2013年机电一体化系统设计自考历年真题与复习资料

2013年4月高等教育自学考试全国统一命题考试

机电一体化系统设计试题

课程代码：02245

本试卷满分100分.考试时间150分仲

考生答题注登事项：

I本卷所有试卷必须在答注卡上作答答在试卷和草稿纸上的无效.

2笫一部力力速样源.必发对应试卷上的11号使用28桧苓将答！《卡-的相应代码除去.

3第二部分为非选岸28必须注明大、小裳号，使用05亳米黑色手遗笔作答

4合理安排答!H空间，如出答谩区域无效。

第一部分选择题

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，请将其选出并将“答愿

卡”的相应代码源黑.未添、错涂或多涂均无分.

1.利用预先决定的指令抖制系列加r.作业的系统称为

A.自动引导车B.何眼系统

C.工业机翳人D.数控系统

2.内轮网的间隙会母成齿轮传动的网差•泣J柔性消除法的结构是

A.压策泄隙结构B.边界装配法

C.带椎发齿轮法I).调养中心距法

3.某何眼电动机最高代速为1500r/min.通过联轴器立堂带动滚沐丝H现状.11丝利蛭

母带动工作台移动.若经杠导件为6mm.则「.作台移动的最大速度为

A.900mm/minB.1500mn/min

C.3000mm/minD.9000im/min

4.当金出或半导体薄片为U场中.有电流流过时,在展，f电流和磁场的方向上将产生

电动势.这冲物理现煞称为

A.乐尔效应B.乐出效应

C.电卬效应I).正尔效应

5.在易燃拐爆的IW环埴中不良使用的电动机是

A.直流电动机B.水磁时力电动机

C.无刷电动机D.超声波电动机

6.在IWI放大器中，能够实现开通延迟的方法是

A.晶体管驱动级加延迟

B.脉宽司制器中M小死区

C.采用熔断器保护

I).晶体管饱和导通启野检测保护

7.提高伺服系统刚度的方法是

A.增大电抠【可路电阴R

反增人泵统增林K.

C.减小系统增益K.

I）.减小电机反电势系徽K.

8.在其仃位置环的全闭环交流向眼系统中.逑省环的反馈通常取自与向眼电动机同轴安

装的

A,光栅尺B.磁栅尺

C.播应同步器D.光电编码得

9.适用于自动幻测、监测及控制的西门子S7系列超小型的PLC是

A.SIMAT1CS7—200PLC

B.SIUATICSET

C.SIMATICS7—300PI£

D.SIMAT1CS7—400P1X

w.助记符语句AM）K»T（1CO的含义儿.

A.栽入一个动合触点0.00

B.并联个动合触点0.00

C.串联一个动断触点0.00

1).串联一个动合触点0.00

第二部分非选择题

二、简答题（本大题共8小题，每小题4分，共32分）

请在答题卡上作答.

11.什么是中线性时变系统？

12.简述机械受捽犊块的定义及功能.

13.简述液体静压支承匕液体“川、上策的」4年

14.P网的控制网路是个电压——脉冲变级装置.箍称脓宽调洞器.它是由小些信号和郃

件组成的？

15.简述永选式步过电动机•的工作原理及其特点。

16.何谓步进电动机的启动频率？影响它的因素布那些？

17.比较半见环和全阳环系统的优缺点。

18.简述数据采打知补采用时间分削法进行加补运算的工作原理.

三、计算题（本大题共4小息，每小题5分，共20分）

请在答题卡上作答.

19.蓬19图所示为某机床X向进给系统K速器的总速比耍求为30/7,取两级优速,试按

用佳速比分配条件确定各齿轮的次数.

BH9图

20.fg20图所示,用每转1000条刻线的增珀编码器测电动机转速。己知；时钟脉冲为

2MHz,在10个编码第脉冲间隔的时间里,计数8共计数】0000个时钟脉冲,试用洪量

码盘肽冲周期法求电动机转速◎

数宇除削

脓冲

题20曲

21.用步进电动机控制工作台的运动。

(D设步距角1.8°・滚珠丝杠导程4m.进给脉冲频率2KHz.求进给速度v加/min)。

(2)若在工作台抵达目标(停止)点前0.41nm将速度M半，求减速段电机运行的时间。

22.伺服系统如题22图所示。

(D选择时间常数T的值,使阻尼比，=0.5。

(2)计算系统的伺服刚度口

题22图

四、简单应用题(本大题共3小题，每小题6分，共18分)

请在答题卡上作答.

23.试设计一个典型二阶高通滤波器的电路原理图。

24.一介巨流伺服电动机在额定负载转矩下运行。当控制电乐为210v.电枢网路的总电网

为100。时•电机的转速为2000“min•电枢电流为0.1M试求当控制电压升高为

220V,同时电枢回路的总电阴增加至200□时•电机稳定运行时的转速和电枢电流.

25.有一个4轴的运动控制系统,起始坐标为(0,3,24),终点坐标为(4.8.F,-8).

设各轴容许的最大速度相同,各岫容许的最大加速度也相同.利用三次多项式样条函数

生成点位控制指令.在保证所行各轴的速度和加速度都不超过容许他的情况下,协调运

动的容许时间小于5.试求各轴容许的最大速度和最大加速度的最小值.

五、综合应用题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)

请在答题卡上作答.

26.某控制系统的结构如题26图所示，已知：G（.._!_=_L_.G,（”=K（\+7＞）

/（o.2$+i）

要求系统的最大相位峪量”产40。。

求：（I）二的值；（2）此时的剪切频率5；（3）单位加速度输入下的稳态误差es

期26图

27.iftvt台电动机联动的PLC控制系线.要求：按起动按钮后，电动机Ml起动，10畲后

备动机M2自动起初《按停止按钮后.M2停止，20s后Ml再停止.试完成设计任务,

《】＞列出PLC系统资源分配表.（2）曲出梯形图程序.

2024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实行消退间隙和适当预紧的措施，主要方法有四种，其中最简洁、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.能消退零位输出和偶此非线性项，抵消共模误差，削减非线性，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CE确。

6.在小功率的PWM伺服放大器中，主回路常常运用的VDMOS代替IGBT,其中VDMOS的含

义是IA]

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。

7.PID限制器中，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沟通伺服系统中，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，简洁忽视。

9.满意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.SIMATICS7-300PLC

D.8IMATICS7-400PLC

10.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

采纳。

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？

I8.采纳DDA法在两轴定为工作台上实现直线插补，采纳常速度分布实现直线运动限制指令时，

须要几个寄存器，如何安排和运用这些寄存器产生步进电动机的参考脉冲指令？

题H分析：

问答题都比较简洁，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，，,,，（依据滚珠丝杠副的结构参数表）查得系数=3,假如外部轴向力=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2024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=6.5x3=19.5um

传动冈U度=20000/19.5=1025.641（N/um）

本题可拿到5分

20.增量式编码器与12cm直径的跟踪轮一起运用，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(HP700cm)所需脉冲数=700/0.007536=92887.43

取整为92888

92888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，没有比照的，也不知道对不对。给自己计算得3分。

21.用步进电动机限制工作台的运动，(1)设步距角1.8度，细分系数5,丝杠镶距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：

(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•周的脉冲数N=360/(1.8/5)=1000

丝杠导程p=2mm

SS=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)=A1ss+A2s

(1)确定闭环系统稳定的条件

(2)选择入1和入2的值，使e(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/(A1ss+A2s)

对应系数相等,K2=1,A1=T1,A2=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、简洁应用题(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。

这个题目估计到要考，因此驾驭的比较透彻。你想想，滤波电路部分，二阶的才考完，1阶的简

洁，从来没考过，考的可能性不大(但复习时还是要驾驭)。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,电核电阻200Q,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,求电机的志向空载转速是多少。该电机在额定电压下启动,

启动电流是多少？

解：

Un=120V,Ra=200Q,ln=0,1A

n=(Un-Ra*In)/Ke=1000

(r/min)

计算得Ke=0.1

n0=Un/Ke=120/0.1=1200

(r/min)

启动电流ld=Un/Ra=0.6(A)

25.设1个6轴的运动限制系统，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.限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(1

1/TS)

(1)Kp和T的值，使在剪切频率u)c=10/s时相位裕量(p最大；

(2)求最大相位裕量(pM；

解答：(1)按208页公式6-29

已知UJC和T,得T=0.5

按208页公式6-30,Tanq)M=1/2(,,,,)=24

用计算器计算，(pM=67.38度

这道题得10分，题目比预想的要简洁。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限制系统，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系统资源安排表。

答：

(1)资源安排表

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。

2011年4月高等教育自学考试全国统一命题考试

机电一体化系统设计试题

（课程代码：02245考试时间：150分钟）

注意事

答案必须写在答题卡规定的区域内，未按要求作答的答案无效。

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，请将其选出并将答题卡的相应

代码涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。

1.负责系统内部各模块之间信息传递的模块称为

A.软件模块B.接口模块

C.通信模块D.骡动模块

2.在齿轮传动中，若总速比一定，则齿轮传动随着传动级数的增加

A.总转动惯量减小，传动效率降低B.总转动惯量增大，传动效率增加

C.总转动惯量增大，传动效率降低D.总转动惯量减小,传动效率增加

3.在滚动导轨中，计算出的每个滚动体所承受的许用载荷［P］与最大我荷Pa的关系为

A.〔尸卜匕"B.C・［，］=&D.［P］SJ

4.某光栅的条纹密度是50条/mm,指示光栅与标尺光栅间的夹角为0.001弧度，则英

尔条纹宽度为

A.5mmB.8mmC.10mmD.20mm

5.直流伺服电动机通常可近似为一阶惯性环节，其过渡过科.的快慢主要取决于

A.机电时间常数B.机械系统时间常数

C.电磁时间常数D.粘性阻尼系数

6.与直流伺服电动机的机械特性硬度无关的是

A.电枢电阻B.电枢电压

C.反电动势系数D.转矩系数

7.在软伺服系统中，一般认为速度环的闭环增益最好为系统增益的

A.0.1倍B.2~4倍

C.5倍D.IU倍

机电一体化系统设ill憾第1页（共4页）

8.利用DDA法实现直线插林。采用常速度分布实现直线运动控制指令时，步进电动机

的参考脉冲指令是

A.位置寄存器的溢出脉冲B.速度寄存器的溢出脉冲

C.时钟信号D.加速度寄存器的溢出脉冲

9.指令OR0.00的功能是

A.并联一个动合触点B.并联一个动断触点

C.载人一个动断触点D.载入一个动合触点

10.指令LD0.00的功能是

A.串联一个动断触点B.并联一个动断触点

C.载入一个动断触点D.载入一个动合触点

二、简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分）

11.机电一体化产品设计中需要贯彻哪些设计思想？

12.简述蜒型机电一体化系统中的测量模块的功能及组成。

13.消除齿轮副传动间隙有哪些主要措施？

14.简述用数字微分分析法（DDA）控制步进电动机运动的原理。

15.筒要比较反应式步进电动机与永磁式步进电动机的优缺点。

16.闭环伺服系统由哪几部分组成？

三、计算题（本大鹿共4小题，每小题5分，共20分）

17.题17图所示为双波传动谐波齿轮减速器的原理图。已知：柔轮的齿数Z#=200.M'l

轮的齿数Z°=202,波发生器的转速%/=]500r/min,刚轮的转速%=10r/min,

二者转速的方向相同。求：当波发生器和刚轮同时输入时，柔轮偷出的转速?。

刖轮柔轮

题17图

机电一体化系统设计试题第2页（共4页）

18.题18图所示为用脉冲周期法转速测量原理图。用每转2000条刻线的增量编码器测

电动机转逑。已知；时钟脉冲为8MHz,在20个编码器脉冲间隔的时间内，计数器

共计数50000个时钟脉冲，试求电动机转速0

数字输出

题18图

19.五相变磁阻式步进电动机，转子72个齿，最大静转矩为INm”

(1)若带动负载转矩0.9Nm,选择怎样的通电方式系数才能使其正常启动?

(2)若要求电动机转速为300r/min,计算输入脉冲的频率。

20.最小相位系统的开环对数幅频渐近特性如题20图所示。

试求开环传递函数G(s)。

四、简单应用题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)

21.试设计一个典型二阶低通滤波器的电路原理图。

机电•体化系统设计试区第3页(共4页)

22.考虑x吵平面上的直线运动路径，源点坐标为(0.0),终点坐标为(16.8),采用

三次多项式样条函数点位控制指令完成上述运动°如果要求完成协调运动的骰氏时

间为4,则各轴的速度容许值的最小值和加速度容许值的最小值各为多少？

五、综合应用魅(本大髭共2小题，每小题10分，共20分)

23.某控制系统的结构如题23图所示。已知：=-7-^~--.

Q(s)=Kp(l+〃s),及系统在剪切频率g=45处产生最大相位裕量c试求参数Td

和最大相位裕量如。

题23图

24.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

卜)电动机正转3s,停止5s,反转3s,自动停止结束°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。

机电一体化系统设计试题第4页(共4页)

2011年4月高等教育自学考试全国统一命题考试

机电一体化系统设计试题答案及评分参考

（课程代码02245）

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题I分，共10分）

1.C2.A3.B4.D5.A

6.B7.B8.A9.A10.D

二、简答题（本大髭共6小短，每小题5分，共30分）

II.整体系统的设计思想（1分），机电融合的设计思想（I分）和注重创新的设计

思想（2分）。

12.功能：采集有关系统状态和行为的信息。（2分）

组成：由传感器、调理电路、变换电路等组成。（3分）

13.消除齿轮副传动间隙有刚性调整法和柔性调整法。（2分）

刚性调整法包括调整中心矩法、选择装配法、带锥度齿轮法以及斜齿轮法0（1分）

柔性调整法主要通过在双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮齿

的两侧，以消除啮合间隙。如拉簧消除间隙结构、压簧消除间隙结构。（1分）

14.所谓DDA法：

（1）采用数字量（整数）表示速度、加速度及位置坐标c（I分）

（2）将加速度到速度,速度到位置的积分表达式，采用求和的方法进行近似数值积

分。（2分）

（3）产生增量式的运动控制指令。（1分）

（4）驱动步进电动机实现要求的运动。（1分）

15.反应式步进也动机，结构简单,步距角较小（0.36。〜7.5。），启动和运行频率较高，

但消耗功率较大，断电时无定位转矩。（3分）

永磁式步进电动机，断电时有定位转短,消耗功率较小，但步距角较大（7.5。~18。入

起动和运行频率较低，并需耍正负脉冲供电。（2分）

16.由控制器（I分）、受控对象（1分）、反馈测量装置（2分）以及比较器（1分）等组成,

三、计算题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）

17.既=好％土和1c（2分）

=-15+10.1=T.9（"min）

注：因为二者转速的方向相同，所以取

机电一体化系统设计试题答案及评分参考第I页（共4页）

50000

18.T==0.00625(5)(2分)

8xl06

VX60

n=2（2分）

NxT

一迎包一=96(r/min)(1分)

2000x0.00625

19.（1）步进电动机的启动转矩

北二匕⑺理：］.c°s四;0.81M/n,c=l

me5c0.95N•见c=2

欲电动机正常启动.2'.故应取c=2才行n（3分）

（2）输入脉冲频率

z.mc72x5x2

——n=----------x300-3600Hz(2分)

6060

20.由对数幅频渐近特性可知:

，其中*』=「K=I。。/

G($)=

纳=3.16s",(3分)

100(0.3l6s+l)

:.G(s)（2分）

/(0.00316"1)

1316）

四、简单应用即（本大超共2小时，每小蛙10分,共20分）

注：（I）画出运算放大器。（2分）

（2）画出二阶低通滤波。（4分）

（3）画出思、Rf等其它部分。（4分）

机电•体化系统设计试磔答案及评分参考第2页（共4页）

22.两轴运动的距离分别为:

AX=|16-0|»16（I分）

2Vg

J26（I分）

3廖图“

4nm26（I分）

缈=|8-0卜8（1分）

3|Ay|3x8

At-----=-----44

2弓“2vw

丁；3（1分）

5匿卷“

aN3（1分）

答:X轴速度容许值的最小值应为6,（1分）加速度容许值的最小值应为6;（1分）

7轴速度容许值的最小值应为3,（1分）加速度容许值的最小值应为3。（1分）

五、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

23.（I）系统开环传递函数

G⑶=63心"）=（（＞7＞）击（2分）

■

产生最大相位裕量的剪切频率线=盒=焉-=4（2分）

二7；=0.625（1分）

机电体化系统设计试题答案及评分参考第3页（共4页）

（2）最大相位裕量皿%得周=［警一匿卜.05（3分）

.•血=46.4。（2分）

x,

或九二总-立"-tg'Ta）c=小0.625x4-rg'0.1x4=682-21.8：=46.4*

24.（I）PLC系统资源分配表：（4分）（2）梯形图（6分）

按钮：0.00

正转接触器：10.00

反话接触器：10.01

TIM001:正转定时

TIM002:等待定时

T1M003:反转定时

中间继电器：190

机电一体化系统设计试题答案及评分参考第4页（共4页）

2010年4月全国高等教育自学考试

机电一体化系统设计试卷

（课程代码02245）

题号—二三四五

分数

复查人签名__________

一、单项选择题（本大题共10小题，每小胸1分，共10分）

得分评卷人复责人

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，谓将其代码填写在频后的括号内。错选、多选或未选

均无分・、

I.在系统中负责处理由测晟模块和接口模块提供信息的模块称

A.软件模块B.通信模块

C.驱动模块D.微计算机模块

2.设计伺服系统中的齿轮系传动时.根据最小等效转动惯量的原则,最佳速比分配

条件是【

A.4=生B.

22

3.谐波齿轮具有速比大、传动精度和效率高等优点，试问它是由以下哪种传动演变

而来的【

A.直齿锥齿•轮传动B.齿轮齿条传动

C.行星齿轮传动D.蜗轮蜗杆传动

4.在满鼠程就闱内由同一方向趋近同一个输入，连续几次测量所得输出之间的最大

差值称为【

A.可复现性B.用复性

C.误差D.精度

5.永磁同步电动机的基本组成部分不售今

A,定子和永久磁钢转子B.位置传感器

C.电子换向开关D.电刷

6.三相交流感应电动机中，定;二相对称绕组中接入三相对称交流电源后，三相绕

组中的电流在定子与转子之间的气隙中产生的磁场是【

A.脉动磁场B,静止磁场

C,圆形旋转磁场'D.无磁场

7.在采样数据系统中,若考虑对系统响应速度的影响时，采样周期应选为系统最小

时间常数的【

A.10倍B.5倍

C.2倍D.（0.1-1）倍

8.按照控制水平分类.通用工业机器人属于【

A.点位控制机器人B.连续路衿控制机器人

C.离散路径控制机解人D.控制路径机器人

9.S1MATICS7T00PLC是【

A.中、高档性能的PLCB.人机界面硬件

C.模块化小型的PLCD.超小型化的PLC

10.设计梯形图时.并联一个动合触点0.00对应的助记符语句是

A.ANDNOTC.00B.AND0.00

C.OR0.00D.ORNOT0.00

机电一体化系统设计试卷第2页（共II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”关系采纳哪些设计思想？

12、机电一体化设计过程包括哪些内容？

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、半闭环限制系统的定义及特点是什么？

18、数控机床通常采纳插补器生成运动限制指令，其中插补的概念是什么？

na八攵7八

三、计算逊(本大题共4小题，每小题5分，共20分)

19.如题19图所示的进给传动系统：已知：丝杠的导程P=6mm,步进电动机的步距角

a为L5。，T.作台的最小位移量(脉冲当员)8为0.01min.试计算确定齿轮Z\

和Z2的齿数，

题19图

20.如题20图所示：为测量码盘脉冲频率法,对于5000线的光电编码器,如果测速时

间(采样周期)为4ms.测得的编码器脉冲数为2008,试求转速n(r/min).

数字输出

题20图

2).三相变磁阻式步进电动机.转广有30个齿.：试计算：

(I)单三拍运行方式的步距角仇；、

(2)双三拍运行方式的步距角4；

(3)单双拍运行方式的步距角仇;

(4)若要电机转速为60r/min,则单拍运行方式时的输入脉冲频率G为多少？而单

双拍时的输入脉冲频率f2为多少？

22.某位置随动系统如题22图所示,当系统输入单位阶跃函数时，欲使系统的锻大超调

身b%<5%,求：

3）微分反馈环节的时间常数T;

（2）系统的调整时间q（按5%误差）0

得分评卷人I卷无人

------------------四、简单应用鹿（本大题共3小脑.每小题6分，共18分）

23.题23图为增迈式光电编码梆的信号处理电路框图，试据此画出光电输出波形图（正

转L

24、某他励直流电动机，电枢电阻为0.4Q,额定电压为220V,额定电流为40A,额定转速为1000i7min,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（12J0），两轴速度限制分别为

匕max=±6,Vymax=±8，加速度限制分别为々max=±2,«vmax=±3。试设计三次多项式样条函数点位限制指令。

五、综合应用翻(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：弓⑹一16.9.G,(s)=as

s(0,!s+1)

(I)a=004,限确定系统的A然频率⑺，阻尼比g,最大超调址4％;

(2)欲希望系统成为最佳阻尼比状态，试确定a的值；

(3)校正后,系统的开环增益和单位速度输入时的稳态误差已合

题26图

27、设计一台电动机按要求动作的PLC限制系统。

详细要求：系统只有一个按钮。按一下，电动机正转5s将反转5s,如此重复3次后自动停止。

试完成设计任务：(1)列出PLC系统资源安排表：(2)画出梯形图程序。

绝密★启用前

2010年4月全国高等教育自学考试

机电一体化系统设计试题答案及评分参考

（课程代码02245）

一、单项选择题：（本大题共10小题，每小题1分,共10分）

1.D2,C3.C4.B5.D

6.C7,D8.D9.A10.C

二、简答题：（本大题共8小题，每小题4分，共32分）

IL（I）替代机械系统23分）

（2）简化机械系统03分｝

（3）增强机械系统：（1分）

（4）综合机械系统：3分）

12.（I）市场调研、需求分析和技术预测.（0.5分）

（2）概念设计°（0.5分）

<3）可行性分析<:（0.5分）、

（4）编制设计任务书「（0.5分）

（5）初步设计，（0.5分）

（6）方案设计评估与优化。（0.5分）

（7）详细设计和参数核算。（0.5分）

（8）完成全部设计文件二,（0.5分）

13.（1）液体动压支承的T作原理是斜板承载机理。（2分）

（2）若两平面之间的油液成楔形,二者相对运动时，将产生左力.从而可以承载。

（2分）

14.（1）是一种受愉人电信号控制，并作出快速响应的电动机°（1分）

（2）堵转转矩与控制电压成正比3分），转速随转矩的增加而近似线性下降，调

速范围宽（I分），当控制电压为零时能立即停转（1分）C

15.（1）永磁式步进电动机的定「极上有二相或多相控制绕组，转产为一对或多对极

的星形永久磁钢、（2分）

（2）永磁式步进电动机.由于转子为永久磁钢，所以断电力定位转矩，消耗功率

小-（1分）

（3）永磁式步进电动机的缺点是，步距角较大,启动和运行频率较低,需正、负

脉冲供电n（l分）

机电幺化系统没计试题答案及评分参考第I以（46页）

16.（1）单极性驱动电洋是最基本的驱动电路形式，功率晶体管的导通与关断使各相

绕组的电流导通和截止。（I分）

（2）单极性驱动电路适用于反应式步进电动机，3分）

（3）双极性驱动电路采用4只晶体管作为开关元件来控制相绕组电流，这不仅可

控制电流通断.还可以控制相电流方向二（1分）

（4）双极性骡动电路适用于混合式或永磁式步进电动机，（I分）

17.（I）伺眼系统中.当位置传感器安装在伺服电动机轴上.用以间接测量「作台的

位移时，这种间接测量的系统称为半闭环系统,（2分）

（2）特点：可以避免传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行振荡,比全闭环

系统容易实现，可节省投资，（2分）

18.插补的概念就是产生一系列固定长度的步距（I分）,近似不能宜接到达的几何

图形（】分）,使得刀轨路径的最大偏差保持在一个步长以内（2分％

三、计算题：（本大题共4小题，每小题5分，共20分）

19.8=«-——（2分；

Zz360-

0,01=1,5°-x—0025-（2分）

Z2360,Z2

Zi0.01=0.4=22（1分）

Z20.02550

Zl=207.2=50

（或者：7.|»187>=45即答案不只一个）

”A「60

20.n=-------（2分）

N•4

由题意知:A；=2008N=5000

Ar=4wj=4xl05（5）3分）

2008x60

=6024（r/min）（2分）

-5000x4xl0-3

21.（1）0.==C（1分）

3x30x1

3M=4”分）

（2）

（3）=29分）

机电•体化系统设计试题答案及淬分参考第2页（共6页）

(4)ft=^-^^=90(Hz)(I分)

160x0

缄—分)

22.(I)由最大超调*o%=IOOe%45%w得？》0.69(2分)

501000

闭环传递困数0(s)=

U05s：+(I+50T)S+50--20(1十N)T)、十1000

=<1000=31.62(s'')

=20(1+50T)得到T=0.0236⑸(2分)

(2)赭:整时间：【，=二-3

^0.14(s)(1分)

0.69x31.62

四、简单应用题：〔本大题共3小股，每小题6分，共18分)

23.

答23图

注：a、b、c、d、e.f每个1分c

机U体化系统设计试题答窠及评分参与第3页㈠(6以)

24.丁Tcm=K」

•-TN=KJN0.5T"KJ

，"=0.51卜=0.5x40=20(A)(2分)

*/Ea=Kcw

Qn

E^.=220-0.4x40=204(V)分)

Ea=220—0.4x20=212(V)(1分)

E212

/.n=——n=x1000=!039(r/niin)12分)

N204

Jico=108.8(rad/s)

25.Ax='l2-0|=12,Ay=(10-0=10(1分)

=一（I分）

8

△<二=2、，4（I分）

;

（“一。）=max△j}=max^3,6,,=6(I分)

・••可得x轴的控制指令&认式为：

ff/3

x(/)=04-3(12-0)(-)2-2(12-0)(-y=/2--(1分)