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)1.什么是传感器的误差?精度的表示方法有哪些?2.下列缩写中，表示“可关断晶闸管”的是______A.GTOB.GTRC.VDMOSD.IGBT3.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4.步进电动机裕量角的计算公式为______

A．

B．

C．

D．5.在转速为零时，电动机的堵转转矩Tb为______

A．

B．

C．

D．6.PLC编程中，CMP是______A.载入指令B.串联指令C.比较指令D.计数指令7.简述西门子S7系列PLC的优点。8.细分电路既提高了步进电动机的______，又能够平滑步进运动，减弱甚至消除振荡。9.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10.步进电动机是如何实现速度控制的?11.选择传感器应主要考虑哪些因素?12.机电一体化系统设计时应如何处理机与电的关系?13.长光栅的测量精度可达______A.±1mB.±1cmC.±1mmD.±1μm14.逻辑函数的逻辑关系为______A.与非B.或非C.同或D.异或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.考虑xy平面上的直线运动路径，源点坐标为(1，1)，终点坐标为(13，11)，两轴速度限制：vxmax=vymax=±6，加速度限制：axmax-aymax=±2，试设计三次多项式样条函数点位控制指令。17.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18.梯形图中的计数器，采用的助记符指令为______A.CNTB.TIMC.CPMD.MOV19.简述实用的步进电动机驱动器产品中单脉冲输入控制方式。20.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21.传感器和测量系统的性能由输出一输入关系特性描写。通常分为三类：______特性、静态特性和动态特性。22.对于连续切削的数控机床，插补的任务是什么?插补的两项重要指标分别是什么?23.永磁同步电动机的特点是什么?24.自动洗衣机是______驱动顺序控制的实例。A.事件B.时间C.微计算机D.集成电路25.采样保持器的作用是在A/D进行转换期间保持采样输入信号大小不变。试绘制出表示采样保持器的基本电路原理图并进行说明。26.设计一个PLC控制系统控制两台电动机，控制要求如下：

(1)只有在电动机A起动后，电动机B才能起动；

(2)只有在电动机B停转后，电动机A才能停转；

(3)两电动机起动后自锁。

已知：电动机A的起动开关为X1，停转开关为X2，输出继电器为Y1；电动机B的起动开关为X3，停转开关为X4，输出继电器为Y2。试设计实现该功能的梯形图。27.什么是系统的数学模型?28.增量式光电编码器与10cm直径的车轮一起使用，编码器为2000线。试决定每个脉冲的位移s以及为了测量6.3m距离所需计数器的位数。29.步进电动机控制系统是一种______A.开环控制系统B.闭环控制系统C.半闭环控制系统D.前馈控制系统30.下列选项中表示逻辑函数“或”功能的是______

A．

B．

C．

D．31.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)32.不需要任何中间转换机构就可以将电能直接转换成直线运动的电磁驱动装置是______电动机。33.如图所示某数控机床位置随动系统的结构图，试求：

(1)系统的自然频率叫ωn及阻尼比ζ。

(2)系统对单位阶跃响应的最大超调量σ%及调整时间Ts(取Δ=±5%)。

(3)系统的静态误差系数KP、Kv。34.丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量m=200kg，丝杠螺距P=5mm，丝杠长度L=0.8m，中径为d=30mm，材料密度为ρ=7.8×103kg/m3，齿轮齿数分别为z1=20，z2=45，模数m=2mm，齿宽b=20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量Je。35.简述直流电动机、永磁同步电动机和超声波电动机驱动执行部件的类型。36.写出图对应的助记符指令程序和布尔代数方程表达式。

37.计算机在采样—数据系统中的作用是什么?38.如果所有负载折合到电动机轴上的______与电动机转子转动惯量相等，则速比达到最佳。A.速度B.加速度C.转矩D.转动惯量39.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40.直流电动机的主要组成部分不包含______A.定子磁极B.电枢C.电刷D.鼠笼转子41.导轨副用于引导运动部件的走向，保证执行件的正确运动轨迹。导轨副包括运动导轨和______导轨两部分。42.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.1.25°B.2.5°C.2°D.5°43.线性系统的输入和输出满足线性______原理。44.图所示为质量—弹簧—阻尼系统。该系统具有下列参数：质量m=0.01kg，弹簧刚度k=300N/m，质量相对壳体的最大位移xmax=±0.002m。试计算该系统可以测量到的加速度a的最大值。

45.某机床x轴向进给系统减速器的总速度比要求为25/6，取二级减速，试设计确定各齿轮的齿数。46.什么是PLC的扫描工作制?47.下列不属于脉动作用式波形发生器的是______A.机械滚子式波形发生器B.液动式波形发生器C.气动式波形发生器D.电磁式波形发生器48.在PWM放大器中，一般采取什么措施保护功率管?49.可编程控制器PLC有什么特点?它的发展趋势如何?50.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。第1卷参考答案一.历年考点试题参考题库1.参考答案：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。2.参考答案：A3.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为机械受控和驱动模块的性能评价指标。[解析]机械受控和驱动模块的性能评价指标包括：输出运动的基本特性、动力特性、承载能力和噪声。4.参考答案：D5.参考答案：B6.参考答案：C7.参考答案：西门子S7系列PLC具有体积小、速度快、通信能力强、可靠性高、功能全面等优点。8.参考答案：分辨率9.参考答案：C10.参考答案：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。11.参考答案：选择传感器主要依据的是传感器的性能要求，包括：

(1)量程足够，灵敏度高；

(2)精度适当，线性度好；

(3)响应时间短，通频带宽；

(4)稳定性好，具有一定的过载能力；

(5)经济实用，成本低，寿命长。12.参考答案：在进行机电一体化系统设计时，通常，应遵循如下原则来处理“机”与“电”的关系：

(1)替代机械系统。

在极端情况下，机械的功能可以完全由微计算机和执行器取代，从而使机械产品变成电子产品。

(2)简化机械系统。

在许多情况下，机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠微计算机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定位控制任务的功能。

(3)增强机械系统。

将正常设计的机械与闭环控制回路相组合，可以实现增强机械系统的运动速度、精度以及柔性，有关的部件可以做得更轻、惯量更小。

(4)综合机械系统。

采用嵌入式微处理系统，有能力综合不同的机械系统以及相关的功能。13.参考答案：D14.参考答案：D[解析]“异或”逻辑函数表达式为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：由于速度和加速度限制两轴相同

所以协调运动先设计x轴

(tf-t0)=max{Δtvx，Δtax}=6

可得x轴的控制指令表达式为：

y轴控制指令表达式为：

17.参考答案：C18.参考答案：A19.参考答案：单脉冲方式：电动机的方向取决于方向控制信号DIR，而步进信号取决于脉冲输入端CP。当DIR=0，每来一个CP脉冲，步进电动机正方向转动一步；当DIR=1，每来一个CP脉冲，步进电动机则反方向转动一步。20.参考答案：C21.参考答案：工作22.参考答案：插补的任务就是根据起点、终点、轨迹轮廓、进给速度，按数控系统的当量进行细化。

插补精度和插补速度是插补的两项重要指标。它们直接决定了数控系统的控制精度和加工速度。23.参考答案：永磁同步电动机的特点：调速范围宽、起动迅速、机械特性和调节特性线性度好、寿命长、维护方便、可靠性高、噪声较小，不存在换向火花，不会产生对无线电信号的干扰，可用于直流电动机不能应用的易燃、易爆场合；但其控制结构复杂，成本较高，低速时转速均匀性较差。24.参考答案：B[考点]本题主要考查的知识点为顺序控制的分类。[解析]根据如何开始和终结操作，顺序控制可以分为两类：(1)当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱动顺序控制。(2)在某一时刻或一定时间间隔之后，开始或结束操作的称为时间驱动顺序控制。而自动洗衣机是最常见的时间驱动顺序控制的实例。25.参考答案：采样器电路原理图如下图所示。

采样期间模式控制开关S闭合，A1是高增益放大器，它的输出通过开关S给保持电容快速充电，使采样保持器的输出随输入变化。26.参考答案：梯形图如下图所示。

27.参考答案：描述决定系统输入与输出之间关系的数学方程式，称为系统的数学模型。根据数学模型的不同，系统可以分为静态的或动态的，线性的或非线性的，定常的或时变的，确定性的或随机的等。28.参考答案：s=(3.14×100)/2000=0.157(毫米/脉冲)

n=6300/(100×3.14)=20位29.参考答案：A30.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为各种逻辑函数的功能用继电器触点表示。[解析]选项A表示的逻辑关系为“与”，选项B表示的逻辑关系为“异或”，选项C表示的逻辑关系为“或”，选项D表示的逻辑关系为“非”。31.参考答案：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32.参考答案：直线33.参考答案：闭环传递函数

(1)自然频率ωn=3s-1

由2ζωn=1得

(2)

(3)开环传递函数为至Ⅰ型系统

KP=∞

Kv=934.参考答案：材料密度ρ=7.8×103kg/m3，齿轮的直径按分度圆直径计算，丝杠的直径按中径计算，得

=4.96×10-4(kg·m2)

工作台折算到丝杠上的转动惯量为

折算到电机轴上的总等效惯量为

35.参考答案：直流电动机的驱动电路，即功率放大器，是用于放大控制信号并向电动机提供必要能量的电子装置。目前广泛应用的半导体功率放大器主要有线性功率放大器和PWM功率放大器。永磁同步电动机有直流电动机和同步电动机两种驱动方式。

超声波电动机有行波、驻波和电致伸缩公转子三种驱动方式。36.参考答案：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

10.0537.参考答案：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。38.参考答案：D39.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为机器人的分类。[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。40.参考答案：D[解析]直流电动机的主要组成包括三部分：定子磁极、电枢、电刷。41.参考答案：支承42.参考答案：B[考点]本题主要考查的知识点为步进电动机的步距角计算。[解析]由步距角的计算公式得

43.参考答案：叠加44.参考答案：45.参考答案：简化的最佳速比分配关系为：

取二级减速，则有：

解之得：i1≈1.81

取i1=45/24

则

所以减速齿轮齿数分别为

z1=24，z2=45，z3=27，z4=6046.参考答案：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。47.参考答案：A[考点]