1、2015 年 4 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 包括系统的操作指令和预先定义的各种算法，负责控制微计算机模块工作的模块为【 】（A）驱动模块（B）软件模块（C）通信模块（D）接口模块2 滚珠丝杠螺母副一般要采取消除间隙和适当预紧的措施，主要有四种方法，其结构简单、拆卸方便、工作可靠、刚性好，使用中不便于随时调整、调整精度较低的调整方法是 【 】（A）双螺母垫片式（B）双螺母螺纹式（C）双螺母齿差式（D）单螺母变位导程式3 已知双波传动谐波齿轮的柔轮齿数 zR200，刚轮齿数 zG202。当刚轮固定，波发生器输入，柔轮输出时，谐波齿轮传动速比 iHR 为
2、【 】（A）50（B） 50（C） 100（D）1004 下列选项中能够测量直线位移的传感器是 【 】（A）旋转变压器（B）感应同步器（C）码盘式转速传感器（D）测速桥5 下列选项中可使直流伺服电动机的堵转转矩变小，且理想空载转速升高的操作是 【 】（A）增大电枢电压（B）减小电枢电阻（C）增大电枢电阻（D）减小励磁电流6 具有起动和运行频率较高、断电时无定位转矩、消耗功率较大等特点的变磁阻电动机是 【 】（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 在最佳阻尼比条件下，系统增益唯一取决于 【 】（A）速度开环增益（B）速度开环增益与电动机机电时间常数之比
3、（C）电动机机电时间常数（D）电动机机电时间常数与速度开环增益之比8 下列选项中运动控制水平最高的机器人是 【 】（A）控制路径机器人（B）点位控制机器人（C）连续路径控制机器人（D）物料搬运作业机器9 西门子公司产品：SIMATIC NET 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 载入动断触点 002 对应的助记符语句是 【 】（A）LD 000（B） AND NOT、002（C） LD NOT、002（D）LD 002二、简答题11 简述机电一体化设计中“替代机械系统” 的设计思想。12 简述机电一体化的含义。13
4、 滚动摩擦支承轴系采用滚动轴承支承。举例说明滚动摩擦支承轴系有哪几种主要结构类型?14 简述超声波电动机的工作原理及其特点。15 如何实现步进电动机的细分驱动?有何优点?16 简述闭环伺服系统中电流环的实质及主要作用。17 列出三相反应式步进电动机“三相双三拍” 控制的正向旋转 (从 A 相开始)相电流依次接通的顺序以及真值表。18 对于具有位置环的伺服系统，位置环的采样可以有两种设计方案：其一是取自伺服电动机轴上的编码器；其二是直接采自装在最后一级机械上的位置反馈元件，而电动机的编码器仅作为速度环的反馈。分析这两种方案中哪种能够实现高精度的位置控制?三、计算题19 如图所示为一机械装置的传动
5、示意图。已知电动机 M 的最大转速nmax1000rmin，驱动的两级齿轮：z 120，z 236，z 324 z 455，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)求工作台的最大位移速度 vfmax。20 如图为脉冲频率法转速测量原理图，用每转 3000 线的光电编码器测得电动机的转速为 3600rmin。求在 4ms 采样时间所测得的编码器脉冲数。21 已知步进电动机相电流接通顺序为 AABBBCCCAA，其转子齿数为 40。 求：(1)步距角 s。 (2)当输入脉冲频率 f100Hz 时，电动机的转速。22 某位置随动系统如图所示，已知：G(s
6、) ，G c(s)10008s，当系统输入单位阶跃函数时，求： (1)系统的闭环传递函数。 (2)该系统的自然频率n 和阻尼比 。四、简单应用题23 如图(a)所示为增量式光电编码器信号处理电路的原理框图。根据给定 a、b 点的波形图如(b)图，画出其余各点的光电输出波形图。24 一台他励直流电动机，额定电压 120V，额定电流 1A，额定转速 1000rmin，电枢绕组的电阻 20，电动机带动额定负载运行。分别采用两种方法将电机的转速降低至 900rmin。求：(1)采用降低电枢电压的方法进行调速，调速后电机的电压是多少?(2)采用在电枢绕组中串联电阻的方法进行调速，所需要串联电阻应为多少?
7、25 设有 y 平面上的直线运动路径，源点坐标为(1，1)，终点坐标为(4，19)，两轴只有加速度限制，其中 轴的加速度限制为2，y 轴的加速度限制为3。利用三次多项式样条函数生成点位控制指令，为保证所有轴的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 某控制系统的结构如图所示，已知：G(s) ，G c(s)K p(1 )，求： (1)使剪切频率c 5s-1 时相位裕量 M 最大的 Kp 和 。 (2)最大相位裕量 M。 (3)单位加速度输入时的稳态误差 essa。27 设计三台电动机控制系统，动作要求：按下起动按钮：M3、M1 运行 50s；换为 M1、M2 运行
8、 50s；换为 M2、M3 运行 50s；如此循环，任何时刻按下停止按钮全部停止。试完成设计任务：(1)列出 PLC 系统资源分配表。(2)画出梯形图程序。2015 年 4 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】 软件模块包括系统的操作指令和预告定义的各种算法，它负责控制微计算机模块工作。软件模块的特性和形式与所选用的微计算机模块密切相关。2 【正确答案】 A【试题解析】 双螺母垫片式调整方法的特点是结构简单，拆卸方便，工作可靠，刚性好；但使用中不便于随时调整，调整精度较低。3 【正确答案】 C【试题解析】 当刚轮固定，波发生器输入，柔
9、轮输出，则传动比为 iHR100。4 【正确答案】 B5 【正确答案】 D6 【正确答案】 C【试题解析】 反应式步进电动机的优点是结构简单，起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。7 【正确答案】 B【试题解析】 在最佳阻尼比的条件下，无论是自然频率 n，或者是系统增益 Kv都由速度环开环增益与电动机机电时间常数之比唯一确定。8 【正确答案】 A【试题解析】 机器人按照控制水平可以分为三种不同的类型：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
10、控制路径机器人。9 【正确答案】 D【试题解析】 “SIMATIC NET” 是全部网络系列产品的总称，能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间安全兼容。10 【正确答案】 C二、简答题11 【正确答案】 替代机械系统的设计思想是：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。12 【正确答案】 机电一体化是机械与电子的集成技术，是微电子技术、信息技术的快速发展并向传统机械产品渗透与融合的结果。13 【正确答案】 常用滚动轴承有两类：(1)标准滚动轴承，如圆锥孔双列圆柱滚子轴承、角接触球轴承、双向推力角接触球轴
11、承、圆锥滚子轴承等。(2)新型滚动轴承，如密集滚珠轴承、变预紧力轴承、转盘轴承等。14 【正确答案】 超声波电动机是利用压电陶瓷逆压电效应产生超声振动，并将这种振动通过摩擦耦合来直接驱动转子的旋转或滑块的位移。它具有低速转矩大、无电磁干扰、动作响应快、无输入自锁等特点。15 【正确答案】 实现细分驱动，就是要在每一个步距角 ，之内产生若干个合力矩为零的平衡点，可以通过改变电流的大小和通电相数、相序来实现。细分电路的优点是既提高了步进电动机的分辨率，又能平滑步进运动，减弱甚至消除震荡。16 【正确答案】 电流环的实质为控制转矩。主要作用：通过调节功率放大器输出电压，使得电动机的转矩跟踪希望的设定
12、值。17 【正确答案】 正转时，相电流接通顺序为 AB BCCA AB；真值表如下表所示。18 【正确答案】 位置环的反馈采样取自伺服电动机轴上的编码器，对传动链上的间隙及误差不能补偿克服，这种系统为半闭环的位置控制系统。位置环的采样直接采自装在最后一级机械上的位置反馈元件，而电动机上的编码器此时仅作为速度环的反馈，这样就可以消除机械上存在的一切间隙，并且还可以对机械传动上出现的误差进行补偿，达到真正全闭环的功能，这种系统称为全闭环伺服系统，能够实现高精度的位置控制。三、计算题19 【正确答案】 (1)由题可知，二级齿轮传动实际速比为 i 13620180 i2552422917 据最佳速比分
13、配条件： t2 2291422917 故符合最佳速比分配条件 (2)最大位移速度 vfmax最大位移速度vfmax 为 24242mmmin 或 2424 2mmin。20 【正确答案】 根据转速 n 的计算公式 n 得 N 1(nN t)60(36003000410 -3)6072021 【正确答案】 (1) s360(mz rc)360(3402)15 (2)n60f(mz rc)(60100) (3402)25(rmin)22 【正确答案】 (1)(s) G(s)1G(s)G c(s)2500(s 270s 2500) (2) n50(s -1) 2n25070，故 07四、简单应用题2
14、3 【正确答案】 24 【正确答案】 额定工况下： C eN 01 由于电动机带动额定负载运行，因此调速后 IaI N1A (1)降压调速后电机的电压为：UC eNnI aRa01900120 110(V) (2)在电枢绕组中串联电阻的方法进行调速，所串电阻为： R(UCn)IR(12001900)12010()25 【正确答案】 各轴的运动距离为： 413；y19118 因此，协调运动的容许最短时间tmax ta，t ay6五、综合应用题26 【正确答案】 (1)统开环传递函数 G K(s)G e(s).G(s)剪切频率 c5，故 08 由G(j c)1 得，2K p c，故Kp 25 (2)最大相位裕量tanM 1875， M619 (3) 单位加速度输入时，稳态误差 essa2K p08(22 5)01627 【正确答案】 (1)PLC 系统资源分配袁 起动按钮：000 停止按钮：001 M1电动机：1000 M2 电动机：1001 M3 电动机：1002 (2)梯形图程序
