государственному экзамену

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Курский государственный технический университет»
УТВЕРЖДАЮ:
первый проректор –
проректор по учебной работе
___________________ Е.А. Кудряшов
«_______»____________ 2009 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
по специальности
220401.65 – Мехатроника
Курск 2009
1.
1.1.
Конструкционные материалы в приборостроении, выбор, основные характеристики.
1.2.
Передаточные механизмы. Основные кинематические и силовые соотношения в
передачах.
1.3.
Зубчатые механизмы, классификация, определение передаточных отношений.
1.4.
Определение основных параметров зубчатых механизмов из условий прочности.
1.5.
Конструкции и материалы зубчатых колес.
1.6.
Планетарные и дифференциальные механизмы.
1.7.
Червячные передачи.
1.8.
Фрикционные передачи и вариаторы.
1.9.
Передачи гибкими связями (ременные и цепные передачи).
1.10.
Кулачковые механизмы, классификация, расчет основных параметров.
1.11.
Механизмы прерывистого движения.
1.12.
Валы и оси (классификация, расчет на прочность, жесткость и виброустойчивость).
1.13.
Опоры валов и осей.
1.14.
Подшипники скольжения.
1.15.
Подшипники качения.
1.16.
Особенности конструирования подшипниковых узлов.
1.17.
Соединения узлов и деталей машин. Классификация.
1.18.
Неразъемные соединения (заклепочные, сварные, паяные и клеевые соединения).
1.19.
Разъемные соединения (штифтовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения).
1.20.
Резьбовые соединения, особенности расчета.
1.21.
Муфты, применяемые в приборостроении.
1.22.
Муфты для постоянного соединения валов.
1.23.
Предохранительные муфты.
1.24.
Упругие элементы. Классификация.
1.25.
Уравновешивание механизмов.
1.26.
Общие принципы конструирования мехатронных модулей .
1.27.
Современные подходы к конструированию мехатронных модулей.
1.28.
Стадии проектирования.
1.29.
Конструкторская документация (состав и номенклатура).
1.30.
Структура мехатронных модулей.
1.31.
Классификация мехатронных модулей.
1.32.
Мехатронные модули движения.
1.33.
Интеллектуальные мехатронные модули.
1.34.
Приводы мехатронных модулей. Классификация.
1.35.
Преобразователи движения в мехатронных модулях. Классификация.
1.36.
Преобразователи движения (волновые передачи). Расчет основных параметров.
1.37.
Преобразователи движения (винтовые передачи скольжения и качения). Расчет основных
параметров.
1.38.
Энергетический расчет мехатронных модулей.
1.39.
Податливость мехатронных модулей .
1.40.
Люфтовыбирающие устройства мехатронных модулей .
1.41.
Точность мехатронных модулей.
1.42.
Классификация ошибок мехатронных модулей.
1.43.
Методы определения ошибок мехатронных модулей.
1.44.
Ошибки зубчатых передач мехатронных модулей.
1.45.
Пути повышения точности механизмов мехатронных модулей.
1.46.
Надежность механических систем мехатронных модулей.
1.47.
Износостойкость механизмов мехатронных модулей.
1.48.
Тормозные устройства, применяемые в мехатронных модулей.
1.49.
Использование мехатронных модулей в современных конструкциях бытовых машин.
1.50.
Использование мехатронных модулей в автомобилестроении.
2.
2.1. Классификация и сферы применения мехатронных систем.
2.2. Применение мехатронных систем в объектах сухопутной и морской военной технике.
2.3. Состав
и
структурные
схемы
мехатронных
систем.
Основные
экономические,
экологические и социальные факторы, сопутствующие их созданию.
2.4. Применение мехатронных систем в средствах роботизации оборонной технике.
2.5. Применение мехатронных систем в автоматизированном технологическом оборудовании,
типы технологических процессов.
2.6. Применение мехатронных систем в компьютерной технике. Устройство и принцип работы
привода CD-ROMа
2.7. Приводы и системы управления станков, обрабатывающих центров и основного
технологического оборудования. Анализ использования мехатронных систем в технологическом
оборудовании.
2.8. Применение мехатронных систем в компьютерной технике. Устройство и принцип работы
лазерного принтера “BROTHER HL-1240”
2.9. Применение мехатронных систем в сложной бытовой и сервисной технике. Устройство и
принцип работы стиральной машины “Samsung S1021”.
2.10. Применение мехатронных систем в автомобильном транспорте.
2.11. Применение мехатронных систем в специальных и агрессивных средах.
Космические
манипуляторы, системы управления стыковкой.
2.12. Применение мехатронных систем в энергетике. Мехатронные системы, применяемые при
управлении и контроле объектов атомной энергетики.
2.13. Мехатронные системы в малой энергетике. Контроль качества электроэнергии, выбор
оптимальных режимов работы энергетических установок.
2.14. Системы дистанционного управления манипуляторами и мобильными роботами.
2.15. Мехатронные системы применяемые в медицинской технике, системы позиционирования и
стабилизации операционных столов.
2.16. Мехатронные системы подводных аппаратов.
2.17. Мехатронные системы применяемые в диагностическом и лечебном медицинском
оборудовании: рентгеновские и томографические установки, микрохирургические приборы.
2.18. Мехатронные системы тренажеров.
2.19. Применение мехатронных систем в ракетно-космической технике.
2.20. Системы дистанционного управления манипуляторами и мобильными роботами.
2.21. Мехатронные системы стабилизации и навигации объектов артиллерии, бронетанкововой
техники, кораблей ВМФ.
2.22. Мехатроника в сложной бытовой и сервисной технике: видеокамерах, видеомагнитофонах
2.23. Применение мехатронных систем на водном и воздушном транспорте.
2.24. Назначение мехатронных систем. Классификация мехатронных систем по принципу
построения системы управления.
2.25. Проблемы менеджмента и маркетинга, сопутствующие внедрению мехатронных систем.
3.
3.1.
Мехатроника: основные определения.
3.2.
Мехатронные микромашины.
3.3.
Области применения мехатронных систем.
3.4.
Мехатронные системы для шоу индустрии.
3.5.
Структура мехатронных систем.
3.6.
Мехатронные системы, применяемые на транспорте.
3.7.
Технологические факторы развития мехатроники.
3.8.
Мехатронные системы МЧС.
3.9.
Состояние мирового и отечественного рынка мехатроники.
3.10.
Мехатронные системы атомной промышленности.
3.11.
Мехатронные системы муниципальных служб.
3.12.
Мехатронные системы, применяемые в торговле.
3.13.
Механические, электронные и компьютерные элементы мехатронного модуля.
3.14.
Мехатронные системы пищевой промышленности.
3.15.
Концепция интеграции элементов в единую мехатронную систему.
3.16.
Медицинские мехатронные системы.
3.17.
Мехатронное спортивное оборудование.
3.18.
Принципы построения систем интеллектуального управления в мехатронике.
3.19.
Мехатронные системы в авиационной технике.
3.20.
Современные методы построения мехатронных систем.
3.21.
Мехатронные системы домашней бытовой техники.
3.22.
Новые информационные технологии в мехатронике.
3.23.
Мехатронные системы видео и фототехники.
3.24.
Системный подход, применяемый при проектировании мехатронных систем.
3.25.
Офисные мехатронные системы (факсы, копиры и т.д.).
4.
4.1. Основные понятия и определения преобразователей (первичный преобразователь, датчик,
информационные системы, системы управления).
4.2. Пьезоэлектрические датчики ускорения, классификация.
4.3. Изобразить схему устройства для измерения угловой скорости ротора на основе магнитно резистивного датчика.
4.4. Классификация датчиков информационных систем.
4.5. Пьезоэлектрические датчики силы и момента, достоинства и недостатки.
4.6. Изобразить схему устройства для измерения угловой скорости ротора на основе
оптического датчика.
4.7. Сущность информационного подхода (понятие об информационной машине, сенсорная
модальность, избыточность информации).
4.8. Магнитоупругие
датчики
силы
и
момента,
сущность
магнитоупругого
момента,
классификация, материалы.
4.9. Изобразить схему устройства для измерения угловой скорости ротора на основе датчика
Холла
4.10. Бионическая информационная система (сенсорные функции человека).
4.11. Электростатические датчики, измерительные цепи емкостных датчиков.
4.12. Изобразить схему устройства для измерения угловой скорости ротора на основе
тахогенератора
4.13. Датчики и их характеристики
4.14. Электромагнитные датчики, классификация, схемы. Функция преобразования.
4.15. Изобразить схему устройства для измерения угловой скорости ротора на основе угла
поворота магниторезистора
4.16. Способы компенсации, учет погрешности, оценка случайных погрешностей, законы
распределения.
4.17. Локационно-измерительные системы. Направленность излучения, модуляция.
4.18. Изобразить схему устройства для измерения угловой скорости ротора на основе
потенциометра
4.19. Резистивные и тензорезистивные чувствительные элементы (их классификация и
сравнительная характеристика).
4.20. Акустические-локационные системы, классификация, бионические спекты акустики,
законы распределения ультразвука в среде, схема ультразвукового дальномера.
4.21. Изобразить схему устройства для измерения угловой скорости ротора на основе
индуктивного датчика
4.22. Электромагнитные чувствительные элементы (принцип работы, анализ и основные схемы).
4.23. Оптические локационные системы, классификация, схема локационной системы. Лазерные
локационные системы.
4.24. Оптически-чувствительные элементы. Особенности их использования в датчиках.
4.25. Системы технического зрения, классификация СТЗ, промышленные СТЗ, структура СТЗ.
4.26. Пьезоэлектрические
чувствительные
элементы.
Сущность
пьезоэффекта,
основные
зависимости.
4.27. Передача изображения, понятие о видеосигнале, ТВ развертка, частотный спектр
видеосигнала.
4.28. Изобразить схему ультразвукового локатора
4.29. Чувствительные элементы датчика Холла. Микросхемы, их сравнительные характеристики.
4.30. Классификация телекамер, сравнительные характеристики, устройство конструкций,
твердотельные телекамеры.
4.31. Изобразить схему ИК-локатора
4.32. Потенциометрические схемы и способы их линеаризации. Мостовые схемы. Основные
зависимости.
4.33. Фотодиодные матрицы, структура фотодиодной ячейки.
4.34. Изобразить схему лазерного дальномера.
4.35. Генераторные измерительные схемы.
4.36. Сравнительная характеристика датчиков систем технического зрения.
4.37. Определение линейного перемещения с помощью магниторезистора
4.38. Измерительные усилители, операционные усилители.
4.39. Интерфейсные устройства, их структура, примеры интерфейсов систем технического
зрения, ввод изображения в процессор системы технического зрения.
4.40. Определение линейного перемещения с помощью оптического датчика
4.41. Цифровая обработка сигнала.
4.42. Датчики положения и перемещения, классификация.
4.43. Определение линейного перемещения с помощью датчика Холла.
4.44. Индуктивные электромагнитные датчики положения, примеры измерительных схем.
4.45. Тактильные системы очувствления, классификация систем тактильного очувствления.
4.46. Фотоэлектрические датчики положения, классификация.
4.47. Тактильные датчики давления.
4.48. Определение линейного перемещения с помощью индуктивного датчика
4.49. Импульсные оптические датчики положения, конструкции, основные оптические схемы,
примеры применения.
4.50. Схема индуктивного дифференциального датчика
5.
5.1. Уравнение звеньев и виды, основные характеристики.
5.2. Позиционные звенья и их характеристика.
5.3. Интегральные звенья.
5.4. Дифференциальные звенья.
5.5. Передаточные функции разомкнутой системы
5.6. Передаточные функции замкнутой системы.
5.7. Переходная и весовая функция.
5.8. Частотные характеристики.
5.9. Построение АЧХ и АФЧХ.
5.10. Требования к процессу управления.
5.11. Критерии качества.
5.12. Постоянные ошибки астатической системы
5.13. Точность при гармоническом воздействии.
5.14. Понятие об устойчивости.
5.15. Критерий устойчивости Гурвица.
5.16. Критерий устойчивости Михайлова.
5.17. Критерий устойчивости Найквиста.
5.18. Требования, качество и связь с частотными характеристиками.
5.19. Частотные оценки качества САУ.
5.20. Корневые оценки качества.
5.21. Интегральные оценки качества
5.22. Последовательно корректирующие устройства.
5.23. Корректирующее устройство по внешнему воздействию.
5.24. Неединичные обратные связи.
5.25. Понятие управляемых и наблюдаемых САУ
6.
6.1. Формы и методы задания программных движений. Интерполяция траекторий при
контурном управлении.
6.2. Программное устранение дребезга контактов
6.3. Цифро-аналоговые преобразователи
6.4. Алгоритмы позиционного, скоростного и силового управления мехатронными системами.
6.5. Составить схему подключения ОЗУ, занимающего область адресов 8000Н – 87FFH,
используя двухразрядный дешифратор, логические элементы и микросхему памяти, имеющей
десятиразрядный адрес.
6.6. Назначение, классификация, основные особенности и структура цифровой системы
управления движением механических объектов.
6.7. Нарисовать схему подключения четырех кнопочной клавиатуры к микроконтроллеру.
Нарисовать алгоритм.
6.8. Шифраторы, дешифраторы
6.9. Требования к системам компьютерного управления мехатронными системами. Основные
этапы разработки системы управления МС.
6.10. Аппаратное и программное обеспечение систем компьютерного управления. Влияние
иерархической структуры мехатронной системы на структуру ее программного и аппаратного
обеспечения
6.11. Нарисовать схему подключения ЖКИ к микроконтроллеру.
6.12. Запоминающие устройства (ППЗУ, ОЗУ, Flash и др.)
6.13. Особенности структур аппаратных средств системы компьютерного управления
6.14. Триггеры, логические элементы.
6.15. Построение частотных характеристик цифровых систем.
6.16. Построить схему дешифратора адреса для выделения 32 адресов (300Н до 31FH)
6.17. Особенности взаимодействия программ управления в многопроцессорной системе
цифрового управления.
6.18. Составить программу на языке Assembler, в результате работы которой сумма 16-ти
разрядного числа 1055Н с содержимым регистра C помещается в пару регистров D-E.
6.19. Аналого-цифровые преобразователи в составе МК
6.20. Однопроцессорные и многопроцессорные системы управления
6.21. Привести схему подключения ЦАП для управления скоростью вращения ДПТ.
6.22. Программируемый аппаратный модулятор (ШИМ в составе МК)
6.23. Математическое описание компьютерной системы управления. Использование дискретного
преобразования Лапласа для анализа свойств импульсных систем управления.
6.24. Нарисовать схему управления двигателем постоянного тока с помощью реле на Dтриггерах.
6.25. Привести структурную схему любого микроконтроллера, описать функциональное
назначение каждого блока схемы.
6.26. Дискретные передаточные функции и разностные уравнения
6.27. Привести схему включения микросхемы четырехразрядного счетчика с коэффициентом
пересчета 6.
6.28. Методы организации ввода-вывода информации (синхронные, асинхронные, программноуправляемые, аппаратно-управляемые и т.д.)
6.29. Исследование переходных процессов в цифровой системе методом математического
моделирования.
6.30. Составить схему подключения ОЗУ, занимающего область адресов 8800Н – 8FFFH,
используя двухразрядный дешифратор, логические элементы и микросхему памяти, имеющей
десятиразрядный адрес.
6.31. Ведущая
роль
ЭВМ
(микроконтроллера)
в
реализации
цифрового
управления
мехатронными системами.
6.32. Способы
программирования
(последовательное
программирование,
Параллельное
программирование, самопрограммирование.)
6.33. Привести схему построения шинного формирователя.
6.34. Перечислить команды логических операций.
6.35. Завести аналоговый сигнал в МК с помощью 12 разрядного АЦП. Запомнить в памяти 128
двенадцатиразрядных кодов через каждые 32мкс.
6.36. Структуры и методы адаптивного управления движением механических систем. Адаптация
к внешним силовым воздействиям и изменению параметров объекта управления.
6.37. Перечислить все варианты употребления команды mov.
6.38. Привести пример программы для переопределения вектора прерывания.
6.39. Объяснить функции, назначение программного счетчика команд
6.40. Самонастраивающиеся системы.
6.41. Написать программу, обеспечивающую считывание количество импульсов с цифрового
датчика за 23мкс.
6.42. Программирование микроконтроллеров. Основные аппаратные и программные средства
программирования.
6.43. Использование кинематического подхода для формирования управлением движением
многокоординатного объекта.
6.44. Нарисовать схему подключения Flesh-памяти типа К558РР1 к МК фирмы Atmel по
двухпроводной шине.
6.45. Особенности формирования задающих воздействий для управления однокоординатными и
многокоординатными мехатронными системами.
6.46. Аппаратные и программные средства реализации управления движением в реальном
времени.
6.47. Нарисовать
схему
подключения
семисегментного
светодиодного
индикатора
к
микроконтроллеру.
6.48. Привести структурную схему любого микроконтроллера, описать функциональное
назначение каждого блока схемы.
6.49. Формы и методы задания программных движений. Интерполяция траекторий при
контурном управлении.
6.50. Завести аналоговый сигнал в МК с помощью 12 разрядного АЦП. Запомнить в памяти 128
двенадцатиразрядных кодов через каждые 32мкс.
7.
7.1. Общая схема взаимодействия сквозного цикла САПР.
7.2. Общие сведения о проектировании мехатронных систем.
7.3. Цель создания САПР.
7.4. Взаимодействие разработчиков мехатронных систем с системой автоматизированного
проектирования. Состав САПР.
7.5. Этапы проектирования и выпускаемая документация.
7.6. Основные принципы построения САПР.
7.7. Процесс проектирования мехатронных систем.
7.8. Стадии создания САПР.
7.9. Операции, процедуры и этапы проектирования.
7.10. Отображение процесса проектирования в программное обеспечение САПР.
7.11. Классификация моделей объектов проектирования технологических операций.
7.12. Схема процесса автоматизированного проектирования.
7.13. Модельное представление технологических операций.
7.14. Схема модели программного обеспечения проектной процедуры в САПР.
7.15. Задача проектирования технологических операций в обобщенной постановке.
7.16. .Специфика информационного обеспечения САПР.
7.17. Модель процесса проектирования технологических операций.
7.18. Схема информационного обеспечения САПР.
7.19. Основные проектные процедуры в САПР.
7.20. Схема информационных потоков в САПР.
7.21. Анализ процедур.
7.22. Схема отображения уровней информации при проектировании банков данных.
7.23. Классификация процедур.
7.24. Подсистемы САПР.
7.25. Создание приложения для оптимизации мехатронных узлов.
8.
8.1. Определение ЭМ и МС. Обобщенная функциональная схема автоматизированного
электропривода.
8.2. Классификация ЭМС.
8.3. Типовые механические характеристики исполнительных устройств.
8.4. Типовые механические характеристики электродвигателей.
8.5. Условие статической устойчивости электропривода.
8.6. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения: схема включения, вывод
уравнения механической характеристики. Основные показатели регулирования угловой скорости
электроприводов.
8.7. Схема включения и механическая характеристика ДПТ НВ при пуске. Реостатное и
импульсное параметрическое регулирование угловой скорости ДПТ НВ.
8.8. Механические характеристики ДПТ НВ в тормозных режимах.
8.9. Механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения.
8.10. Механические характеристики ДПТ смешанного возбуждения.
8.11. Механические характеристики АД.
8.12. Схемы включения обмоток статора АД при динамическом торможении.
8.13. Механическая и угловая характеристики СД.
8.14. Регулирование угловой скорости ДПТ НВ изменением подводимого к якорю напряжения.
8.15. Регулирование угловой скорости ДПТ НВ изменением напряжения на якоре с помощью
управляемых тиристорных выпрямителей.
8.16. Регулирование угловой скорости ДПТ НВ изменением напряжения на якоре посредством
импульсных регуляторов напряжения (широтно-импульсных преобразователей)
8.17. Регулирование угловой скорости ДПТ НВ при шунтировании якоря. Регулирование
угловой скорости ДПТ последовательного возбуждения.
8.18. Реостатное и импульсное параметрическое регулирование угловой скорости асинхронного
электропривода.
8.19. Регулирование угловой скорости АД изменением напряжения, подводимого к статору.
8.20. Регулирование угловой скорости АД переключением числа полюсов. Законы частотного
управления АД.
8.21. Общая
характеристика
электромеханических систем.
преобразовательных
устройств
для
частотно-регулируемых
8.22. Принцип действия и основные характеристики автономных инверторов (тока и
напряжения).
8.23. Регулирование частоты АД посредством асинхронного преобразователя частоты (АПЧ).
8.24. Шаговые двигатели. Конструкция и принцип действия. Режим работы и основные
характеристики. Синхронизирующий момент и статическая устойчивость.
8.25. Энкодеры: конструкция, принцип действия, схема включения, область применения,
основные характеристики.
8.26. Сельсинные датчики: конструкция, принцип действия, схема включения, область
применения, основные характеристики.
8.27. Синусно-косинусные и линейные вращающиеся трансформаторы.
8.28. Тахогенераторы: конструкция, принцип действия, схема включения, область применения,
основные характеристики.
8.29. Электромашинные усилители (ЭМУ): конструкция, принцип действия, схема включения,
область применения, основные характеристики.
8.30. Магнитные усилители: конструкция, принцип действия, схема включения, область
применения, основные характеристики.
8.31. Электронные и полупроводниковые усилители (мощности, постоянного и переменного
тока).
8.32. Модуляторы и демодуляторы: статические и динамические характеристики. Схемы
включения.
8.33. Автоматическое регулирование скорости электропривода.
8.34. Автоматическое регулирование положения по отклонению. Следящий электропривод.
8.35. Адаптивный электропривод.
Программа государственного экзамена обсуждалась на заседании кафедры теоретической
механики и мехатроники 13 ноября 2008 г. (протокол № 5).
Зав. кафедрой теоретической
механики и мехатроники, проф.
С.Ф. Яцун