2002-2013年机电一体化系统设计自考历年真题及答案

第1页第2页第3页第4页第5页2012年4月机电一体化系统设计一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)1．用于承载、传递力和运动的模块是【A】A．机械受控模块B．驱动模块C．接口模块D．微计算机模块2．导轨副用于引导运动部件的走向，某配对导轨面具有相同记性装置，利用同型相斥原理使两导轨面脱离接触，该导轨属于【D】A．滑动导轨B．液体静压导轨C．气浮导轨D．磁浮导轨3．滚珠丝杠螺母副一般采取消除间隙和适当预紧的措施，主要方法有四种，其中最简单、尺寸最紧凑，且价格低廉的调整方法是【D】A．双螺母齿差式B．双螺母螺纹式C．双螺母垫片式D．单螺母变位导程自预紧式4．能消除零位输出和偶此非线性项，抵消共模误差，减少非线性，这种传感器性能改善措施是【B】A．平均技术B．差动技术C．开环技术D．闭环技术5．下列措施中能够减小直流伺服电动机机电时间常数的是【C】A．增加等效转动惯量B．增加电枢回路电阻C．附加速度负反馈D．减小电动机转矩系数分析：机电时间常数Tm=（Ra*J）/（Kt*Ke）。与机电时间常数Tm正比的是等效转动惯量J和电枢回路电阻Ra，因此增加它们不行，与Tm反比是电动机转矩系数Kt和电动机反电动势系数Ke。因此只有C正确。6．在小功率的PWM伺服放大器中，主回路经常使用的VDMOS代替IGBT，其中VDMOS的含义是【A】A．功率场效应管B．功率晶体管C．绝缘栅晶体管D．静电感应晶体管分析：书上没找到有关描述。不过MOS管是场效应管，因此只有A合适。上网查了一下，正确。第6页7．PID控制器中，I的含义是【B】A．比例B．积分C．微分D．前馈8．在具有位置换的全闭环交流伺服系统中，取自伺服电动机轴上编码器的反馈通道构成【B】A．位置环B．速度环C．电流环D．转矩环分析：“全闭环”是关键。在书上235页，容易忽略。9．满足中等性能要求的西门子S7系列模块化小型的PLC是【C】A．SIMATICS7--200PLCB．SIMATICNETC．SIMATICS7--300PLCD．SIMATICS7--400PLC10．设计梯形图时，串联一个动断触点0.00对应的助记符语句是【D】A．LD0.00B．LDNOT0.00C．AND0.00D．ANDNOT0.00分析：“动断触点”是关键语，就是常闭触点，动作以后才断开。二、简答题(本大题共8小题，每小题4分，共32分)11．伺服系统的工作特点是什么?12．简述通信模块及接口模块的作用。13．简述单波谐波齿轮传动和双波谐波齿轮传动的含义，并说明为什么双波谐波齿轮传动被广泛采用。14．三相感应电动机的定子与转子之间的气隙中有怎样的磁场，该磁场是如何产生的？15．简述反应式步进电动机的工作原理及其特点。16．步进电动机驱动器产品中的单脉冲方式与双脉冲方式有何不同，各自适合什么场合?17．选择采样周期应遵循的准则?l8．采用DDA法在两轴定为工作台上实现直线插补，采用常速度分布实现直线运动控制指令时，需要几个寄存器，如何分配和使用这些寄存器产生步进电动机的参考脉冲指令?题目分析：第7页问答题都比较简单，但是今年的题目和历年还是有些不同，出题专家花了功夫做调整。三、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)19．如题19图，„„（根据滚珠丝杠副的结构参数表）查得系数＝3,如果外部轴向力＝20000N，轴向预载荷力为10000N时，该滚珠丝杠副的传动刚度是多少?（本题与2006年的第24题类似，那道题仅轴向预载荷力为3000N）本题：查表得轴向位移系数是6.5倍轴向位移=6.5×3=19.5um传动刚度=20000/19.5=1025.641(N/um)本题可拿到5分20．增量式编码器与12cm直径的跟踪轮一起使用，编码器为5000线，是确定每个脉冲的位移，以及为了测量7m距离所需计数器的位数。答：每个脉冲的位移=（3.14*12）/5000=0.007536cm/脉冲测量7m（即700cm）所需脉冲数=700/0.007536=92887.43取整为9288892888大于2的16次方（用计算器，或记住2的15次方是32768，），小于2的17次方，因此所需计数器的位数为17位。以上题型比较新，没有对照的，也不知道对不对。给自己计算得3分。21．用步进电动机控制工作台的运动，（1）设步距角1.8度，细分系数5，丝杠镙距2mm，进给速度v=120mm/min，求进给频率f。（2）设8253芯片工作在方波发生器方式（方式3），GATE=1，CLK=2MHz，求时间常数寄存器的初值k。解：第8页（1）进给速度v=120mm/min=2mm/s细分后的步距角=1.8/5编码器旋转一周的脉冲数N=360/(1.8/5)=1000丝杠导程p=2mm脉冲当量=p/N=2/1000mm/脉冲v=f*p/N=2f/1000=2f=1kHz（2）k=2000000/1000=2000时间常数寄存器的初值k为2000以上题型也是原来没有的，书上只有部分相关内容，不知道对不对。做试卷的时候这个题没有全部完成，给自己计算得2分。22．某伺服系统结构如题22图所示，其中Gc（s）=K1，Gp（s）=K2/[s(T1s+1)],Gr(s)=λ1ss+λ2s(1)确定闭环系统稳定的条件(2)选择λ1和λ2的值，使θ（s）=0答：（1）稳定的条件：1-Gr（s）*Gp（s）=0即Gp（s）=1/Gr（s）=K2/[s(T1s+1)]=1/（λ1ss+λ2s）对应系数相等，K2=1，λ1=T1，λ2=1（2）答案有时间再补，或者哪位大侠给补上。这个题得3分这道大题一共得13分。四、简单应用题(本大题共3小题，每小题6分，共18分)23．采样保持器的作用是在A/D进行转换期间„„画出采样保持器的基本电路示意图，并说明其工作原理。第9页这个题目估计到要考，因此掌握的比较透彻。你想想，滤波电路部分，二阶的才考完，1阶的简单，从来没考过，考的可能性不大（但复习时还是要掌握）。采样保持器10年来考过一次，再考一次还是可能的。这个题有条线没画到位，得5分24．一台直流伺服电动机，保持额定电压为120V，电枢电阻200Ω，在额定负载转矩下运行时，电机转速为1000r/min，电枢电流为0.1A，求电机的理想空载转速是多少。该电机在额定电压下启动，启动电流是多少？解：Un=120V，Ra=200Ω，In=0.1An=（Un-Ra*In）/Ke=1000（r/min）计算得Ke=0.1n0=Un/Ke=120/0.1=1200（r/min）启动电流Id=Un/Ra=0.6（A）25．设1个6轴的运动控制系统，起始坐标为(1，2,3,„„)，终点坐标为(„„)，各轴vmax都为±4，amax均为±6，求协调运动的最短时间。这个题答案是2秒本题得6分自己计算这道大题得17分。五、综各应用题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)26．控制系统的结构图如题26图所示，已知G(s)=1/[s(Ts+1)]=G(s)=1/[s(0.02s1)]=，Gc(s)=Kp(11/τs)(1)Kp和τ的值，使在剪切频率ωc=10/s时相位裕量φ最大；(2)求最大相位裕量φM；第10页解答：（1）按208页公式6-29已知ωc和T，得τ=0.5按208页公式6-30，TanφM=1/2（„„）=24用计算器计算，φM=67.38度这道题得10分，题目比预想的要简单。这次考试对传递函数考的不深，但是新型题目有几个。总体题目偏难。27．设计两台电动机联动的PLC控制系统，M1和M2有各自的启动和停止按钮，要求M1启动10秒后M2才能启动，M2不停止M1不能停止。试完成设计任务：(1)列出PLC系统资源分配表。答：（1）资源分配表0.00M1启动按钮0.01M1停止按钮0.02M2启动按钮0.03M2停止按钮10.00M1电机继电器10.01M2电机继电器TIM001M2延时启动延时时间（2）梯形图要点：M2的常开，并联在M1的停止按钮上。这道题得9分本道大题得19分。(2)画出梯形图程序。第11页第12页第13页第14页第15页第16页第17页第18页第19页第20页二、简答题（本大题共8小题，每小题4分，共32分）11、处理“机”与“电”关系采用哪些设计思想？12、机电一体化设计过程包括哪些内容？第21页13、试说明液体动压支承的工作原理。14、什么是直流伺服电动机？它有怎样的工作特点？15、永磁式步进电动机的结构及特点是什么？16、步进电动机的单、双极性驱动电路，各自的特点是什么？适用范围是什么？17、半闭环控制系统的定义及特点是什么？18、数控机床通常采用插补器生成运动控制指令，其中插补的概念是什么？第22页第23页24、某他励直流电动机，电枢电阻为0.4,额定电压为220V，额定电流为40A，额定转速为1000r/min,负载转矩为恒转矩负载，大小为额定转矩的一半，求此时电动机在额定电压下的转速和电枢电流的大小。25、考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为（0,0）,终点坐标为（12,10）,两轴速度限制分别为8,6maxmaxyxVV，加速度限制分别为3,2maxmaxyxaa。试设计三次多项式样条函数点位控制指令。第24页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5s再反转5s,如此重复3次后自动停止。试完成设计任务：（1）列出PLC系统资源分配表；（2）画出梯形图程序。第25页第26页第27页第28页第29页第30页第31页2009年4月自学考试全国机电一体化系统设计试卷(课程代码2245)一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1．系统中用于提供驱动力改变系统运行状态，产生所希望运动的模块称为【】A．驱动模块B．接口模块C.微计算机模块D．测量模块2．根据传动轴的不同特点，可选用不同类型的传动部件。要求传动轴相交的传动部件为【】A．直齿圆柱齿轮B．斜齿圆柱齿轮C．直齿锥齿轮D．蜗轮蜗杆3．齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是【】A．调整中心距法B．选择装配法C．带锥度齿轮法D．压簧消隙结构4．某光栅的条纹密度是l00条mm，要用它测出1m的位移，应采用的细分电路是【】A．四倍频B．八倍频C．十倍频D．十六倍频5．下列电动机中，没有绕组和磁极的电动机是【】A．直流电动机B．超声波电动机C．永磁同步电动机D．交流感应电动机6下列操作中．可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是【】A.增大电枢电阻B.减小电枢电压C．增大电枢电压D.减小电枢电阻7．采样一数据系统中，若考虑系统的抑制干扰能力时，采样速率应为闭环系统通频带的【】A.10倍以上B．5倍C.2倍D.(0.1～1)倍8.自动导引车在平面上运动，一般具有的运动自由度是【】A．2个B．3个C.4个D．6个9.属于模块化小型PLC，并能满足中等性能应用要求的PLC系统是【】A．SIMATICS7-200PLCBSIMATICS7-300PLCCSIMATICS7-400PLCD.SIMATICNET10．载入一个动合触点的指令是【】A．OR0.00B．LDNOT0.00C．AND0.00D.LD0.00二、简答题(本大题共8小题，每小题4分，共32分)11．机电一体化的所渭“4A革命”是指什么?12.机电一体化设计中，“增强机械系统”的设计思想是什么?13．试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。14．他励式直流电动机电枢接额定电压情况下空载运行，如果励磁线圈突然断线，电机是否会停转?为什么?15．怎样控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向?16．什么叫作步距角?它与哪些因素有关?若系统的步进电动机选定以后，还想进一步第32页减小步距角，可采用何种方法?17．在实际系统中，数字PID控制器的两种实现方式是什么?18．机器人按照控制水平可以分为哪三种类型?哪