2002-2011年机电一体化系统设计自考历年真题及答案资料.doc
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2007年4月自考全国机电一体化系统设计试题
课程代码：
2245
一、单项选择题（本大题共14小题，每小题1分，共14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．受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度的一种反馈控制系统称为【】
A．数控机床B．伺服系统
C．自动导引车D．顺序控制系统
2．若两平面之问的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。
利用这一原理设计出各种形式的滑动摩擦支承轴系为【】
A．液体静压支承B．气体静压支承
C．气体动压支承D．液体动压支承
3．对于减速传动系统，若最后一级的间隙对系统精度影响最大，则传动比【】
A．小于1B．等于l
C．大于1D．小于等于1
4．某光栅条纹密度为每lmm刻100条，光栅条纹的夹角为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度W为【】
A．0.1mmB．1mm
C．2mmD．5mm
5．某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。
该传感器为【】
A．旋转变压器B．感应同步器
C．光栅D．磁栅
二、名词解释题（本大题共5小题，每小题3分共15分）
15.线性系统、定常系统
16.齿轮系传动的最佳速比
17.直流伺服电动机的机械特性
18.直流电动机线性驱动电路
19.反应式步进动机
三、问答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）
20.简述典型机电一体化系统中的微处理机模块
21.题21图为步进电动机单极性驱动电路。
试简述图中VT、R、VD、和Rf的作用
22.在机电一体化系统设计中，“路径”和“轨迹”这两个概念之间有什么区别？
23.简述时间/事件驱动顺序控制系统的类型。
四、计算题（本大题共3小题，每小题5分，共15分）
2007年4月自考机电一体化系统设计参考答案
2006年4月自学考试全国机电一体化考试试卷
（课程代码 2245）
本试卷共11页，满分100分，考试时间150分钟。
总分
题号
一
二
三
四
五
核分人
题分
14
10
16
20
16
复查人
得分
得分
评卷人
复查人
一、单项选择题（本大题共14小题，每小题1分，共14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．有伺服放打器、执行机构、传动装置等组成的模块称【】
A．机械结构模块B．测量模块
C．驱动模块D．接口模块
2．使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是【】
A．双推－双推B．双推－简支
C．单推－单推D．双推－自由
3．机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机和负载之间经常需要【】
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
4．用户可通过哪种方法来调节仪表放大器之增益？
【】
A．内部电阻B．外部电阻
C．输入电压D．输出电压
5．于旋转变压器输出电压大小有关的因素是【】
A．转子位置B．转子材料
C．转子直径D．转子长度
6．为提高感应同步器鉴相法工作方式的灵敏度，需要使节距W的尺寸【】
A．增大B．保持不变
C．减小D．取任意值
7．交流感应电动机，对应S=时的转矩称【】
A．堵转转矩B．负载转矩
C．额定转矩D．最大转矩
8．直流电动机中，称【】
A．电动机电磁时间常数B．电动机机电时间常数
C．机械系统时间常数D．电动机反电势系数
9．某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距1.5，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
10．若考虑对系统响应速度的影响，采样－数据系统中的采样周期应选为系统最小时间常数的【】
A．（O.1～1）倍B．2倍
C．5倍D．10倍
11．在串联校正的比例－积分－微分（PID）控制器中，I的作用是【】
A．改善稳定性B．加快系统响应速度
C．提高无静差度D．增大相位裕量
12．一般机器都是多轴的。
为完成协调运动，所有运动轴都必须【】
A．同时启动B．同时停止
C．分时启动，分时停止D．同时启动，同时停止
13．图示利用继电器触点实现的逻辑函数为【】
A．
B．
C．
D．
14．梯形图中二网络并联，采用的助记符指令为【】
A．ORB．AND
C．ORSTRD．ANDSTR
得分
评卷人
复查人
二、名词解释题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
15．计算机集成制造系统
16．支承件的静刚度
17．测量中的量程
18．直流伺服电动机的调节特性
得分
评卷人
复查人
三、问答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）
20．机电一体化设计中，“替代机械系统”的设计思想是什么?
21．简述步进电动机单极性驱动电路的组成及工作原理。
22．如何消除因截断误差造成的积累误差?
23．简述描写时间驱动顺序过程经常采用的方法。
得分
评卷人
复查人
四、计算题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）
24．若根据滚珠丝杠副的结构参数查表得系数＝3,试计算当外部轴向力＝20000N，轴向预载荷力为3000N时，该滚珠丝杠副的传动刚度是多少?
25．采用2000条刻线的增量编码器测电动机转速的方法如图所示。
已知时钟脉冲为8MHz,在lO个编码器脉冲问隔的时间里计数器共计200000个时钟脉冲，试求电动机转速n。
26.直流电动机T型双极开关放大器电路如题26（a）图
（1）若其基极信号的波形如题26（b）图所，试在该图中画出对应的电枢电压和电枢电流的稳态波形。
（2）若要求、的均值都为零，试在题26（c）图中画出的波形。
27．三相变磁阻式步进电动机，转子40个齿。
要求：
（1）计算双拍制的步距角。
（2）若单拍制的最大转距为2N·m，计算单双拍制时的启动转矩。
得分
评卷人
复查人
五、简单应用题（本大题共4小题，每小题6分，共24分）
28．题28图“四倍频细分和辨向电路”，图中、为反向器。
～为单稳触发器。
试分析：
（1）正向运动时，与或门、的输出脉冲。
（2）反向运动时，与或门、的输出脉冲。
29．某直流电机电枢电阻50，做电动机使用时电枢加110V电压，空载电枢电流O.1A，空载转速3000r／min。
（励磁保持额定状态）
（1）电机空载损耗功率为多少?
（2）电机的反电动势系数为多少?
（3）若电机做发电机用，转速保持2000r／rain，外接300负载电阻，则其电枢电流为
多少?
30．已知系统结构图如题30图所示。
（1）若=25，=0，求阶跃响应的最大超调量％（定义：
％=100%）和
调节时间（取△=±0．05）．‘
（2）当=25，欲使系统为最佳阻尼，确定的值。
31．xy平面内由（1，－1）点以v=2的恒速运动到（9，1）点，设采样周期为0.01s，试求出
两点直线插补的递推计算式。
得分
评卷人
复查人
六、综合应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）
33．PLC控制系统的梯形图如题33图所示。
（1）写出助记符指令程序；
（2）列出Y1、Y2、Y4输出变量的布尔代数方程。
2006年4月机电一体化系统设计参考答案
2004年4月自考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14小题，每小题1分，共14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．由计算机网络将计算机辅助设计、计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称
A．顺序控制系统B．自动导引车系统
C．柔性制造系统D．计算机集成制造系统【】
2．易产生低速爬行现象的导轨是
A．滚柱导轨B．静压导轨
C．滑动导轨D．气浮导轨【】
3．谐波齿轮演变自
A．直齿锥齿轮传动B．斜齿锥齿轮传动
C．蜗杆副传动D．行星齿轮传动【】
4．机床的调速方法很多，其中最有利于实现自动化，并可简化机械结构的方法是
A．机械方法B．液压方法
C．电气方法D．气动方法【】
5．码盘式转速传感器采用增量式编码器直接连接到转轴上，产生一系列脉冲，从而得到
A．电压信号B．数字式电流信号
C．电流信号D．数字式速度信号【】
6．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【】
7．交流感应电动机，对应s=1的转矩称
A．堵转转矩B．最大转矩
C．额定转矩D．负载转矩【】
8．直流电动机系统中，称
A．电动机电磁时问常数B．电动机机电时间常数
C．机械系统时间常数D．电动机反电势系数【】
9．某步进电动机，三相，转子40个齿，欲使其步距0.5°，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【】
10．若考虑系统抑制干扰的能力，选择采样周期的一条法则是：
采样速率应选为闭环系统通频带的
A．5倍B．8倍
C．10倍D．10倍以上【】
11．在数控系统中，软伺服系统的系统增益Ka为
A．（2～5）1／sB．（8～50）1／s
C．（50～100）1／sD．（120～150）1／s【】
12．考虑多轴系统的运动，若每一根轴都按最快速度运动，其结果必是各轴有先后地到达各自的终点坐标，所形成的轨迹是一条
A．直线B．曲线
C．圆弧D．折线【】
14．梯形图中两触点并联，采用的助记符指令为
A．ORB．AND
C．ORSTRD．ANDSTR【】
二、名词解释题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
15．柔性制造系统
16．开式导轨
17．闭环技术
18．直流伺服电动机的机械特性
19．采样——数据系统
三、简答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）
20．机电一体化设计中，增强机械系统的思想是什么?
21．简述步进电动机双极性驱动电路的组成及原理。
22．根据数控机床加工作业任务不同，其运动控制分为哪几种类型?
并说明其功能。
23．描写事件驱动过程常用什么方法?
四、计算题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）
24．若根据滚珠丝杠副的结构参数，查表得系数，试计算当外部轴向力，轴向预载荷力为5000N时，该滚珠丝杠副的传动刚度是多少。
25．若某一光栅的条纹密度为100条／mm，现利用光栅莫尔条纹的放大作用，把莫尔条纹的宽度调成10mm，求光栅条纹间的夹角。
26．某三相感应电动机空载转速1485r／min，电源频率50Hz，额定转差率0.04。
①该电机为几极，额定转速为多少?
②额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率各为多少?
③电机空载时转子绕组电势频率较额定状态时变化如何?
27．三相变磁阻式步进电动机，转子60个齿。
①若单拍制通电的最大转矩为1N·m，计算单双拍制时的启动转矩。
②若要求电机转速为240r／min，计算单拍制通电的输入脉冲频率。
五、简单应用题（本大题共4小题，每小题6分，共24分）
28．要求将电荷放大器与压电传感器组合。
使电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。
试画出压电传感器与电荷放大器的组合电路图。
29．某直流电动机电枢电阻100，作电动机使用时，电枢加110V电压，空载电枢电流
0.1A，空载转速4000r／min。
（励磁保持额定状态）
①若用该电机做发电机，仍保持4000r／min，空载输出电压为多少?
②该电机空载损耗为多少?
③作发电机时，若转速为2000r／min，外接400负载电阻，则电枢电流为多少?
六、综合应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）
2004年4月机电一体化系统设计试题答案
第66页
全国2002年4月机电一体化系统设计答案
课程代码：
02245
一、单项选择题（本大题共14小题，每小题1分，共14分）
1.B2.A3.D4.C5.C
6.C7.B8.B9.C10.B
11.B12.C13.A14.B
二、名词解释题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
15.机械与电子的集成技术。
16.指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性。
17.输出变化量与对应的输入（被测量）变化量的比值。
有时称为增量增益或标度因子。
18.以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，又称无刷电动机。
19.在反馈控制器的基础上附加一个前馈控制器，二者的组合称为复合控制器。
它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号。
三、简答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）
20.应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。
21.主要有：
单极性驱动电路、双极性驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路、细分电路。
其中双极性驱动电路适于永磁式步进电动机。
22.
（1）参考脉冲序列。
转速与参考脉冲频率成正比。
（2）输出轴转向由转向电平决定。
位置由参考脉冲数决定。
23.PLC的扫描工作制，即检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令。
重复进行。
四、计算题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）
24.
（1）刚轮固定时：
n1=-
（2）柔轮固定时
25.V0=
（1）当V01=5.8时，5.8=
5.8=
（２）空载时ＲＬ＝
设测量出5.8Ｖ输出电压时的测量误差
则
26.
（1）求闭环传函及误差表达式
C（s）=CR（s）+CN（s）=
E（s）=R（s）-C（s）=[1-]R（s）-
（2）求
ts=
（3）求ess
二阶系统ai>0闭环稳定
R（s）=
Ess=
27.
（1）
即
（2）单拍制
即：
f=
五、简单应用题（本大题共4小题，每小题6分，共24分）
28．
（1）一阶低通滤波器存在过渡区域衰减缓慢的弱点。
2）二阶低通有源滤波器电路图
（3）低通滤波幅频率特性示意图。
29．
（1）即该电动机为四级
空载时转差率为：
S=
（2）堵转时：
S＝１
定子绕组电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率f2=Sf1=50Hz
（1）空载时：
定子绕阻电势频率f1＝50Hz,转子绕组电势频率：
f2=
30.
（1）G（s）=1型 Ｋv=Ｋp=
（2）性能指标
ts=
（3）系统增益与伺服刚度
Ks=Kv=K1K2=1，KR=K1=0.1
（4）essr=
essn=-
31.
所以协调运动先设计x轴，再利用下列直线方程变换成y轴控制指令
y（t）=-
x（t）=5+3（1-5）（）2-2（1-5）（）3=5-t2+
y（t）=-2+
六、综合应用题（本大题共２小题，每小题８分，共１６分）
32.
（1）开环传函
G（s）=Gc（s）Gp（s）=
（2）确定Kp和Td
由essa=取Kp=2.5
在
1+25T
（3）相应的
33.
（1）梯形图：
（２）助记符指令程序：
STRX1
ORY1
ANDNOTX2
OUTY1
STRX3
ORY2
ANDNOTX4
ANDY1
OUTY2
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