1、2015 年 10 月全国自考（机电一体化系统设计）真题试卷及答案与解析一、单项选择题1 在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供信息的模块称为 【 】（A）软件模块（B）微计算机模块（C）通信模块（D）驱动模块2 对滚珠导轨，每个滚动体所承受的许用载荷P与滚珠直径 d 的关系是 【 】（A）P与 d 成正比（B） P与 d2 成正比（C） P与 d 成反比（D）P与 d2 成反比3 已知双波传动谐波齿轮的柔轮齿数 zR200，刚轮齿数 zG202。当柔轮固定，波发生器输入，刚轮输出时，谐波齿轮传动速比为 【 】（A）101（B） 100（C） 100（D）1014 电阻应变片式传感器主要用于
2、测量 【 】（A）长度和加速度（B）位移和振动（C）线位移和转速（D）力和力矩5 下列操作中，不会改变直流伺服电动机的机械特性硬度的是 【 】（A）增大电枢电压（B）减小励磁电流（C）增大电枢电阻（D）减小电枢电阻6 具有励磁电流较小、体积较小、机械强度较高、无接触电刷等特点的固定磁阻电动机是 【 】（A）直流伺服电动机（B）交流伺服电动机（C）反应式步进电动机（D）超声波电动机7 采样一数据系统中，若考虑对系统响应速度的影响时，采样周期应为闭环系统最小时间常数的 【 】（A）(0 11) 倍（B） 5 倍（C） 2 倍（D）10 倍8 某两轴(y)定位工作台，二者的位置分辨率为 200 脉冲
3、cm。如果希望以200cmmin 的速度产生与 轴成 60角的直线运动，距离为 150cm，时钟频率为1000Hz，则完成该运动所需要的时间为 【 】（A）45s（B） 30s（C） 15s（D）60s9 西门子 S7 系列 PLC 中 S7400 是 【 】（A）模块化小型 PLC 系统（B）超小型化的 PLC（C）中、高档性能的 PLC（D）工业通讯网络10 并联一个动断触电 001 对应的助记符语句是 【 】（A）LD NOT 001（B） OR NOT 001（C） OR 0 01（D）LD 001二、简答题11 简述机电一体化的设计思想。12 机电一体化的所谓“4A 革命” 是指什么
4、?13 轴系分为一般传动轴和工作主轴。在机械传动链内，对工作主轴的主要要求是什么?14 简述单相感应电动机静止时无启动转矩的原因。通常采用哪两种措施可使单相感应电动机获得启动转矩?15 简述反应式步进电动机与永磁式步进电动机的优缺点。16 从启动频率、运行平稳性、效率、成本四方面对比分析单极性电路和细分电路的差异。17 简述全闭环控制系统的定义及特点。18 主要用于喷漆和弧焊作业的机器人按照控制水平分类属于哪类机器人?这类机器人的主要特征是什么?三、计算题19 如图所示为一机械装置的传动示意图。已知步进电动机 M 的步距角 075，驱动的两级齿轮：z 124 ，z 245，z 326，z 46
5、4 ，丝杠的导程 P10mm。 (1)验算两级齿轮系的传动比是否符合最佳速比分配条件； (2)求工作台的最小位移量。20 如图为脉冲周期法转速测量原理图，电动机转速为 20rmin，增量编码器每转3000 条刻线，时钟脉冲频率为 2MHz，试求在 10 个编码器脉冲间隔内，计数器共计数多少个时钟脉冲?21 已知步进电动机相电流接通顺序为 AABBBCCCAA，三相步进电动机的步距角 s1。求： (1) 电动机的转子齿数； (2)裕量角 r； (3)当输入频率f120Hz 时，电动机的转速。22 某直流伺服系统结构如图所示，已知：TM 01s，R a1，K tKV05N.mA ，K P10Vra
6、d 。求： (1) 当系统的稳态误差 essT0002rad 时，T d 的值； (2)伺服刚度 KR。四、简单应用题23 如图所示为双积分型 AD 转换器的原理框图。其实质是测量和比较两个积分的时间，一个是对模拟输入电压积分的时间 T0，另一个是以充电后的电压为初值对参考电压反向积分，积分电容被放电至零所需的时间 Ti。画出积分波形图并说明其工作过程。24 一台他励直流电动机，额定电压 200V，额定电流 2A，额定转速为2000r min，电枢绕组的电阻为 20，电机带动额定负载运行。为保持电动机稳定运行时转速始终为 2000rmin，求当电枢绕组中再串联一个 2 的电阻时，电枢电压应升至
7、多少?25 设有 y 平面上的直线运动路径，源点坐标为(0，0)，终点坐标为(4，8)， 轴的速度限制为2，加速度限制为3。y 轴的速度限制为3，加速度限制为4。利用三次多项式样条函数生成点位控制指令，为了保证所有轴的速度和加速度都不超过容许值，求协调运动的容许最短时间为多少?五、综合应用题26 某单位反馈系统如图所示，已知：006s，T001s。求： (1)系统的剪切频率 c，最大相位裕量 M 及此时的 K 值； (2) 单位加速度输入时，静态加速度误差系数 Ka。27 设计电机控制系统，按下启动按钮：正转 10s，停止 10s，反转 10s，停止10s，如此循环，任一时刻按停止按钮则停止。
8、试完成下列设计任务：(1)列出 PLC 系统资源分配表；(2)画出梯形图程序。2015 年 10 月全国自考（机电一体化系统设计）真题试卷答案与解析一、单项选择题1 【正确答案】 B【试题解析】 微计算机模块在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供的信息。2 【正确答案】 B【试题解析】 对于滚珠导轨，许用值PKd 2fH。可见，许用栽荷P与 d2 成正比。3 【正确答案】 A【试题解析】 柔轮固定，波发生器输入，刚轮输出，则传动比为 iHG101。4 【正确答案】 D5 【正确答案】 A【试题解析】 直流伺服电动机的机械特性硬度tan用理想空载转速和堵转转矩定义为tan ，由此可见，机械特性
9、强度与电枢电压无关。6 【正确答案】 B【试题解析】 固定磁阻电动机包括直流伺服电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机的特点是励磁电流较小，体积较小，机械强度较高，无接触电刷。7 【正确答案】 A【试题解析】 若考虑对系统响应速度的影响，选择采样周期的一条良好的法则是：采样周期应小于或等于系统的最小时间常数。8 【正确答案】 A9 【正确答案】 C【试题解析】 西门子 S7400 PLC 是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。10 【正确答案】 B二、简答题11 【正确答案】 (1)系统的设计思想。(2)机和电融合的设计思想。(3)注重创新的设计思想。12 【正确答案】 所谓“4A 革命”
10、是指工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、社会服务自动化。13 【正确答案】 (1)回转精度含轴向精度。(2)静刚度。即单位变形量所需的静栽荷大小。(3)动特性。一般指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性。(4)热特性。轴系的热特性主要参数是热源强度、温升及工作部位的热位移。14 【正确答案】 定子单相绕组通电后，在气隙中产生脉动磁场。如果转子处于静止状态，则作用于转子的电磁转矩等于零，因此单相感应电动机静止时无启动转矩。可采用分相式和罩极式两种措施使单相感应电动机获得启动转矩。15 【正确答案】 反应式步进电动机结构简单，启动和运行时频率较高；缺点是消耗功率较大，断电时无定位转矩。永磁式步进电动机断
11、电时有定位转矩，消耗功率较小；缺点是步距角较大(一般为 7518)，启动和运行频率较低，并需要正、负脉冲供电。16 【正确答案】 单极性电路和细分电路的差异如下表所示。17 【正确答案】 位置伺服系统中，位置传感器安装于输出轴(工作台)上时，传感器直接测量工作台移动，这种直接测量的系统称为全闭环系统。特点：对输出进行直接控制，可获得十分良好的控制精度。但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。18 【正确答案】 主要用于喷漆和弧焊作业的机器人是连续路径控制机器人，这类机器人的特征是，预先由人工将机械手沿着期望轨迹移动并记录整个运动，所获得的完整轨迹按照时间顺序
12、点列储存在计算机中，然后再回放出来控制机器人运动。为了记录轨迹上的许多点的数据，这类机器人需要足够大的存储器。三、计算题19 【正确答案】 (1)两级齿轮传动系的实际速比 据最佳速比分配条件 i2 i2 2486324615 所以验算后确定符合最佳速比。(2)最大位移量 20 【正确答案】 根据转速 n 的计算公式，脉冲数T时钟脉冲频率001210 62000021 【正确答案】 22 【正确答案】 四、简单应用题23 【正确答案】 积分波形图如图所示。工作过程如下：转换开始后，首先使积分电容完全放电，并将计数器清零。然后使开关 K 先接通输入电压 Ui，积分器对 Ui 定时积分，当定时 T0
13、 到时，控制逻辑使 K 合向基准电压端，并让计数器开始计数，此时积分电容开始反向积分(放电)。至输出电压为零时，比较器翻转，控制计数器停止计数。24 【正确答案】 额定工况下：由于电动机带额定负载运行，根据 TC TNIa，电动机稳定运行时，电枢电流仍为 2A，因此电枢电压应为UC eNnI a(RaR )00820002(20 2)204(V)25 【正确答案】 各轴的运动距离为 4 04；y808 因此协调运动的容许最短时间 tmaxt v，t vy，t a，t ay4五、综合应用题26 【正确答案】 (1)开环传递函数数 GK(s) 剪切频率 c4082(s -1) 由 tanMM 102 06，故最大相位裕量 M456 由G(j c)1 得 K c，故此时的K 6804 (2) 静态加速度误差系数 KaK680427 【正确答案】 (1)PLC 系统资源分配表 启动按钮：000 停止按钮：001 电动机正转继电器：1000 电动机反转继电器：1001 (2)梯形图程序
