機(jī)電一體化技術(shù)考試總結(jié)

1.機(jī)電一體化的定義：機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息機(jī)電一體化技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。

2.機(jī)電一體化的幾個要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器檢測部分、控制及信息處理部分。3.機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動、傳感器檢測部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制及信息單元、接口耦合與能量轉(zhuǎn)換、信息控制、運(yùn)動傳遞。

4.機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)：機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)。

5.機(jī)電一體化技術(shù)與其它技術(shù)的區(qū)別：

1)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別：傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要通過具有電磁特性的各種電器來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中不考

慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系；機(jī)械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計(jì)算機(jī)

控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為控制中心，在設(shè)計(jì)過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計(jì)算機(jī)控制下具有一定的智能性。

2)與并行工程的區(qū)別：機(jī)電一體化技術(shù)將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)和檢測技術(shù)在設(shè)計(jì)和制造階段就有

結(jié)合在一起，十分注意機(jī)械和其他部件之間的相互作用。而并行工程將上述各種技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊頭并進(jìn)，只在不同技術(shù)內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，最后通過簡單疊加完成整體裝置。

3)與自動控制技術(shù)的區(qū)別：自動控制技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。

機(jī)電一體化技術(shù)將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件應(yīng)用自控原理和方法，對機(jī)電一體化裝置進(jìn)行系統(tǒng)分析和性能測算。

4)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的區(qū)別：機(jī)電一體化技術(shù)只是將計(jì)算機(jī)作為核心部件應(yīng)用，目的是提高和改善系統(tǒng)性能。

計(jì)算機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用僅僅是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一部分，它還在辦公、管理及圖像處理等方面得到廣泛應(yīng)用。機(jī)電一體化技術(shù)研究的是機(jī)電一體化系統(tǒng)，而不是計(jì)算機(jī)應(yīng)用本身。

6.機(jī)電一體化系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的類型：開發(fā)性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變參數(shù)設(shè)計(jì)。7.機(jī)械傳動部分：

1)基本要求：高精度、快速響應(yīng)、穩(wěn)定性良好。

2)組成：傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3)總傳動比的確定：imL"m"L""m""L

8.傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比的分配：

1)等效轉(zhuǎn)動慣量的最小原則：小功率傳動裝置：i=i1*i2*i3前小后大原則；大功率傳動裝置：i=i1*i2*i3前大后小原則；2)質(zhì)量最小原則：

3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則：

9.死區(qū)：啟動的時候無法克服阻力的現(xiàn)象。

爬行：周期性時停時走或時慢時快的運(yùn)動現(xiàn)象。

空回：就是當(dāng)主傳動機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動方向時,從動機(jī)構(gòu)滯后的一種現(xiàn)象。10.機(jī)械性能參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響：

1)阻尼的影響：當(dāng)阻尼比ξ=0時，系統(tǒng)處于等幅持續(xù)震蕩狀態(tài)；當(dāng)ξ>=1時，系統(tǒng)為臨界阻尼或過阻尼系統(tǒng)；

當(dāng)04)齒輪齒條傳動：雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。

5)螺旋傳動消隙法：利用單向作用力、利用調(diào)整螺母、利用塑料螺母。6)滾珠絲杠消隙法：墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式。

12.螺旋傳動的特點(diǎn)：降速傳動比大、具有增力作用、能自鎖、效率低磨損快。

滾珠螺旋傳動的特點(diǎn)：運(yùn)動效率高、運(yùn)動精度高、具有傳動的可逆性，但不能自鎖、制造工藝復(fù)雜，成本高，但使用壽命長，維護(hù)簡單。

13.滾珠循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)（螺旋槽式、插管式、端蓋式）

滾動化發(fā)展：滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌。

14.檢測系統(tǒng)：

1)檢測的作用：用于檢測相關(guān)外界環(huán)境及產(chǎn)品自身狀態(tài)，為控制環(huán)節(jié)提供判斷和處理依據(jù)的信息反饋環(huán)節(jié)。

2)常用傳感器的工作原理及適用場合：

電位器傳感器：變電阻原理，作用測大行程往返式位移；渦流式傳感器：測位移，分為高頻和低頻；光柵位移傳感器：測測位移。

轉(zhuǎn)速傳感器：編碼器測轉(zhuǎn)速，電渦式轉(zhuǎn)速傳感器（非接觸式），必須有槽才能用；遮斷式光電開關(guān)，反射

型光電開關(guān)，定區(qū)域式光電開關(guān)（流水線計(jì)數(shù)），霍爾傳感器。加速度傳感器：最常用壓電式；電容式。

流體壓強(qiáng)傳感器：膜式壓強(qiáng)傳感器，筒式壓強(qiáng)傳感器。

3)檢測的器具：傳感器。

4)傳感器的構(gòu)成：敏感元件、傳感原件、基本轉(zhuǎn)換電路。

5)傳感器的分類：按測定對象：位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速；按原理分：電阻、電容、電感、光柵、熱電偶、超聲波。6)穩(wěn)定性包括：穩(wěn)定度、環(huán)境影響量。

7)傳感器的性能靜態(tài)：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率、零漂、分辨力、重復(fù)特性、精度。傳感器的動態(tài)特性：傳感器測量動態(tài)信號時，輸出對輸入的響應(yīng)特性。

8)壓電效應(yīng)：當(dāng)某些材料在某一方向被施加壓力或拉力時，會產(chǎn)生變形，并且在材料的某一相對表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)去掉外力后，它又重新回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

9)電渦流效應(yīng)：當(dāng)線圈輸入一交變電流時便產(chǎn)生交變磁通量，金屬板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電

流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為渦電流或渦流。

10)霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I通過薄片時，在垂

直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢E，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。15.控制原理：

1)典型控制環(huán)節(jié)：比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分控制、慣性環(huán)節(jié)。

2)典型調(diào)節(jié)方法：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、階躍響應(yīng)、PI、PD、PID。PID（比例-積分-微分）3)機(jī)電一體化中的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：單片微型計(jì)算機(jī)、可編程控制器、總線工控機(jī)。

16.伺服控制：

1)伺服系統(tǒng)的原理：伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進(jìn)行動作，從而獲得精確地位置、速度及動

力輸出的自動控制系統(tǒng)。

2)伺服系統(tǒng)組成部分：比較環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行環(huán)節(jié)、被控對象、檢測環(huán)節(jié)。3)伺服執(zhí)行原件：交流電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。4)5)6)7)

伺服系統(tǒng)技術(shù)要求：調(diào)速范圍寬并且穩(wěn)定，位置精度高0.010.001，穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快。直流伺服電機(jī)特點(diǎn)：響應(yīng)快、精度高、但需要維護(hù)，交流伺服電機(jī)不需要維護(hù)，其他同直流。步進(jìn)電機(jī)：反應(yīng)式、永磁式、混合式。步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度。

步距角可以用下公式計(jì)算：a=360o/kmzm相數(shù)z齒數(shù)單向雙相通電k=1，單雙向輪流通電k=2。8)最大靜轉(zhuǎn)矩：是指步進(jìn)電機(jī)在某相始終通電而處于靜止不動狀態(tài)所能承受的最大外加轉(zhuǎn)矩。

9)最高運(yùn)行頻率：步進(jìn)電機(jī)不失步的情況下輸入的最高脈沖數(shù)。10)步進(jìn)電機(jī)參數(shù)術(shù)語：步距角、拍數(shù)（單三拍、雙三拍、六拍）、相數(shù)、定位轉(zhuǎn)矩、靜轉(zhuǎn)矩。

11)步進(jìn)電機(jī)工作原理性能：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超

載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的�？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

12)步進(jìn)電機(jī)特性：步距誤差、最大靜轉(zhuǎn)矩、啟動矩頻特性、運(yùn)行矩頻特性、最大相電壓相電流、最高運(yùn)行頻率。13)步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動：單電源驅(qū)動電路、雙電源驅(qū)動電路、斬波限流驅(qū)動電路。

14)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時所能接受的最高工作頻率，他與步距角一起決定執(zhí)行部件的最大運(yùn)行速度。

15)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性：

17.干擾：

1)干擾三要素：干擾源、傳播途徑、接收載體。

2)抗干擾的措施：屏蔽、隔離、濾波、接地、軟件處理等。

3)干擾存在的形式：串模干擾、共模干擾。

4)干擾的耦合模式：靜電干擾、磁場耦合干擾、漏電耦合干擾、共阻抗干擾、電磁輻射干擾。18.符號：

1)FMC：柔性制造單元

FMS：柔性制造系統(tǒng)FML：柔性制造線FAL：柔性裝配線

CIMS：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)RGV：有軌小車AGV：自動導(dǎo)向小車CAE：計(jì)算機(jī)輔助工程

CAPP：計(jì)算機(jī)輔助工藝編制CAQ：機(jī)輔助質(zhì)量管理

2)CIMS的功能構(gòu)成：管理功能、設(shè)計(jì)功能、制造功能、質(zhì)量控制功能、集成控制與網(wǎng)絡(luò)功能、

3)機(jī)器人共同點(diǎn)：機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)具有類似與人或其他生物的某些器官的功能、是一種自動機(jī)械裝置，可以

在無人參與下（獨(dú)立性），自動完成多種操作或動作功能，既具有通用性�？梢栽诰幊�，程序流程可變，既具有柔性（適應(yīng)性）、具有不同程度的智能型。4)機(jī)器人的機(jī)械配置形式最常見的是坐標(biāo)：直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、極坐標(biāo)、關(guān)節(jié)型、平面關(guān)節(jié)型。

5)電火花加工必備條件：與工件的被加工表面之間必須保持一定間隙、必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行、必須采用脈沖電源。6)刀具磨損破損檢測方法：刀具、工件尺寸及相對距離測定法、放射線發(fā)、電阻法、光學(xué)圖像法、切削力法、

切削溫度法、切削功率法、振動法、噪聲分析法、聲發(fā)射法、加工表面粗糙度法。7)自動化制造系統(tǒng)常用輔助設(shè)備：清洗站、去毛刺設(shè)備、切削和冷卻液的處理。

例題1已知一傳動系統(tǒng)JL=201*kg*m2,Jm=500kg*m2,傳動級數(shù)為n=3，試按傳動慣量最小原則，確定各級傳動比。

解：由負(fù)載角加速度最大原則確定總傳動比，i=由等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配

2313JLJm201*5002

1i12i22(21)3*i231(21)31.346

2*(i32)221=1.28

22(31)3i32*(i3)21=1.16

22驗(yàn)算i=i1*i2*i3≈2滿足設(shè)計(jì)要求。

參考：

1.控制及信息處理單元一般由控制計(jì)算機(jī)、控制軟件和硬件接口電路組成。2.機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)機(jī)械技術(shù)檢測技術(shù)伺服技術(shù)信息技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)的加以綜合，實(shí)現(xiàn)整個機(jī)械系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作而建立的一門新的科學(xué)技術(shù)。3.機(jī)電一體化產(chǎn)品按用途可以劃分為民用機(jī)電一體化、辦公機(jī)電一體化和產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品。4.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量管理主要體現(xiàn)在質(zhì)量目標(biāo)管理、實(shí)行可行性設(shè)計(jì)和進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量評審三個方面。5.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動要滿足伺服控制在精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性-等方面的要求。6.機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩個環(huán)節(jié)靜態(tài)設(shè)計(jì)、動態(tài)設(shè)計(jì)。7.在機(jī)電一體化系統(tǒng)的驅(qū)動裝置中，位于前向通道閉環(huán)之內(nèi)的環(huán)節(jié)，其誤差的低頻分量對輸出精度基本無影響，而誤差的高頻分量-影響系統(tǒng)的輸出精度。8.機(jī)電一體化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)指標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括性能指標(biāo)系統(tǒng)功能使用條件經(jīng)濟(jì)效益9.機(jī)電一體化系統(tǒng)中常見的軸承包括滾動軸承滑動軸承靜壓軸承磁軸承。10.機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由機(jī)械本體動力與驅(qū)動、接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器檢測部分控制及處理部分等部分組成。11.在機(jī)電一體化中傳感器輸出電信號的參量形式可以分為:電壓輸出電流輸出頻率輸出三種形式。12.機(jī)電一體化產(chǎn)品中需要檢測的物理量分成電量和非電量兩種形式。13.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的侍服性能，要求機(jī)械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、阻力合理阻尼合理剛度大抗振性好間隙小并滿足小型、輕量等要求。14.機(jī)電一體化的核心是（控制器）15.機(jī)電一體化技術(shù)歸納為機(jī)械技術(shù)檢測傳感技術(shù)信處理技術(shù)自動控制技術(shù)伺服傳動技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)六個方面。16.從控制角度講，機(jī)電一體化可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。17.擬定機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的方法有替代法、整體法、組合法。18.下列不屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)方案的常用方法（個別設(shè)計(jì)法）A替代法B整體設(shè)計(jì)法C組合法19.衡量機(jī)電一體化系統(tǒng)可靠性高低的數(shù)量指標(biāo)有概率指標(biāo)和壽命指標(biāo)。20.市場預(yù)測主要包括定期預(yù)測和定量預(yù)測方法。21.在多級傳動中，為了減小傳動誤差，傳動比的分配應(yīng)遵守前小后大原則。22.當(dāng)負(fù)載折算到電機(jī)軸上的慣量等于轉(zhuǎn)子慣量時，系統(tǒng)能達(dá)到慣性負(fù)載和驅(qū)動力矩的最佳匹配。23.機(jī)械傳動系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)傳動精度的誤差可分為傳動誤差和回程誤差兩種。24.步進(jìn)電動機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)是通過脈沖的數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機(jī)。25.對于交流感應(yīng)電動機(jī)其轉(zhuǎn)差率s的范圍為0

擴(kuò)展閱讀：機(jī)電一體化 考試總結(jié) 習(xí)題答案

1.什么是機(jī)電一體化？各國的主要觀點(diǎn)有哪些？(P1~3)

答：機(jī)電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

2.試述機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別。(P2)

答：傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理的各種電器來實(shí)現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計(jì)中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計(jì)算機(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為控制中心，在設(shè)計(jì)過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計(jì)算機(jī)控制下具有一定的智能性。

1．機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透的過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門多學(xué)科領(lǐng)域交叉的新型綜合性學(xué)科，它是機(jī)械工業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的核心技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)的另外一個重要表現(xiàn)形式是機(jī)器人技術(shù)。

2．系統(tǒng)論、信息論和控制論是數(shù)控技術(shù)的理論基礎(chǔ)，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)就是數(shù)控技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3．?dāng)?shù)字控制是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動化方法。

數(shù)控技術(shù)采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)等多學(xué)科、多技術(shù)于一體。

數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動控制的一類機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。它能夠自動輸入載體上事先給定的數(shù)字量，并將其譯碼后進(jìn)行必要的信息處理和運(yùn)算后，控制機(jī)床動作并加工零件。CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置。

4．?dāng)?shù)控機(jī)床的優(yōu)勢：自動化程度高；效率高，操作人員少；精度高和質(zhì)量穩(wěn)定；廢品率低、工裝成本低；復(fù)雜零件加工；一機(jī)多用；便于建立通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化管理；附加值高

5．?dāng)?shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢：1.大功率、高精度2.高速度3.CNC智能化（a.適應(yīng)控制技術(shù)b.故障自診斷、自修復(fù)功能c.刀具壽命自動檢測和自動換刀功能d.模式識別技術(shù)e.智能化交流伺服驅(qū)動技術(shù)）4.具有高速、多功能的內(nèi)裝可編程機(jī)床控制器5.彩色CRT圖形顯示、人機(jī)對話功能及自我診斷功能6.采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)。。。。。。。

3.試分析機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及相關(guān)技術(shù)。(P1~3)

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)是多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用，是技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程。其技術(shù)組成包括：機(jī)械技術(shù)、檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等。現(xiàn)代的機(jī)電一體化產(chǎn)品甚至還包含了光、聲、化學(xué)、生物等技術(shù)等應(yīng)用。4.一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含哪些幾個基本要素？

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運(yùn)動組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過接口耦合來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機(jī)融合的一個完整系統(tǒng)。

5.試述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，一直要堅(jiān)持貫徹機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個組成要素間的有機(jī)聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，并用自動控制理論的相關(guān)手段，進(jìn)行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

6.試述現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念。（P4）

設(shè)計(jì)這個詞有兩種概念。廣義的概念是指發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)和達(dá)到的目標(biāo)。狹義的概念指的是將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動，各種產(chǎn)品包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)即屬此類。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是過去長期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動的延伸和發(fā)展，是隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，由個別到一般、具體到抽象、感性到理性，逐步歸納、演繹、綜合而發(fā)展起來的。由于科技進(jìn)步的速度日益增快，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，人們在掌握事物的客觀規(guī)律和人的思維規(guī)律的同時，運(yùn)用相關(guān)的科學(xué)技術(shù)原理，進(jìn)行過去難以想象的綜合集成設(shè)計(jì)計(jì)算，使設(shè)計(jì)工作包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

8.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有哪些？（P3～13）

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法門類眾多且不斷出新�？砂此�研究解決的問題性質(zhì)分為總體問題和個別性能問題兩大類：

1.研究總體設(shè)計(jì)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

(1)設(shè)計(jì)方法學(xué)(2)價值工程設(shè)計(jì)(3)優(yōu)勢設(shè)計(jì)（4)綠色設(shè)計(jì)(5)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(6)并行工程設(shè)計(jì)(7)虛擬設(shè)計(jì)(8)反求工程設(shè)計(jì)(9)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其發(fā)展(10)創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)2．研究產(chǎn)品性能的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

(1)工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型設(shè)計(jì)(2)模塊化設(shè)計(jì)(3)相似性設(shè)計(jì)(4)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)(5)三次設(shè)計(jì)(6)人機(jī)工程設(shè)計(jì)(7)智能設(shè)計(jì)(8)動態(tài)設(shè)計(jì)(9)可靠性設(shè)計(jì)(10)有限元法(11)機(jī)械疲勞設(shè)計(jì)9.何為機(jī)電一體化系統(tǒng)的四視圖設(shè)計(jì)？（P13）功能視圖、結(jié)構(gòu)視圖、控制視圖和信息視圖

第二章

1.什么技術(shù)系統(tǒng)？什么是技術(shù)過程？什么是作業(yè)對象？(P27)

例如，為了得到某種復(fù)雜形狀的金屬零件，可通過編程在加工中心上對坯料進(jìn)行加工。壞料是作業(yè)對象，加工中心是技術(shù)系統(tǒng)，所完成的加工過程是技術(shù)過程。

作業(yè)對象一般可分為三大類：物料、能量和信息

2.確定技術(shù)過程的一般步驟是什么？(P27)

1)根據(jù)信息集約和調(diào)研預(yù)測的資料，分析確定作業(yè)對象以及主要轉(zhuǎn)換要求。2)分析比較傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的理論和實(shí)踐，確定實(shí)現(xiàn)主要轉(zhuǎn)換的工作原理。

3)明確實(shí)現(xiàn)技術(shù)過程的環(huán)境和約束條件。環(huán)境是與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的總和，包括經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)條件、技術(shù)條件、社會條件等。4)確定主要技術(shù)過程和其他輔助過程。

5)根據(jù)高效、經(jīng)濟(jì)、可靠、美觀、使用方便等原則，初步規(guī)定技術(shù)系統(tǒng)的邊界及工作范圍。

3.試述功能設(shè)計(jì)方法和主要步驟。(P28~30)

功能是對技術(shù)系統(tǒng)中輸入和輸出的轉(zhuǎn)換所作的抽象化描述。只有用抽象的概念來表述系統(tǒng)的功能，才能深入識別需求的本質(zhì)，辨明主題，發(fā)散思維，啟發(fā)創(chuàng)新，

總功能逐步分解為比較簡單的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能樹(一)功能分析(二)功能元求解1．選擇工作原理2．構(gòu)思功能載體(三)方案綜合

4.功能設(shè)計(jì)的工具有哪些？（P30）1．設(shè)計(jì)目錄

(1)對象目錄(2)作業(yè)日錄(3)解法目錄2．知識庫

(1)數(shù)據(jù)庫(2)設(shè)計(jì)詞典(3)手冊

5.試分析設(shè)計(jì)與技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)系。

設(shè)計(jì)若是為了對作業(yè)對象完成某種技術(shù)過程，設(shè)計(jì)對象就是人造技術(shù)系統(tǒng)。

第三章

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有哪些內(nèi)容？（P78）

宏觀地看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大致有以下三方面內(nèi)容:

(1)功能設(shè)計(jì)以各種具體的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能要求。(2)質(zhì)量設(shè)計(jì)兼顧各種要求和限制，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)質(zhì)量和性能,

(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)地構(gòu)造設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，用創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維方法進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和創(chuàng)新。

2.機(jī)電一體化系統(tǒng)中運(yùn)動聯(lián)系結(jié)構(gòu)的基本單元有哪些？(P87)

需要聯(lián)軸器、減速、變速裝置及運(yùn)動換向與轉(zhuǎn)換裝置等基本傳動結(jié)構(gòu)

3.滾動導(dǎo)軌副的品質(zhì)用那幾方面來衡量？(P108)

(1)導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標(biāo)。移功件在沿導(dǎo)軌運(yùn)動時，不論有無載荷，部應(yīng)保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。各種設(shè)備對導(dǎo)軌副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相應(yīng)的規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)可以參照。

(2)耐磨性導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動導(dǎo)軌副的主要失效形式是磨損。因此，耐磨性是衡量滾動導(dǎo)軌副性能的主要指標(biāo)之一。

(3)剛度為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型、尺寸及其組合。選用可調(diào)整間隙和能夠預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。

(4)工藝性導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)品質(zhì)是指在那些方面應(yīng)注意的問題？（P116）

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)品質(zhì)是指結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和靜剛度、結(jié)構(gòu)動剛度、結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性等四大方面應(yīng)注意的問題

第四章

1.機(jī)電一體化系統(tǒng)中控制器的作用是什么？它的基本功能應(yīng)包括那些？(P149~150)

機(jī)電一體化機(jī)械的控制器是一個以計(jì)算機(jī)為核心的測量和控制系統(tǒng)它將來自各傳感器的檢測信號與外部輸人命令進(jìn)行集中，存儲、分析、轉(zhuǎn)換，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。

它的基本功能應(yīng)包括以下幾點(diǎn):1)實(shí)時的信息轉(zhuǎn)換和控制功能。2)人機(jī)交互功能。3)和機(jī)電部件接口的功能。4)對控制軟件運(yùn)行的支持功能。

2.單板機(jī)模式的控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？(P150)

1)結(jié)構(gòu)形態(tài)的隨意性。2)空間位置的隨意性。3)形態(tài)規(guī)模的隨意性。4)最佳的經(jīng)濟(jì)性。

3.組合模式的控制系統(tǒng)有哪幾種模式？(P150~151)

采用商品化硬件模塊通過總線母板組合成控制系統(tǒng)．具有多種靈活的組成模式，它可以自成系統(tǒng)，即采用獨(dú)立模式；也可以方便地作為其他小型、微型計(jì)算機(jī)的前端控制機(jī)，或者組成分布式系統(tǒng)的典型的分散系統(tǒng)。

4.在工控機(jī)中對存儲器有哪些要求？(P153)

像個人計(jì)算機(jī)存儲代碼和數(shù)據(jù)供CPU或其他設(shè)備讀寫

(1)可靠性高即抗干擾能力強(qiáng)，能在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下準(zhǔn)確進(jìn)行讀寫操作。(2)實(shí)時性好能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對存儲器訪問的要求。

(3)功耗低降低自然發(fā)熱造成的溫升，并可用電池供電。

(4)數(shù)據(jù)存儲器非易失性這并不是對全局存儲器的要求，但系統(tǒng)中至少有局部非易失數(shù)據(jù)段或程序代碼段，以便能長期保存數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)突然停電后再重新啟動時能迅速恢復(fù)現(xiàn)場運(yùn)行

5.I/O子系統(tǒng)的作用是什么？按其物理量的形式分成哪兩大類？(P153~154)

控制器除了基本系統(tǒng)以外，還應(yīng)包括各種檢測、控制量的輸入輸出接口，這部分功能稱為I/O子系統(tǒng)。按其物理量的形式來分，一般可分成開關(guān)量(數(shù)字量)I/O即DI／DO、模擬量I/O即AI/AO兩大類。

6.什么是總線？控制系統(tǒng)中包括哪些總線？各總線作用是什么？(P154~155)

所謂總線是指一組信號線的集合，是一種按規(guī)定協(xié)議傳送信息的公共通道，由數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線組成。

7.簡述控制系統(tǒng)的基本組成。（P152～155）(一)中央處理單元(CPU)(二)存儲器

(三)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)(四)人--機(jī)接口(五)系統(tǒng)支持功能(六)總線

8.什么是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)？(P155)

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)簡稱CNC系統(tǒng)，它是用計(jì)算機(jī)通過執(zhí)行其存儲器內(nèi)的程序來完成數(shù)控要求的部分或全部功能，并配有接口電路、伺服驅(qū)動的一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

9.計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)由哪幾部分組成？(P155)

CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC裝置)、可編程序控制器(PLC)、主軸驅(qū)動和進(jìn)給驅(qū)動裝置等組成，

第五章

1.根據(jù)自動化機(jī)械的基本模型，簡述信息流主要集中在那些子系統(tǒng)中？(P195)

信息流主要集中在人機(jī)界面、檢測機(jī)構(gòu)和控制器。

2.現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)機(jī)械最本質(zhì)的區(qū)別是什么？(P195)

現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)機(jī)械最本質(zhì)的區(qū)別是現(xiàn)代機(jī)械中具有信息流。信息系統(tǒng)保證了機(jī)電一體化系統(tǒng)基本單元(MEE)的正確運(yùn)行，也使許多基本MEE耦合組成復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。

3.在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中信息流的作用是什么？(P196)

信息系統(tǒng)保證了機(jī)電一體化系統(tǒng)基本單元(MEE)的正確運(yùn)行，也使許多基本MEE耦合組成復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。

信息流是軟件總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

4.信息流是如何分類的？(P196)

從信息流的形態(tài)來分，信息流可以是借助于機(jī)、光、聲、電等介質(zhì)傳輸?shù)男盘�，也可以是語言、文字、圖表、圖像等抽象的信號，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部則是數(shù)據(jù)表示的數(shù)據(jù)流。從信息流的功能來分，有控制信息流、檢測信息流、數(shù)據(jù)信息流、顯示信息流等。以信息流的流向來分，可分為輸入信息流、變換信息流、輸出信息流等。

5.分析信息流和數(shù)據(jù)流有什么意義？(P196)1)對機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作原理和工作過程有深刻理解。

2)可對系統(tǒng)進(jìn)行深入的總體分析與規(guī)劃，以達(dá)到解耦與集成的目的。

3)信息流是軟件總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。按軟件工程方法，從數(shù)據(jù)流可確定軟件的結(jié)構(gòu)，并定義此結(jié)構(gòu)中包含的程序模塊。同時也可以定義數(shù)據(jù)庫項(xiàng)、格式、規(guī)模和存取方法。特別是“全量程”的定義，即用于兩個以上的程序模塊內(nèi)的那些量的定義.

6.分析信息流的基本工具有哪些？(P196～198)(一)信息流的基本環(huán)節(jié)(二)數(shù)據(jù)流程圖(三)信息流和軟件結(jié)構(gòu)

7.人機(jī)輸入界面的基本硬件有哪些？(P204)

其基本硬件是鍵盤、開關(guān)(包括操作按鈕和觸摸屏等)，并通過CRT實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

8.輸出界面的信息流中對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信息輸出有哪幾種形式？(P215)

1)直接開關(guān)量的輸出。

2)脈沖序列和運(yùn)動方向控制標(biāo)記。

3)直接數(shù)字輸出。4)模擬量輸出。

5)其他控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)

第六章

1.簡述機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出的背景。(P229～230)

1)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。

2)社會對產(chǎn)品的需求趨于多樣化、個性化和動態(tài)化，順應(yīng)客戶愛好(也稱客戶化或定制)、多品種中小批量生產(chǎn)已成為生產(chǎn)方式的主流。

3)市場對企業(yè)的要求從原來的對質(zhì)量、成本的要求演變?yōu)楝F(xiàn)在的對時間(Time)、質(zhì)量(Quality)、成本(Cost)、創(chuàng)新(Innovation)、服務(wù)(Service)和環(huán)境(Environment)等諸多方面的要求，時間已成為競爭力的第一要素，能否在最短的時間內(nèi)開發(fā)出最新的產(chǎn)品并推向市場，是贏得市場競爭的關(guān)鍵。

4)可持續(xù)發(fā)展的理念及對生態(tài)環(huán)境方面的關(guān)注，使人們在生產(chǎn)過程和消費(fèi)過程中更注意生態(tài)和環(huán)境方面的相容性和友善性，綜合考慮產(chǎn)品的環(huán)境影響與資源效率已成潮流。2.什么是可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）?(P230)

可重構(gòu)制造系統(tǒng)(ReconfigurableManufacturingSystem，RMS)是指能夠通過對制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其組成單元的快速重組或更新，及時調(diào)整制造系統(tǒng)的功能和生產(chǎn)能力，以迅速響應(yīng)市場變化及其他需求的一種制造系統(tǒng)。

3.可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）的重構(gòu)分為哪幾個層次？(P230)1)制造系統(tǒng)級的重構(gòu)。2)制造設(shè)備級的重構(gòu)。3)子系統(tǒng)或部件層的重構(gòu)。

4.對于可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）而言，可重構(gòu)控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是什么？(P230)

開放式結(jié)構(gòu)控制器是可重構(gòu)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)技術(shù)。

5.機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是什么？(P231)1)低的生產(chǎn)成本和重構(gòu)成本的綜合值(cost)。2)短的設(shè)計(jì)建造時間和斜升時間（Time)。3)最大限度地利用已有的資源（Resource)。4)在公共地基上達(dá)到物流最優(yōu)(Stream)。

6.機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)的特征是什么？(P231～232)1)模塊性(Modularity)2)可集成性(Integrability)3)可轉(zhuǎn)換性(Convertibility)4)可診斷性(Diagnosability)5)客戶化性(Customization)

7.可重構(gòu)機(jī)床設(shè)計(jì)的主要目的是什么？可重構(gòu)機(jī)床包括那些內(nèi)涵？(P232)

主要目的是使機(jī)床能快速低成本地適應(yīng)被加工零件的各種變化。

1)可重構(gòu)機(jī)床綜合了流水線機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，它每次提供給客戶確定的、滿足其當(dāng)前需要的功能和生產(chǎn)能力，同時當(dāng)客戶的需求發(fā)生變化時，可快速改變機(jī)床的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，以較低的成本在一個零件族內(nèi)快速調(diào)節(jié)／升級生產(chǎn)能力和功能性。2)可重構(gòu)機(jī)床由可重構(gòu)的硬/軟件組成。

3)可重構(gòu)機(jī)床必須設(shè)計(jì)開始就考慮可重構(gòu)性，而且必須由基本的硬／軟件模塊創(chuàng)建，能夠通過所設(shè)計(jì)的接口快速集成。4)可重構(gòu)機(jī)床是開放的、模塊化結(jié)構(gòu)。

8.機(jī)械加工中常用的三類機(jī)電一體化系統(tǒng)是什么？(P232)

DML、FMS和RMT三類機(jī)電一體化系統(tǒng)

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