1、全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 4及答案解析(总分：58.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)1.输入和输出满足线性叠加原理的系统称为 【 】（分数：2.00）A.线性系统B.非线性系统C.时变系统D.随机系统2.齿轮系传动比最佳分配条件为 【 】（分数：2.00）A.B.C.D.3.某光栅的光栅条纹的夹角为 001rad，栅距为 01mm，则莫尔条纹的宽度为 【 】（分数：2.00）A.25mmB.5mmC.75mmD.10mm4.码盘式转速传感器采用增量式编码器直接连接到转轴上，产生一系列脉冲，从而得到【 】（分数：2.00）A.电压信号B.数
2、字式电流信号C.电流信号D.数字式速度信号5.交流感应电动机的转子结构的种类有 【 】（分数：2.00）A.1利B.2种C.3利D.4种6.超声波电动机可简记为 【 】（分数：2.00）A.PWMB.FMSC.CAMD.USM7.步进电动机控制系统是一种 【 】（分数：2.00）A.开环控制系统B.闭环控制系统C.半闭环控制系统D.前馈控制系统8.三相反应式步进电动机转子有 12个齿，双三拍通电时，其步距角为 【 】（分数：2.00）A.25B.5C.10D.209.利用 DDA法实现直线插补。采用常速度分布实现直线运动控制指令时，步进电动机的参考脉冲指令是 【 】（分数：2.00）A.位置寄
3、存器的溢出脉泔B.速度寄存器的溢出脉冲C.时钟信号D.加速度寄存器的溢出脉冲10.Y的布尔代数方程为：Y( （分数：2.00）A.肯定发生B.肯定不发生C.取决于 CD.可能发生也可能不发生二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.简述直流电动机的结构。（分数：2.00）_12.简述超声波电动机的基本原理及特点。（分数：2.00）_13.简述直流电动机、永磁同步电动机和超声波电动机驱动执行部件的类型。（分数：2.00）_14.当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流及转速发生怎样的变化?为什么?（分数：2.00）_15.步进电动机的输入信号是什么?输
4、出轴的转速和位移与哪些因素有关?（分数：2.00）_16.步进电动机主要有哪几种通电方式?（分数：2.00）_17.如图为步进电动机单极性驱动电路。试简述图中 VT、R、VD 和 R f 的作用。 （分数：2.00）_18.简述全闭环与半闭环的区别。（分数：2.00）_三、计算题(总题数：6，分数：12.00)19.已知总速比 i40，取三级减速。试按照最佳速比分配条件设计各级速比。（分数：2.00）_20.已知双波传动谐波齿轮传动的柔轮齿数 z R 200，刚轮齿数 z G 202，波发生器的转速 n H 1200rmin，试求： (1)刚轮固定时柔轮的转速。 (2)柔轮固定时刚轮的转速。（
5、分数：2.00）_21.根据滚珠丝杠螺母副的结构参数，查表得系数 b st 3，如果外部轴向力 F asp 为 10000N，轴向预载荷力 F avm 为 5000N，试求该滚珠丝杠螺母副的传动刚度是多少?（分数：2.00）_22.对于 5000线的光电编码器： (1)如果采样周期为 4ms，决定轴的转速为 1800rmin 所产生的脉冲数。(2)对于采样周期仍为 4ms，决定产生 1018脉冲计数的转速。（分数：2.00）_23.增量式光电编码器与 10cm直径的车轮一起使用，编码器为 2000线。试决定每个脉冲的位移 s以及为了测量 63m 距离所需计数器的位数。（分数：2.00）_24.
6、每转 1500条刻线的增量编码器，在 5个编码器脉冲的时间间隔内计数 10000个时钟脉冲，已知时钟脉冲为 2MHz，试求电动机的转速。（分数：2.00）_四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)25.考虑 y 平面上的直线运动路径，源点坐标为(0，0)，终点坐标为(16，8)，采用三次多项式样条函数点位控制指令完成上述运动。如果要求完成协调运动的最长时间为 4s，则各轴的速度容许值的最小值和加速度容许值的最小值各为多少?（分数：2.00）_26.某二阶系统的开环传递函数为 G(s) （分数：2.00）_27.采用数字微分分析法产生步进电动机的常速度平面运动，步进电动机的分辨率为 720步
7、转，位置寄存器为 7位，速度寄存器为 8位，初始时刻，速度寄存器的值为 11111B，位置寄存器为零，在 1000Hz时钟的上升沿速度寄存器的值加入位置寄存器。 试求： (1)电动机的转速 n。 (2)电动机的最大转速n。（分数：2.00）_五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)28.二阶系统结构图如所示：设 K 1 04，K 2 10，T1。 (1)求系统闭环传递函数。 (2)求系统自然频率、阻尼比。 (3)求系统增益 K。 （分数：2.00）_29.设计一个 PLC控制系统完成如下控制：两台电动机 A和 B，只能起动其中一台进行工作，当按下 A起动开关时，A 工作，B 停止；当按下
8、B起动开关时，B 工作，A 停止，并且每台电动机都可以单独停止。试绘出其梯形图，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 4答案解析(总分：58.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)1.输入和输出满足线性叠加原理的系统称为 【 】（分数：2.00）A.线性系统 B.非线性系统C.时变系统D.随机系统解析：2.齿轮系传动比最佳分配条件为 【 】（分数：2.00）A. B.C.D.解析：3.某光栅的光栅条纹的夹角为 001rad，栅距为 01mm，则莫尔条纹的宽度为 【 】（分数：2.00）A.25mmB.5mmC.75
9、mmD.10mm 解析：4.码盘式转速传感器采用增量式编码器直接连接到转轴上，产生一系列脉冲，从而得到【 】（分数：2.00）A.电压信号B.数字式电流信号C.电流信号D.数字式速度信号 解析：5.交流感应电动机的转子结构的种类有 【 】（分数：2.00）A.1利B.2种 C.3利D.4种解析：6.超声波电动机可简记为 【 】（分数：2.00）A.PWMB.FMSC.CAMD.USM 解析：解析：USM 是超声波电动机的简写，FMS 是柔性制造系统的简写，CAM 是计算机辅助制造的简写，PWM是脉冲宽度调制的简写。7.步进电动机控制系统是一种 【 】（分数：2.00）A.开环控制系统 B.闭环
10、控制系统C.半闭环控制系统D.前馈控制系统解析：8.三相反应式步进电动机转子有 12个齿，双三拍通电时，其步距角为 【 】（分数：2.00）A.25B.5C.10 D.20解析：解析：考查步距角计算公式为 s ，双三拍通电时，通电方式系数为 1，即 s 9.利用 DDA法实现直线插补。采用常速度分布实现直线运动控制指令时，步进电动机的参考脉冲指令是 【 】（分数：2.00）A.位置寄存器的溢出脉泔 B.速度寄存器的溢出脉冲C.时钟信号D.加速度寄存器的溢出脉冲解析：10.Y的布尔代数方程为：Y( （分数：2.00）A.肯定发生B.肯定不发生C.取决于 CD.可能发生也可能不发生 解析：解析：由
11、题方程知，当 A发生时，B 不发生且 C发生时，Y 才发生。Y 并不是完全取决于 A、B、C之间任意一项。二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.简述直流电动机的结构。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：直流电动机的组成主要包括三部分； (1)定子磁极 永磁式直流电动机的磁极 Ns由永久磁铁构成。他励式直流电动机的定子磁极由绕制在磁极上的励磁线圈构成。 (2)电枢 电枢是绕有电流线圈的转子，其铁心是由硅钢片叠制的导磁体。每一个线圈的端点都焊接到对应的换向片上。 (3)电刷 电刷是电动机定子的一部分。当电枢转动时，每一个电刷都交替地与两个换向片接触，以保持电枢线圈中的电流分布相对于
12、定子是不变的。)解析：12.简述超声波电动机的基本原理及特点。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：超声波电动机(USM)又称为压电电动机或压电陶瓷马达，它利用压电陶瓷逆压电效应产生超声振动，并将这种振动摩擦耦合来直接驱动转子旋转或滑块的位移。 超声波电动机的特点：(1)低速大转矩；(2)无电磁噪声、电磁兼容性好；(3)动态响应快、控制性能好；(4)断电自锁；(5)运行无噪声；(6)微位移特性；(7)动态速度范围宽；(8)结构简单、设计形式灵活、自由度大，易实现小型化和多样化；(9)易实现工业自动化流水线生产；(10)耐低温，适应真空和太空环境。)解析：13.简述直流电动机、永磁同步电动机
13、和超声波电动机驱动执行部件的类型。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：直流电动机的驱动电路，即功率放大器，是用于放大控制信号并向电动机提供必要能量的电子装置。目前广泛应用的半导体功率放大器主要有线性功率放大器和 PWM功率放大器。永磁同步电动机有直流电动机和同步电动机两种驱动方式。超声波电动机有行波、驻波和电致伸缩公转子三种驱动方式。)解析：14.当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流及转速发生怎样的变化?为什么?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：控制电压升高使稳态电磁转矩增大，控制电流增大，电动机转速提升，因为控制电压升高，则控制电流增大
14、，那么稳态的电磁转矩与控制电流成正比也增大，转速也相应会提升。)解析：15.步进电动机的输入信号是什么?输出轴的转速和位移与哪些因素有关?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：步进电动机又称为脉冲电动机，它的输入信号为脉冲序列。每输入一个脉冲，它的输出轴转动一步。当输入一串脉冲序列时，输出步数等于输入脉冲个数，转速与输入脉冲频率成正比。)解析：16.步进电动机主要有哪几种通电方式?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：步进电动机主要的通电方式有纯单拍、纯双拍以及单双拍结合。)解析：17.如图为步进电动机单极性驱动电路。试简述图中 VT、R、VD 和 R f 的作用。 （分数：2.00）
15、_正确答案：(正确答案：VT：晶体管开关元件，控制相绕组电流通断。 R：减小相的电气时间常数。 VD：续流，泄放相绕组中储存的磁能。 R：加快磁能泄放。)解析：18.简述全闭环与半闭环的区别。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在具有减速器的位置伺服系统中，根据位置反馈传感器安装位置的不同，伺服系统可分为半闭环伺服系统和全闭环伺服系统。位置反馈传感器可以安装在伺服电动机轴上，用以间接测量工作台的位移，则把间接测量的系统称为半闭环系统，因为工作台的移动是在闭环控制回路之外。半闭环伺服系统可避免传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行振荡。当位置传感器安装于输出轴上时，传感器是直接测量工作台移
16、动的，则把直接测量的系统称为全闭环系统。全闭环系统对输出进行直接控制，可以获得良好的控制精度。但是，受机械传动部件的非线性影响严重，只有在要求高精度的场合，才采用全闭环系统。)解析：三、计算题(总题数：6，分数：12.00)19.已知总速比 i40，取三级减速。试按照最佳速比分配条件设计各级速比。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：最佳速比条件为 )解析：20.已知双波传动谐波齿轮传动的柔轮齿数 z R 200，刚轮齿数 z G 202，波发生器的转速 n H 1200rmin，试求： (1)刚轮固定时柔轮的转速。 (2)柔轮固定时刚轮的转速。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(
17、1)刚轮固定时： (2)柔轮固定时： )解析：21.根据滚珠丝杠螺母副的结构参数，查表得系数 b st 3，如果外部轴向力 F asp 为 10000N，轴向预载荷力 F avm 为 5000N，试求该滚珠丝杠螺母副的传动刚度是多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由 F asp F avm 图可查得轴向位移s spm 为 spm 4m312m 因此，可计算该滚珠丝杠螺母副的传动刚度为 k )解析：22.对于 5000线的光电编码器： (1)如果采样周期为 4ms，决定轴的转速为 1800rmin 所产生的脉冲数。(2)对于采样周期仍为 4ms，决定产生 1018脉冲计数的转速。（分
18、数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)N 1 600 (2)n )解析：23.增量式光电编码器与 10cm直径的车轮一起使用，编码器为 2000线。试决定每个脉冲的位移 s以及为了测量 63m 距离所需计数器的位数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：s(314100)20000157(毫米脉冲) n6300(100314)20 位)解析：24.每转 1500条刻线的增量编码器，在 5个编码器脉冲的时间间隔内计数 10000个时钟脉冲，已知时钟脉冲为 2MHz，试求电动机的转速。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：计数时间 T1000020000000005(s) 则电动机的
19、转速 n(N 2 N).60T(51500)60000540(rmin)解析：四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)25.考虑 y 平面上的直线运动路径，源点坐标为(0，0)，终点坐标为(16，8)，采用三次多项式样条函数点位控制指令完成上述运动。如果要求完成协调运动的最长时间为 4s，则各轴的速度容许值的最小值和加速度容许值的最小值各为多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：两轴运动的距离分别为： (1)16016 a max 6 (2)y808 )解析：26.某二阶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)由开环传递函数 G(s) ，反馈
20、为单位负反馈，则闭环传递函数为 故固有频率为 n 025(s -1 ) 阻尼比为 05 (2)单位阶跃信号输入时，系统的稳态误差 ess1 0 单位斜坡信号输入时，系统的稳态误差 )解析：27.采用数字微分分析法产生步进电动机的常速度平面运动，步进电动机的分辨率为 720步转，位置寄存器为 7位，速度寄存器为 8位，初始时刻，速度寄存器的值为 11111B，位置寄存器为零，在 1000Hz时钟的上升沿速度寄存器的值加入位置寄存器。 试求： (1)电动机的转速 n。 (2)电动机的最大转速n。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由于 11111B31D，则每 1ms寄存器得到脉冲数为： v
21、312 -7 02422(脉冲加) 电动机的转速为 n 202(rmin) (2)电动枫转速最大时，零初始时刻 1111111B应被装入速度寄存器，而 1111111B127D 此时 v1272 -7 09922(脉冲加) 所以，电动机的最大转速为 )解析：五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)28.二阶系统结构图如所示：设 K 1 04，K 2 10，T1。 (1)求系统闭环传递函数。 (2)求系统自然频率、阻尼比。 (3)求系统增益 K。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)系统开环传递函数为 所以闭环传递函数为 (2)由(1)的闭环传递函数得，自然频率为 n 0632(s -1 ) 阻尼比为 )解析：29.设计一个 PLC控制系统完成如下控制：两台电动机 A和 B，只能起动其中一台进行工作，当按下 A起动开关时，A 工作，B 停止；当按下 B起动开关时，B 工作，A 停止，并且每台电动机都可以单独停止。试绘出其梯形图，并写出助记符指令程序。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：设电动机 A的起动开关为 X 1 ，停止开关为 X 2 ，继电器线圈为 Y 1 ；电动机 B的起动开关为 X 3 ，停止开关为 X 4 ，继电器线圈为 Y 2 。 梯形图如图所示。 )解析：
