1、全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 3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.自动洗衣机是【 】驱动顺序控制的实例。（分数：2.00）A.事件B.时间C.微计算机D.集成电路2.下列不属于脉动作用式波形发生器的是 【 】（分数：2.00）A.机械滚子式波形发生器B.液动式波形发生器C.气动式波形发生器D.电磁式波形发生器3.由电动机驱动的齿轮系，第一级齿轮的传动比为 2，则用简化的最佳传动比分配条件计算出的第二级传动比为 【 】（分数：2.00）A.1B.C.2D.4.下列选项中与灵敏度表示同一概念的是 【 】（分数：2.00）
2、A.漂移B.阈值C.增量增益D.线性度5.某光栅的条纹密度是 200条毫米，光栅条纹间的夹角 0005 弧度，则莫尔条纹的宽度是 【 】（分数：2.00）A.100mmB.20mmC.10mmD.1mm6.在转速为零时，电动机的堵转转矩 T b 为 【 】（分数：2.00）A.T b B.T b C.T b D.T b 7.步进电动机驱动电路提供的电流波形应尽量接近 【 】（分数：2.00）A.恒流B.正弦C.余弦D.矩形8.某步进电动机三相单三拍通电时的步距角为 5。，则双三拍通电时的步距角为 【 】（分数：2.00）A.25B.5C.10D.159.插补器的数字积分值等于 【 】（分数：2
3、.00）A.溢出脉冲数B.积分余数C.溢出脉冲数加余数D.溢出脉冲数减余数10.PLC适用于 【 】（分数：2.00）A.顺序控制为主B.数据采集为主C.科学研究为主D.管理为主二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.机电一体化系统中，机械受控模块的作用是什么?（分数：2.00）_12.机电一体化系统设计时应如何处理机与电的关系?（分数：2.00）_13.机械传动系统对完成机械主要运动的主轴的要求包含哪些方面?（分数：2.00）_14.步进电动机是如何实现速度控制的?（分数：2.00）_15.伺服系统的性能指标包括哪些方面?它们分别包含哪些内容?（分数：2.00）_16.什么是伺服系统
4、的刚度?（分数：2.00）_17.简述 PID控制器中 P、I、D 的作用。（分数：2.00）_18.什么是连续路径控制?（分数：2.00）_三、计算题(总题数：4，分数：8.00)19.某三相磁阻式步进电机，转子有 80个齿，试计算单三拍、双三拍、六拍运行方式时的步距角。若要求电动机的转速为 20rmin，则各种运行方式下的通电脉冲频率各为多少?（分数：2.00）_20.五相变磁阻式步进电动机，转子有 72个齿，最大静转矩为 1N.m。 (1)若带动负载转矩为 09N.m，选择怎样的通电方式系数才能使其正常起动? (2)若要求电动机转速为 300rmin，计算输入脉冲的频率。（分数：2.00
5、）_21.系统开环传递函数 G(s) （分数：2.00）_22.已知某环节的微分方程为 （分数：2.00）_四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量 m200kg，丝杠螺距 P5mm，丝杠长度 L08m，中径为d30mm，材料密度为 7810 3 kgm 3 ，齿轮齿数分别为 z 1 20，z 2 45，模数 m2mm，齿宽 b20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量 J e 。（分数：2.00）_24.如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为 m50kg，工作台与导轨间的摩擦系数f01，负载力为 F W 1000N，电动机的效率为 07，
6、丝杠直径为 D16mm，丝杠螺距为P4mm，齿轮减速比为 i5，工作台的最大线速度为 v004ms。 试求： (1)折算到电机轴上的负载力矩。 (2)电机轴的转速。 (3)电机所需功率。 （分数：2.00）_25.光栅传感器的刻线数为 100线毫米，设细分时测得莫尔条纹数为 400，试计算光栅位移是多少毫米?若经四倍细分后，记数脉冲仍为 400，则光栅此时的位移是多少?测量分辨率是多少?（分数：2.00）_五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.控制系统的结构图如图所示，已知 G(s) ，G c (s)T s 1。 (1)当 T0 时，试确定系统的自然频率 n ，阻尼比 和最大超调量
7、 ； (2)欲使系统成为最佳阻尼比状态，试确定 T值。 (3)校正后，系统的开环增益和单位速度输入时的稳态误差 essv 。 （分数：2.00）_27.设计一个 PLC控制系统控制电动机的正、反转以及停转，要求：正、反转控制互锁，试绘出梯形图，并写出助记符指令程序。（分数：2.00）_全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 3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.自动洗衣机是【 】驱动顺序控制的实例。（分数：2.00）A.事件B.时间 C.微计算机D.集成电路解析：解析：根据如何开始和终结操作，顺序控制可以分为两类：(1)当某一事件
8、发生时，开始或结束操作的称为事件驱动顺序控制。(2)在某一时刻或一定时间间隔之后，开始或结束操作的称为时间驱动顺序控制。而自动洗衣机是最常见的时间驱动顺序控制的实例。2.下列不属于脉动作用式波形发生器的是 【 】（分数：2.00）A.机械滚子式波形发生器 B.液动式波形发生器C.气动式波形发生器D.电磁式波形发生器解析：3.由电动机驱动的齿轮系，第一级齿轮的传动比为 2，则用简化的最佳传动比分配条件计算出的第二级传动比为 【 】（分数：2.00）A.1B.C.2D. 解析：4.下列选项中与灵敏度表示同一概念的是 【 】（分数：2.00）A.漂移B.阈值C.增量增益 D.线性度解析：5.某光栅的
9、条纹密度是 200条毫米，光栅条纹间的夹角 0005 弧度，则莫尔条纹的宽度是 【 】（分数：2.00）A.100mmB.20mmC.10mmD.1mm 解析：解析：由莫尔条纹宽度公式得， W6.在转速为零时，电动机的堵转转矩 T b 为 【 】（分数：2.00）A.T b B.T b C.T b D.T b 解析：7.步进电动机驱动电路提供的电流波形应尽量接近 【 】（分数：2.00）A.恒流B.正弦C.余弦D.矩形 解析：解析：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，以降低相绕细两端的反电动势，
10、加快电流衰减； (3)功耗尽量低，效率要高。8.某步进电动机三相单三拍通电时的步距角为 5。，则双三拍通电时的步距角为 【 】（分数：2.00）A.25B.5 C.10D.15解析：解析：步距角公式为 s 9.插补器的数字积分值等于 【 】（分数：2.00）A.溢出脉冲数B.积分余数C.溢出脉冲数加余数 D.溢出脉冲数减余数解析：10.PLC适用于 【 】（分数：2.00）A.顺序控制为主 B.数据采集为主C.科学研究为主D.管理为主解析：二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.机电一体化系统中，机械受控模块的作用是什么?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：机械受控模块代表系统的
11、机械结构，又称为执行模块。其主要功能是承载、传递力和运动，如改变速度、远距离动作、力的放大和反馈、速度和力的参数调节、同步传动和传送物料等。该模块同时也起着外观、造型和防护的作用。)解析：12.机电一体化系统设计时应如何处理机与电的关系?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在进行机电一体化系统设计时，通常，应遵循如下原则来处理“机”与“电”的关系： (1)替代机械系统。 在极端情况下，机械的功能可以完全由微计算机和执行器取代，从而使机械产品变成电子产品。 (2)简化机械系统。 在许多情况下，机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠微计算机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定位控制任务的
12、功能。 (3)增强机械系统。 将正常设计的机械与闭环控制回路相组合，可以实现增强机械系统的运动速度、精度以及柔性，有关的部件可以做得更轻、惯量更小。 (4)综合机械系统。 采用嵌入式微处理系统，有能力械系统以及相关的功能。)解析：13.机械传动系统对完成机械主要运动的主轴的要求包含哪些方面?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：包括四个方面要求： (1)回转精度含轴向精度； (2)静刚度； (3)动特性； (4)热特性。)解析：14.步进电动机是如何实现速度控制的?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：步进电动机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个
13、相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。)解析：15.伺服系统的性能指标包括哪些方面?它们分别包含哪些内容?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：伺服系统的性能指标包括静态和动态两个方面。静态性能指标含静态误差和静态刚度；动态性能指标含系统的频带、阻尼比或时域指标，如过渡过程时间、超调量等。)解析：16.什么是伺服系统的刚度?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：伺服系统的刚度定义为输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩。)解析：17.简述 PID控制器中 P、I、D 的
14、作用。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：P 的作用是增加开环增益，降低系统稳态误差，增加系统通频带，但是会使系统变得不稳定。的作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个无静差度，但是使系统相位裕量减小，稳定性变差。D 的作用是给系统提供阻尼，增加稳定性，但同时增加了高频增益，使系统中的高频噪声放大，影响系统正常工作。)解析：18.什么是连续路径控制?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：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。这样的运动控制称为连续路径控制。)解析：三、计算题(总题数：4，分数：8.00)19.某三相磁阻式步
15、进电机，转子有 80个齿，试计算单三拍、双三拍、六拍运行方式时的步距角。若要求电动机的转速为 20rmin，则各种运行方式下的通电脉冲频率各为多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：单、双三拍时： 六拍时： )解析：20.五相变磁阻式步进电动机，转子有 72个齿，最大静转矩为 1N.m。 (1)若带动负载转矩为 09N.m，选择怎样的通电方式系数才能使其正常起动? (2)若要求电动机转速为 300rmin，计算输入脉冲的频率。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)步进电动机的起动转矩 欲使电动机正常起动，T st 09N.m，故应取c2 才行。 (2)输入脉冲频率 f )解析
16、：21.系统开环传递函数 G(s) （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：L()、()的特性曲线如图所示。 )解析：22.已知某环节的微分方程为 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在零初始条件下，对微分方程进行拉氏变换，有 s 2 C(s)10sC(s)100C(s)100R(s) 根据传递函数的定义，有 G(s) )解析：四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量 m200kg，丝杠螺距 P5mm，丝杠长度 L08m，中径为d30mm，材料密度为 7810 3 kgm 3 ，齿轮齿数分别为 z 1 20，z 2 45，模数 m2mm，齿宽
17、 b20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量 J e 。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：材料密度 7810 3 kgm 3 ，齿轮的直径按分度圆直径计算，丝杠的直径按中径计算，得 工作台折算到丝杠上的转动惯量为 J G 1310 -4 (kg.m 2 ) 折算到电机轴上的总等效惯量为 J e J z1 (J z2 J s J G ) 39210 -5 )解析：24.如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为 m50kg，工作台与导轨间的摩擦系数f01，负载力为 F W 1000N，电动机的效率为 07，丝杠直径为 D16mm，丝杠螺距为P4mm，齿轮减速比为 i5，工作台的最
18、大线速度为 v004ms。 试求： (1)折算到电机轴上的负载力矩。 (2)电机轴的转速。 (3)电机所需功率。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)折算到电机轴上的负载力矩为 摩擦负载力 F f mgf 50100150(N) 外负载力 F W 1000N 电机上的负载力矩为 (2)电机轴的转速为 n )解析：25.光栅传感器的刻线数为 100线毫米，设细分时测得莫尔条纹数为 400，试计算光栅位移是多少毫米?若经四倍细分后，记数脉冲仍为 400，则光栅此时的位移是多少?测量分辨率是多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：设光栅位移为 l，可得 100：1400：l 则
19、l4mm 四倍细分后， 1mm，即细分后光栅位移为 1mm，分辨率为 )解析：五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.控制系统的结构图如图所示，已知 G(s) ，G c (s)T s 1。 (1)当 T0 时，试确定系统的自然频率 n ，阻尼比 和最大超调量 ； (2)欲使系统成为最佳阻尼比状态，试确定 T值。 (3)校正后，系统的开环增益和单位速度输入时的稳态误差 essv 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)当 T0 时，给定系统的闭环传递函数为 (2)校正后，系统闭环传递函数为 T0048s (3)校正后，开环传递函数 开环增益 K144 对单位速度输入时，稳态误差为 essv )解析：27.设计一个 PLC控制系统控制电动机的正、反转以及停转，要求：正、反转控制互锁，试绘出梯形图，并写出助记符指令程序。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：梯形图如图所示，其中 X 1 为正转起动按钮，X 2 为反转起动按钮，X 3 为停止按钮，Y 1 为正转继电器线圈，Y 2 为反转继电器线圈。 )解析：
