1、全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 5 及答案与解析一、单项选择题1 下列选项中与机械特性硬度无关的是 【 】（A）电枢电压（B）电枢电阻（C）电动机反电动势系数（D）电动机转矩系数2 当直流伺服电动机电磁转矩恒定时，电动机转速随控制电压变化的关系曲线称为 【 】（A）直流伺服电动机机械特性（B）动态特性（C）失灵区（D）直流伺服电动机调节特性3 某 4 极交流感应电动机，电源频率为 50Hz，转速为 1470rmin，则转差率为 【 】（A）001（B） 003（C） 002（D）0044 某交流感应电动机，实际转速为 1350rmin，电源频率为 50Hz，则其极数为 【 】（A）1（
2、B） 2（C） 3（D）45 某步进电动机有 48 个齿，采用五相十拍方式运行，其步距角为 【 】（A）075（B） 15（C） 6（D）36 属于变磁阻一类的电动机是 【 】（A）永磁同步电动机（B）步进电动机（C）直流电动机（D）交流感应电动机7 某三相步进电动机，转子有 40 个齿，欲使其步距角为 05，应采用的通电方式为 【 】（A）单拍制（B）双拍制（C）单双拍制（D）细分电路8 某步进电机三相六拍运行时的步距角为 6，则三相双三拍运行时的步距角为 【 】（A）1（B） 3（C） 6（D）129 PID 控制器中 I 的主要作用是 【 】（A）提高系统一个无静差度（B）增加系统通频带
3、（C）加快系统调整时间（D）缩小系统伺服刚度10 一般来说，如果增大自然频率 n 的数值，则动态性能指标中的调整时间 Ts 将 【 】（A）增大（B）减小（C）不变（D）不定二、简答题11 什么是工业机器人?12 传统的工程设计方法与机电一体化的工程设计方法之间有什么不同?13 什么是系统的数学模型?14 试说明机电一体化产品从设计到市场成熟经历的阶段。15 滚动摩擦支承轴系有哪几种主要结构类型?16 静压支承与动压支承的工作原理有什么不同?17 双波传动谐波齿轮减速器如何消除传动间隙?18 选择传感器应主要考虑哪些因素?19 机电一体化系统中，需要测量的常见物理量有哪些?三、计算题20 光电
4、编码器作为位置测量反馈的参考脉冲系统中，参考脉冲频率 f1000Hz，光电编码每旋转一周，输出脉冲 2000 个。已知滚珠丝杠导程 P2mm，试求工作台的移动速度。21 简化布尔代数方程：F22 某测速发电机的电动势系数为 005V(r.min -1)，角速度为 63rads ，试求测速发电机的输出电压。23 某 2 对磁极交流感应电动机，空载转速为 1200rmin，电源频率为 50Hz。试求：(1)空载转差率。(2)同步转速。(3)空载时转子绕组的电势频率。四、简单应用题24 三相反应式步进电动机，有 48 个齿。(1)试确定不同通电方式下，电动机的步距角。(2)若通以频率为 1000Hz
5、 的脉冲，试求不同通电方式下电动机的转速。25 采用 1000Hz 脉冲产生约为 10rmin 的常速度分布指令。步进电动机的分辨率为 720 步转，转速分辨率约为 07rmin，试求寄存器二进制形式的初值。26 在 y 平面内，由点 (0，0) 以 v1cms 的恒定速度运动到点(3，4)，若采样周期为 001s，试推导出两点间的直线插补公式。五、综合应用题27 如图所示某数控机床位置随动系统的结构图，试求： (1)系统的自然频率 n 及阻尼比 。 (2)系统对单位阶跃响应的最大超调量 及调整时间 Ts(取 5)。 (3)系统的静态误差系数 Kp、K v。28 设计一个 PLC 控制系统的抢
6、答器，如图所示，要求：有 4 个答题人；出题人提出问题，答题人按动抢答按钮。只有最先抢答的人输出；出题人按复位按钮，引出下一个问题。试绘出梯形图。全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 5 答案与解析一、单项选择题1 【正确答案】 A【试题解析】 机械特性硬度的计算公式为tan ，可知，B、C、D 三项均与其有关，所以选项 A 为正确答案。2 【正确答案】 D3 【正确答案】 C【试题解析】 根据空载时转差率公式：s1 ，可计算出转差率为 s1002。4 【正确答案】 D【试题解析】 由 n 得 p 2 即该电动机为 4 极。5 【正确答案】 A6 【正确答案】 B【试题解析】 步进电动机又称
7、为脉冲电动机，它采用变磁阻原理产生电磁转矩，将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。7 【正确答案】 D【试题解析】 步进电动机的步距角 s 由转子齿数 zr、控制绕组的相数 m 和通电方式系数决定，即 s ，可得 c 。式中，c 为通电方式系数，纯单拍或纯双拍时取为 1，单、双拍交替时取 2。三相反应式步进电动机的三相六拍通电方式的步距角比纯单拍或纯双拍通电方式的小一倍。既使采用单双拍步距角最小只能为 15 ，所以欲使其步距角为 05 ，应采用细分电路。8 【正确答案】 D【试题解析】 步进电动机的步距角 s 由转子齿数 zr、控制绕组的相数 m 和通电方式决定，即 s 。式中的通电方式系
8、数在纯单拍或纯双拍时取为 1，单、双拍交替时取 2。步进电动机的三相六拍通电方式的步距角比纯单拍或纯双拍通电方式的步距角小一倍。9 【正确答案】 A【试题解析】 PID 控制器中的 I 代表积分校正，它的主要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。10 【正确答案】 B【试题解析】 由 Ts 可知，如果增大自然频率 n 的数值，则调整时间 Ts 减小。二、简答题11 【正确答案】 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。12 【正确答案】 不同点如下表所示：13 【正确答案】 描述决定系统输入与输出
9、之间关系的数学方程式，称为系统的数学模型。根据数学模型的不同，系统可以分为静态的或动态的，线性的或非线性的，定常的或时变的，确定性的或随机的等。14 【正确答案】 机电一体化产品从设计到形成产品进入市场，再到产品走向成熟形成批量，一般要经历概念研究、实验室试验、工程模型、产生样机、检验机器工作性能、形成初级产品、进行批量产品、降低成本八个过程。15 【正确答案】 (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。16 【正确答案】 液体动压支承的工作原理是斜板承载机理：若两平面之间的油
10、液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。气体动压支承的原理与液体动压支承的原理基本相同，在轴颈和轴瓦之间形成气楔。液体静压支承的工作原理如下：在油压的作用下，轴套内孔壁上的油腔与运动表面之间形成油膜。当轴的重量忽略不计时，油膜四周厚度相同，油腔没有压力差存在。当轴在径向载荷作用下，轴心下移，上油膜厚度大于下油膜，油腔产生压力差，将轴托起，使之回到平衡位置。液体静压支承的特点是精度高、刚度大、抗震性好、摩擦力矩小，用于中低速重载高精度的机械设备。气体静压支承的原理与液体静压支承的原理基本相同，它的结构形式有联结双半球式和球面式两种。17 【正确答案】 消除传动间隙通常从以下两个方面入手
11、：其一是采用无间隙花键、过盈配合、销钉等方式连接柔轮和轴；其二是将齿轮按照无间隙加工，由于存在柔性构件，这种无齿隙啮合传动不会有任何问题。18 【正确答案】 选择传感器主要依据的是传感器的性能要求，包括：(1)量程足够，灵敏度高；(2)精度适当，线性度好；(3)响应时间短，通频带宽；(4)稳定性好，具有一定的过载能力；(5)经济实用，成本低，寿命长。19 【正确答案】 机电一体化系统中，被测量的主要是一些机械量，如位移、速度、加速度、力等。三、计算题20 【正确答案】 脉冲当量为2N220000001( 毫米脉冲)工作台的移动速度为vf000110001(mms)21 【正确答案】 22 【正
12、确答案】 测速发电机的转速为 n 602(rmin) 则输出电压为 EK E.n005602301(V)23 【正确答案】 (1)电动机极对数 p2 转速 n1200rmin 空载转差率(2)s(n 0n)n 01nn 0 n0n(1s)1200(1 02) 1500(rmin) (3)因电源频率为 50Hz，所以定子绕组由电势频率为 f150Hz 则转子绕组的电势频率为 f 2s.f 1025010(Hz)四、简单应用题24 【正确答案】 (1)单、双三拍通电时： 25 三相六拍通电时： 125 (2)当 f1000Hz，单、双三拍通电时： n 4167(rmin) 三相六拍通电时： n 2
13、083(rmin)25 【正确答案】 设寄存器十进制形式的初值为 a，寄存器位数为 b，则有如下关系：步进电动机的速度分辨率为： 07 2 b119 b 应取整，故 b7 步进电动机的转速为 所以 a1536 则 a15 15D1111B，即寄存器二进制形式的初值为 1111B。26 【正确答案】 ( f，y f)(3，4)，( 0，y 0)(0，0)故递推公式为 n n-1 n-1yny n-1yy n1五、综合应用题27 【正确答案】 闭环传递函数 (1)自然频率 n3s -1 由 2n1 得 0167(3)开环传递函数 G(s)Kp K v928 【正确答案】 设 Y4 为出题人复位继电器，则抢答器的梯形图如图所示。
