1、全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 6 及答案与解析一、单项选择题1 数学模型中的所有系数都为常量(与时间无关)的系统称为 【 】（A）确定性系统（B）随机系统（C）时变系统（D）定常系统2 线性定常确定性动态系统的数学模型一般为 【 】（A）代数方程组（B）微分方程组（C）常系数线性微分方程组（D）以上答案都不正确3 机电一体化系统结构中，【 】的功能是采集有关系统状态和行为的信息。（A）测量模块（B）驱动模块（C）微处理机模块（D）接口模块4 按照预先规定的次序完成一系列操作的系统是 【 】（A）顺序控制系统（B）计算机集成制造系统（C）柔性制造系统（D）伺服系统5 【 】是一种可编程
2、机械手，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。（A）顺序控制系统（B）工业机器人（C）柔性制造系统（D）伺服系统6 机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机与负载之间经常需要 【 】（A）匹配转矩和转速（B）增加传动功率（C）缩小传动功率（D）维持转速恒定7 在齿轮传动中，若总速比一定，则齿轮传动随着传动级数的增加 【 】（A）总转动惯量减小，传动效率降低（B）总转动惯量增大，传动效率增加（C）总转动惯量增大，传动效率降低（D）总转动惯量减小，传动效率增加8 在滚动导轨中，计算出的每个滚动体所承受的许用载荷P 与最大载荷 Pmax 的关系为
3、【 】（A）PP max（B） PP max（C） PP max（D）PP max9 某光栅的条纹密度是 50 条毫米，光栅条纹间的夹角 0001 弧度，则莫尔条纹的宽度是 【 】（A）10mm（B） 20mm（C） 100mm（D）50mm10 若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用 【 】（A）莫尔条纹的作用（B）细分技术（C）数显表（D）计算机数字处理二、简答题11 机电一体化的设计依据及评价指标包括哪几个方面?并简要说明。12 谐波齿轮传动与普通齿轮副传动相比具有什么特点?13 刚度和转动惯量对传动系统有哪些影响?14 什么是传感器的误差?精度的表示方法有哪些?15 传感器系统
4、的动态特性的频域指标包含哪些内容?16 在选择放大器的开关频率时，应考虑哪些方面?17 根据系统中传递信号的形式不同，伺服系统可分为哪几类?它们的输入信号分别是什么?18 描写顺序控制的方法有哪些?三、计算题19 某机床 轴向进给系统减速器的总速度比要求为 256，取二级减速，试设计确定各齿轮的齿数。20 双谐波齿轮的柔轮的齿数为 zR80，刚轮齿数 zG100，波形发生器转速nH1000r min 。 试求： (1)柔轮固定、波形发生器输入时，刚轮的转速。 (2)刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮的转速。21 三相交流感应电动机，电源频率为 50Hz，空载转速为 980rmin。 (1)该电动
5、机为几极，空载转差率是多少? (2) 若最大转矩(T max)时对应的转差率为 01，则该电动机稳定运行的转速范围是多少? (3) 最大转矩时，转子绕组电势频率为多少?22 光电编码器作为位置反馈的伺服系统中，若滚珠丝杠螺距为 5mm，光电编码器的分辨率为 500 脉冲转，参考输入脉冲为 1500 脉冲秒，求工作台的线速度。四、简单应用题23 某直流电机伺服系统结构如图所示，已知：TM 005s，R a4，K vKt01N.mA，KfO1V.srad，KP一 10Vrad，试求： (1)T d0002N.m 时，系统的稳态误差 essT。 (2)伺服刚度KR。24 采用数字微分分析法产生某常速
6、度分布情况的控制指令信号方案。位置寄存器P 和速度寄存器 V 的字长为 16 位带符号小数，V 中的二进制小数为0000000101001112，时钟频率为 10000Hz，P 寄存器的初始内容为 0，试求： (1)P寄存器产生第一个溢出脉冲时所需的加法次数。 (2)完成 588647 次加法所输出的脉冲数。25 生成下列等加速度分布指令信号：假设步进电动机步进角为 18，由零初始速度加速 01s 达到 10rmin，然后恒速度 100r min 维持 3s。最后 01s 到停止位置，减速度与初始速度相等，时钟信号频率为 1000Hz，寄存器字长为 16 位带符号小数，希望在产生该速度分布时只
7、改变加速度寄存器 A 的内容，求 A 寄存器中设置的希望值及每一段由设置信号引起的加法次数。五、综合应用题26 用 PLC 设计三相鼠笼式异步电机正反转、停止的控制图。试求：(1)绘出 PLC 的梯形图。(2)写出对应的助记符指令程序。27 设计某机构按下列要求动作的 PLC 控制系统。动作要求：按一次起动按钮，机构上升至限定位置，停 3s，自动下降至原位后自动停。 (提示：原位置和上升限定位置采用行程开关检测。)试完成设计任务：(1)列出 PLC 系统资源分配表。(2)画出梯形图。全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 6 答案与解析一、单项选择题1 【正确答案】 D【试题解析】 数学模型中
8、的所有系数都为与时间无关的常量的系统称为定常系统，又称为时不变系统。2 【正确答案】 C【试题解析】 根据系统工作的物理原理或通过实验，可以直接列写和推导出线性定常确定性动态系统的数学模型。该数学模型一般为常系数线性微分方程组，并进一步通过拉氏变换，导出系统传递函数。3 【正确答案】 A【试题解析】 机电一体化系统结构中，测量模块的功能是采集有关系统状态和行为的信息，由传感器、调理电路、变换电路等组成。4 【正确答案】 A【试题解析】 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统。在顺序控制系统中，每一步操作都是一个简单的二进制动作。5 【正确答案】 B【试题解析】 工业机器人是一类数
9、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。6 【正确答案】 A7 【正确答案】 A【试题解析】 一般说，齿轮传动的总等效惯量随着传动级数增加而减小，但传动效率随着传动级数增加而降低，齿隙和摩擦的来源也随之增加。因此，在设计齿轮系传动部件时，应在传动级数和传动比的分配方面综合权衡。8 【正确答案】 B9 【正确答案】 B【试题解析】 由 W ，可得 W 20(mm)10 【正确答案】 A【试题解析】 光栅莫尔条纹的特点是起放大作用，即利用光的干涉现象把光栅间距放大许多倍，大大减轻了电子线路的测量难度。二、简答题11 【正确答案】 机电
10、一体化的设计依据及评价指标包括：(1)系统功能。即所设计的产品它应具有哪些基本功能和主要操作。(2)性能指标。当系统功能决定后，每一项功能都应满足一定的性能指标。(3)使用条件。任何系统都是在一定条件下运行的，其中包括客观的环境条件和主观的人员因素等。(4)社会经济效益。成本概算不仅要考虑产品本身材料和元件的价格，而且要考虑生产该产品的生产设备和工具，以及产品推向市场前的开发费用、保险消耗以及未来购买者的维修消耗。12 【正确答案】 (1)结构简单，体积小重量轻，传动效率高。(2)传动比范围大。(3)同时啮合的齿数多，运动精度高，承载能力大。(4)运动平稳，无冲击，噪声小。(5)齿侧间隙可以调
11、整。(6)可实现向密闭空间传递运动及动力。(7)可实现高增速运动。(8)方便地实现差速传动。13 【正确答案】 因为谐振频率的平方正比于刚度与惯量之比，所以，只有在高刚度和低转动惯量的条件下，才能保证足够高的谐振频率。刚度低，引起系统稳定性下降，与摩擦一起产生反转误差，以及造成系统在平衡位置附近振荡。转动惯量低，可以增加电动机的驱动加速度，从而提高系统的快速性。14 【正确答案】 传感器的误差是指测量值与理想值之差。精度可以采用以下任一方法表示：(1)以被测变量表示；(2)满量程的百分数；(3)实际输出的百分数。15 【正确答案】 (1)谐振角频率；(2)谐振峰值；(3)复现频率；(4)闭环截
12、止频率。16 【正确答案】 在选择放大器的开关频率时，应考虑以下几方面：(1)开关频率应尽可能高。应该在所选频率下，使电枢电感的感抗远大于电枢电阻，以使电流变化尽可能小。这对希望低速轻载时电流电源连续尤为重要。(2)开关频率必须比系统通频带大 10 倍以上，以免影响系统性能。(3)开关频率必须远大于各环节的共振频率。(4)在满足前三条的前提下，应尽量选择较低的开关频率，以降低开关元件的开关损耗。17 【正确答案】 根据系统中传递信号的形式，伺服系统可分：(1)模拟式伺服系统。其输入信号为模拟信号；(2)参考脉冲系统。其输入信号为数字脉冲信号；(3)采样一数据系统。其输入为上位机生成并经过精插补
13、的参考指令。18 【正确答案】 描写顺序控制的方法包括语句表、流程图、梯形图、顺序功能图、状态图、过程定时图以及逻辑语句。三、计算题19 【正确答案】 简化的最佳速比分配关系为： t 2 取二级减速，则有： ii 1i1 解之得：i 1181 取 i145 24 则 i2所以减速齿轮齿数分别为 z124，z 245，z 327，z 46020 【正确答案】 (1)柔轮固定、波发生器输入时 nG200r min (2)刚轮固定、波发生器输入时 nR250rmin21 【正确答案】 (1)因电动机的空载转速 n980rmin 则其同步转速，n0980rmin。 故 p 306 通过计算得只有 p3
14、 时，转差率最小，而 p2 或 1 舍去。 该电动机为六极。 空载时转差率为 s1002 (2)该电动机的理想转速 n1 为 1000rmin，转差率为01 时，电动机的转速 n 为 nn 1(1s)1000(101) 900(rmin) 所以电动机稳定运行的转速范围为 900980rmin。 (3)最大转矩时，转子绕组的电势频率为 f 1 s.f01505(Hz)22 【正确答案】 脉冲当量为 001( 毫米脉冲) 则工作台的线速度为 vf001150015(mms)四、简单应用题23 【正确答案】 (2)伺服刚度为 KR 025(N.mrad)24 【正确答案】 (1)V 00000001
15、0100111 21672 -15 00050964356(脉冲加) P 中产生第一个溢出脉冲所需加法次数为 N1： N1 19622 取 N1197 (2)设完戚 588647 次加法所输出的脉冲数为 N2： N 2588647.V58864700050964356 3000002 取 N2300025 【正确答案】 第一段 0t01s a 1 3333310 -3(脉冲加 2)采用 16 位带符号小数表示寄存器 A 中的值，由于 a 13333310 -310922666672 -15(脉冲加 2) 截断取整后： A 11092 -15 00000000011011101 2(脉冲加 2)
16、 01s 时间间隔内，加法次数为 N1011000 100(加) 100 次加法后，实际达到的速度为： V 1N 1A1109002 -15(脉冲加 ) 03326416( 脉冲加) 19958496( 脉冲分钟) 第二段01t31s A 20，N 2310003000(加) 第三段 31t3 2s A3A 11092 -15(脉冲加 2) N3N 1100(加 ) 这样所有三段 A 值及加法运算次数 N 分别为： A 11092 -15，A 20，A 31092 -15 N1100，N 23000，N 3100五、综合应用题26 【正确答案】 (1)梯形图如图所示，其中 X1 为正转按钮， 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。(2)指令程序为 LD X1 OR Y1 AND NOT X3 AND NOT Y2 OUT Y1 LD X2 OR Y2 AND NOT X3 AND NOT Y1 OUT Y2 END27 【正确答案】 (1)资源分配表 000 起动按钮 001 上限位行程开关 002 原位行程开关 1000 上升电机(正转)继电器 1001 下降电机(反转)继电器 (2)梯形图如图所示。
