1、全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 1及答案解析(总分：54.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)1.连续路径控制中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的【 】，使得它们同步协调到达目标点。（分数：2.00）A.位置和加速度B.速度和加速度C.位置和速度D.位置和方向2.自动导引车在平面上运动，一般具有的运动自由度是 【 】（分数：2.00）A.2个B.3个C.4个D.6个3.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用【 】方法实现。（分数：2.00）A.插补B.切割C.画线D.自动4.由于截断误差等原因，DDA 法生成的直线、圆弧都是由一系
2、列的【 】组成。（分数：2.00）A.弧线B.抛物线C.折线D.渐开线5.属于模块化小型 PLC，并能满足中等性能应用要求的 PLC系统是 【 】（分数：2.00）A.SIMATIC S7200 PLCB.SIMATIC S7300 PLCC.SIMATIC S7400 PLCD.SIMATIC NET6.设计梯形图时，载入一个动合触点的指令是 【 】（分数：2.00）A.OR 000B.LD NOT000C.AND 000D.LD 0007.如图所示利用继电器触点实现的逻辑函数为 【 】 （分数：2.00）A.(A ).(B.A.C.(AB).(D.A.B8.顺序控制系统是按照预先规定的次序
3、完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用 【 】（分数：2.00）A.单片机B.2051C.PLCD.DSP9.表示逻辑函数“异或“功能的是 【 】（分数：2.00）A.B.C.D.10.梯形图中的计数器，采用的助记符指令为（分数：2.00）A.CNTB.TIMC.CPMD.MOV二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.开发机电一体化系统的依据是什么?（分数：2.00）_12.滚球丝杠螺母副与普通螺旋传动相比有哪些特点?（分数：2.00）_13.机电一体化系统中传感器技术发展有哪些特点?（分数：2.00）_14.什么是霍尔效应?（分数：2.00）_15.根据工作原理，步进电动机分为哪几类
4、?各有什么特点?（分数：2.00）_16.对步进电动机驱动电路有哪些要求?（分数：2.00）_17.何谓 DDA算法?（分数：2.00）_18.简述 PLC梯形逻辑图与继电器逻辑控制原理图的区别。（分数：2.00）_三、计算题(总题数：4，分数：8.00)19.两台完全相同的直流电动机组成电动机一发电机组，两者励磁电压均为 110V，电枢绕组电阻为 50，发电机空载时，转速为 1200rmin，电枢加压 110V，当电枢电流为 01A 时，试求反动势系数。（分数：2.00）_20.某光栅量程为 1m，其上共 2510 5 有条刻线，现测得莫尔条纹的宽度是 01mm,求光栅条纹间的夹角。（分数：
5、2.00）_21.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动机定子励磁绕组，测得步进电动机的转速为 200rmin，已知转子有 24个齿。试求： (1)脉冲电源的频率。 (2)步进电动机的步距角。（分数：2.00）_22.某伺服系统结构如图所示，已知：K P 60Vrad，K f 024V.srad，R n 3，K n 2510 3 VV，K t 71N.mA。试求： (1)系统增益 K v 。 (2)伺服刚度 K K 。 （分数：2.00）_四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.某直流电动机的电枢电压为 24V，其堵转转矩为 T b 20N.m，电动机的反电动
6、势系数 K e 12，试求： (1)电动机的机械特性硬度。 (2)画出 24V时电动机转矩与转速的关系曲线。（分数：2.00）_24.三相反应式步进电动机，有 40个齿，通以 1000Hz的脉冲时，其转速为 250rmin。试求： (1)电动机的通电方式。 (2)此种通电方式下电动机的步距角。（分数：2.00）_25.在 y 平面内，两自由度轴系统的运动路径为由零初始速度从点(0，1)运动到点(4，7)，两轴速度限制为 v max 1，v ymax 2，试设计单根样条函数作为点位控制的指令。（分数：2.00）_五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.已知系统的结构图如图所示，若 (t
7、)21(t)时，使 20， 应为多大，此时 T s 是多少? （分数：2.00）_27.单位反馈控制系统的开环传递函数为：G(s) （分数：2.00）_全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 1答案解析(总分：54.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)1.连续路径控制中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的【 】，使得它们同步协调到达目标点。（分数：2.00）A.位置和加速度B.速度和加速度C.位置和速度 D.位置和方向解析：解析：为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的位置和速度，使得它们同步协调到达目标点，这样的运动控
8、制称为连续路径控制。对于这类控制，机床必须同时控制两个或两个以上的轴。不仅控制目标点，而且控制工具到达这些目标点的整个路径，以保证在整个加工过程中，工具始终接触工件并制造出希望的形状。2.自动导引车在平面上运动，一般具有的运动自由度是 【 】（分数：2.00）A.2个 B.3个C.4个D.6个解析：解析：自动导引车在平面上运动，不管是单驱动轮一驾驶机构，或者双驱动轮一小脚轮机构，一般都具有 2个运动自由度。3.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用【 】方法实现。（分数：2.00）A.插补 B.切割C.画线D.自动解析：解析：数控机床采用了插补器生成运动控制指令。已知运动轨迹的起点和终点坐标以及轨
9、迹的曲线方程，由计算机实时地计算出各中间点的坐标。即通过数控系统的计算“插入、补上”运动轨迹的各中间点坐标，一般把这个过程叫做“插补”。插补精度一般高于伺服系统的水平。4.由于截断误差等原因，DDA 法生成的直线、圆弧都是由一系列的【 】组成。（分数：2.00）A.弧线B.抛物线C.折线 D.渐开线解析：5.属于模块化小型 PLC，并能满足中等性能应用要求的 PLC系统是 【 】（分数：2.00）A.SIMATIC S7200 PLCB.SIMATIC S7300 PLC C.SIMATIC S7400 PLCD.SIMATIC NET解析：6.设计梯形图时，载入一个动合触点的指令是 【 】（
10、分数：2.00）A.OR 000B.LD NOT000C.AND 000D.LD 000 解析：7.如图所示利用继电器触点实现的逻辑函数为 【 】 （分数：2.00）A.(A ).( B.A.C.(AB).(D.A.B解析：解析：由题图可推出逻辑函数为(AA).(BB)。8.顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用 【 】（分数：2.00）A.单片机B.2051C.PLC D.DSP解析：解析：顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，实现顺序控制的早期手段是继电器开关电路，现在普遍采用 PLC。9.表示逻辑函数“异或“功能的是 【 】（分数：2.00
11、）A.B. C.D.解析：解析：“异或”逻辑函数为 FX.YX.Y，所以只有 B选项表示逻辑函数“异或”功能。10.梯形图中的计数器，采用的助记符指令为（分数：2.00）A.CNT B.TIMC.CPMD.MOV解析：二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.开发机电一体化系统的依据是什么?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：开发机电一体化产品的依据：一是需求牵引；二是技术推动。其中主要由市场导向，其次才是技术导向。)解析：12.滚球丝杠螺母副与普通螺旋传动相比有哪些特点?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：滚珠丝杠螺母副克服了普通螺旋传动的缺点，已发展成为一种高精度的传动装
12、置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦螺旋，具有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点。由于滚珠丝杠螺母副具有运动摩擦小、便于消除传动间隙等突出优点，它给机电一体化系统的性能改善带来了巨大的益处。但是，它不能自锁，用于升降传动时需要另加锁紧装置，结构复杂、成本偏高，另外传动的距离(行程)和速度有限。)解析：13.机电一体化系统中传感器技术发展有哪些特点?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)集成化。其是指将单一功能的传感器借助于微电子和 MEMS技术中的微细加工技术，与其他部分集成在一个系统中。 (2)多功能化。其是指将原本多个传感器执行的功能集成在一件传感器中，使
13、之具有更强的功能。 (3)微型化。其是指传感器的尺寸极度缩小。 (4)智能化。其是指传感器本身与计算机技术结合，借助于外围电路，实现从信号的检测、处理、传输和显示等一系列的功能。)解析：14.什么是霍尔效应?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：当金属或半导体薄片置于磁场中，有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应。)解析：15.根据工作原理，步进电动机分为哪几类?各有什么特点?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：根据工作原理，步进电动机分为反应式、永磁式和混合式永磁感应式三类。 (1)反应式步进电动机。 这类步进电动机结构简单，起动和运行时频率较高
14、，步距角一般为 15075。缺点是消耗功率较大，断电时无定位转矩。 (2)永磁式步进电动机。 由于转子为永久磁钢，永磁式步进电动机断电时有定位转矩，消耗功率较小。但是，这种步进电动机步距角较大，起动和运行频率较低，并需要正、负脉冲供电。 (3)混合式永磁感应式步进电动机。混合式步进电动机也叫永磁感应式步进电动机。这种步进电动机步距角可做得较小，起动和运行频率较高，消耗功率较小，断电时有定位转矩，兼有反应式和永磁式的优点，但制造工艺较复杂。)解析：16.对步进电动机驱动电路有哪些要求?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：对步进电动机驱动电路有如下要求： (1)能够提供快速上升和快速下降的电
15、流，使电流波形尽量接近矩形； (2)具有供截止期间释放电流的回路，以降低相绕组两端的反电动势，加快电流衰减； (3)功耗低，效率高。除此之外，在一些有特殊要求的应用场合，为了提高步进电动机定位的分辨率，减小过冲和抑制振荡，驱动电路还应有细分功能。)解析：17.何谓 DDA算法?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：DDA 法即数字微分分析法，就是以数字量表达加速度、速度以及位置坐标，采用求和公式计算加速度到速度和速度到位置的数值积分，从而产生增量式运动控制指令。)解析：18.简述 PLC梯形逻辑图与继电器逻辑控制原理图的区别。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：主要区别有： (1)P
16、LC 的梯形逻辑图严格是二维的，不容许有交叉线，触点不能放置在垂直位置上。 (2)PLC 依次扫描梯形逻辑图的每一个梯级，而继电器电路是给控制原理图所有梯级支路同时通电的。)解析：三、计算题(总题数：4，分数：8.00)19.两台完全相同的直流电动机组成电动机一发电机组，两者励磁电压均为 110V，电枢绕组电阻为 50，发电机空载时，转速为 1200rmin，电枢加压 110V，当电枢电流为 01A 时，试求反动势系数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由题知，反电动势为 E110501105(V) 则反电动势系数为 K E Ln105120000875V(r.min -1 )解析：2
17、0.某光栅量程为 1m，其上共 2510 5 有条刻线，现测得莫尔条纹的宽度是 01mm,求光栅条纹间的夹角。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：栅距 P 410 -4 (m) 0004(mm) 则光栅条纹间夹角为 )解析：21.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动机定子励磁绕组，测得步进电动机的转速为 200rmin，已知转子有 24个齿。试求： (1)脉冲电源的频率。 (2)步进电动机的步距角。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：22.某伺服系统结构如图所示，已知：K P 60Vrad，K f 024V.srad，R n 3，K n 2510
18、 3 VV，K t 71N.mA。试求： (1)系统增益 K v 。 (2)伺服刚度 K K 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)系统增益 K v K p K f 250(s -1 ) (2)伺服刚度 K R )解析：四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.某直流电动机的电枢电压为 24V，其堵转转矩为 T b 20N.m，电动机的反电动势系数 K e 12，试求： (1)电动机的机械特性硬度。 (2)画出 24V时电动机转矩与转速的关系曲线。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1) 12 机械特性硬度为 tan 1 (2)电动机的理想空载转速为 0 T b
19、tan20(rads) 当电压为 24V时，电动机转矩与转速的关系 为 0 T em ，其曲线如图所示。 )解析：24.三相反应式步进电动机，有 40个齿，通以 1000Hz的脉冲时，其转速为 250rmin。试求： (1)电动机的通电方式。 (2)此种通电方式下电动机的步距角。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)c 2 通电方式系数为 2，则三相反应式步进电动 机的通电方式为三相六拍。 (2)三相六拍通电方式时： 步距角 )解析：25.在 y 平面内，两自由度轴系统的运动路径为由零初始速度从点(0，1)运动到点(4，7)，两轴速度限制为 v max 1，v ymax 2，试设计单
20、根样条函数作为点位控制的指令。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：两点在直线方程为 y 1 或 (y1)上 z404；y716 y，故先设计 y轴 )解析：五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.已知系统的结构图如图所示，若 (t)21(t)时，使 20， 应为多大，此时 T s 是多少? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：闭环传递函数 由 2 n 205 得 由 10020得 02 两边取自然对数 ln02161， 可得 )解析：27.单位反馈控制系统的开环传递函数为：G(s) （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)根据误差系数公式，有 位置误差系数为 速度误差系数为 加速度误差系数为 (2)对应于不同的参考输入信号，系统的稳态误差有所不同。 参考输入为 r1(t)，即阶跃函数输入时系统的稳态误差为 ess 0 参考输入为 n1(t)，即斜坡函数输入时系统的稳态误差为 ess 参考输入为 rt 2 1(f)，即抛物线函数输入时系统的稳态误差为 ess )解析：
