机电一体化设计基础考试题1. 什么是机电一体化？机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

2. 机电一体化产品由哪些基本要素构成？机械本体（机床）、动力源（电、液压等）、检测与传感装置（各种传感器等）、控制与信息处理装置（伺服系统、 cnc 等）、执行机构（电机、丝杆、导轨、刀架等）3. 机电一体化有哪些共性关键技术？机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术4. 什么是机电一体化总体设计？应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的性能要求及各机、电组成单元的特性，选择最合理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。

5. 什么是特征指标、优化指标、寻常指标？其作用各是什么？这些指标可否在一定条件下相互转化？特征指标：决定产品功能和基本性能的指标，是设计中必须设法达到的指标。

优化指标：在产品优化设计中用来进行方案对比的评价指标。

寻常指标：产品设计中作为常规要求得一类指标，一般不定量描述。

可以相互转化。

寻常指标有较为固定的范畴，而特征指标和优化指标的选定则应根据具体产品的设计要求进行。

一种产品设计中的特征指标，可能是另一种产品设计中的优化指标。

某些指标在要求较为严格、必须经过周密设计才能达到时，应选为特征指标，而在要求较为宽松的情况下，可选为优化指标。

6. 什么是等效性、互补性、可比性？等效性、互补性、可比性分析对机电一体化设计有何意义？等效性：具有等效性的功能可有多种具体实现形式，如滤波功能可由多种滤波器实现。

可以互相替代的机械、电子硬件或软件方案必然在某个层次上可实现相同的功能，因而称这些方案在实现某种功能上具有等效性。

产品各组成环节的特性是相互关联的，而且共同影响系统的性能，这种机、电环节互相关联、相辅相成为互补性。

可比性，它是指被评价的方案之间在基本功能、基本属性及强度上要有可比性。

等效性是可以进行机电一体化设计的充分条件之一。

互补性，是机电一体化设计的另一充分条件。

7. 试结合等效性与互补性阐述机电一体化优化设计的条件。

机电一体化优化设计要在具有等效性的功能中和具有互补性的环节中进行机械、电子、软件等技术之间的比较和权衡。

首先找出它们具有可比性的表达形式，用具有相同量纲的优化指标（如成本、可靠度、相对精度等）对各方案进行比较。

8. 目前大多采用什么方法进行机电一体产品的总体设计？其具体含义是什么？多方案优化的方法：在满足约束条件（特征指标）的前提下，采用不同原理及不同品质的组成环节构成多种可行方案，用优化指标对这些方案进行比较、优选，从而获得满足特征指标要求，且优化指标最合理的总体设计方案。

9. 多目标规划的求解策略有哪些？含义分别是什么？降维法：用一个其主要作用的指标作为目标函数，而将其它优化指标转化为约束条件，从而使多目标优化问题转化为单目标优化问题。

顺序单目标法：首先对各优化指标按重要程度排序，按单目标优化方法依序求出每个指标所对应的最优解，然后对这些单目标优化解进行折衷处理，从而得到整体最优解。

评价函数法：首先将各优化指标依一定关系进行组合，从而构造出一个单目标问题的目标函数，被称为评价函数，然后依据这个评价函数对各种方案进行评价，最终确定出最优方案。

10. 为何在机电一体化总体方案设计时要进行功能分配和性能指标分配 ? 如何进行功能分配和性能指标分配？性能指标分配目的：总体方案中一般有多个环节对同一性能指标产生影响，需要合理地限定这些环节对总体性能指标的影响程度。

为保证以最佳的结构方案实现产品性能。

功能分配时应首先把这些形式尽可能的全部列出来，用这些具体实现形式构成不同的结构方案，采用适当的优化指标对这些方案进行比较，选出最优或较优的方案。

性能分配时，首先要把各互补环节对性能指标可能产生的影响作用范围琢一列出，对于不可比较的变量应先变换成相同量纲的变量，在满足约束的条件下，采用不同的分配方法将性能指标分配给各互补环节，构成多个可行方案，进一步选择适当的优化指标，对这些可行方案进行评价，选出最优方案。

11. 基本转换电路的作用是什么？基本转换电路有哪些种？其具体作用各是什么？作用：将传感器输入的电参数形式的信号转换成电量形式。

分压电路：差动电路：用于差动式传感器信号的转换。

非差动桥式电路：调频电路：脉冲调宽电路：12. 减小放大器噪声及提高放大器工作稳定性的措施有哪些？抑制放大器噪声的措施：（1）压缩放大器带宽，滤除通带以外的各种噪声信号；（ 2）减少信号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻相等，以实现噪声阻抗匹配；（ 3）选用低噪声放大器件，以减少噪声的产生；（4）减少接线电缆电容的影响以及各种干扰因素的影响。

提高放大器稳定性的措施：（ 1）采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负反馈来稳定静态工作点；（ 2）采用集成运算放大器及深度负反馈来稳定放大倍数；（3）采用电容和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其他寄生耦合所引起的自激震荡；（ 5）采取散热与均热措施，以保证温度稳定，减小热漂移。

13. 高输入阻抗放大器、高共模抑制比放大器的作用是什么？高输入阻抗放大器：与传感器电路或基本转换电路相匹配，希望放大器具有较高的输入阻抗。

高共模抑制比放大器：在对两被测信号的差值进行放大的同时，抑制来自环境的共模干扰。

14. 在检测系统中，为何常对传感器信号进行调制？常用的调制方法有哪些？其含义分别是什么？在检测系统中，进入检测电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。

而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是检测系统的一项重要任务。

为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，因此进行调制。

信号调制就是用一个信号（调制信号）去控制另一作为载体的信号（载波信号），【或者将基带信号加载到载波信号上的过程】让后者的某一参数（幅值、频率、相位、脉冲宽度等）按前者的值变化。

目的：把信号加载到载波上发送出去幅值调制：让一个具有特定角频率的高频信号的幅值随被测量 x 而变化。

高频信号为载波信号，被测量 x 为调制信号。

相位调制：让一个具有特定角频率的高频载波信号的相位随着被测量 x 而变化。

频率调制：让一个高频震荡的载波信号的频率随着被测量x 而变化。

15. 什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调制信号？调制信号：被测信号载波信号：用一个频率较高、波长较短的正弦信号作为发射基带信号的载体，该信号称为载波信号。

已调制信号：调制之后的信号，即携带有调制信号的载波信号，其幅值、相位、频率随被测信号变化的信号。

16. 对调幅波进行解调的方法有哪几种？各是如何实现的？包络检波：利用二极管等具有单向导电性能的器件，截去条幅信号的下半部，再用滤波器滤除其高频成分，从而得到按调幅波包络线变化的调制信号。

相敏检波：包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。

第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。

对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。

为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。

图4•話RC 低通認逋器图441 RC 带通滤渡器19.图示RC 低通、高通、带通滤波器，给出它们的传递函数及幅相频率特性。

17. 什么是低通、高通、带通、带阻滤波器？各自的通频带如何？带宽如何确定?b)图4应 各种滤做器的幅農祷性对于低通滤波器，带宽指其通频带宽度；对于高通或带阻滤波器，带宽指其阻带宽度。

18. 滤波器的基本参数有哪些？分别是什么含义？提高滤波器的阶次会带来什么好处和问题?20. 什么是增量码信号？什么是细分？什么是辨向？增量码信号：指信号变化的周期数与被测位移成正比的信号。

将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，每 一个脉冲都进行增量计算。

细分，需要测量比栅距更小的位移量，为了提高分辨率。

辨向，根据传感器的 输出信号判别移动的方向，即判断是正向移动还是反向移动，是顺时针旋转还是逆时针旋转。

21. 什么是伺服系统？图示说明伺服系统的构成。

伺服系统有哪些种类？伺服系统：能够跟踪输入的指令信号动作，从而获得精确的位置、速度、或力输出的自动控制系统。

图5-1怕脈系统基事结期方恆国m 5-2恫服泵说的銅成位置/速度/力伺服系统电气/液压/气动伺服系统开环/闭环/半闭环伺服系统22. 试从结构、成本、稳定性和精度方面，分析开环、闭环和半闭环控制的伺服系统的特点及应用场合？开环伺服系统中无检测反馈元件，结构简单，但精度低。

闭环伺服系统直接对输出量进行检测和反馈，并根据输出量对输入量的实际偏差进行控制，因而精度高，但结构复杂、成本高。

半闭环伺服系统的检测反馈元件位于机械执行装置的中间某个部位，将大部分机械构件封闭在反馈控制环之外，性能介于开环和闭环伺服系统之间。

23. 伺服系统的性能指标有哪些？分别是什么含义？这些性能指标的好坏各受哪些因素影响？各是如何影响的？稳定性：当作用在系统上的扰动信号小时候，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行，或者在输入的指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力。

伺服系统的稳定性是系统本身的一种特性，取决于系统的结构及组成元件的参数（如惯性、刚度、阻尼、增益等），与外界作用信号（包括指令信号和扰动信号）的性质或形式无关。

精度：指其输出量复现输入指令信号的精确程度。

伺服系统工作过程中存在三种误差，动态误差、稳态误差、静态误差。

影响精度因素很多，就系统的组成元件本身误差来讲，有传感器的灵敏度和精度、伺服放大器的零点漂移和死区误差、机械装置中的反向间隙和传动误差、各元器件的非线性因素等。

从构成原理讲，无论多么精密的元器件都存在稳态误差。

快速响应性，一指动态响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的快速程度，二指动态响应过程结束的快速程度。

取决于阻尼比，阻尼比小则响应快。

24. 伺服系统动态误差、稳态误差、静态误差的含义分别是什么？影响这些误差的因素各有哪些？动态响应过程中输出量与输入量之间的偏差称为系统的动态误差。

在动态响应过程结束后，即在振荡完全衰减之后，输出量对输入量的偏差可能会继续存在，这个偏差称为系统的稳态误差。

静态误差指由系统组成元件本身的误差及干扰信号所引起的系统输出量对输入量的偏差。

25. 步进电动机有哪几种？每种是如何构成的？各有何特点？步进电机分三种：永磁式（PM ，反应式（VR和混合式（HB永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5度，但噪声和振动都很大；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。