1、全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 3 及答案与解析一、单项选择题1 自动洗衣机是【 】驱动顺序控制的实例。（A）事件（B）时间（C）微计算机（D）集成电路2 下列不属于脉动作用式波形发生器的是 【 】（A）机械滚子式波形发生器（B）液动式波形发生器（C）气动式波形发生器（D）电磁式波形发生器3 由电动机驱动的齿轮系，第一级齿轮的传动比为 2，则用简化的最佳传动比分配条件计算出的第二级传动比为 【 】（A）1（B）（C） 2（D）4 下列选项中与灵敏度表示同一概念的是 【 】（A）漂移（B）阈值（C）增量增益（D）线性度5 某光栅的条纹密度是 200 条毫米，光栅条纹间的夹角 0005 弧
2、度，则莫尔条纹的宽度是 【 】（A）100mm（B） 20mm（C） 10mm（D）1mm6 在转速为零时，电动机的堵转转矩 Tb 为 【 】（A）T b（B） Tb（C） Tb（D）T b7 步进电动机驱动电路提供的电流波形应尽量接近 【 】（A）恒流（B）正弦（C）余弦（D）矩形8 某步进电动机三相单三拍通电时的步距角为 5。，则双三拍通电时的步距角为 【 】（A）25（B） 5（C） 10（D）159 插补器的数字积分值等于 【 】（A）溢出脉冲数（B）积分余数（C）溢出脉冲数加余数（D）溢出脉冲数减余数10 PLC 适用于 【 】（A）顺序控制为主（B）数据采集为主（C）科学研究为主（
3、D）管理为主二、简答题11 机电一体化系统中，机械受控模块的作用是什么?12 机电一体化系统设计时应如何处理机与电的关系?13 机械传动系统对完成机械主要运动的主轴的要求包含哪些方面?14 步进电动机是如何实现速度控制的?15 伺服系统的性能指标包括哪些方面?它们分别包含哪些内容?16 什么是伺服系统的刚度?17 简述 PID 控制器中 P、 I、D 的作用。18 什么是连续路径控制?三、计算题19 某三相磁阻式步进电机，转子有 80 个齿，试计算单三拍、双三拍、六拍运行方式时的步距角。若要求电动机的转速为 20rmin，则各种运行方式下的通电脉冲频率各为多少?20 五相变磁阻式步进电动机，转
4、子有 72 个齿，最大静转矩为 1N.m。(1)若带动负载转矩为 09N.m，选择怎样的通电方式系数才能使其正常起动?(2)若要求电动机转速为 300rmin，计算输入脉冲的频率。21 系统开环传递函数 G(s) ，试绘制对数频率特性 L()、() ，并求出 c 及相角裕量 M。22 已知某环节的微分方程为 100c(t)100r(t)，求此环节的传递函数。四、简单应用题23 丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量 m200kg ，丝杠螺距 P5mm，丝杠长度 L08m，中径为 d30mm，材料密度为 7810 3kgm 3，齿轮齿数分别为 z120，z 245，模数 m2mm ，齿宽 b20mm
5、 。试求折算到电机轴上的总等效惯量 Je。24 如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为 m50kg，工作台与导轨间的摩擦系数 f01，负载力为 FW1000N，电动机的效率为 07，丝杠直径为 D16mm，丝杠螺距为 P4mm，齿轮减速比为 i5，工作台的最大线速度为 v004ms。 试求： (1)折算到电机轴上的负载力矩。 (2)电机轴的转速。(3)电机所需功率。25 光栅传感器的刻线数为 100 线毫米，设细分时测得莫尔条纹数为 400，试计算光栅位移是多少毫米? 若经四倍细分后，记数脉冲仍为 400，则光栅此时的位移是多少?测量分辨率是多少?五、综合应用题26 控制系统的结构
6、图如图所示，已知 G(s) ，G c(s)T s1。 (1)当T0 时，试确定系统的自然频率 n，阻尼比 和最大超调量 ； (2)欲使系统成为最佳阻尼比状态，试确定 T 值。 (3)校正后，系统的开环增益和单位速度输入时的稳态误差 essv。27 设计一个 PLC 控制系统控制电动机的正、反转以及停转，要求：正、反转控制互锁，试绘出梯形图，并写出助记符指令程序。全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 3 答案与解析一、单项选择题1 【正确答案】 B【试题解析】 根据如何开始和终结操作，顺序控制可以分为两类：(1)当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱动顺序控制。(2)在某一时刻或一定时间
7、间隔之后，开始或结束操作的称为时间驱动顺序控制。而自动洗衣机是最常见的时间驱动顺序控制的实例。2 【正确答案】 A3 【正确答案】 D4 【正确答案】 C5 【正确答案】 D【试题解析】 由莫尔条纹宽度公式得， W 1(mm)。6 【正确答案】 B7 【正确答案】 D【试题解析】 对步进电动机驱动电路有如下要求：(1)能够提供快速上升和快速下降的电流，使电流波形尽量接近矩形；(2)具有供截止期间释放电流的回路，以降低相绕细两端的反电动势，加快电流衰减；(3)功耗尽量低，效率要高。8 【正确答案】 B【试题解析】 步距角公式为 s ，当采用纯单拍或纯双拍时，通电方式系数 c 都为 1，因此双三拍
8、通电时步距角没有变化。9 【正确答案】 C10 【正确答案】 A二、简答题11 【正确答案】 机械受控模块代表系统的机械结构，又称为执行模块。其主要功能是承载、传递力和运动，如改变速度、远距离动作、力的放大和反馈、速度和力的参数调节、同步传动和传送物料等。该模块同时也起着外观、造型和防护的作用。12 【正确答案】 在进行机电一体化系统设计时，通常，应遵循如下原则来处理“机”与“电”的关系：(1)替代机械系统。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。(2)简化机械系统。在许多情况下，机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠微计算机和执行器可以提供诸如
9、轮廓、速度以及定位控制任务的功能。(3)增强机械系统。将正常设计的机械与闭环控制回路相组合，可以实现增强机械系统的运动速度、精度以及柔性，有关的部件可以做得更轻、惯量更小。(4)综合机械系统。采用嵌入式微处理系统，有能力械系统以及相关的功能。13 【正确答案】 包括四个方面要求：(1)回转精度含轴向精度；(2)静刚度；(3)动特性；(4)热特性。14 【正确答案】 步进电动机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度
10、和方向。15 【正确答案】 伺服系统的性能指标包括静态和动态两个方面。静态性能指标含静态误差和静态刚度；动态性能指标含系统的频带、阻尼比或时域指标，如过渡过程时间、超调量等。16 【正确答案】 伺服系统的刚度定义为输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩。17 【正确答案】 P 的作用是增加开环增益，降低系统稳态误差，增加系统通频带，但是会使系统变得不稳定。的作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个无静差度，但是使系统相位裕量减小，稳定性变差。D 的作用是给系统提供阻尼，增加稳定性，但同时增加了高频增益，使系统中的高频噪声放大，影响系统正常工作。18 【正确答案】 为了控制工具沿任意直线或曲
11、线运动，必须同时控制每一个轴的位置和速度，使得它们同步协调到达目标点。这样的运动控制称为连续路径控制。三、计算题19 【正确答案】 单、双三拍时： 六拍时：20 【正确答案】 (1)步进电动机的起动转矩欲使电动机正常起动，T st09N.m，故应取 c2 才行。 (2) 输入脉冲频率 f 3003600(Hz)21 【正确答案】 L()、()的特性曲线如图所示。M180( c)18090arctan(0 01 c) 90 arctan01 9057 84322 【正确答案】 在零初始条件下，对微分方程进行拉氏变换，有 s 2C(s)10sC(s)100C(s)100R(s) 根据传递函数的定义
12、，有 G(s)四、简单应用题23 【正确答案】 材料密度 7810 3kgm 3，齿轮的直径按分度圆直径计算，丝杠的直径按中径计算，得工作台折算到丝杠上的转动惯量为 J G 1310 -4(kg.m2) 折算到电机轴上的总等效惯量为 J e Jz1 (Jz2J sJ G) 39210 -5 (1010 -349610 -41310 -4) 3610 -4(kg.m2)24 【正确答案】 (1)折算到电机轴上的负载力矩为 摩擦负载力 Ffmgf 50100150(N) 外负载力 FW1000N 电机上的负载力矩为(2)电机轴的转速为 n50(rs)3000(r min) (3)电机所需功率为 P
13、m(1 5 25)2T m.n 取系数为 2，则 P m2T m.2n 20191250 120(W)25 【正确答案】 设光栅位移为 l，可得 100：1400 ：l 则 l4mm 四倍细分后，1mm，即细分后光栅位移为 1mm，分辨率为 25m五、综合应用题26 【正确答案】 (1)当 T 0 时，给定系统的闭环传递函数为(2)校正后，系统闭环传递函数为 T0048s (3)校正后，开环传递函数 开环增益 K144 对单位速度输入时，稳态误差为 essv 006927 【正确答案】 梯形图如图所示，其中 X1 为正转起动按钮， X2 为反转起动按钮，X3 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。助记符指令程序：LD X1OR Y1AND NOT X3AND NOT Y2OUT Y1LD X2OR Y2AND NOT X3AND NOT Y1OUT Y2
