一、简答题（每题1.5分，共15分）
1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？
答：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。通过接口及相应软件有机结合在一起，构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。
2．简述机电一体化系统中的接口的作用。
答：从系统外部来看，接口连接机电一体化系统与人、环境或其他系统；从系统内部来看，通过许多接口将机电一体化系统各组成要素的连接起来。接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等。
3．滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？
答：滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有：螺纹预紧调整式、双螺母差齿预紧调整式、双螺母垫片预紧调整式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预紧式。
4．齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响，如何消除直齿圆柱齿轮的齿侧间隙？
答：齿轮的啮合间隙会造成传动死区（失动量），若该死区是在闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常会使系统产生以1〜5倍间隙而进行的低频振荡。
为了降低制造成本，则多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减小圆柱齿轮的啮合间隙，常用的方法有：偏心套调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法等。
5．什么是传感器的校准？并简述如何进行校准？
答：传感器在使用前、使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性能参数进行复测或做必要的调整和修正，以确保传感器的测量精度，这个复测调整过程称为校准。
为了对传感器有一个长期的、稳定的和高精度的基准，在一些测量仪器中特别是内部装有微处理器的测量仪器中，很容易实现自动校准功能。对传感器进行校准时，需要精度比它高的基准器，这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响，参数会随之改变。因此对这种基准器还要用更高精度的基准器来定期校准。
6．步进电动机的输入信号是什么？如何实现对其转速和旋转方向的控制？
答：步进电机的输入信号是脉冲序列。
步进电机的步矩角α与运行拍数m、通电方式k（m=kN，单拍时k=1，双拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关。步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。
改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。
7．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计的哪个阶段？
答：机电一体化系统的仿真模型主要有：物理模型、数学模型和描述模型。当仿真模型是物理模型时，为（全）物理仿真；是数学模型时，称之为数学（计算机）仿真。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理仿真。计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用在分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件－硬件级）实时仿真、系统研制阶段（硬件级）实时仿真阶段。
8．什么是PID调节器？三部分在系统调节中各起什么作用？
答：按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，简称为P（比例）I（积分）D（微分）调节器，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。
- PID调节器中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；
- 积分调节能消除静差，改善系统静态特性；
- 微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。
9．何谓概念设计？简述概念设计的设计过程。
答：概念设计是指在确定任务之后，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。设计过程：设计任务抽象化，确定系统的总功能→将总功能分解为子功能，直到功能元→寻找子功能（功能元）的解→将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案→对众多方案进行评价决策，选定最佳方案→概念产品。
10．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。
答：在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，一般由专用计算机（或通用计算机）、输入输出接口以及机床控制器等部分构成。计算机数控装置根据输入的数据和程序，完成数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能；机床控制器主要用于机床的辅助功能，主轴转速的选择和换刀功能的控制。
二、综合题（每题,2.5分，共5分）
1．已知一个绳位移控制系统的两种驱动方案分别如图（a）和（b）所示。
（1）试分析两种方案的特点；
（2）画图说明方案（a）减速器滚筒驱动测量位移的方法。
（a）减速器滚筒驱动 （b）丝杠滑台驱动
答：1）驱动特点：
方案a：结构简单、易实现。绳的位移可以很大，但绳在滚筒方向会产生横向位移。需要采用制动器或者止逆型减速器才能防止绳对电机的反向驱动。
方案b：结构较简单，成本与方案a相当。绳的位移要受到丝杠长度的限制。普通丝杠具有止逆功能，无需增加制动器即可防止绳对电机的反向驱动。无横向位移。
2.某物料搬动机械手的结构如图所示，动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度，采用电磁阀控制的气缸驱动，PLC控制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。
物料搬动机械手结构原理图
答：机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段：产品规划、概念设计、详细设计、设计实施和设计定型阶段。
第一阶段：产品规划阶段：进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。
机械手的用途:物料搬运。
工作方式：手动、自动方式。
主要技术参数：3自由度。
使用环境要求：生产线。
第二阶段：概念设计阶段：在功能分析的基础上，优化筛选取得较理想的工作原理方案。
第三阶段：详细设计阶段。对各功能模块进行细部设计，绘制相应的工程图。该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。
第四阶段：设计实施阶段。首先根据机械、电气图纸和算法文件，制造、装配和编制各功能模块；然后进行模块的调试；最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。
第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型，整理设计资料。小批量生产，试销。
