2023年自考类机电一体化自考机电一体化系统设计历年高频考题带答案难题附详解

2023年自考类机电一体化自考机电一体化系统设计历年高频考题带答案难题附详解（图片大小可自由调整）第1卷一.历年考点试题参考题库(共50题)1.步进电动机驱动电路提供的电流波形应尽量接近______A.恒流B.正弦C.余弦D.矩形2.计算机在采样—数据系统中的作用是什么?3.插补器的数字积分值等于______A.溢出脉冲数B.积分余数C.溢出脉冲数加余数D.溢出脉冲数减余数4.一般机电一体化产品设计主要有哪几个阶段?5.在选择放大器的开关频率时，应考虑哪些方面?6.MEMS指的是______A.微机电系统B.微电子系统C.计算机集成系统D.微纳米系统7.闭环伺服系统由______、受控对象、反馈测量装置以及比较器等部分组成。8.描写顺序控制的方法有哪些?9.写出图对应的助记符指令程序和布尔代数方程表达式。

10.某加速度计具有如下的参数：m=0.01kg，k=200N/m，xmax=±0.2cm，则其可测量的最大加速度为______A.4000N/kgB.4000N/gC.40N/gD.40N/kg11.在机电一体化系统内，主要用于各级之间的信息传递的功能模块是______A.通信模块B.测量模块C.接口模块D.软件模块12.通过数字控制系统控制加工过程的机床称为______机床。13.双波传动谐波齿轮减速器如何消除传动间隙?14.某三相变磁阻式步进电机，转子有80个齿，试计算单三拍、双三拍、六拍运行方式时的步距角。若要求电动机的转速为20r/min，则各种运行方式下的通电脉冲频率各为多少?15.简述PLC采用的顺序控制方法与继电器控制方式的不同之处。16.由于截断误差等原因，DDA法生成的直线、圆弧都是由一系列的______组成。A.弧线B.抛物线C.折线D.渐开线17.三相反应式步进电动机单三拍通电时的步距角是相同条件下双三拍通电时的______A.0.5倍B.1倍C.2倍D.4倍18.概念设计的主要特性有哪些?19.瞬态响应曲线从零上升到第一个峰值点所需的时间称为______A.上升时间B.峰值时间C.调整时间D.延迟时间20.既能提高步进电动机的分辨率，又能够平滑步进运动，减弱甚至消除振荡的是______A.细分电路B.斩波恒流驱动电路C.双极性驱动电路D.单极性驱动电路21.已知系统的结构图如图所示，若x(t)=2×1(t)时，使σ%=20%，τ应为多大，此时Ts是多少?

22.步进电动机单极性驱动电路中，相绕组上一般串联限流电阻的作用是减少相绕组的______时间常数。23.简述PLC采用的顺序控制方法与继电器控制方式的不同之处。24.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25.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26.描写时间驱动过程常用什么方法?27.某光栅的光栅条纹的夹角为0.01rad，栅距为0.1mm，则莫尔条纹的宽度为______A.2.5mmB.5mmC.7.5mmD.10mm28.某光栅的条纹密度是50条/毫米，光栅条纹间的夹角θ=0.001弧度，则莫尔条纹的宽度是______A.10mmB.20mmC.100mmD.50mm29.简述超声波电动机的基本原理及特点。30.已知测得码盘式转速传感器发出500个脉冲所用的时间为10s，编码器每转脉冲数为20，则转速为______A.25r/minB.30r/minC.50r/minD.150r/min31.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?32.在xy平面内，由点(0，0)以v=1cm/s的恒定速度运动到点(3，4)，若采样周期为0.01s，试推导出两点间的直线插补公式。33.步进电动机是如何实现速度控制的?34.下列电机中，有电刷接触的是______A.直流伺服电动机B.交流伺服电动机C.直线步进电动机D.超声波电动机35.某三相异步电动机的同步转速为1000r/min，额定转差率为0.04，电源频率为50Hz。

试求：

(1)电动机的极对数；

(2)电动机的额定转速。36.交流感应电动机的转子结构的种类有______A.1种B.2种C.3种D.4种37.简述全闭环与半闭环的区别。38.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39.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40.简述由PLC完成的顺序控制系统的组成部分。41.永磁式步进电动机由于转子为永久磁钢，所以断电有______转矩，消耗功率小。42.对于非循环式滚柱滚动导轨，每一导轨上滚动体数目z的最大值是______A.z≤P/(2lr)B.z≤P/(4lr)C.z≤P/(6lr)D.z≤P/(8lr)43.某他励直流电动机，电枢电阻为0.4Ω，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。44.永磁同步电动机的特点是什么?45.简述A/D转换器的五种主要类型。46.一台铭牌被遗失的交流电动机，通以频率为50Hz的交流电后，测得其空载转速为1450r/min，试确定该电动机的磁极数，并计算空载时的转差率。47.梯形图中的计数器，采用的助记符指令为______A.CNTB.TIMC.CPMD.MOV48.步进电动机的转速与______成正比。A.绕组相数B.脉冲频率C.转子齿数D.通电方式系数49.FMS指的是______A.计算机集成系统B.柔性制造单元C.柔性制造系统D.微机电系统50.机械传动主要有齿轮、蜗杆传动，丝杠螺母传动和______传动三种形式。第1卷参考答案一.历年考点试题参考题库1.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为对步进电动机驱动电路的要求。[解析]对步进电动机驱动电路有如下要求：

(1)能够提供快速上升和快速下降的电流，使电流波形尽量接近矩形；

(2)具有供截止期间释放电流的回路，以降低相绕组两端的反电动势，加快电流衰减；

(3)功耗尽量低，效率要高。2.参考答案：计算机在系统中的作用：

(1)按程序在一定时刻采样过程输出变量值和接收(或插补)参考指令值；

(2)比较参考指令和输出变量值，计算出系统误差；

(3)计算控制律或控制算法，产生与系统误差相应的控制信号；

(4)通过接口(如D/A转换器)输出控制信号。3.参考答案：C4.参考答案：整个设计过程可以分为以下几个阶段：

(1)市场调研、需求分析和技术预测；

(2)概念设计；

(3)可行性分析；

(4)编制设计任务书；

(5)初步设计——方案设计；

(6)方案设计评估与优化；

(7)详细设计和参数核算；

(8)完成全部设计文件。5.参考答案：在选择放大器的开关频率时，应考虑以下几个方面：

(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也能连续尤为重要。

(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。6.参考答案：A7.参考答案：控制器8.参考答案：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。9.参考答案：布尔代数方程为

指令程序为

LD

0.13

ORNOT

0.14

LD

0.15

ANDNOT

1.00

OR

1.01

AND

1.02

ANDLD

OUT

10.0510.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为加速度传感器的最大加速度计算。

[解析]最大加速度出现在偏离平衡点最远时，则k·xmax=ma，即200N/m×0.2×10-2m=0.01kg·a，得a=40N/kg，计算时要注意单位的换算。11.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为接口模块的作用。

[解析]接口模块在系统内主要用于各级之间的信息传递。通信模块主要实现系统内部、外部、近程和远程的通信。测量模块的功能是采集有关系统状态和行为的信息。软件模块负责控制微计算机模块工作。12.参考答案：数控13.参考答案：消除传动间隙通常从以下两个方面入手：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。14.参考答案：单、双三拍时：

由得

六拍时：

由得

15.参考答案：采用PLC的顺序控制通常是扫描工作制，即：检测输入变量，求解当前的控制逻辑以及修正输出指令，都是按照定义和设计，连续和重复进行的。16.参考答案：C17.参考答案：B18.参考答案：(1)创新性。

(2)工艺可实现性。

(3)多样性。

(4)层次性。

(5)避免不良结构性。

(6)反复迭代性。19.参考答案：B[解析]峰值时间tp是指瞬态响应曲线从零时刻到达最大峰值的时间，即响应曲线从零上升到第一个峰值点所需要的时间。20.参考答案：A[解析]细分电路既提高了步进电机的分辨率，又能够平滑步进运动，减弱甚至消除振荡。21.参考答案：闭环传递函数

两边取自然对数

可得

22.参考答案：电气23.参考答案：采用PLC的顺序控制通常是扫描工作制，即：检测输入变量，求解当前的控制逻辑以及修正输出指令，都是按照定义和设计，连续和重复进行的。24.参考答案：A[考点]本题主要考查的知识点为顺序控制系统的概念。

[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。25.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为单脉冲运行特性中的动稳定区。[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。26.参考答案：为了描写时间驱动的顺序过程，经常采用语句表和过程定时图这两种方法。27.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为光栅模尔条纹的宽度计算。

[解析]由莫尔奈纹的宽度计算公式得，W28.参考答案：B[考点]本题主要考查的知识点为光栅莫尔条纹的宽度计算。

[解析]由，可得=20(mm)。29.参考答案：超声波电动机(USM)又称为压电电动机或压电陶瓷马达，它利用压电陶瓷逆压电效应产生超声振动，并将这种振动摩擦耦合来直接驱动转子旋转或滑块的位移。

超声波电动机的特点：(1)低速大转矩；(2)无电磁噪声、电磁兼容性好；(3)动态响应快、控制性能好；(4)断电自锁；(5)运行无噪声；(6)微位移特性；(7)动态速度范围宽；(8)结构简单、设计形式灵活、自由度大，易实现小型化和多样化；(9)易实现工业自动化流水线生产；(10)耐低温，适应真空和太空环境。30.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为磁盘式转速传感器的转速计算。[解析]31.参考答案：(1)差动技术。可消除两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。32.参考答案：(xf，yf)=(3，4)，(x0，y0)=(0，0)

故递推公式为

33.参考答案：步进电动机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。34.参考答案：A[解析]直流伺服电动机的特点是可控性好，稳定性好，响应快，有电刷接触。35.参考答案：36.参考答案：B[考点]本题主要考查的知识点为交流感应电动机的结构组成。

[解析]交流感应电动机的转子有鼠笼式和短路绕组式两种，另外定子有三相绕组和单相绕组两种结构，由此可知，若题目变为交流感应电动机的结构种类则为四种。37.参考答案：在具有减速器的位置伺服系统中，根据位置反馈传感器安装位置的不同，伺服系统可分为半闭环伺服系统和全闭环伺服系统。位置反馈传感器可以安装在伺服电动机轴上，用以间接测量工作台的位移，则把间接测量的系统称为半闭环系统，因为工作台的移动是在闭环控制回路之外。半闭环伺服系统可避免传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行振荡。

当位置传感器安装于输出轴上时，传感器是直接测量工作台移动的，则把直接测量的系统称为全闭环系统。全闭环系统对输出进行直接控制，可以获得良好的控制精度。但是，受机械传动部件的非线性影响严重，只有在要求高精度的场合，才采用全闭环系统。38.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为采样周期选择的准则。[解析]采用周期选择准则包括，准则1：若考虑对系统响应速度的影响，选择采样周期的一条良好的法则是采样周期应小于或等于系统的最小时间常数。

准则2：若考虑系统的抑制干扰能力，选择采样周期的另一条法则是采样速率应为闭环系统通频带的10倍以上。

准则3：实时算法程序所花费的时间总和最好小于采样周期的1/10。39.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为定常系统的定义。

[解析]数学模型中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。40.参考答案：由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)模块和受控机器或过程组成。41.参考答案：定位42.参考答案：B[解析]对于滚柱导轨，每一导轨上滚动体数目z的最大值为43.参考答案：∵Tem=KtIa

∴TN=KtIN0.5TN=K