一、判断题（正确的打√，错误的打×，每题3分，共30分）
1. 机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。（
2. 自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。（
3. 在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。（
4. 采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。（
5．伺服驱动系统在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。（
6．气压伺服系统的过载能力强，在大功率驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。（
7．**根据采用的模型不同可分为计算机**、半物理**和全物理**。（
8．计算机控制系统的采样周期越小，其控制精度就越高。（
9．现代嵌入式系统的设计方法是将系统划分为硬件和软件两个独立的部分，然后按各自的设计流程分别完成。（
10．反求设计是建立在概率统计基础之上，主要任务是提高产品的可靠性，延长使用寿命，降低维修费用。（
二、单选题（每小题4分，共24分）
1． 机电一体化技术是以（ ）技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
a．自动化b．电子。
c．机械d．软件。
2． 导程l0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则工作台与工件折算到丝杠上的等效转动惯量为（ ）kgmm2。
a．48.5b．97
c．4.85d．9.7
3． 幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（ ）
a．静态特性指标b．动态特性指标。
c．输入特性参数d．输出特性参数。
4． 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，已知转子有24个齿，步进电机的步距角是（ ）
a．0.6b．1.2°
c．1.5d．2°
5． 以下除了（ ）均是由硬件和软件组成。
a．计算机控制系统b．plc控制系统。
c．嵌入式系统d．继电器控制系统。
6． hrgp-1a喷漆机器人中的手部属于系统中的（ ）
a．能源部分b．测试传感部分。
c．驱动部分d．执行机构。
三、简答题（每小题8分，共24分）
1．什么是传感器的校准？并简述如何进行校准？
2．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？
3．pid控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？
四、计算题 (10分)
设有一小功率电动机驱动的二级齿轮传动减速系统如图所示，假设齿轮箱的传动效率为100%，齿轮箱的总传动比i=2，已知齿轮采用相同材料，齿轮的宽度相等，各齿轮的模数m=4，主动齿轮的齿数：z1=z3=30，请根据转动惯量最小原则设计齿轮传动系统，计算各级齿轮传动比和齿轮2、齿轮4的齿数。
五、综合题（12分）
假定你在设计一套典型的机电一体化系统，比如数控机床，请制订出该数控机床概念设计的流程。
答案及评分标准。
一、判断题（每题3分，共30分）
二、选择题（每小题4分，共24分）
1．b 2．b 3．b 4．c 5．d 6．d
三、简答题（每小题8分，共24分）
1．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。
2．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。
3．答：p（比例）i（积分）d（微分）调节器是将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。其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。
此三部分作用配合得当，可使调节过程快速、平稳、准确，收到较好的效果。
四、计算题 (10分)
解：设一级齿轮的传动比为i1，转换到电机轴的齿轮惯量：
根据转动惯量最小原则，令，得或。
i1=i2≈1.414，z2=z4=42
六、综合题（12分）
解：产品概念设计将决定性地影响产品创新过程中后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。包含以下流程：
1）首先是将设计任务抽象化，确定出系统的总功能；
2）根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进行总功能分解，划分出各功能模块，将总功能分解为子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能树；确定它们之间的逻辑关系；
3）对各功能模块输入/输出关系进行分析，确定功能模块的技术参数和控制策略、系统的外观造型和总体结构；
4）寻找子功能（功能元）的解，并将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案，5）以技术文件的形式交付设计组讨论、审定。由于体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理，6）方案进行整体评价：对不同的方案进行整体评价，选择综合指标最优的设计方案。
最终选定最佳方案形成概念产品。
注：绘制出流程图或文字作答均可。）
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