1、全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 7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.下列不属于机械受控和驱动模块的性能评价指标的是 【 】（分数：2.00）A.动力特性B.承载能力C.自动化程度D.噪声2.齿轮传动的总等效惯量与传动级数 【 】（分数：2.00）A.有关B.无关C.在一定级数内有关D.在一定级数内无关3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和 【 】（分数：2.00）A.内循环插管式B.外循环反向器式C.内、外双循环式D.内循环反向器式4.长光栅的测量精度可达 【 】（分数：2.00）A.1mB.1cmC.1mm
2、D.1m5.电荷放大器的输出电压与引线电容和反馈电容之间的关系分别为 【 】（分数：2.00）A.反比，无关B.正比，无关C.无关，反比D.无关，正比6.同步电动机驱动方式的永磁同步电动机常用的工作方式是采用【 】来供给定子绕组。（分数：2.00）A.脉宽调制(PWM)电压B.三相正弦脉冲宽度调制(SPWM)电压C.直接驱动电压D.变频控制电压7.某三相步进电动机，转子 48个齿，双三拍通电时，其步距角为 【 】（分数：2.00）A.125B.25C.2D.58.步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域，称为 【 】（分数：2.00）A.死区B.振荡区C
3、.动稳定区D.平衡区9.通用工业机器人属于 【 】（分数：2.00）A.点位控制机器人B.连续路径控制机器人C.控制路径机器人D.以上选项均错误10.下列选项中表示逻辑函数“或”功能的是 【 】（分数：2.00）A.B.C.D.二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.什么是系统?（分数：2.00）_12.典型的机电一体化系统有哪几种形式?（分数：2.00）_13.为什么要消除齿轮副间隙?常用什么方法消除间隙?（分数：2.00）_14.滚珠式滚动导轨和滚柱式滚动导轨各有什么特点?（分数：2.00）_15.实际使用时，还可以采取哪些技术措施来改善传感器的性能?（分数：2.00）_16.步进
4、电动机与一般伺服电动机比较具有哪些明显的特点?（分数：2.00）_17.运动控制中的“路径”与“轨迹”有何不同?（分数：2.00）_18.什么是 PLC的扫描工作制?（分数：2.00）_三、计算题(总题数：4，分数：8.00)19.如图所示双波传动谐波齿轮减速器的原理图。已知：柔轮的齿数为 200，刚轮的齿娄 202，波形发生器的转速为 1280rmin。试求： (1)刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮输出的转速。 (2)柔轮固定、波形发生器输入时，刚轮输出的转速。 （分数：2.00）_20.转子为 40齿的三相变磁阻步进电动机，当采用 6拍运行时，试求： (1)电动机在该运行状态下的步距角。
5、(2)控制脉冲频率 f1000Hz 时，电动机的转速。（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 1450rmin。 (1)该电动机为几极，空载转差率是多少? (2)堵转时，定子、转子绕组电势频率各为多少? (3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?（分数：2.00）_22.对于 1000线的编码器，采样周期 T4ms。试求： (1)轴的转速为 1800rmin 时所产生的计数。 (2)产生 100计数时的转速。（分数：2.00）_四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.在 y 平面内，以 10cms 的恒速由点(2，4)到点(16，10)的作
6、直线运动，采样周期 002s。试导出(t)和 y(t)在这两点之间的直线插补公式。（分数：2.00）_24.考虑 y 平面上的直线运动路径，起始点坐标为(5，1)，终点坐标为(1，2)，设两轴最大加速度a max a ymax 6，试设计三次多项式样条函数点位控制指令。（分数：2.00）_25.根据下列指令程序画出对应的梯形图。 （分数：2.00）_五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.某位置反馈系统如图所示，已知：电动机时间常数 T02s，K 1 01V()，K 2 400(rmin)V，K 3 05(r.min -1 .s)，试求： (1)0 时，系统的最大超调量 和调整时间
7、T s (按2计算)。 (2)欲使系统具有最佳阻尼比，增设转速负反馈校正，确定 的值。 (3)校正后，系统的开环增益 K及单位速度输入时的稳态误差。 （分数：2.00）_27.设计一台电动机按要求动作的 PLC控制系统。具体要求：系统只有一个按钮。按一下，电动机正转10s再反转 10s后自动停止。 试完成设计任务：(1)列出 PLC系统资源分配表。 (2)画出梯形图。 (3)写出对应的助记符指令程序。（分数：2.00）_全国自考（机电一体化系统设计）-试卷 7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.下列不属于机械受控和驱动模块的性能
8、评价指标的是 【 】（分数：2.00）A.动力特性B.承载能力C.自动化程度 D.噪声解析：2.齿轮传动的总等效惯量与传动级数 【 】（分数：2.00）A.有关B.无关C.在一定级数内有关 D.在一定级数内无关解析：3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和 【 】（分数：2.00）A.内循环插管式B.外循环反向器式C.内、外双循环式D.内循环反向器式 解析：4.长光栅的测量精度可达 【 】（分数：2.00）A.1mB.1cmC.1mmD.1m 解析：5.电荷放大器的输出电压与引线电容和反馈电容之间的关系分别为 【 】（分数：2.00）A.反比，无关B.正比，无关C.无关，反比 D.无关
9、，正比解析：解析：由 U out 6.同步电动机驱动方式的永磁同步电动机常用的工作方式是采用【 】来供给定子绕组。（分数：2.00）A.脉宽调制(PWM)电压B.三相正弦脉冲宽度调制(SPWM)电压 C.直接驱动电压D.变频控制电压解析：7.某三相步进电动机，转子 48个齿，双三拍通电时，其步距角为 【 】（分数：2.00）A.125B.25 C.2D.5解析：解析：由步距角的计算公式得8.步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域，称为 【 】（分数：2.00）A.死区B.振荡区C.动稳定区 D.平衡区解析：解析：当步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通
10、电状态切换到另一种通电状态下不引起失步的区域，称为动稳定区。9.通用工业机器人属于 【 】（分数：2.00）A.点位控制机器人B.连续路径控制机器人C.控制路径机器人 D.以上选项均错误解析：解析：机器人按照控制水平可以分为三种不同类型：第一类称为点位控制机器人，通常用于物料搬运作业，即在一个地点抓取物体，输送到另一地点放下；第二类称为连续路径控制机器人，主要用于喷漆和弧焊；第三类是代表最高运动控制水平的所谓控制路径机器人。通用工业机器人都属于这一类。这类机器人通常具有 6个自由度，一般要求闭环控制以实现和保持希望的直角坐标轨迹。10.下列选项中表示逻辑函数“或”功能的是 【 】（分数：2.0
11、0）A.B.C. D.解析：二、简答题(总题数：8，分数：16.00)11.什么是系统?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：从广义上说，系统可以定义为两个或两个以上事物组成的相互依存、相互作用，共同完成某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一整体的总称。在工程领域，系统可以是机械的、电力的、电子的，其他物理的(声、光、热等)、化学的、生物的、医学的或者是这些系统的某种组合。)解析：12.典型的机电一体化系统有哪几种形式?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：典型的机电一体化系统有下列 7种形式： (1)机械手关节伺服系统； (2)数控机床； (3)工业机器人； (4)自动导引车； (
12、5)顺序控制系统； (6)数控自动化制造系统； (7)微机电系统。)解析：13.为什么要消除齿轮副间隙?常用什么方法消除间隙?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在传动过程中齿轮副的间隙使得主动轮突然改变旋转方向时，从动轮不能立即随之反转，而是有一个滞后量，造成齿轮传动的回差。这种非线性因素将会影响全闭环伺服系统的稳定性。为了消除齿轮副间隙通常采用刚性调整法和柔性调整法。)解析：14.滚珠式滚动导轨和滚柱式滚动导轨各有什么特点?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：滚动导轨副按其滚动的类型可分为滚珠式和滚柱滚针式。滚珠式结构简单紧凑，制造容易，成本较低；但由于是点接触，刚度和承载能力
13、相对较低，适合在载荷不大的情况下使用。滚柱式，特别是交叉配置的滚柱式导轨副为线接触，能多向受力，故刚度和承载能力在相同直径滚动体的条件下均比滚珠式大，导向性能也较好，但滚柱对导轨面的平行度误差较敏感，易产生侧向偏移和滑动而引起应力集中和磨损，故滚柱易制成腰鼓形(中间直径比两端的大 002mm)。滚针式和滚柱式相比，它适用于尺寸受限制的场合。)解析：15.实际使用时，还可以采取哪些技术措施来改善传感器的性能?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)差动技术。可消除零位输出和偶次非线性项，抵消共模误差，减小非线性。差动技术在电阻应变式、电感式、电容式等传感器中得到了广泛应用。 (2)平均技
14、术。常用的平均技术有误差平均效应和数据平均处理。误差平均效应的原理是利用 n个传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这些单元输出的总和。这在光栅、 感应同步器等栅状传感器中都取得明显的效果。数据平均处理是在相同条件下测量重复 n次，然后取平均值。大多数情况下平均技术可使随机误差近似减小 )解析：16.步进电动机与一般伺服电动机比较具有哪些明显的特点?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：步进电动机与一般伺服电动机比较，具有一些明显的特点：可以实现直接数字控制，在开环系统中可以达到高精度的定位和调速，位置误差不会积累。)解析：17.运动控制中的“路径”与“轨迹”有何不同?（分数：2.00）
15、_正确答案：(正确答案：路径只代表与轨迹有关的位置信息；轨迹是代表在空间直角坐标系或机器人连杆坐标系中运动的位置一时间曲线，是具有适当速度和加速度信息的路径。)解析：18.什么是 PLC的扫描工作制?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：PLC 的扫描工作制是指检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令，都是按定义和设计，连续和重复地进行的。)解析：三、计算题(总题数：4，分数：8.00)19.如图所示双波传动谐波齿轮减速器的原理图。已知：柔轮的齿数为 200，刚轮的齿娄 202，波形发生器的转速为 1280rmin。试求： (1)刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮输出的转速。 (2)柔
16、轮固定、波形发生器输入时，刚轮输出的转速。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮输出的传动比： 则刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮输出的转速： (2)柔轮固定、波发生器输入时，刚轮输出的转速： n G )解析：20.转子为 40齿的三相变磁阻步进电动机，当采用 6拍运行时，试求： (1)电动机在该运行状态下的步距角。 (2)控制脉冲频率 f1000Hz 时，电动机的转速。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)步距角为 (2)电动机的转速为 n )解析：21.三相交流感应电动机，电源频率为 50Hz，空载转速为 1450rmin。 (1)该电
17、动机为几极，空载转差率是多少? (2)堵转时，定子、转子绕组电势频率各为多少? (3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 即该电动机为四极。 空载时转差率为： s1 )解析：22.对于 1000线的编码器，采样周期 T4ms。试求： (1)轴的转速为 1800rmin 时所产生的计数。 (2)产生 100计数时的转速。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：四、简单应用题(总题数：3，分数：6.00)23.在 y 平面内，以 10cms 的恒速由点(2，4)到点(16，10)的作直线运动，采样周期 002s。试导出(t)和 y(t)在
18、这两点之间的直线插补公式。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 所以递推公式为 )解析：24.考虑 y 平面上的直线运动路径，起始点坐标为(5，1)，终点坐标为(1，2)，设两轴最大加速度a max a ymax 6，试设计三次多项式样条函数点位控制指令。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 可得 轴、y 轴的控制指令表达式为 )解析：25.根据下列指令程序画出对应的梯形图。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：梯形图如图所示。 )解析：五、综合应用题(总题数：2，分数：4.00)26.某位置反馈系统如图所示，已知：电动机时间常数 T02s，K 1 01V()，K 2 400
19、(rmin)V，K 3 05(r.min -1 .s)，试求： (1)0 时，系统的最大超调量 和调整时间 T s (按2计算)。 (2)欲使系统具有最佳阻尼比，增设转速负反馈校正，确定 的值。 (3)校正后，系统的开环增益 K及单位速度输入时的稳态误差。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)当 0 时，系统的闭环传递函数 得 n 10(s -1 )，2 n 5， 故 025 45 T s 16(s) (2)增设转速负反馈校正后，系统的闭环递函数为 n 10s -1 ，最佳阻尼比 0707 由 2 n 207071014145(1400) 得 000475V(r.min -1 ) (3)校正后，系统开环传递函数 单位速度输入时的稳态误差 ess )解析：27.设计一台电动机按要求动作的 PLC控制系统。具体要求：系统只有一个按钮。按一下，电动机正转10s再反转 10s后自动停止。 试完成设计任务：(1)列出 PLC系统资源分配表。 (2)画出梯形图。 (3)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)资源分配表： 000 按钮 1000 正转继电器 1001 反转继电器 TIM001 正转定时 TIM002 反转定时 (2)梯形图如图所示。 )解析：
