1、全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 6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.数学模型中的所有系数都为常量(与时间无关)的系统称为 【 】（分数：2.00）A.确定性系统B.随机系统C.时变系统D.定常系统2.线性定常确定性动态系统的数学模型一般为 【 】（分数：2.00）A.代数方程组B.微分方程组C.常系数线性微分方程组D.以上答案都不正确3.机电一体化系统结构中，【 】的功能是采集有关系统状态和行为的信息。（分数：2.00）A.测量模块B.驱动模块C.微处理机模块D.接口模块4.按照预先规定的次序完成一系列操作的系统是 【
2、 】（分数：2.00）A.顺序控制系统B.计算机集成制造系统C.柔性制造系统D.伺服系统5.【 】是一种可编程机械手，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工具，或者其他装置，以实现给定的任务。（分数：2.00）A.顺序控制系统B.工业机器人C.柔性制造系统D.伺服系统6.机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机与负载之间经常需要 【 】（分数：2.00）A.匹配转矩和转速B.增加传动功率C.缩小传动功率D.维持转速恒定7.在齿轮传动中，若总速比一定，则齿轮传动随着传动级数的增加 【 】（分数：2.00）A.总转动惯量减小，传动效率降低B.总转动惯量增大，传动效率增加C.总转动惯
3、量增大，传动效率降低D.总转动惯量减小，传动效率增加8.在滚动导轨中，计算出的每个滚动体所承受的许用载荷P与最大载荷 P max 的关系为 【 】（分数：2.00）A.PP maxB.PP maxC.PP maxD.PP max9.某光栅的条纹密度是 50条毫米，光栅条纹间的夹角 0001 弧度，则莫尔条纹的宽度是 【 】（分数：2.00）A.10mmB.20mmC.100mmD.50mm10.若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用 【 】（分数：2.00）A.莫尔条纹的作用B.细分技术C.数显表D.计算机数字处理二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.机电一体化的设计依据及评
4、价指标包括哪几个方面?并简要说明。（分数：2.00）_12.谐波齿轮传动与普通齿轮副传动相比具有什么特点?（分数：2.00）_13.刚度和转动惯量对传动系统有哪些影响?（分数：2.00）_14.什么是传感器的误差?精度的表示方法有哪些?（分数：2.00）_15.传感器系统的动态特性的频域指标包含哪些内容?（分数：2.00）_16.在选择放大器的开关频率时，应考虑哪些方面?（分数：2.00）_17.根据系统中传递信号的形式不同，伺服系统可分为哪几类?它们的输入信号分别是什么?（分数：2.00）_18.描写顺序控制的方法有哪些?（分数：2.00）_三、计算题(总题数：4，分数：8.00)19.某机
5、床 轴向进给系统减速器的总速度比要求为 256，取二级减速，试设计确定各齿轮的齿数。（分数：2.00）_20.双谐波齿轮的柔轮的齿数为 z R 80，刚轮齿数 z G 100，波形发生器转速 n H 1000rmin。 试求： (1)柔轮固定、波形发生器输入时，刚轮的转速。 (2)刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮的转速。（分数：2.00）_21.三相交流感应电动机，电源频率为 50Hz，空载转速为 980rmin。 (1)该电动机为几极，空载转差率是多少? (2)若最大转矩(T max )时对应的转差率为 01，则该电动机稳定运行的转速范围是多少? (3)最大转矩时，转子绕组电势频率为多少?（
6、分数：2.00）_22.光电编码器作为位置反馈的伺服系统中，若滚珠丝杠螺距为 5mm，光电编码器的分辨率为 500脉冲转，参考输入脉冲为 1500脉冲秒，求工作台的线速度。（分数：2.00）_四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.某直流电机伺服系统结构如图所示，已知：T M 005s，R a 4，K v K t 01N.mA，KfO1V.srad，KP 一 10Vrad，试求： (1)T d 0002N.m 时，系统的稳态误差 ess T。 (2)伺服刚度 K R 。 （分数：2.00）_24.采用数字微分分析法产生某常速度分布情况的控制指令信号方案。位置寄存器 P和速度寄存器 V
7、的字长为 16位带符号小数，V 中的二进制小数为 000000010100111 2 ，时钟频率为 10000Hz，P 寄存器的初始内容为 0，试求： (1)P 寄存器产生第一个溢出脉冲时所需的加法次数。 (2)完成 588647次加法所输出的脉冲数。（分数：2.00）_25.生成下列等加速度分布指令信号：假设步进电动机步进角为 18，由零初始速度加速 01s 达到10rmin，然后恒速度 100rmin 维持 3s。最后 01s 到停止位置，减速度与初始速度相等，时钟信号频率为 1000Hz，寄存器字长为 16位带符号小数，希望在产生该速度分布时只改变加速度寄存器 A的内容，求 A寄存器中设
8、置的希望值及每一段由设置信号引起的加法次数。（分数：2.00）_五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.用 PLC设计三相鼠笼式异步电机正反转、停止的控制图。试求： (1)绘出 PLC的梯形图。 (2)写出对应的助记符指令程序。（分数：2.00）_27.设计某机构按下列要求动作的 PLC控制系统。 动作要求： 按一次起动按钮，机构上升至限定位置，停 3s，自动下降至原位后自动停。(提示：原位置和上升限定位置采用行程开关检测。)试完成设计任务：(1)列出 PLC系统资源分配表。 (2)画出梯形图。（分数：2.00）_全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 6答案解析(总分：54.00，做
9、题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)1.数学模型中的所有系数都为常量(与时间无关)的系统称为 【 】（分数：2.00）A.确定性系统B.随机系统C.时变系统D.定常系统 解析：解析：数学模型中的所有系数都为与时间无关的常量的系统称为定常系统，又称为时不变系统。2.线性定常确定性动态系统的数学模型一般为 【 】（分数：2.00）A.代数方程组B.微分方程组C.常系数线性微分方程组 D.以上答案都不正确解析：解析：根据系统工作的物理原理或通过实验，可以直接列写和推导出线性定常确定性动态系统的数学模型。该数学模型一般为常系数线性微分方程组，并进一步通过拉氏变换，导出系
10、统传递函数。3.机电一体化系统结构中，【 】的功能是采集有关系统状态和行为的信息。（分数：2.00）A.测量模块 B.驱动模块C.微处理机模块D.接口模块解析：解析：机电一体化系统结构中，测量模块的功能是采集有关系统状态和行为的信息，由传感器、调理电路、变换电路等组成。4.按照预先规定的次序完成一系列操作的系统是 【 】（分数：2.00）A.顺序控制系统 B.计算机集成制造系统C.柔性制造系统D.伺服系统解析：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。在顺序控制系统中，每一步操作都是一个简单的二进制动作。5.【 】是一种可编程机械手，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工具，
11、或者其他装置，以实现给定的任务。（分数：2.00）A.顺序控制系统B.工业机器人 C.柔性制造系统D.伺服系统解析：解析：工业机器人是一类数控机器。它是可编程多自由度的，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工具，或者其他装置，以实现给定的任务。6.机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机与负载之间经常需要 【 】（分数：2.00）A.匹配转矩和转速 B.增加传动功率C.缩小传动功率D.维持转速恒定解析：7.在齿轮传动中，若总速比一定，则齿轮传动随着传动级数的增加 【 】（分数：2.00）A.总转动惯量减小，传动效率降低 B.总转动惯量增大，传动效率增加C.总转动惯量增大，传动效
12、率降低D.总转动惯量减小，传动效率增加解析：解析：一般说，齿轮传动的总等效惯量随着传动级数增加而减小，但传动效率随着传动级数增加而降低，齿隙和摩擦的来源也随之增加。因此，在设计齿轮系传动部件时，应在传动级数和传动比的分配方面综合权衡。8.在滚动导轨中，计算出的每个滚动体所承受的许用载荷P与最大载荷 P max 的关系为 【 】（分数：2.00）A.PP maxB.PP max C.PP maxD.PP max解析：9.某光栅的条纹密度是 50条毫米，光栅条纹间的夹角 0001 弧度，则莫尔条纹的宽度是 【 】（分数：2.00）A.10mmB.20mm C.100mmD.50mm解析：解析：由
13、W ，可得 W10.若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用 【 】（分数：2.00）A.莫尔条纹的作用 B.细分技术C.数显表D.计算机数字处理解析：解析：光栅莫尔条纹的特点是起放大作用，即利用光的干涉现象把光栅间距放大许多倍，大大减轻了电子线路的测量难度。二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.机电一体化的设计依据及评价指标包括哪几个方面?并简要说明。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：机电一体化的设计依据及评价指标包括： (1)系统功能。即所设计的产品它应具有哪些基本功能和主要操作。 (2)性能指标。当系统功能决定后，每一项功能都应满足一定的性能指标。 (3)使用条件
14、。任何系统都是在一定条件下运行的，其中包括客观的环境条件和主观的人员因素等。 (4)社会经济效益。成本概算不仅要考虑产品本身材料和元件的价格，而且要考虑生产该产品的生产设备和工具，以及产品推向市场前的开发费用、保险消耗以及未来购买者的维修消耗。)解析：12.谐波齿轮传动与普通齿轮副传动相比具有什么特点?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)结构简单，体积小重量轻，传动效率高。 (2)传动比范围大。 (3)同时啮合的齿数多，运动精度高，承载能力大。 (4)运动平稳，无冲击，噪声小。 (5)齿侧间隙可以调整。 (6)可实现向密闭空间传递运动及动力。 (7)可实现高增速运动。 (8)方便地
15、实现差速传动。)解析：13.刚度和转动惯量对传动系统有哪些影响?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：因为谐振频率的平方正比于刚度与惯量之比，所以，只有在高刚度和低转动惯量的条件下，才能保证足够高的谐振频率。刚度低，引起系统稳定性下降，与摩擦一起产生反转误差，以及造成系统在平衡位置附近振荡。转动惯量低，可以增加电动机的驱动加速度，从而提高系统的快速性。)解析：14.什么是传感器的误差?精度的表示方法有哪些?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：传感器的误差是指测量值与理想值之差。精度可以采用以下任一方法表示： (1)以被测变量表示； (2)满量程的百分数； (3)实际输出的百分数。)解
16、析：15.传感器系统的动态特性的频域指标包含哪些内容?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)谐振角频率； (2)谐振峰值； (3)复现频率； (4)闭环截止频率。)解析：16.在选择放大器的开关频率时，应考虑哪些方面?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在选择放大器的开关频率时，应考虑以下几方面： (1)开关频率应尽可能高。应该在所选频率下，使电枢电感的感抗远大于电枢电阻，以使电流变化尽可能小。这对希望低速轻载时电流电源连续尤为重要。 (2)开关频率必须比系统通频带大 10倍以上，以免影响系统性能。 (3)开关频率必须远大于各环节的共振频率。 (4)在满足前三条的前提下，应尽量
17、选择较低的 开关频率，以降低开关元件的开关损耗。)解析：17.根据系统中传递信号的形式不同，伺服系统可分为哪几类?它们的输入信号分别是什么?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：根据系统中传递信号的形式，伺服系统可分： (1)模拟式伺服系统。其输入信号为模拟信号； (2)参考脉冲系统。其输入信号为数字脉冲信号； (3)采样一数据系统。其输入为上位机生成并经过精插补的参考指令。)解析：18.描写顺序控制的方法有哪些?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：描写顺序控制的方法包括语句表、流程图、梯形图、顺序功能图、状态图、过程定时图以及逻辑语句。)解析：三、计算题(总题数：4，分数：8.00
18、)19.某机床 轴向进给系统减速器的总速度比要求为 256，取二级减速，试设计确定各齿轮的齿数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：简化的最佳速比分配关系为： t 2 取二级减速，则有： ii 1 i 1 解之得：i 1 181 取 i 1 4524 则 i 2 )解析：20.双谐波齿轮的柔轮的齿数为 z R 80，刚轮齿数 z G 100，波形发生器转速 n H 1000rmin。 试求： (1)柔轮固定、波形发生器输入时，刚轮的转速。 (2)刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮的转速。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)柔轮固定、波发生器输入时 n G 200rmin (2)
19、刚轮固定、波发生器输入时 )解析：21.三相交流感应电动机，电源频率为 50Hz，空载转速为 980rmin。 (1)该电动机为几极，空载转差率是多少? (2)若最大转矩(T max )时对应的转差率为 01，则该电动机稳定运行的转速范围是多少? (3)最大转矩时，转子绕组电势频率为多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)因电动机的空载转速 n980rmin 则其同步转速，n 0 980rmin。 故p 306 通过计算得只有 p3 时，转差率最小，而 p2 或 1舍去。 该电动机为六极。 空载时转差率为 s1 )解析：22.光电编码器作为位置反馈的伺服系统中，若滚珠丝杠螺距为
20、5mm，光电编码器的分辨率为 500脉冲转，参考输入脉冲为 1500脉冲秒，求工作台的线速度。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：脉冲当量为 )解析：四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.某直流电机伺服系统结构如图所示，已知：T M 005s，R a 4，K v K t 01N.mA，KfO1V.srad，KP 一 10Vrad，试求： (1)T d 0002N.m 时，系统的稳态误差 ess T。 (2)伺服刚度 K R 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： (2)伺服刚度为 K R )解析：24.采用数字微分分析法产生某常速度分布情况的控制指令信号方案。位置寄存
21、器 P和速度寄存器 V的字长为 16位带符号小数，V 中的二进制小数为 000000010100111 2 ，时钟频率为 10000Hz，P 寄存器的初始内容为 0，试求： (1)P 寄存器产生第一个溢出脉冲时所需的加法次数。 (2)完成 588647次加法所输出的脉冲数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)V000000010100111 2 1672 -15 00050964356(脉冲加) P 中产生第一个溢出脉冲所需加法次数为 N 1 ： N 1 )解析：25.生成下列等加速度分布指令信号：假设步进电动机步进角为 18，由零初始速度加速 01s 达到10rmin，然后恒速度
22、 100rmin 维持 3s。最后 01s 到停止位置，减速度与初始速度相等，时钟信号频率为 1000Hz，寄存器字长为 16位带符号小数，希望在产生该速度分布时只改变加速度寄存器 A的内容，求 A寄存器中设置的希望值及每一段由设置信号引起的加法次数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：第一段 0t01s a 1 )解析：五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.用 PLC设计三相鼠笼式异步电机正反转、停止的控制图。试求： (1)绘出 PLC的梯形图。 (2)写出对应的助记符指令程序。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)梯形图如图所示，其中 X 1 为正转按钮，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：27.设计某机构按下列要求动作的 PLC控制系统。 动作要求： 按一次起动按钮，机构上升至限定位置，停 3s，自动下降至原位后自动停。(提示：原位置和上升限定位置采用行程开关检测。)试完成设计任务：(1)列出 PLC系统资源分配表。 (2)画出梯形图。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)资源分配表 000 起动按钮 001 上限位行程开关 002 原位行程开关 1000 上升电机(正转)继电器 1001 下降电机(反转)继电器 (2)梯形图如图所示。 )解析：
