压降1V,电源5V,采用一NPN型三极管作驱动电路。1)试设计电路,计算LED回路限流电阻值; 2)如果指示灯具有闪烁功能,说明实现方案。(采用MCS-51系列单片机)

79、试设计一单片机控制器,该控制器按照一开关状态通过程序控制一电磁阀工作。当开关闭合,电磁阀通电,开关断开,电磁阀断电。电磁阀额定电压24V,额定电流100毫安。1)设计电路并说明电路元件功能;2)编写程序。

80、在一个机电系统中要求控制器输出一路方波,1)说明方波的产生方法;2)说明方波的频率调节方法。(注:根据自己设计的硬件方案说明,硬件需用图形表示)

`81、一机电系统采用8位LED数码显示,要求:(1)扩展8255A为显示接口,要求画出原理图;(2)编制显示程序框图。

82、在一交流伺服电机调速系统中,采用计算机通过变频器对电机进行调速,变频器的输入控制信号为0—5V的模拟信号,对应的输出频率为0—50Hz ,电机转速为每分钟0—1500转。1)进行控制输出接口设计;2)如输出转速要求1200转,微机输出的数字量应为多少?

(用MCS51 系列单片机作微控制器,DAC0832 作D/A转换器)

83、某机电一体化设备需要控制电机的转速,控制器根据设定的电机速度控制,现采用4个拨码盘组成四位十进制数输入器件,1)请设计一动态读数接口电路;2)并编读数程序分别将四位拨码盘值从千位到个位依次存入内部RAM 30H到33H 四个单元中。(采用MCS51系列单片机)

 

第四章 检测系统设计

84、机电一体化系统对检测系统的要求

85、模拟量检测系统组成框图,各环节的功能、方法。

86、数字量检测系统组成框图,各环节的功能、方法。

87、有哪些基本转换电路?

88、在数据采集系统中,什么情况下需要采用采样保持电路?

89、、有一个计测系统有5路模拟信号需要采样并A/D转换,要求采用采样保持电路,请给出一种接口结构框图。

90、有一直线光栅传感器,栅距为0.02mm,如果希望获得一个脉冲当量为0.001mm的位移,求需要的细分数。

91、一计测系统对一压力值进行检测,压力值的范围为0---200MPa,当输入0MPa时,获得的采样转换值为(以十进制表示)0.5,当输入200 MPa时,获得的采样转换值为(以十进制表示)9.5。1)计算系统的灵敏度(每单位压力的采样转换值)。2)当采样转换值为5时,计算压力值。

92、一个RC低通滤波器,R=1KΩ,C=1μF,试计算其截至频率。

93、、光电编码盘输出两路相差90度的方波信号A和B,请利用该两路信号说明如何进行4细分,并画出波形图。

`94、在一机电系统中,采用一应变式压力传感器测量压力,对应0~100Mpa ,传感器的电路输出0~10V,要求测量精度0.1 Mpa ,采样频率100次/秒。1)绘出接口路径框图;2)选择A/D转换器参数(分辨率、转换速度、转换电压范围)。

95、有一压力控制系统,压力具有周期性的脉动特点,压力通过传感器、信号调理进入A/D转换器,采样并转换。多次采样的值(8个)依次存放在30H到37H的存储单元中。         1)试根据信号特点选择数字滤波方法;2)编制滤波程序。

96、有哪几种数字滤波方法?各适应滤除什么性质的干扰信号?

97、非线性补偿方法

98、零位和增益补偿方法

 

第五章 伺服系统设计

99、伺服系统定义

100、伺服系统的种类

101、伺服系统基本结构框图以及各部分作用

102、伺服系统的基本要求

103、伺服系统有几种误差

104、快速响应性用什么指标衡量?

105、开环伺服系统的设计步骤,各步骤中应考虑哪些关键问题?

106、步进电机的脉冲分配方法有哪些?

107、步进电机的转角、速度、方向如何控制?

108、步进电机的矩频特性

109、步进电机启动时为什么要进行升速控制?

110、步进电机停止前为什么要进行降速控制?

111、步进电机有哪几种驱动方式?各有何优缺点?

112、直流伺服电机的控制特性和机械特性各指什么?

113、控制直流伺服电机的转速一般采用什么方法?

114、PWM脉冲的产生原理

115、直流伺服电机的驱动电路通常采用哪种形式?

116、电动机和负载的惯量如何匹配?

117、选择电动机主要计算哪个参数? 

118、作用于电动机轴的负载等效转矩如何计算?

119、作用与电动机轴的负载等效惯量如何计算?

120、二阶系统固有频率如何得到?

121、PID(比例积分微分)控制的作用

122、什么叫I型系统?

123、伺服系统误差及其计算方法?

124、系统在稳定状态下,其跟踪误差为0.01mm,机械系统的位置增益K3=0.5mm/rad,扭矩增益KR=2X103N•m/rad,负载扰动力矩T1=20N•m,问该系统的稳态误差是多少? 

125、某开环系统,由步进电机驱动,电机的步距角为0.36度,一级齿轮传动比为2,丝杠导程为6mm,问脉冲当量为多少?

126、某伺服系统作用于电机的总等效转动惯量Jd=5 X10—4kg•m2,要求电机启动最高转速为每分钟900转,空载起动时间为25毫秒,试计算该电机的空载启动转矩Tj。

127、有一两相步进电机,采用单相通电,步距角为1.8度,试计算其转子齿数。

一丝杠传动的工作台系统,为二阶系统。折算到丝杆轴上的总等效转动惯量Js=0.0583kg•m2 ,折算到丝杆轴的总等效扭转刚度Ks=1.9X104N•m/rad,试计算该系统的扭振固有频率ωn。

128、一个直流伺服电机在空载情况下电枢电压和转速之间的关系为:对应电机转速0到每分钟2000转,电枢电压为0到40V,采用PWM方式进行速度控制,试计算当控制转速为每分钟1500转时的控制脉冲的占空比。

129、 二阶系统结构图如图所示,设k1=0.4,k2=1.0,T1=1,求系统固有频率,阻尼比

130、某机电系统的执行机构的步进电机转动惯量为Js,负载等效到电机轴的转动惯量为Jd,已知Jd=Ja+Jb/i2,试计算符合惯量匹配原则的i的取值范围。

131、试画出微型机控制系统基本框图。

132、某控制器采用8031的定时器/计数器T0来确定步进电机的脉冲分配时间间隔,以控制步进电机转速。试用流程图说明应用T0对步进电机变速控制方法。

133、在一个传动系统中,输出轴到电机轴之间通过传动比i1、i2传动,各轴及其上齿轮的转动惯量相应为J1、J2、J3。试给出等效到电机轴的等效转动惯量表达式。

134、给出直流伺服电机桥式驱动电路原理图,并说明其工作原理。

135、请说明电动机的选择需要根据哪些参数,并详细说明计算、选择的过程和要点。

136、给出步进电机高低压驱动电路的原理图,并说明其工作原理。

137、请画出数控工作台闭环伺服系统的系统框图。

138、设计一直线位移伺服系统,要求定位精度较高,响应速度快,无爬行现象。工作行程、运行速度、工作负荷中等,执行元件为电动机。要求采用半闭环控制方式。1)给出总体方案(包括:电动机种类、机械传动方式、传感检测方法等); 2)绘出控制器功能框图(包括键盘和数码显示)。

139、一半闭环控制系统,执行元件为直流伺服电机,电机直接驱动滚珠丝杠带动一工作台移动,已知丝杠导程为8mm,控制器的输出信号控制电机驱动器。1)画出该半闭环系统的系统框图;2)给出系统传递函数。

140、.给出伺服系统设计的一般步骤和要点。

141、如图所示的机电传动系统,减速机构为两级减速箱,已知齿轮齿数之比z2/z1=3,z4/z3=5,

减速机构的效率ηc=0.92,各齿轮的惯量分为J1=0.0294Kgm2,J2=0.0784Kgm2,J3=0.049Kgm2,J4=0.196Kgm2,电动机的惯量Jm = 0.294Kgm2,负载惯量JL=0.4508Kgm2,负载转矩T2=47.4Nm,

试求:1)折算到电动机轴上的负载转矩Tz ;2)折算到电动机轴上的系统惯量Jz

 

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