机电一体化技术习题

机电一体化技术习题（精选8篇）

篇1：机电一体化技术习题

机电一体化期末复习题

一、填空题

1.接口是机电一体化系统中各环节的桥梁，它的基本功能是___________、___________和传递。

2.关于机床精度，主要包括： ________、_______________（任填二个即可）等各项指标。

3.机械传动方案设计的原则是_____ _最短原则。

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，顺序控制器通常采用_______________________控制。

5.接口是机电一体化系统中各环节的桥梁，它的基本功能是_____ _、____________ 和传递。

6.导向支撑部件的作用是___________ 和________ __运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。

7.如感应同步器定尺电压与励磁电压之间相位差为3.6°，节距2mm，则表明二者相对节距为零的位置移动了 mm。

8.对齿轮传动比进行合理分配的原则是：______________

__ _、____________________ _____。（任填二个即可）

9.三相反应式步进电机的通电方式以AB-BC-CA-AB的顺序通电，叫，若以A-AB-B-BC-C-CA-A的方式通电叫。

10.莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成_____ _关系，即光栅移动一个栅距，莫尔条纹也相应移动_____ _。

11.串行输入输出比并行慢，但传输线路_____ _，适合于_____ _传输。12.机电一体化系统对导轨的基本要求是___________、___________、运动平稳，耐磨性好、温度变化影响小以及工艺性好等。

13.机械传动方案设计的原则是___________最短原则。

14.三相反应式步进电机的通电方式以AB-BC-CA-AB的顺序通电，叫 ___________，若以A-AB-B-BC-C-CA-A的方式通电叫___________。

15.莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成___________关系，即光栅移动一个栅距，莫尔条纹也相应移动___________。

16.旋转变压器作为位置检测装置，其工作方式为：___________和___________。

17、如感应同步器定尺电压与励磁电压之间相位差为3.6°，节距2mm，则表明二者相对节距为零的位置移动了 mm。

18.有一台三相步进电动机,转子上有80个齿,三相六拍运行,则其步距角是______________。

19.中值滤波算法其实就是___________算法，一般对被测参数连续采用N次，N取值一般为______________。

20.光电耦合器的作用是___________和____________。

二、单项选择题

1、步进电动机多相通电可以()A.减小步距角

B.增大步距角 C.提高电动机转速

D.往往能提高输出转矩

2、步进电机驱动控制采用加/减速方式,有利于()A.防止步进电机失步/越步 B.防止机床机械共振 C.改善步进电机低频特性 D.增大步进电机的步距角

3、光栅位移传感器是一种将机械位移活模拟量转变为数字脉冲的测量装置，它的工作原理是（）

A、电流特性 B、电感原理 C、光电转换 D、电磁感应

4、传感器的输出信号在采入计算机后往往要先进行数字滤波，采用（）方法，可滤去缓慢变化的信号中由于偶然因素引起的脉冲干扰具有良好的滤波效果。A、算术平均滤波 B、滑动平均滤波 C、低通滤波 D中值滤波

5、步进电动机的控制电流一般都较大，而且需要一定的顺序供给，所以需要（），以使得能按一定控制方式把脉冲分配给步进电机的各相，并且通过功放电路来驱动步进电动机。A、脉冲分配器 B、脉宽调制 C、脉冲计数 D、脉冲辨向

6、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

7.传感器的输出信号在采入计算机后往往要先进行数字滤波，采用（）方法，可滤去缓慢变化的信号中由于偶然因素引起的脉冲干扰具有良好的滤波效果。A、算术平均滤波 B、滑动平均滤波 C、低通滤波 D中值滤波

8.、步进电动机多相通电可以()A.减小步距角

B.增大步距角 C.提高电动机转速

D.往往能提高输出转矩

9、步进电机驱动控制采用加/减速方式,有利于()A.防止步进电机失步/越步 B.防止机床机械共振

C.改善步进电机低频特性 D.增大步进电机的步距角

10、在机电系统的控制输出接口中，多采用（）实现电信号之间的隔离。A，光电耦合器 B，晶闸管 C，功率晶体管 D，场效应晶体管

三、判断题

1、双螺母式滚珠丝杠副在消除轴向间隙时的预紧力越大越好，以便保证无隙传动，提高传动精度。（）

2、机电一体化的机械系统除要求具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性。（）

3、柱面坐标机器人具有一个回转和两个平移自由度，其空间利用率较低，主要用于重物的2

装卸、搬运。（）

4、对于中小型的闭环系统可考虑采用交直流伺服电动机，对于负载较大的闭环伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达。（）（）

5、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（）

6、在不影响系统刚度的条件下，传动机构的质量和转动惯量应尽可能小。（）

7、在使用模拟电路组成检测回路时，为了进行非线性补偿，通常采用与传感器输入输出特性相反的元件，通过硬件进行线性化处理。（）

8、对于中小型的闭环系统可考虑采用交直流伺服电动机，对于负载较大的闭环伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达。（）

9、在进行闭环伺服系统设计时，一般稳定性不成问题，仅考虑精度要求，并通过合理的结构参数匹配尽量提高系统的快速响应性。（）

10、在接口电路设计中，应进行抗干扰设计。（）

四、问答题

1.滚珠丝杠的内循环和外循环各有何优缺点？

2.步进电机的单电压供电方式与双电压供电方式有何区别？ 3.简述光栅、磁栅、感应同步器的工作原理和各自特点？

4、常见的数字滤波方法有哪些?

5、莫尔条纹的作用？

6、数字滤波的方法有哪些？

五、接口设计题

1、在一机电一体化产品中，8031通过串行口扩展74LS164控制6位LED显示器，试画出接口逻辑。

2.在一机电一体化产品中，采用8031作控制微机，要求通过其并行口8255扩展3位LED显示器，试画出接口逻辑。3、8031单片机通过p1口扩展4*4矩阵键盘，画出中断方式接口逻辑。

4.画出三相步进电机软件环形分配接口示意图。

六、说明题(每小题5分，共10分)1.分析说明下图双螺母螺纹预紧方式原理

预拉方向调整垫片螺母A 螺母B预拉方向丝杠侧 4123

2．分析下图机器人手臂双片齿轮传动间隙调整原理 4 5 6 7

33.分析下图直流伺服电机的调节特性。

4、以机电一体化典型产品工业机器人为例，说明机电一体化系统的构成。

手臂液压/电气动力装置肩部旋转偏转肘部伸长手腕机器人控制器手臂摆转俯仰转动4

篇2：机电一体化技术习题

1.什么是机电一体化？各国的主要观点有哪些？(P1~3)答：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，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上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.试述机电一体化技术与传统机电技术的区别。(P2)答：传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中 心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

3.试分析机电一体化系统的组成及相关技术。(P1~3)

答：机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。

4.一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？

答：机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：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。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。

5.试述机电一体化系统的设计方法。

答：机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。

6.试述现代设计的概念。（P4）

设计这个词有两种概念。广义的概念是指发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节和达到的目标。狭义的概念指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，各种产品包括机械产品的设计即属此类。

现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般、具体到抽象、感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。由于科技进步的速度日益增快，特别是计算机技术的高速发展，人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的同时，运用相关的科学技术原理，进行过去难以想象的综合集成设计计算，使设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃。

8.现代设计方法有哪些？（P3～13）

现代设计方法门类众多且不断出新。可按所研究解决的问题性质分为总体问题和个别性能问题两大类：

1.研究总体设计的现代设计方法

(1)设计方法学

(2)价值工程设计(3)优势设计（4)绿色设计(5)计算机辅助设计(6)并行工程设计

(7)虚拟设计

(8)反求工程设计

(9)优化设计及其发展

(10)创新设计技术

2．研究产品性能的现代设计方法

(1)工业产品艺术造型设计(2)模块化设计

(3)相似性设计

(4)摩擦学设计

(5)三次设计

(6)人机工程设计

(7)智能设计

(8)动态设计

(9)可靠性设计

(10)有限元法

(11)机械疲劳设计

9.何为机电一体化系统的四视图设计？（P13）功能视图、结构视图、控制视图和信息视图

第二章

1.什么技术系统？什么是技术过程？什么是作业对象？(P27)例如，为了得到某种复杂形状的金属零件，可通过编程在加工中心上对坯料进行加工。坏料是作业对象，加工中心是技术系统，所完成的加工过程是技术过程。

作业对象一般可分为三大类：物料、能量和信息

2.确定技术过程的一般步骤是什么？(P27)1)根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对象以及主要转换要求。2)分析比较传统的和现代的理论和实践，确定实现主要转换的工作原理。

3)明确实现技术过程的环境和约束条件。环境是与技术系统发生联系的总和，包括经济条件、生产条件、技术条件、社会条件等。4)确定主要技术过程和其他辅助过程。5)根据高效、经济、可靠、美观、使用方便等原则，初步规定技术系统的边界及工作范围。

3.试述功能设计方法和主要步骤。(P28~30)功能是对技术系统中输入和输出的转换所作的抽象化描述。只有用抽象的概念来表述系统的功能，才能深入识别需求的本质，辨明主题，发散思维，启发创新，总功能逐步分解为比较简单的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能树(一)功能分析(二)功能元求解 1．选择工作原理 2．构思功能载体(三)方案综合

4.功能设计的工具有哪些？（P30）1．设计目录

(1)对象目录

(2)作业日录

(3)解法目录

2．知识库

(1)数据库

(2)设计词典

(3)手册

5.试分析设计与技术系统的关系。

设计若是为了对作业对象完成某种技术过程，设计对象就是人造技术系统。

第三章

1.结构设计有哪些内容？（P78）

宏观地看，结构设计大致有以下三方面内容:

(1)功能设计 以各种具体的结构实现机电一体化系统的功能要求。

(2)质量设计 兼顾各种要求和限制，提高机电一体化系统质量和性能，(3)优化设计和创新设计

充分应用现代设计方法系统地构造设计优化模型，用创造性设计思维方法进行机电一体化系统设计的优化和创新。

2.机电一体化系统中运动联系结构的基本单元有哪些？(P87)

需要联轴器、减速、变速装置及运动换向与转换装置等基本传动结构

3.滚动导轨副的品质用那几方面来衡量？(P108)

(1)导向精度

导向精度是导轨副最基本的性能指标。移功件在沿导轨运动时，不论有无载荷，部应保证移动轨迹的直线性及其位置的精确性。各种设备对导轨副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相应的规定或标准可以参照。

(2)耐磨性

导轨副应在预定的使用期内，保持其导向精度。精密滚动导轨副的主要失效形式是磨损。因此，耐磨性是衡量滚动导轨副性能的主要指标之一。

(3)刚度 为了保证足够的刚度，应选用最合适的导轨类型、尺寸及其组合。选用可调整间隙和能够预紧的导轨副可以提高刚度。

(4)工艺性

导轨副要便于装配、调整、测量、防尘、润滑和维修保养。

4.结构设计品质是指在那些方面应注意的问题？（P116）

结构设计品质是指结构强度和静刚度、结构动刚度、结构热稳定性和结构工艺性等四大方面应注意的问题

第四章

1.机电一体化系统中控制器的作用是什么？它的基本功能应包括那些？(P149~150)机电一体化机械的控制器是一个以计算机为核心的测量和控制系统它将来自各传感器的检测信号与外部输人命令进行集中，存储、分析、转换，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。

它的基本功能应包括以下几点: 1)实时的信息转换和控制功能。2)人机交互功能。3)和机电部件接口的功能。4)对控制软件运行的支持功能。

2.单板机模式的控制系统有哪些特点？(P150)

1)结构形态的随意性。

2)空间位置的随意性。

3)形态规模的随意性。

4)最佳的经济性。

3.组合模式的控制系统有哪几种模式？(P150~151)

采用商品化硬件模块通过总线母板组合成控制系统．具有多种灵活的组成模式，它可以自成系统，即采用独立模式；也可以方便地作为其他小型、微型计算机的前端控制机，或者组成分布式系统的典型的分散系统。

4.在工控机中对存储器有哪些要求？(P153)

像个人计算机存储代码和数据供CPU或其他设备读写

(1)可靠性高

即抗干扰能力强，能在恶劣的工业现场环境下准确进行读写操作。

(2)实时性好

能满足工业控制系统对存储器访问的要求。

(3)功耗低

降低自然发热造成的温升，并可用电池供电。

(4)数据存储器非易失性

这并不是对全局存储器的要求，但系统中至少有局部非易失数据段或程序代码段，以便能长期保存数据，并在系统突然停电后再重新启动时能迅速恢复现场运行

5.I/O子系统的作用是什么？按其物理量的形式分成哪两大类？(P153~154)

控制器除了基本系统以外，还应包括各种检测、控制量的输入输出接口，这部分功能称为I/O子系统。按其物理量的形式来分，一般可分成开关量(数字量)I/O即DI／DO、模拟量I/O即AI/AO两大类。

6.什么是总线？控制系统中包括哪些总线？各总线作用是什么？(P154~155)所谓总线是指一组信号线的集合，是一种按规定协议传送信息的公共通道，由数据总线、地址总线、控制总线和电源总线组成。

7.简述控制系统的基本组成。（P152～155）

(一)中央处理单元(CPU)(二)存储器

(三)机电一体化控制系统的I/O子系统(四)人--机接口(五)系统支持功能(六)总线

8.什么是计算机数控系统(CNC)？(P155)计算机数控系统简称CNC系统，它是用计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或全部功能，并配有接口电路、伺服驱动的一种专用计算机系统。

9.计算机数控系统(CNC)由哪几部分组成？(P155)CNC系统由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置(CNC装置)、可编程序控制器(PLC)、主轴驱动和进给驱动装置等组成，第五章

1.根据自动化机械的基本模型，简述信息流主要集中在那些子系统中？(P195)信息流主要集中在人机界面、检测机构和控制器。

2.现代机械和传统机械最本质的区别是什么？(P195)现代机械和传统机械最本质的区别是现代机械中具有信息流。信息系统保证了机电一体化系统基本单元(MEE)的正确运行，也使许多基本MEE耦合组成复杂的机电一体化系统。

3.在机电一体化系统设计中信息流的作用是什么？(P196)信息系统保证了机电一体化系统基本单元(MEE)的正确运行，也使许多基本MEE耦合组成复杂的机电一体化系统。

信息流是软件总体设计的基础。

4.信息流是如何分类的？(P196)从信息流的形态来分，信息流可以是借助于机、光、声、电等介质传输的信号，也可以是语言、文字、图表、图像等抽象的信号，在计算机内部则是数据表示的数据流。从信息流的功能来分，有控制信息流、检测信息流、数据信息流、显示信息流等。以信息流的流向来分，可分为输入信息流、变换信息流、输出信息流等。

5.分析信息流和数据流有什么意义？(P196)1)对机电一体化系统的工作原理和工作过程有深刻理解。

2)可对系统进行深入的总体分析与规划，以达到解耦与集成的目的。

3)信息流是软件总体设计的基础。按软件工程方法，从数据流可确定软件的结构，并定义此结构中包含的程序模块。同时也可以定义数据库项、格式、规模和存取方法。特别是“全量程”的定义，即用于两个以上的程序模块内的那些量的定义.6.分析信息流的基本工具有哪些？(P196～198)(一)信息流的基本环节(二)数据流程图(三)信息流和软件结构

7.人机输入界面的基本硬件有哪些？(P204)其基本硬件是键盘、开关(包括操作按钮和触摸屏等)，并通过CRT实现人机交互。

8.输出界面的信息流中对执行机构的控制信息输出有哪几种形式？(P215)1)直接开关量的输出。

2)脉冲序列和运动方向控制标记。

3)直接数字输出。4)模拟量输出。

5)其他控制器控制执行机构

第六章

1.简述机电一体化可重构系统设计提出的背景。(P229～230)1)新产品不断涌现，产品更新换代加快。

2)社会对产品的需求趋于多样化、个性化和动态化，顺应客户爱好(也称客户化或定制)、多品种中小批量生产已成为生产方式的主流。

3)市场对企业的要求从原来的对质量、成本的要求演变为现在的对时间(Time)、质量(Quality)、成本(Cost)、创新(Innovation)、服务(Service)和环境(Environment)等诸多方面的要求，时间已成为竞争力的第一要素，能否在最短的时间内开发出最新的产品并推向市场，是赢得市场竞争的关键。

4)可持续发展的理念及对生态环境方面的关注，使人们在生产过程和消费过程中更注意生态和环境方面的相容性和友善性，综合考虑产品的环境影响与资源效率已成潮流。

2.什么是可重构制造系统（RMS）?(P230)可重构制造系统(Reconfigurable Manufacturing System，RMS)是指能够通过对制造系统结构及其组成单元的快速重组或更新，及时调整制造系统的功能和生产能力，以迅速响应市场变化及其他需求的一种制造系统。

3.可重构制造系统（RMS）的重构分为哪几个层次？(P230)1)制造系统级的重构。2)制造设备级的重构。3)子系统或部件层的重构。

4.对于可重构制造系统（RMS）而言，可重构控制系统的技术基础是什么？(P230)开放式结构控制器是可重构控制系统的重要基础技术。

5.机电一体化可重构系统设计的目标是什么？(P231)1)低的生产成本和重构成本的综合值(cost)。2)短的设计建造时间和斜升时间（Time)。3)最大限度地利用已有的资源（Resource)。4)在公共地基上达到物流最优(Stream)。

6.机电一体化可重构系统的特征是什么？(P231～232)1)模块性(Modularity)2)可集成性(Integrability)3)可转换性(Convertibility)4)可诊断性(Diagnosability)5)客户化性(Customization)

7.可重构机床设计的主要目的是什么？可重构机床包括那些内涵？(P232)主要目的是使机床能快速低成本地适应被加工零件的各种变化。

1)可重构机床综合了流水线机床和数控机床的优点，它每次提供给客户确定的、满足其当前需要的功能和生产能力，同时当客户的需求发生变化时，可快速改变机床的硬件和软件结构，以较低的成本在一个零件族内快速调节／升级生产能力和功能性。2)可重构机床由可重构的硬/软件组成。

3)可重构机床必须设计开始就考虑可重构性，而且必须由基本的硬／软件模块创建，能够通过所设计的接口快速集成。

4)可重构机床是开放的、模块化结构。

篇3：机电一体化技术习题

关键词：机电接口技术,机电一体化,发展

一、机电一体化系统组成

单纯的机械技术只能形成纯机械产品, 机械技术与信息技术、微电子技术结合后就能够生产出具有机电一体化特征的多功能机电一体化产品。

机电一体化系统由五部分组成, 分别是动力源、控制系统、传感器、驱动系统、和执行机构。机电一体化的组成部分都有各自的分层, 例如动力源和驱动系统以及传感器组成的驱动反馈层, 有控制系统控制整个系统的控制措施, 而执行机构则为直行车。机电一体化的系统运行是按照控制层获得命令将信息放大驱动反馈给执行层, 执行层执行命令动作后将结果经过驱动层反馈给控制层。

机电一体化系统内部之间的信息和能力的交互和传递是通过各种机电接口来实现的, 不同的机电接口有不同的用处。接口可以起到连接作用, 能够将每个子系统的特性和优点有机地结合起来, 达到系统最优化, 激发出系统最大潜力, 子系统之间的机电接口决定着整个机电一体化系统的性能。因此, 机电接口技术在机电一体化中占有举足轻重的地位, 需要进行深入的探讨和研究。

二、机电一体化接口技术的内涵

1. 机电一体化接口的作用

首先, 机电一体化能够实现行电平转换和功率放大, 由于控制设备的电平具有不定性, 而微机芯片一般是固定的电平, 故此需要进行必要的电平转换, 在大负载的条件下, 机电接口需要进行功率放大;其次, 机电一体化能够对干扰信号进行隔离, 可以开用光电耦合器等将微机系统和控制系统加以隔离;最后, 机电一体化能够实现微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路, 当被控对象的检测控制信号刚好为模拟量的时候, 保证危机处理量与模拟量之间的相互吻合。

2. 机电一体化接口的分类

(1) 动力接口

动力接口是指动力源连接到驱动系统的接口, 主要是为了提供相应的动力给驱动系统。根据系统所需的动力类型不同, 因而也有不同种类形式的动力接口, 例如交流电、直流电、液压、气动等。所有的动力接口都有一个共同点就是能够承载较大的负荷, 通过较大的功率。

(2) 机-电接口

机-电接口是存在于驱动机构与执行系统以及传感器间的一种机电一体化接口。主要作用是将驱动系统得到信号反馈变成执行机构所需的信号, 或将执行机构执行命令的机械信号变化成传感器需要的信号, 起到一种转换作用。

(3) 智能接口

智能接口一般存在于驱动系统与传感器之间、传感器与控制系统之间、驱动系统与控制之间。只能接口的主要作用是智能分析各系统之间的信息形状, 将统一信息以不同方式传递到不同系统中, 使得整个机电一体化系统的不同技术有机的集合起来, 形成完整的系统。

(4) 人-机接口

人机接口是操作者与控制微机之间进行信息交换的接口, 分为输入与输出接口两大类。输出接口的接收者是人工操作者, 通过输出接口输出的信息以便于人工掌握机电系统的运行状态和运行参数, 输入接口的接收者的机电系统, 操作者输入控制命令, 让整个系统按照命令运转起来, 实现所要达到的目的。其中输入几口中含有拨盘输入接口和键盘输入接口两种形式, 输出接口一般常用的输出设备为发光二极管显示器, 结构简单, 性价比高, 使用广泛。

3. 机电一体化接口的内涵

机电接口技术是一门新兴的技术, 研究这门技术的根本原因是为了让机电一体化系统中的各子系统能够更好地进行信息与能量的交互和传递与融合, 实现机电一体化最优化运行设计。接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的, 接口技术的研究也是促进机电一体化的发展的重要技术之一。换句话说, 接口设计从根本上决定了机电一体化系统的设计。

三、机电一体化发展及发展趋势

机电一体化的发展经历了四个最为重要的阶段。在20世纪中叶, 电子技术已经发展的较为成熟, 当人们试着将电子技术利用到机械工业, 从而刺激了电子技术与机械产品的有机融合。到了20世纪中后期, 机电一体化经过20多年的发展, 无论是技术还是产品的性能均得到了较大的提高, 技术更为成熟, 产品性能趋于完善。20世纪90年代后期, 光学技术、电子通信技术以及微细加工技术的高速发展并且渗透进入了机电一体化, 使得机电一体化出现了微机电一体化和光机电一体化等新兴分支, 机电一体化进入深度发展阶段, 90年代后期, PLC采用面向现场总线网络的体系结构, 实现了真正意义上的EIC三电一体化。我国的机电一体化起步较晚, 从上世纪80年代开始致力于机电一体化的研究, 如今已取得了一定成果, 并广泛存在于我国的机械工业之中。

随着信息技术的不断发展, 人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视, 数控机床与机器人的智能化就是重要应用, 为机械工业带了不可忽视的经济利益。模块化能够利用标准单元迅速进行开发, 得到出新产品, 还可以同步扩大生产规模。系统化则能够使机械系统体系采用更加开放, 寻求多子系统的综合管理和协调平衡控制。机械绿色化是工业时代的必然发展趋势, 是人类保护环境资源的必要手段。基于网络的各种监视和远程控制技术发展的如火如荼, 机电一体化产品远程控制设备必然要朝着网络化的方向去发展。微机电一体化产品耗能少、体积小、运动敏捷, 在各方面具有不可替代的优势, 势必也会成为机械工业中的发展主流。

参考文献

[1]高德成.机电一体化技术发展问题分析与技术探索[J].自动化与仪器仪表, 2011 (6) :16-18.

[2]亢金月.机电一体化系统集成与融合[J].机械与电子, 1996, 4:17-20.

[3]邹慧君.机电一体化系统概念设计的基本原理[J].机械设计与研究, 1999, 3:14—17. (4) .

篇4：机电一体化技术习题

【关键词】机电接口技术；内涵；机电一体化

在机电一体化技术中，主要包括自动控制技术、计算机技术、传感技术、机械技术等，所以，在设计机电一体化产品的时候，必须对各种学科之间的特性展开研究，并且明确这些特性之间的物理关系，进行正确处理，有效分析各学科特性之间的内在联系与耦合关系，确保机电一体化产品设计的合理、可靠。此时，机电接口技术应运而生，是融合多种学科与技术的重要手段，在机电一体化发展中得到了广泛应用。

一、机电接口技术内涵与分类

（一）內涵

机电接口主要就是机电一体化产品中机械装置与控制微机之间的接口，其是基于机电一体化而产生的。机电接口根据信息传输方向的不同，可以分为信息采集接口、输出接口[1]。在机电一体化产品中，传感器是一种较为常用的设备，在输出信号的时候，一般采用模拟量方式进行检测，时刻掌握发电机转速，并且检测差动变压器位置。然而，在输出控制量的时候，存在一个比较特殊的形式，就是数字系统。

机电接口技术主要就是研究机电系统各项组成技术与子系统连接问题的综合技术，其主要包括电子技术、信息技术、机械技术等，共同构成了一个综合系统，在实际应用中，实现了信息的交互与融合，在机电系统设计中发挥了至关重要的作用。

机电接口主要是由硬件与软件共同构成，在机电系统运行中，与环境及操作者之间成立一种有效连接，在物理通道中展开信息与能量的输入、转换及传输。在信息转换的过程中，需要进行有效的交互与调整，实现机电一体化技术的协调与综合，保证各系统的有效运行，充分发挥系统功能，实现预期的工作目标。

（二）分类

目前，机电接口主要包括以下几种：智能接口、动力接口、机电接口、人机接口[2]。智能接口应用较为复杂，不同技术形式产生的信息形式也不同，并且在使用过程中，可以根据不同要求展开相应的改变。在各种信息转换与传输的过程中，智能接口可以确保不同技术与子系统的有机结合，构成一个完整系统。动力接口可以有效连接动力源与机电系统，之后给予机电系统相应的驱动动力。在机电系统中，动力类型有很多种，主要包括直流电、交流电、液压等，在系统中运用不同动力类型的时候，需要选用不同的接口形式，确保系统可以正常运行。机电接口的作用就是实现各种驱动系统的有效连接，并且将驱动信号转变成执行信号，在转变的过程中满足传感器运行要求。人机接口是机电系统与操作者之间存在的接口，通过这一接口，可以在操作者眼前呈现系统运行状态，并且有效监控系统运行，实现人性化操作目标。

二、机电一体化发展及其发展趋势

（一）机电接口技术对机电一体化发展的影响

近些年来，随着社会经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，对一些事物的要求也在明显提高。经济的快速发展离不开科学技术水平的提高，传统机械技术已经无法满足现代人们日益增长的技术需求，需要对其进行改进与完善。从而在此形势下，机电一体化技术应运而生，其主要包括电子技术、信息技术、机械技术等，充分满足了现代社会发展的技术要求。在机电一体化技术初始发展中，只是将电子技术与机械技术进行融合，接口十分简单、便捷[3]。然而，随着科学技术的不断发展与进步，机电一体化技术水平也在不断提升。目前，机电一体化技术不再是简单的机电一体化产品，逐渐形成了一个复杂的系统，其系统内部接口也日益复杂。

现阶段，机电一体化技术研究越来越深入、成熟，然而，简单的技术研究已经无法满足系统的运行需求，需要充分重视其复杂性研究。针对机电一体化技术而言，其复杂性较强，如果只是单纯研究系统设计及其集成理论，根本无法充分实现系统的作用，为此，需要加深对机电接口技术的研究，在设计方面，加强对有关理论的融合，确保机电一体化系统的全面实施。在机电一体化技术发展过程中，越来越向智能化、系统化、微型化、网络化方向发展，其系统内部接口要求越来越高，不仅要确保接口技术与系统技术的有效融合，还要确保信息传输的顺畅。

（二）机电一体化发展历程及趋势

机电一体化发展主要经历3个阶段。一是，在20世纪50年代，电子技术发展越来越成熟，人们尝试在机械工业中应用电子技术，进而刺激了机械产品与电子技术的融合，初步产生机电一体化概念。二是，在20世纪80年代，机电一体化已经发展了30来年，不管是技术还是产品性能都得到了很大的提升，技术更加成熟，产品性能更加健全。三是，在20世纪90年代末，微细加工技术、电子通信技术、光学技术等得到了快速发展，并且逐渐融入发到了机电一体化当中，使得机电一体化技术越来越成熟。我国机电一体化起步比较晚，现今已经取得了一定的成绩，在机械工业中得到了广泛应用。

随着信息技术的快速发展，人工智能机电一体化建设取得了很大的进步，在数控机床和机器人制造中得到了广泛运用，促进了机械工业的进一步发展。系统化发展使机械系统更加开放，为多子系统的协调发展与综合管理提供了可靠依据。同时，在绿色生产概念下，机械绿色化也是工业发展的必然趋势，是人类保护生态环境资源的重要手段[4]。

结束语

总而言之，随着科学技术水平的不断提高，机电一体化技术得到了快速发展，通过对信息能量的不断融合，实现了各系统的不断交互，为机电系统设计优化提供了可靠保障。同时，机电一体化技术越来越向网络化、智能化、模块化、绿色化、微型化等方向发展，在机械工业中得到了广泛运用，并且促进了机械工业的可持续发展。

参考文献

[1]潘浩彬.机电接口技术的内涵与机电一体化发展[J].科技创新与应用，2014，（24）：89-89.

[2]景新疆.机电接口技术的内涵与机电一体化发展[J].建筑工程技术与设计，2014，（33）：805-805.

[3]王旻，许凯.接口技术在机电一体化控制系统中的应用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（15）：124-125.

篇5：机电一体化练习题3

1.2.3.4.5.6.7.8.9.机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？ 机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？ 齿轮传动间隙对系统有何影响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？ 消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？ 导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？ 滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？ 试比较塑料导轨和滚珠导轨的性能特点。试比较液体和气体静压装置的特点。查阅资料，了解磁悬浮技术。试分析磁悬浮技术在机械传动和导向中的应用。

10.滑动螺旋齿轮传动、滚珠螺旋传动、静压螺旋传动、珠螺旋传动各有什么特点?他们各自主要应用在什么地方?

11.滑动螺旋齿轮有那些传动形式，各有什么特点?

12.常见的螺旋副零件与滑板连接结构主要有那些类型，各有什么特点和应用？

13.影响螺旋传动精度的主要因素主要有那些？如何提高传动精度？

14.螺旋机构工作时存在空回现象，请解释什么是空回现象？它有什么样的危害？如何消除空回现象？

15.如何消除滚珠螺旋传动中轴向间隙？

16.滑动摩擦中采用导轨有什么作用，对导轨有什么具体要求？

17.如何调整或消除滑动摩擦导轨的间隙？

18.驱动力和温度对导轨间隙有什么影响？

19.滑动摩擦导轨在工作时由于摩擦等原因要产生磨损，进而影响加工精度。试述提高导轨耐磨性的常用方法？

篇6：机电一体化复习题(含答案)

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、传感器：传感器适机电一体化系统中不可缺少的组成部分，能把各种不同的非电量转换成电量，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，传递给控制单元。

4、伺服电动机：伺服电动机又称控制电机，其起动停止、转速或转角随输入电压信号的大小及相位的改变而改变。输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以改变电动机的转速及转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。

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。

6、人机接口：人机接口（HMI）是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工作。

7、PLC：可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC.是一种在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各种生产机械和生产过程的自动控制中。

8、变频器：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素以及过流/过压/过载保护等功能。

9、通信协议：通信协议是指通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程，包括逻辑电平的定义、应用何种物理传输介质、数据帧的格式、通信站地址的确定、数据传输方式等。

10、MPS系统：模块化生产加工系统（Modular Production System）简称MPS系统，它是德国FESTO公司结合现代工业的特点研制开发的模拟自动化生产过程，集机械、电子、传感器、气动、通信为一体的高度集成的机电一体化装置。

三、简答题

1.机电一体化系统的基本构成要素有哪些？

答：一个较完整的机电一体化控制系统，包括以下几个基本要素：机械本体、动力源、传感装置、驱动执行机构、控制器等，各要素和环节之间通过接口相联系。

2.测试传感部分的作用

答：测试传感部分的作用：对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息。

3.传感器是如何分类的？

答：传感器的分类方法有如下几种：按用途、工作原理、变换原理、输出信号性质分类。

4.简述步进电动机驱动电路的组成。答：步进电动机的驱动电路由脉冲信号发生器、分频器、脉冲分配器和脉冲放大器组成。

5.简述直流伺服电机两种控制方式的特点。

答：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。

6.为什么说接触器自锁线路具有欠压和失压的保护作用？

当失压和欠压时，接触器线圈的电磁吸引力消失或不足，接触器触点释放，断开控制线路，从而使电动机主电路断开。

7.简述PLC系统与继电器接触器控制系统的区别。

答：1）控制方式：继电器控制系统的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC控制系统采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。

2）工作方式：继电器控制系统采用并行的工作方式，PLC控制系统采用串行工作方式。

3）控制速度：继电器控制系统控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC控制系统是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。

4）定时与计数控制：继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。继电器控制系统不具备计数功能。PLC控制系统用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。另外PLC系统具备计数功能。

5）可靠性和维护性：继电器控制系统可靠性较差，线路复杂，维护工作量大，PLC控制系统可靠性较高，外部线路简单，维护工作量小。

8.PLC交流开关量输入模块和直流开关量输入模块分别适用什么场合？

答：由于交流输入模块电路中增加了限流、滤波和整流三个环节，因此，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，但由于其输入端是高电压，因此输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。一般来说，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境，对系统响应要求不高的场合，而直流输入模块用于环境较好，电磁干扰轻，对系统响应要求较高的场合。

9.PLC开关量输出模块有哪几种类型？各能驱动何种负载？

答：PLC的输出模块有三种：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。继电器输出型既可用于交流输出，也用于直流输出。晶体管输出型用于直流输出。双向晶闸管输出型用于控制外部交流负载

10.PWM脉宽调速原理。

答：PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。

11.控制系统接地的目的。

答：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。

12.机电一体化系统设计的指标主要包括哪些方面？

答：主要包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

13．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?

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。

14．机电一体化相关技术有哪些?

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。

15．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。

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。

16．简述A／D、D／A接口的功能。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。

17.机电一体化产品对机械传动系统有哪些要求？

答：机电一体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳定性；快速响应性；还应满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性。

18.S7-200 PLC有哪些硬件资源，如何对他们寻址？

篇7：机电一体化系统设计复习题今天的

答：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，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上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、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？

答：机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：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。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。

3、试简述机电一体化系统的设计方法。

答：机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。

4、步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么? 答：步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机，成本较低，易于采用计算机控制，且比直流、交流电动机组成的开环控制系统精度高，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。步进电动机驱动电路实际上是一个功率开关电路，为使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，提供足够功率的控制信号。

5、描述传感器静态特性的主要技术指标是什么？

答：传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输入/输出关系称为传感器的静态特性。描述传感器静态特性的主要技术指标是：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂。

6、测试传感部分的作用是什么？ 答：测试传感部分的作用：对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控制信息

15、伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能？ 答：伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五个部分。①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，通常由专门的电路或计算机来实现； ②控制器通常是计算机或PID控制电路；其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作；③执行元件按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作，机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。④被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体，一般包括传动系统、执行装置和负载；⑤检测环节指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。

18、转动惯量对传动系统有哪些影响?

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。

20、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0.005mm(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。

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n＝500脉冲／转的编码器不合用。

19、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中的哪一个基本要素?

答： 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。

21、什么是机电一体化？

答：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，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

22、什么是机电一体化的变参数设计？

答：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。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。

23、机电一体化技术与传统机电技术的区别。

答：传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

26、机电一体化系统中的接口的作用。

答：接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等。

27、试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别。

答：机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以计算机为手段，其设计步骤通常如下：设计预测→信号分析→科学类比→系统分析设计→创造设计→选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）→机电一体化系统设计质量的综合评价。

28、机电一体化技术与自动控制技术的区别。

答：自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

29、试述在机电一体化系统设计中，系统模型建立的意义。

答：机械系统的数学模型分析的是输入（如电机转子运动）和输出（如工作台运动）之间的相对关系。等效折算过程是将复杂结构关系的机械系统的惯量、弹性模量和阻尼（或阻尼比）等机械性能参数归一处理，从而通过数学模型来反映各环节的机械参数对系统整体的影响。30、机电一体化系统中，机械传动的功能是什么？ 答：机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。它的主要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制，以完成其系统功能要求。机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和最优化设计。机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。

31、从系统的动态特性角度来分析：产品的组成零部件和装配精度高，但系统的精度并不一定就高的原因。

答：产品的组成零部件和装配精度高，是静态的，由于阻尼的影响、摩擦的影响、弹性变形的影响以及惯量的影响在动态响应上存在滞后或超前的影响，使得整个系统的动态精度不高

32、滑动摩擦中采用导轨有什么作用，对导轨有什么具体要求？

答：滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。(1)导向精度高。导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它主要取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。(2)运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。导轨运动的不平稳性主要表现在低速运动时导轨速度的不均匀，使运动件出现时快时慢、时动时停的爬行现象。(3)耐磨性好。导轨的初始精度由制造保证，而导轨在使用过程中的精度保持性则与导轨面的耐磨性密切相关。导轨的耐磨性主要取决于导轨的类型、材料、导轨表面的粗糙度及硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。(4)对温度变化的不敏感性。即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作。(5)足够的刚度。在载荷的作用下，导轨的变形不应超过允许值。刚度不足不仅会降低导向精度，还会加快导轨面的磨损。刚度主要与导轨的类型、尺寸以及导轨材料等有关。（6）结构工艺性好。导轨的结构应力求简单、便于制造、检验和调整，从而降低成本。

33、驱动力和温度对导轨间隙有什么影响？ 答：设计导轨时，必须合理确定驱动力的方向和作用点，使导轨的倾复力矩尽可能小。否则，将使导轨中的摩擦力增大，磨损加剧，从而降低导轨运动灵便性和导向精度，严重时以至使导轨卡住而不能正常工作。滑动摩擦导轨对温度变化比较敏感，由于温度的变化，可能使自封式导轨卡住或造成不能允许的过大间隙。

35、检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用？

答：敏感元件：是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置。

传感元件：是将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号（如电阻、电感、电容等）形式。

基本转换电路：将电信号量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。

36、何谓I/O接口？计算机控制过程中为什么需要I/O接口？

答：I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁，常用的I/O接口有并行接口和串行接口。I/O通道有模拟量I/O通道和数字量I/O通道。其中模拟量I/O通道的作用是，一方面将经由传感器得到的工业对象的生产过程参数变换成二进制代码传送给计算机；另一方面将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，以实现对生产过程的控制。数字量通道的作用是，除完成编码数字输入输出外，还可将各种继电器、限位开关等的状态通过输入接口传送给计算机，或将计算机发出的开关动作逻辑信号经由输出接口传送给生产机械中的各个电子开关或电磁开关。

37、什么是伺服控制？为什么机电一体化系统的运动控制往往是伺服控制？ 答：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.机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。

38、机电一体化系统的伺服驱动有哪几种形式?各有什么特点？ 答：（1）按被控量参数特性分类

按被控量不同，机电一体化系统可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统。其它系统还有温度、湿度、磁场、光等各种参数的伺服系统（2）按驱动元件的类型分类

按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系统。（3）按控制原理分类

按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统

39、比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别。

答：直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动转矩和相对功率，易于控制及响应快等优点。尽管其结构复杂，成本较高，在机电一体化控制系统中还是具有较广泛的应用。

与直流伺服电动机比较，交流伺服电动机不需要电刷和换向器，因而维护方便和对环境无要求；此外，交流电动机还具有转动惯量、体积和重量较小，结构简单、价格便宜等优点；尤其是交流电动机调速技术的快速发展，使它得到了更广泛的应用。40、简述干扰对机电一体化系统的影响。

答：在机电一体化系统的工作环境中，存在大量的电磁信号，如电网的波动、强电设备的启停、高压设备和开关的电磁辐射等，当它们在系统中产生电磁感应和干扰冲击时，往往就会扰乱系统的正常运行，轻者造成系统的不稳定，降低了系统的精度；重者会引起控制系统死机或误动作，造成设备损坏或人身伤亡。

41、分析在机电一体化系统中常用的抗干扰措施。

答：抑制干扰的措施很多，主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等方法。

42、什么是屏蔽技术及其分类？ 答：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。按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

43、机电一体化中隔离方法有哪些？

答：隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。

44、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，请问光电耦合器的作用有哪些？

答：光电隔离是以光作媒介在隔离的两端间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。由于光电耦合器在传输信息时，不是将其输入和输出的电信号进行直接耦合，而是借助于光作介物进行耦合，因而具有较强的隔离和抗干扰的能力。一般光电耦合器组成的输入/输出线路，在控制系统中，它既可以用作一般输入/输出的隔离，也可以代替脉冲变压器起线路隔离与脉冲放大作用。由于光电耦合器具有二极管、三极管的电气特性，使它能方便地组合成各种电路。又由于它靠光耦合传输信息，使它具有很强的抗电磁干扰的能力，从而在机电一体化产品中获得了极其广泛的应用.45、常用的滤波器有哪些，并分析他们的适用场合? 答：滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此，当接受器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。这时，可以采用滤波的方法，只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加以抑制。常用滤波器根据其频率特性又可分为低通、高通、带通、带阻等滤波器。

低通滤波器只让低频成分通过，而高于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。高通滤波器只通过高频成分，而低于截止频率的成分则受抑制、衰减，不让通过。带通滤波器只让某一频带范围内的频率成分通过，而低于下截止和高于上截止频率的成分均受抑制，不让通过。

带阻滤波器只抑制某一频率范围内的频率成分，不让其通过，而低于下截止和高于上截止频率的频率成分则可通过。

什么是柔性制造系统及其基本组成部分？

答：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。（1）自动化加工设备（2）工件储运系统（3）刀具储运系统（4）辅助设备

（5）多层计算机控制系统

篇8：浅析机电一体化技术

机电一体化技术是在当今机械装置和电子装置的功能上取其所长、有机结合以实现其系统的最佳构成。机电一体化包括两方面, 具体指的是其技术和产品, 机电一体化技术涵义是指它的技术原理和能够使机电一体化产品可以实现、使用且发展的技术, 其产品是包含机械、微电子、计算机、光学、自动控制以及通讯等技术的高新科技产品。

2 国外和国内机电一体化技术的发展现状

2.1 机电一体化在国外的发展现状

国外的机电一体化发展过程可分成三个阶段:

第一阶段是指上世纪60年代以前, 此阶段人们并没有形成完整的机电一体化的概念, 但是已经利用电子技术并使之得到比较广泛的承认, 如军事方面的应用使机械产品和电子技术的产生结合, 第二次世界大战之后后转为民用, 对战后经济的恢复起了积极的作用。第二阶段是指上世纪70~80年代, 机电一体化技术和相关的产品获得了极大程度的发展。其发展的技术基础是计算机、控制、通信等技术, 物质基础是大规模及超大规模集成电路还有微型计算机的发展。第三阶段是指上世纪90年代后期, 此时机电一体化技术已经开启了向智能化的方向发展。第一, 光机电一体化和微机电一体化等新兴分支相继出现;第二, 科研机构对机电一体化系统如何进行建模设计、分析和集成方法进行了研究, 从而促进了机电一体化学科体系的发展。

2.2 国内机电一体化发展现状

我国从上世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用, 并取得了很大成绩。

1) 数控加工技术。在“九五”计划的后期, 我国的国产数控机床在我国国内市场的占有率达到51%, 所配置国产数控系统已经达到了12%。中国的数控技术经过五个五年计划取得了很好的效果。现今, 国内的每年生产数控系统可以达到3600套, 主轴与进给装置可以达5500套。普通数控机床的加工精度提高到5微米, 精密加工中心加工精度提高到1~1.5微米, 超精密加工精度开始进入纳米级别。

2) 工业机器人。我国现已经掌握了机器人操作机设备的软件编程、运动学和设计制造、控制系统和轨迹规划技术, 可以生产部分机器人的关键元器件, 并且已经进入实用化的阶段, 目前已经开发出了能进行点焊、弧焊、喷漆、搬运、装配、冲压、注塑及具有前后行走、爬墙、水下作业等工序的多种机器人。

3) 计算机集成制造系统方面。我国在CIMS技术领域已经获得了较快发展。目前清华大学已经建成达到国家级的CIMS工程研究中心, 与其他高校和研究单位建立了CIMS单元技术实验室和培训中心, 企业已经通过示范工程获取了很大的效益。CIMS的试点推广得到各行各业越来越多的关注和投入, 已经扩展至机械、电子、轻工、航天、纺织、冶金等多个国内重要领域。

3 机电一体化的核心技术

现阶段机电一体化技术核心具体包括以下内容。

1) 机械制造技术。机械制造技术是机电一体化技术的基础。利用其实现系统在结构、材料、性能等方面优化。计算机辅助技术结合在机电一体化系统制造过程中使新的机械制造技术形成。

2) 系统技术。系统技术是从全局角度和系统目标出发, 将整体分解成若干相互关联的单元, 利用接口技术保证系统的各个部分有机连接在一起。

3) 计算机与信息处理技术。计算机, 特别是单片机和PLC利用信息交换、存取、运算、判断对数据进行处理, 结合人工神经网络技术对机电一体化系统进行优化设计。

4) 传感检测技术。传感检测技术可以实现自动控制、自动调节。传感检测部件功能越强, 可以使系统的自动程度提高。

5) 自动控制技术。自动控制技术应用广泛, 即以控制理论为基础, 进行系统的设计、仿真、调试, 对机电一体化技术的发展很大的深远的影响。

6) 伺服传动技术。所谓的伺服传动技术包括电动、气动、液压等传动装置, 是实现电信号转换成机械动作的装置与部件, 应关注其静动态曲线。

4 机电一体化系统的发展方向

机电一体化系统的发展方向包括以下几个方面:

1) 智能化。当今, 智能化发展是机电一体化系统的重要发展方向。利用计算机、人工智能、心理学、模糊数学等方法使其具有具有人的判断推理、逻辑思维、自主决策等能力。根据具体的产品及其使用的场合使其具有特殊的功能替代人类完成部分生产任务。现今模糊控制系统、遗传学算法以及神经网络系统是机电一体化系统实现智能化发展的主要技术, 这些技术之间相互独立又相辅相成。

2) 模块化。将机械、电子和软件三部分融合在一起是机电一体化模块的特点是具有良好协调性、高度自主性和自组织性。现今机电一体化产品的种类和生产厂家种类很多, 开发和研制具有标准接口 (具体包括机械、动力、电气、环境等方面) 的机电一体化产品单元虽然复杂但有经济利润。动力单元接口应具备集减速和智能调速一体, 而控制单元应兼具有识别、图像处理、视觉及测距等功能。像这样的系统可利用标准单元进行开发, 进而追求更大的生产效益。

3) 网络化。网络技术的发展给工业生产、军事、教育以及人类的日常生活都带来了很大的变革。网络技术也加速了全球化, 使功能独特的机电一体化产品畅销世界。当今现场总线技术与局域网技术使得家用电器的网络化成为发展趋势, 利用家庭网络将室内的家用电器连接成为以计算机为中心的家电系统, 从而能使人们在家里就可享受到高新技术带来的巨大方便。机电一体化的产品也将朝着网络化的方向发展。

4) 仿生化。机电一体化产品受用对象是人, 采用先进技术赋予机电一体化产品以人的情感、智能, 其高层的境界就是实现人机一体化。一部分机电一体化产品都是人们观看动物活动时受到的启发, 模仿生物的机理研制出来, 从而给人们的生活带来便利。

5 结束语

机电一体化是当今机械、电子领域的新发展方向。科学技术的进步为机电一体化的发展创造了良好条件, 社会需求成为了其发展动力。同时, 机电一体化的发展也正在不断促进科学技术进步和拉动社会需求。机电一体化技术已经显示出了强大的生命力, 促使国民经济的各个领域发生深刻变革。

参考文献

[1]邱士安.机电一体化技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.