1、全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 7 及答案与解析一、单项选择题1 下列不属于机械受控和驱动模块的性能评价指标的是 【 】（A）动力特性（B）承载能力（C）自动化程度（D）噪声2 齿轮传动的总等效惯量与传动级数 【 】（A）有关（B）无关（C）在一定级数内有关（D）在一定级数内无关3 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和 【 】（A）内循环插管式（B）外循环反向器式（C）内、外双循环式（D）内循环反向器式4 长光栅的测量精度可达 【 】（A）1m（B） 1cm（C） 1mm（D）1m5 电荷放大器的输出电压与引线电容和反馈电容之间的关系分别为 【 】（A）反比，无关（B）正比，无
2、关（C）无关，反比（D）无关，正比6 同步电动机驱动方式的永磁同步电动机常用的工作方式是采用【 】来供给定子绕组。（A）脉宽调制(PWM)电压（B）三相正弦脉冲宽度调制(SPWM)电压（C）直接驱动电压（D）变频控制电压7 某三相步进电动机，转子 48 个齿，双三拍通电时，其步距角为 【 】（A）125（B） 25（C） 2（D）58 步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域，称为 【 】（A）死区（B）振荡区（C）动稳定区（D）平衡区9 通用工业机器人属于 【 】（A）点位控制机器人（B）连续路径控制机器人（C）控制路径机器人（D）以上选项均错误10
3、下列选项中表示逻辑函数“或” 功能的是 【 】（A）（B）（C）（D）二、简答题11 什么是系统?12 典型的机电一体化系统有哪几种形式?13 为什么要消除齿轮副间隙?常用什么方法消除间隙?14 滚珠式滚动导轨和滚柱式滚动导轨各有什么特点?15 实际使用时，还可以采取哪些技术措施来改善传感器的性能?16 步进电动机与一般伺服电动机比较具有哪些明显的特点?17 运动控制中的“ 路径” 与 “轨迹”有何不同?18 什么是 PLC 的扫描工作制?三、计算题19 如图所示双波传动谐波齿轮减速器的原理图。已知：柔轮的齿数为 200，刚轮的齿娄 202，波形发生器的转速为 1280rmin。试求： (1)
4、刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮输出的转速。 (2)柔轮固定、波形发生器输入时，刚轮输出的转速。20 转子为 40 齿的三相变磁阻步进电动机，当采用 6 拍运行时，试求：(1)电动机在该运行状态下的步距角。(2)控制脉冲频率 f1000Hz 时，电动机的转速。21 三相交流感应电动机，电源频率为 50Hz，空载转速为 1450rmin。(1)该电动机为几极，空载转差率是多少?(2)堵转时，定子、转子绕组电势频率各为多少?(3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?22 对于 1000 线的编码器，采样周期 T4ms。试求：(1)轴的转速为 1800rmin 时所产生的计数。(2)产生 100
5、 计数时的转速。四、简单应用题23 在 y 平面内，以 10cms 的恒速由点(2 ，4)到点(16，10)的作直线运动，采样周期 002s。试导出 (t)和 y(t)在这两点之间的直线插补公式。24 考虑 y 平面上的直线运动路径，起始点坐标为(5，1)，终点坐标为(1，2)，设两轴最大加速度 amaxa ymax6 ，试设计三次多项式样条函数点位控制指令。25 根据下列指令程序画出对应的梯形图。五、综合应用题26 某位置反馈系统如图所示，已知：电动机时间常数 T02s，K 101V ()，K2400(rmin)V，K 305(r.min -1.s)，试求： (1)0 时，系统的最大超调量
6、和调整时间 Ts(按2计算)。 (2)欲使系统具有最佳阻尼比，增设转速负反馈校正，确定 的值。 (3)校正后，系统的开环增益 K 及单位速度输入时的稳态误差。27 设计一台电动机按要求动作的 PLC 控制系统。具体要求：系统只有一个按钮。按一下，电动机正转 10s 再反转 10s 后自动停止。试完成设计任务：(1)列出 PLC 系统资源分配表。(2)画出梯形图。(3)写出对应的助记符指令程序。全国自考（机电一体化系统设计）模拟试卷 7 答案与解析一、单项选择题1 【正确答案】 C2 【正确答案】 C3 【正确答案】 D4 【正确答案】 D5 【正确答案】 C【试题解析】 由 Uout 可知，电
7、荷放大器的输出电压与压电传感器的电荷成正比，与反馈电容成反比，而与引线电容和放大器的输入电容无关。6 【正确答案】 B7 【正确答案】 B【试题解析】 由步距角的计算公式得8 【正确答案】 C【试题解析】 当步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态下不引起失步的区域，称为动稳定区。9 【正确答案】 C【试题解析】 机器人按照控制水平可以分为三种不同类型：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控制路径机器人。通用工业机器人都属于这一类。这
8、类机器人通常具有 6 个自由度，一般要求闭环控制以实现和保持希望的直角坐标轨迹。10 【正确答案】 C二、简答题11 【正确答案】 从广义上说，系统可以定义为两个或两个以上事物组成的相互依存、相互作用，共同完成某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一整体的总称。在工程领域，系统可以是机械的、电力的、电子的，其他物理的(声、光、热等)、化学的、生物的、医学的或者是这些系统的某种组合。12 【正确答案】 典型的机电一体化系统有下列 7 种形式：(1)机械手关节伺服系统；(2)数控机床；(3)工业机器人；(4)自动导引车；(5)顺序控制系统；(6)数控自动化制造系统；(7)微机电系统。13 【正确答
9、案】 在传动过程中齿轮副的间隙使得主动轮突然改变旋转方向时，从动轮不能立即随之反转，而是有一个滞后量，造成齿轮传动的回差。这种非线性因素将会影响全闭环伺服系统的稳定性。为了消除齿轮副间隙通常采用刚性调整法和柔性调整法。14 【正确答案】 滚动导轨副按其滚动的类型可分为滚珠式和滚柱滚针式。滚珠式结构简单紧凑，制造容易，成本较低；但由于是点接触，刚度和承载能力相对较低，适合在载荷不大的情况下使用。滚柱式，特别是交叉配置的滚柱式导轨副为线接触，能多向受力，故刚度和承载能力在相同直径滚动体的条件下均比滚珠式大，导向性能也较好，但滚柱对导轨面的平行度误差较敏感，易产生侧向偏移和滑动而引起应力集中和磨损，
10、故滚柱易制成腰鼓形(中间直径比两端的大 002mm)。滚针式和滚柱式相比，它适用于尺寸受限制的场合。15 【正确答案】 (1)差动技术。可消除零位输出和偶次非线性项，抵消共模误差，减小非线性。差动技术在电阻应变式、电感式、电容式等传感器中得到了广泛应用。(2)平均技术。常用的平均技术有误差平均效应和数据平均处理。误差平均效应的原理是利用 n 个传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这些单元输出的总和。这在光栅、感应同步器等栅状传感器中都取得明显的效果。数据平均处理是在相同条件下测量重复 n 次，然后取平均值。大多数情况下平均技术可使随机误差近似减小 倍。 (3)稳定性处理。传感器作为长期使用
11、的元件，其稳定性显得特别重要。为提高传感器性能的稳定性，应该对其进行必要的稳定性处理。如结构材料的时效处理、电子元件的老化筛选等。 (4)屏蔽、隔离。屏蔽、隔离措施可抑制电磁干扰。另外，如隔热、密封、隔振等措施可削弱温度、湿度、机械振动的影响。 (5)闭环技术。将反馈控制技术与传感器相结合，可构成闭环测量系统。闭环测量系统具有精度高、灵敏度高、稳定可靠等优点。16 【正确答案】 步进电动机与一般伺服电动机比较，具有一些明显的特点：可以实现直接数字控制，在开环系统中可以达到高精度的定位和调速，位置误差不会积累。17 【正确答案】 路径只代表与轨迹有关的位置信息；轨迹是代表在空间直角坐标系或机器人
12、连杆坐标系中运动的位置一时间曲线，是具有适当速度和加速度信息的路径。18 【正确答案】 PLC 的扫描工作制是指检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令，都是按定义和设计，连续和重复地进行的。三、计算题19 【正确答案】 (1)刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮输出的传动比：则刚轮固定、波形发生器输入时，柔轮输出的转速： (2)柔轮固定、波发生器输入时，刚轮输出的转速： n G 1280 1267(r min)20 【正确答案】 (1)步距角为 (2)电动机的转速为 n 250(rmin)21 【正确答案】 即该电动机为四极。 空载时转差率为： s1 0 033 (2)堵转时：s1 定子绕
13、组电势频率 f150Hz ，转子绕组电势频率 f2s.f 150Hz (3)空载时： 定子绕组电势频率 f150Hz，转子绕组电势频率： f 2s.f 1003350Hz165Hz22 【正确答案】 四、简单应用题23 【正确答案】 所以递推公式为24 【正确答案】 可得 轴、y 轴的控制指令表达式为25 【正确答案】 梯形图如图所示。五、综合应用题26 【正确答案】 (1)当 0 时，系统的闭环传递函数得 n 10(s -1)，2n5， 故 025 45 Ts 16(s) (2)增设转速负反馈校正后，系统的闭环递函数为 n10s -1，最佳阻尼比0707 由 2n2070710 14145(1 400) 得 000475V(r.min -1) (3)校正后，系统开环传递函数单位速度输入时的稳态误差 ess 014(s)27 【正确答案】 (1)资源分配表：000 按钮 1000 正转继电器 1001 反转继电器 TIM001 正转定时 TIM002 反转定时 (2) 梯形图如图所示。(3)助记符指今程序：LD 000OR 1000AND NOT TIM 001OUT 1000TTM 001 #100LD TIM 001OR 1001AND NOT TIM 002OUT 1001TIM 002 100
