2013年機電一體化系統(tǒng)設(shè)計自考歷年真題與復(fù)習(xí)資料

2013年4月高等教育自學(xué)考試全國統(tǒng)一命題考試

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題

課程代碼：02245

本試卷滿分100分.考試時間150分仲

考生答題注登事項：

I本卷所有試卷必須在答注卡上作答答在試卷和草稿紙上的無效.

2笫一部力力速樣源.必發(fā)對應(yīng)試卷上的11號使用28檜苓將答！《卡-的相應(yīng)代碼除去.

3第二部分為非選岸28必須注明大、小裳號，使用05亳米黑色手遺筆作答

4合理安排答!H空間，如出答謾區(qū)域無效。

第一部分選擇題

一、單項選擇題(本大題共10小題，每小題1分，共10分)

在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的，請將其選出并將“答愿

卡”的相應(yīng)代碼源黑.未添、錯涂或多涂均無分.

1.利用預(yù)先決定的指令抖制系列加r.作業(yè)的系統(tǒng)稱為

A.自動引導(dǎo)車B.何眼系統(tǒng)

C.工業(yè)機翳人D.數(shù)控系統(tǒng)

2.內(nèi)輪網(wǎng)的間隙會母成齒輪傳動的網(wǎng)差?泣J柔性消除法的結(jié)構(gòu)是

A.壓策泄隙結(jié)構(gòu)B.邊界裝配法

C.帶椎發(fā)齒輪法I).調(diào)養(yǎng)中心距法

3.某何眼電動機最高代速為1500r/min.通過聯(lián)軸器立堂帶動滾沐絲H現(xiàn)狀.11絲利蛭

母帶動工作臺移動.若經(jīng)杠導(dǎo)件為6mm.則「.作臺移動的最大速度為

A.900mm/minB.1500mn/min

C.3000mm/minD.9000im/min

4.當(dāng)金出或半導(dǎo)體薄片為U場中.有電流流過時,在展，f電流和磁場的方向上將產(chǎn)生

電動勢.這沖物理現(xiàn)煞稱為

A.樂爾效應(yīng)B.樂出效應(yīng)

C.電卬效應(yīng)I).正爾效應(yīng)

5.在易燃拐爆的IW環(huán)埴中不良使用的電動機是

A.直流電動機B.水磁時力電動機

C.無刷電動機D.超聲波電動機

6.在IWI放大器中，能夠?qū)崿F(xiàn)開通延遲的方法是

A.晶體管驅(qū)動級加延遲

B.脈寬司制器中M小死區(qū)

C.采用熔斷器保護

I).晶體管飽和導(dǎo)通啟野檢測保護

7.提高伺服系統(tǒng)剛度的方法是

A.增大電摳【可路電陰R

反增人泵統(tǒng)增林K.

C.減小系統(tǒng)增益K.

I）.減小電機反電勢系徽K.

8.在其仃位置環(huán)的全閉環(huán)交流向眼系統(tǒng)中.逑省環(huán)的反饋通常取自與向眼電動機同軸安

裝的

A,光柵尺B.磁柵尺

C.播應(yīng)同步器D.光電編碼得

9.適用于自動幻測、監(jiān)測及控制的西門子S7系列超小型的PLC是

A.SIMAT1CS7—200PLC

B.SIUATICSET

C.SIMATICS7—300PI￡

D.SIMAT1CS7—400P1X

w.助記符語句AM）K?T（1CO的含義兒.

A.栽入一個動合觸點0.00

B.并聯(lián)個動合觸點0.00

C.串聯(lián)一個動斷觸點0.00

1).串聯(lián)一個動合觸點0.00

第二部分非選擇題

二、簡答題（本大題共8小題，每小題4分，共32分）

請在答題卡上作答.

11.什么是中線性時變系統(tǒng)？

12.簡述機械受捽犢塊的定義及功能.

13.簡述液體靜壓支承匕液體“川、上策的」4年

14.P網(wǎng)的控制網(wǎng)路是個電壓——脈沖變級裝置.箍稱膿寬調(diào)洞器.它是由小些信號和郃

件組成的？

15.簡述永選式步過電動機?的工作原理及其特點。

16.何謂步進電動機的啟動頻率？影響它的因素布那些？

17.比較半見環(huán)和全陽環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點。

18.簡述數(shù)據(jù)采打知補采用時間分削法進行加補運算的工作原理.

三、計算題（本大題共4小息，每小題5分，共20分）

請在答題卡上作答.

19.蓬19圖所示為某機床X向進給系統(tǒng)K速器的總速比耍求為30/7,取兩級優(yōu)速,試按

用佳速比分配條件確定各齒輪的次數(shù).

BH9圖

20.fg20圖所示,用每轉(zhuǎn)1000條刻線的增珀編碼器測電動機轉(zhuǎn)速。己知；時鐘脈沖為

2MHz,在10個編碼第脈沖間隔的時間里,計數(shù)8共計數(shù)】0000個時鐘脈沖,試用洪量

碼盤肽沖周期法求電動機轉(zhuǎn)速◎

數(shù)宇除削

膿沖

題20曲

21.用步進電動機控制工作臺的運動。

(D設(shè)步距角1.8°?滾珠絲杠導(dǎo)程4m.進給脈沖頻率2KHz.求進給速度v加/min)。

(2)若在工作臺抵達目標(biāo)(停止)點前0.41nm將速度M半，求減速段電機運行的時間。

22.伺服系統(tǒng)如題22圖所示。

(D選擇時間常數(shù)T的值,使阻尼比，=0.5。

(2)計算系統(tǒng)的伺服剛度口

題22圖

四、簡單應(yīng)用題(本大題共3小題，每小題6分，共18分)

請在答題卡上作答.

23.試設(shè)計一個典型二階高通濾波器的電路原理圖。

24.一介巨流伺服電動機在額定負載轉(zhuǎn)矩下運行。當(dāng)控制電樂為210v.電樞網(wǎng)路的總電網(wǎng)

為100。時?電機的轉(zhuǎn)速為2000“min?電樞電流為0.1M試求當(dāng)控制電壓升高為

220V,同時電樞回路的總電陰增加至200□時?電機穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)速和電樞電流.

25.有一個4軸的運動控制系統(tǒng),起始坐標(biāo)為(0,3,24),終點坐標(biāo)為(4.8.F,-8).

設(shè)各軸容許的最大速度相同,各岫容許的最大加速度也相同.利用三次多項式樣條函數(shù)

生成點位控制指令.在保證所行各軸的速度和加速度都不超過容許他的情況下,協(xié)調(diào)運

動的容許時間小于5.試求各軸容許的最大速度和最大加速度的最小值.

五、綜合應(yīng)用題(本大題共2小題，每小題10分，共20分)

請在答題卡上作答.

26.某控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如題26圖所示，已知：G（.._!_=_L_.G,（”=K（\+7＞）

/（o.2$+i）

要求系統(tǒng)的最大相位峪量”產(chǎn)40。。

求：（I）二的值；（2）此時的剪切頻率5；（3）單位加速度輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差es

期26圖

27.iftvt臺電動機聯(lián)動的PLC控制系線.要求：按起動按鈕后，電動機Ml起動，10畬后

備動機M2自動起初《按停止按鈕后.M2停止，20s后Ml再停止.試完成設(shè)計任務(wù),

《】＞列出PLC系統(tǒng)資源分配表.（2）曲出梯形圖程序.

2024年4月機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題1分，共10分）

1.用于承載、傳遞力和運動的模塊是【A】

A.機械受控模塊B.驅(qū)動模塊C.接口模塊D.微計算機模塊

2.導(dǎo)軌副用于引導(dǎo)運動部件的走向，某配對導(dǎo)軌面具有相同記性裝置，利用同型相斥原理使兩

導(dǎo)軌面脫離接觸，該導(dǎo)軌屬于【D】

A.滑動導(dǎo)軌B.液體靜壓導(dǎo)軌C.氣浮導(dǎo)軌D.磁浮導(dǎo)軌

3.滾珠絲杠螺母副一般實行消退間隙和適當(dāng)預(yù)緊的措施，主要方法有四種，其中最簡潔、尺寸

最緊湊，且價格低廉的調(diào)整方法是【D】

A.雙螺母齒差式B.雙螺母螺紋式C.雙螺母墊片式D.單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式

4.能消退零位輸出和偶此非線性項，抵消共模誤差，削減非線性，這種傳感器性能改善措施是

[B]

A.平均技術(shù)B.差動技術(shù)C.開環(huán)技術(shù)D.閉環(huán)技術(shù)

5.下列措施中能夠減小直流伺服電動機機電時間常數(shù)的是【C】

A.增加等效轉(zhuǎn)動慣量B.增加電樞回路電阻C.附加速度負反饋D.減小電動機轉(zhuǎn)矩系數(shù)分析:

機電時間常數(shù)Tm=(Ra*J)/(Kt*Ke)<>與機電時間常數(shù)Tm正比的是等效轉(zhuǎn)動慣量J和電樞回路

電阻Ra,因此增加它們不行，與Tm反比是電動機轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt和電動機反電動勢系數(shù)Ke。因此只

有CE確。

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

義是IA]

A.功率場效應(yīng)管B.功率晶體管C.絕緣柵晶體管D.靜電感應(yīng)晶體管

分析：書上沒找到有關(guān)描述。不過MOS管是場效應(yīng)管，因此只有A合適。上網(wǎng)查了一下，正確。

7.PID限制器中，I的含義是【B】

A.比例B.積分C.微分D.前饋

8.在具有位置換的全閉環(huán)溝通伺服系統(tǒng)中，取自伺服電動機軸上編碼器的反饋通道構(gòu)成【B】

A.位置環(huán)B.速度環(huán)C.電流環(huán)D.轉(zhuǎn)矩環(huán)

分析：“全閉環(huán)”是關(guān)鍵。在書上235頁，簡潔忽視。

9.滿意中等性能要求的西門子S7系列模塊化小型的PLC是【C】

A.SIMATICS7-200PLCB.SIMATICNETC.SIMATICS7-300PLC

D.8IMATICS7-400PLC

10.設(shè)計梯形圖時，串聯(lián)一個動斷觸點0.00對應(yīng)的助記符語句是【D】

A.LD0.00B.LDNOT0.00C.AND0.00D.ANDNOT0.00

分析：“動斷觸點”是關(guān)鍵語，就是常閉觸點，動作以后才斷開。

二、簡答題（本大題共8小題，每小題4分，共32分）

11.伺服系統(tǒng)的工作特點是什么？

12.簡述通信模塊及接口模塊的作用。

13.簡述單波諧波齒輪傳動和雙波諧波齒輪傳動的含義，并說明為什么雙波諧波齒輪傳動被廣泛

采納。

14.三相感應(yīng)電動機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中有怎樣的磁場，該磁場是如何產(chǎn)生的？

15.簡述反應(yīng)式步進電動機的工作原理及其特點。

16.步進電動機驅(qū)動器產(chǎn)品中的單脈沖方式與雙脈沖方式有何不同，各自適合什么場合？

17.選擇采樣周期應(yīng)遵循的準則？

I8.采納DDA法在兩軸定為工作臺上實現(xiàn)直線插補，采納常速度分布實現(xiàn)直線運動限制指令時，

須要幾個寄存器，如何安排和運用這些寄存器產(chǎn)生步進電動機的參考脈沖指令？

題H分析：

問答題都比較簡潔，但是今年的題目和歷年還是有些不同，出題專家花了功夫做調(diào)整。

三、計算題（本大題共4小題，每小題5分，共20分）

19.如題19圖，，,,，（依據(jù)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù)表）查得系數(shù)=3,假如外部軸向力=20000N,

軸向預(yù)載荷力為10000N時，該滾珠絲杠副的傳動剛度是多少？（本題與2024年的第24題類似，那

道題僅軸向預(yù)載荷力為3000N）

本題：查表得軸向位移系數(shù)是6.5倍

軸向位移=6.5x3=19.5um

傳動岡U度=20000/19.5=1025.641（N/um）

本題可拿到5分

20.增量式編碼器與12cm直徑的跟蹤輪一起運用，編碼器為5000線，是確定每個脈沖的位移,

以及為了測量7m距離所需計數(shù)器的位數(shù)。

答：

每個脈沖的位移=(3.14*12)/5000=0.007536cm/脈沖

測量7m(HP700cm)所需脈沖數(shù)=700/0.007536=92887.43

取整為92888

92888大于2的16次方(用計算器，或記住2的15次方是32768,)，小于2的17次方，因

此所需計數(shù)器的位數(shù)為17位。

以上題型比較新，沒有比照的，也不知道對不對。給自己計算得3分。

21.用步進電動機限制工作臺的運動，(1)設(shè)步距角1.8度，細分系數(shù)5,絲杠鑲距2mm,進

給速度v=120mm/min,求進給頻率f。

(2)設(shè)8253芯片工作在方波發(fā)生器方式(方式3),GATE=1,CLK=2MHz,求時間常數(shù)寄存

器的初值k°

解：

(1)進給速度v=120mm/min=2mm/s

細分后的步距角=1.8/5

編碼器旋轉(zhuǎn)?周的脈沖數(shù)N=360/(1.8/5)=1000

絲杠導(dǎo)程p=2mm

SS=p/N=2/1000mm/脈沖

v=f*p/N=2f/1000=2f=1kHz

(2)k=2000000/1000=2000

時間常數(shù)寄存器的初值k為2000

以上題型也是原來沒有的，書上只有部分相關(guān)內(nèi)容，不知道對不對。做試卷的時候這個題沒有全

部完成，給自己計算得2分。

22.某伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如題22圖所示，其中Gc(s)=K1,Gp(s)=K2/[s(T1s+1)],Gr(s)=A1ss+A2s

(1)確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件

(2)選擇入1和入2的值，使e(s)=0

答：(1)穩(wěn)定的條件：1-Gr(s)*Gp(s)=0

即Gp(s)=1/Gr(s)=K2/[s(T1s+1)]=1/(A1ss+A2s)

對應(yīng)系數(shù)相等,K2=1,A1=T1,A2=1

(2)答案有時間再補，或者哪位大俠給補上。

這個題得3分

這道大題一共得13分。

四、簡潔應(yīng)用題(本大題共3小題，每小題6分，共18分)

23.采樣保持器的作用是在A/D進行轉(zhuǎn)換期間,“，畫出采樣保持器的基本電路示意圖，并說明其工

作原理。

這個題目估計到要考，因此駕馭的比較透徹。你想想，濾波電路部分，二階的才考完，1階的簡

潔，從來沒考過，考的可能性不大(但復(fù)習(xí)時還是要駕馭)。采樣保持器10年來考過一次，再考一

次還是可能的。這個題有條線沒畫到位，得5分

24.一臺直流伺服電動機，保持額定電壓為120V,電核電阻200Q,在額定負載轉(zhuǎn)矩下運行時，

電機轉(zhuǎn)速為1000r/min,電樞電流為0.1A,求電機的志向空載轉(zhuǎn)速是多少。該電機在額定電壓下啟動,

啟動電流是多少？

解：

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

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

(r/min)

計算得Ke=0.1

n0=Un/Ke=120/0.1=1200

(r/min)

啟動電流ld=Un/Ra=0.6(A)

25.設(shè)1個6軸的運動限制系統(tǒng)，起始坐標(biāo)為(1,2,3,,”,)，終點坐標(biāo)為(,,,,)，各軸vmax都為±4,

amax均為±6,求協(xié)調(diào)運動的最短時間。

這個題答案是2秒

本題得6分

自己計算這道大題得17分。

五、綜各應(yīng)用題(本大題共2小題，每小題10分，共20分)

26.限制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如題26圖所示,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，使在剪切頻率u)c=10/s時相位裕量(p最大；

(2)求最大相位裕量(pM；

解答：(1)按208頁公式6-29

已知UJC和T,得T=0.5

按208頁公式6-30,Tanq)M=1/2(,,,,)=24

用計算器計算，(pM=67.38度

這道題得10分，題目比預(yù)想的要簡潔。這次考試對傳遞函數(shù)考的不深，但是新型題目有幾個。

總體題目偏難。

27.設(shè)計兩臺電動機聯(lián)動的PLC限制系統(tǒng)，M1和M2有各自的啟動和停止按鈕，要求M1啟動

10秒后M2才能啟動，M2不停止M1不能停止。

試完成設(shè)計任務(wù)：(1)列出PLC系統(tǒng)資源安排表。

答：

(1)資源安排表

0.00M1啟動按鈕

0.01M1停止按鈕

0.02M2啟動按鈕

0.03M2停止按鈕

10.00M1電機繼電器

10.01M2電機繼電器

TIM001M2延時啟動延時時間

(2)梯形圖

要點：M2的常開，并聯(lián)在M1的停止按鈕上。

這道題得9分

本道大題得19分。(2)畫出梯形圖程序。

2011年4月高等教育自學(xué)考試全國統(tǒng)一命題考試

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題

（課程代碼：02245考試時間：150分鐘）

注意事

答案必須寫在答題卡規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，未按要求作答的答案無效。

一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題1分，共10分）

在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的，請將其選出并將答題卡的相應(yīng)

代碼涂黑。錯涂、多涂或未涂均無分。

1.負責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間信息傳遞的模塊稱為

A.軟件模塊B.接口模塊

C.通信模塊D.騾動模塊

2.在齒輪傳動中，若總速比一定，則齒輪傳動隨著傳動級數(shù)的增加

A.總轉(zhuǎn)動慣量減小，傳動效率降低B.總轉(zhuǎn)動慣量增大，傳動效率增加

C.總轉(zhuǎn)動慣量增大，傳動效率降低D.總轉(zhuǎn)動慣量減小,傳動效率增加

3.在滾動導(dǎo)軌中，計算出的每個滾動體所承受的許用載荷［P］與最大我荷Pa的關(guān)系為

A.〔尸卜匕"B.C?［，］=&D.［P］SJ

4.某光柵的條紋密度是50條/mm,指示光柵與標(biāo)尺光柵間的夾角為0.001弧度，則英

爾條紋寬度為

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

5.直流伺服電動機通常可近似為一階慣性環(huán)節(jié)，其過渡過科.的快慢主要取決于

A.機電時間常數(shù)B.機械系統(tǒng)時間常數(shù)

C.電磁時間常數(shù)D.粘性阻尼系數(shù)

6.與直流伺服電動機的機械特性硬度無關(guān)的是

A.電樞電阻B.電樞電壓

C.反電動勢系數(shù)D.轉(zhuǎn)矩系數(shù)

7.在軟伺服系統(tǒng)中，一般認為速度環(huán)的閉環(huán)增益最好為系統(tǒng)增益的

A.0.1倍B.2~4倍

C.5倍D.IU倍

機電一體化系統(tǒng)設(shè)ill憾第1頁（共4頁）

8.利用DDA法實現(xiàn)直線插林。采用常速度分布實現(xiàn)直線運動控制指令時，步進電動機

的參考脈沖指令是

A.位置寄存器的溢出脈沖B.速度寄存器的溢出脈沖

C.時鐘信號D.加速度寄存器的溢出脈沖

9.指令OR0.00的功能是

A.并聯(lián)一個動合觸點B.并聯(lián)一個動斷觸點

C.載人一個動斷觸點D.載入一個動合觸點

10.指令LD0.00的功能是

A.串聯(lián)一個動斷觸點B.并聯(lián)一個動斷觸點

C.載入一個動斷觸點D.載入一個動合觸點

二、簡答題（本大題共6小題，每小題5分，共30分）

11.機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中需要貫徹哪些設(shè)計思想？

12.簡述蜒型機電一體化系統(tǒng)中的測量模塊的功能及組成。

13.消除齒輪副傳動間隙有哪些主要措施？

14.簡述用數(shù)字微分分析法（DDA）控制步進電動機運動的原理。

15.筒要比較反應(yīng)式步進電動機與永磁式步進電動機的優(yōu)缺點。

16.閉環(huán)伺服系統(tǒng)由哪幾部分組成？

三、計算題（本大鹿共4小題，每小題5分，共20分）

17.題17圖所示為雙波傳動諧波齒輪減速器的原理圖。已知：柔輪的齒數(shù)Z#=200.M'l

輪的齒數(shù)Z°=202,波發(fā)生器的轉(zhuǎn)速%/=]500r/min,剛輪的轉(zhuǎn)速%=10r/min,

二者轉(zhuǎn)速的方向相同。求：當(dāng)波發(fā)生器和剛輪同時輸入時，柔輪偷出的轉(zhuǎn)速?。

刖輪柔輪

題17圖

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題第2頁（共4頁）

18.題18圖所示為用脈沖周期法轉(zhuǎn)速測量原理圖。用每轉(zhuǎn)2000條刻線的增量編碼器測

電動機轉(zhuǎn)逑。已知；時鐘脈沖為8MHz,在20個編碼器脈沖間隔的時間內(nèi)，計數(shù)器

共計數(shù)50000個時鐘脈沖，試求電動機轉(zhuǎn)速0

數(shù)字輸出

題18圖

19.五相變磁阻式步進電動機，轉(zhuǎn)子72個齒，最大靜轉(zhuǎn)矩為INm”

(1)若帶動負載轉(zhuǎn)矩0.9Nm,選擇怎樣的通電方式系數(shù)才能使其正常啟動?

(2)若要求電動機轉(zhuǎn)速為300r/min,計算輸入脈沖的頻率。

20.最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻漸近特性如題20圖所示。

試求開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)。

四、簡單應(yīng)用題(本大題共2小題，每小題10分，共20分)

21.試設(shè)計一個典型二階低通濾波器的電路原理圖。

機電?體化系統(tǒng)設(shè)計試區(qū)第3頁(共4頁)

22.考慮x吵平面上的直線運動路徑，源點坐標(biāo)為(0.0),終點坐標(biāo)為(16.8),采用

三次多項式樣條函數(shù)點位控制指令完成上述運動°如果要求完成協(xié)調(diào)運動的骰氏時

間為4,則各軸的速度容許值的最小值和加速度容許值的最小值各為多少？

五、綜合應(yīng)用魅(本大髭共2小題，每小題10分，共20分)

23.某控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如題23圖所示。已知：=-7-^~--.

Q(s)=Kp(l+〃s),及系統(tǒng)在剪切頻率g=45處產(chǎn)生最大相位裕量c試求參數(shù)Td

和最大相位裕量如。

題23圖

24.設(shè)計一臺電動機按要求動作的PLC控制系統(tǒng)「具體要求：系統(tǒng)只有一個按鈕，按一

卜)電動機正轉(zhuǎn)3s,停止5s,反轉(zhuǎn)3s,自動停止結(jié)束°試完成設(shè)計任務(wù)：

(1)列出PLC系統(tǒng)資源分配表；

(2)畫出梯形圖程序。

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題第4頁(共4頁)

2011年4月高等教育自學(xué)考試全國統(tǒng)一命題考試

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題答案及評分參考

（課程代碼02245）

一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題I分，共10分）

1.C2.A3.B4.D5.A

6.B7.B8.A9.A10.D

二、簡答題（本大髭共6小短，每小題5分，共30分）

II.整體系統(tǒng)的設(shè)計思想（1分），機電融合的設(shè)計思想（I分）和注重創(chuàng)新的設(shè)計

思想（2分）。

12.功能：采集有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)和行為的信息。（2分）

組成：由傳感器、調(diào)理電路、變換電路等組成。（3分）

13.消除齒輪副傳動間隙有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。（2分）

剛性調(diào)整法包括調(diào)整中心矩法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法以及斜齒輪法0（1分）

柔性調(diào)整法主要通過在雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪齒

的兩側(cè)，以消除嚙合間隙。如拉簧消除間隙結(jié)構(gòu)、壓簧消除間隙結(jié)構(gòu)。（1分）

14.所謂DDA法：

（1）采用數(shù)字量（整數(shù)）表示速度、加速度及位置坐標(biāo)c（I分）

（2）將加速度到速度,速度到位置的積分表達式，采用求和的方法進行近似數(shù)值積

分。（2分）

（3）產(chǎn)生增量式的運動控制指令。（1分）

（4）驅(qū)動步進電動機實現(xiàn)要求的運動。（1分）

15.反應(yīng)式步進也動機，結(jié)構(gòu)簡單,步距角較?。?.36。?7.5。），啟動和運行頻率較高，

但消耗功率較大，斷電時無定位轉(zhuǎn)矩。（3分）

永磁式步進電動機，斷電時有定位轉(zhuǎn)短,消耗功率較小，但步距角較大（7.5。~18。入

起動和運行頻率較低，并需耍正負脈沖供電。（2分）

16.由控制器（I分）、受控對象（1分）、反饋測量裝置（2分）以及比較器（1分）等組成,

三、計算題（本大題共4小題，每小題5分，共20分）

17.既=好％土和1c（2分）

=-15+10.1=T.9（"min）

注：因為二者轉(zhuǎn)速的方向相同，所以取

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題答案及評分參考第I頁（共4頁）

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）步進電動機的啟動轉(zhuǎn)矩

北二匕⑺理：］.c°s四;0.81M/n,c=l

me5c0.95N?見c=2

欲電動機正常啟動.2'.故應(yīng)取c=2才行n（3分）

（2）輸入脈沖頻率

z.mc72x5x2

——n=----------x300-3600Hz(2分)

6060

20.由對數(shù)幅頻漸近特性可知:

，其中*』=「K=I。。/

G($)=

納=3.16s",(3分)

100(0.3l6s+l)

:.G(s)（2分）

/(0.00316"1)

1316）

四、簡單應(yīng)用即（本大超共2小時，每小蛙10分,共20分）

注：（I）畫出運算放大器。（2分）

（2）畫出二階低通濾波。（4分）

（3）畫出思、Rf等其它部分。（4分）

機電?體化系統(tǒng)設(shè)計試磔答案及評分參考第2頁（共4頁）

22.兩軸運動的距離分別為:

AX=|16-0|?16（I分）

2Vg

J26（I分）

3廖圖“

4nm26（I分）

緲=|8-0卜8（1分）

3|Ay|3x8

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

2弓“2vw

??；3（1分）

5匿卷“

aN3（1分）

答:X軸速度容許值的最小值應(yīng)為6,（1分）加速度容許值的最小值應(yīng)為6;（1分）

7軸速度容許值的最小值應(yīng)為3,（1分）加速度容許值的最小值應(yīng)為3。（1分）

五、綜合應(yīng)用題（本大題共2小題，每小題10分，共20分）

23.（I）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)

G⑶=63心"）=（（＞7＞）擊（2分）

■

產(chǎn)生最大相位裕量的剪切頻率線=盒=焉-=4（2分）

二7；=0.625（1分）

機電體化系統(tǒng)設(shè)計試題答案及評分參考第3頁（共4頁）

（2）最大相位裕量皿%得周=［警一匿卜.05（3分）

.?血=46.4。（2分）

x,

或九二總-立"-tg'Ta）c=小0.625x4-rg'0.1x4=682-21.8：=46.4*

24.（I）PLC系統(tǒng)資源分配表：（4分）（2）梯形圖（6分）

按鈕：0.00

正轉(zhuǎn)接觸器：10.00

反話接觸器：10.01

TIM001:正轉(zhuǎn)定時

TIM002:等待定時

T1M003:反轉(zhuǎn)定時

中間繼電器：190

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題答案及評分參考第4頁（共4頁）

2010年4月全國高等教育自學(xué)考試

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試卷

（課程代碼02245）

題號—二三四五

分數(shù)

復(fù)查人簽名__________

一、單項選擇題（本大題共10小題，每小胸1分，共10分）

得分評卷人復(fù)責(zé)人

在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求

的，謂將其代碼填寫在頻后的括號內(nèi)。錯選、多選或未選

均無分?、

I.在系統(tǒng)中負責(zé)處理由測晟模塊和接口模塊提供信息的模塊稱

A.軟件模塊B.通信模塊

C.驅(qū)動模塊D.微計算機模塊

2.設(shè)計伺服系統(tǒng)中的齒輪系傳動時.根據(jù)最小等效轉(zhuǎn)動慣量的原則,最佳速比分配

條件是【

A.4=生B.

22

3.諧波齒輪具有速比大、傳動精度和效率高等優(yōu)點，試問它是由以下哪種傳動演變

而來的【

A.直齒錐齒?輪傳動B.齒輪齒條傳動

C.行星齒輪傳動D.蝸輪蝸桿傳動

4.在滿鼠程就闈內(nèi)由同一方向趨近同一個輸入，連續(xù)幾次測量所得輸出之間的最大

差值稱為【

A.可復(fù)現(xiàn)性B.用復(fù)性

C.誤差D.精度

5.永磁同步電動機的基本組成部分不售今

A,定子和永久磁鋼轉(zhuǎn)子B.位置傳感器

C.電子換向開關(guān)D.電刷

6.三相交流感應(yīng)電動機中，定;二相對稱繞組中接入三相對稱交流電源后，三相繞

組中的電流在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生的磁場是【

A.脈動磁場B,靜止磁場

C,圓形旋轉(zhuǎn)磁場'D.無磁場

7.在采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)中,若考慮對系統(tǒng)響應(yīng)速度的影響時，采樣周期應(yīng)選為系統(tǒng)最小

時間常數(shù)的【

A.10倍B.5倍

C.2倍D.（0.1-1）倍

8.按照控制水平分類.通用工業(yè)機器人屬于【

A.點位控制機器人B.連續(xù)路衿控制機器人

C.離散路徑控制機解人D.控制路徑機器人

9.S1MATICS7T00PLC是【

A.中、高檔性能的PLCB.人機界面硬件

C.模塊化小型的PLCD.超小型化的PLC

10.設(shè)計梯形圖時.并聯(lián)一個動合觸點0.00對應(yīng)的助記符語句是

A.ANDNOTC.00B.AND0.00

C.OR0.00D.ORNOT0.00

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試卷第2頁（共II頁）

二、簡答題（本大題共8小題，每小題4分，共32分）

11、處理''機”與“電”關(guān)系采納哪些設(shè)計思想？

12、機電一體化設(shè)計過程包括哪些內(nèi)容？

13、試說明液體動壓支承的工作原理。

14、什么是直流伺服電動機？它有怎樣的工作特點？

15、永磁式步進電動機的結(jié)構(gòu)及特點是什么？

16、步進電動機的單、雙極性驅(qū)動電路，各自的特點是什么？適用范圍是什么？

17、半閉環(huán)限制系統(tǒng)的定義及特點是什么？

18、數(shù)控機床通常采納插補器生成運動限制指令，其中插補的概念是什么？

na八攵7八

三、計算遜(本大題共4小題，每小題5分，共20分)

19.如題19圖所示的進給傳動系統(tǒng)：已知：絲杠的導(dǎo)程P=6mm,步進電動機的步距角

a為L5。，T.作臺的最小位移量(脈沖當(dāng)員)8為0.01min.試計算確定齒輪Z\

和Z2的齒數(shù)，

題19圖

20.如題20圖所示：為測量碼盤脈沖頻率法,對于5000線的光電編碼器,如果測速時

間(采樣周期)為4ms.測得的編碼器脈沖數(shù)為2008,試求轉(zhuǎn)速n(r/min).

數(shù)字輸出

題20圖

2).三相變磁阻式步進電動機.轉(zhuǎn)廣有30個齒.：試計算：

(I)單三拍運行方式的步距角仇；、

(2)雙三拍運行方式的步距角4；

(3)單雙拍運行方式的步距角仇;

(4)若要電機轉(zhuǎn)速為60r/min,則單拍運行方式時的輸入脈沖頻率G為多少？而單

雙拍時的輸入脈沖頻率f2為多少？

22.某位置隨動系統(tǒng)如題22圖所示,當(dāng)系統(tǒng)輸入單位階躍函數(shù)時，欲使系統(tǒng)的鍛大超調(diào)

身b%<5%,求：

3）微分反饋環(huán)節(jié)的時間常數(shù)T;

（2）系統(tǒng)的調(diào)整時間q（按5%誤差）0

得分評卷人I卷無人

------------------四、簡單應(yīng)用鹿（本大題共3小腦.每小題6分，共18分）

23.題23圖為增邁式光電編碼梆的信號處理電路框圖，試據(jù)此畫出光電輸出波形圖（正

轉(zhuǎn)L

24、某他勵直流電動機，電樞電阻為0.4Q,額定電壓為220V,額定電流為40A,額定轉(zhuǎn)速為1000i7min,負載轉(zhuǎn)矩為

恒轉(zhuǎn)矩負載，大小為額定轉(zhuǎn)矩的一半，求此時電動機在額定電壓下的轉(zhuǎn)速和電樞電流的大小。

25、考慮x-y平面上的直線運動路徑，源點坐標(biāo)為（0,0），終點坐標(biāo)為（12J0），兩軸速度限制分別為

匕max=±6,Vymax=±8，加速度限制分別為々max=±2,?vmax=±3。試設(shè)計三次多項式樣條函數(shù)點位限制指令。

五、綜合應(yīng)用翻(本大題共2小題,每小題10分，共20分)

26.控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如題26圖所示，已知：弓⑹一16.9.G,(s)=as

s(0,!s+1)

(I)a=004,限確定系統(tǒng)的A然頻率⑺，阻尼比g,最大超調(diào)址4％;

(2)欲希望系統(tǒng)成為最佳阻尼比狀態(tài)，試確定a的值；

(3)校正后,系統(tǒng)的開環(huán)增益和單位速度輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差已合

題26圖

27、設(shè)計一臺電動機按要求動作的PLC限制系統(tǒng)。

詳細要求：系統(tǒng)只有一個按鈕。按一下，電動機正轉(zhuǎn)5s將反轉(zhuǎn)5s,如此重復(fù)3次后自動停止。

試完成設(shè)計任務(wù)：(1)列出PLC系統(tǒng)資源安排表：(2)畫出梯形圖程序。

絕密★啟用前

2010年4月全國高等教育自學(xué)考試

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題答案及評分參考

（課程代碼02245）

一、單項選擇題：（本大題共10小題，每小題1分,共10分）

1.D2,C3.C4.B5.D

6.C7,D8.D9.A10.C

二、簡答題：（本大題共8小題，每小題4分，共32分）

IL（I）替代機械系統(tǒng)23分）

（2）簡化機械系統(tǒng)03分｝

（3）增強機械系統(tǒng)：（1分）

（4）綜合機械系統(tǒng)：3分）

12.（I）市場調(diào)研、需求分析和技術(shù)預(yù)測.（0.5分）

（2）概念設(shè)計°（0.5分）

<3）可行性分析<:（0.5分）、

（4）編制設(shè)計任務(wù)書「（0.5分）

（5）初步設(shè)計，（0.5分）

（6）方案設(shè)計評估與優(yōu)化。（0.5分）

（7）詳細設(shè)計和參數(shù)核算。（0.5分）

（8）完成全部設(shè)計文件二,（0.5分）

13.（1）液體動壓支承的T作原理是斜板承載機理。（2分）

（2）若兩平面之間的油液成楔形,二者相對運動時，將產(chǎn)生左力.從而可以承載。

（2分）

14.（1）是一種受愉人電信號控制，并作出快速響應(yīng)的電動機°（1分）

（2）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與控制電壓成正比3分），轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而近似線性下降，調(diào)

速范圍寬（I分），當(dāng)控制電壓為零時能立即停轉(zhuǎn)（1分）C

15.（1）永磁式步進電動機的定「極上有二相或多相控制繞組，轉(zhuǎn)產(chǎn)為一對或多對極

的星形永久磁鋼、（2分）

（2）永磁式步進電動機.由于轉(zhuǎn)子為永久磁鋼，所以斷電力定位轉(zhuǎn)矩，消耗功率

小-（1分）

（3）永磁式步進電動機的缺點是，步距角較大,啟動和運行頻率較低,需正、負

脈沖供電n（l分）

機電幺化系統(tǒng)沒計試題答案及評分參考第I以（46頁）

16.（1）單極性驅(qū)動電洋是最基本的驅(qū)動電路形式，功率晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷使各相

繞組的電流導(dǎo)通和截止。（I分）

（2）單極性驅(qū)動電路適用于反應(yīng)式步進電動機，3分）

（3）雙極性驅(qū)動電路采用4只晶體管作為開關(guān)元件來控制相繞組電流，這不僅可

控制電流通斷.還可以控制相電流方向二（1分）

（4）雙極性騾動電路適用于混合式或永磁式步進電動機，（I分）

17.（I）伺眼系統(tǒng)中.當(dāng)位置傳感器安裝在伺服電動機軸上.用以間接測量「作臺的

位移時，這種間接測量的系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng),（2分）

（2）特點：可以避免傳動機構(gòu)非線性引起系統(tǒng)產(chǎn)生極限環(huán)和爬行振蕩,比全閉環(huán)

系統(tǒng)容易實現(xiàn)，可節(jié)省投資，（2分）

18.插補的概念就是產(chǎn)生一系列固定長度的步距（I分）,近似不能宜接到達的幾何

圖形（】分）,使得刀軌路徑的最大偏差保持在一個步長以內(nèi)（2分％

三、計算題：（本大題共4小題，每小題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即答案不只一個）

”A「60

20.n=-------（2分）

N?4

由題意知: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）

機電?體化系統(tǒng)設(shè)計試題答案及淬分參考第2頁（共6頁）

(4)ft=^-^^=90(Hz)(I分)

160x0

緘—分)

22.(I)由最大超調(diào)*o%=IOOe%45%w得？》0.69(2分)

501000

閉環(huán)傳遞困數(shù)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:整時間：【，=二-3

^0.14(s)(1分)

0.69x31.62

四、簡單應(yīng)用題：〔本大題共3小股，每小題6分，共18分)

23.

答23圖

注：a、b、c、d、e.f每個1分c

機U體化系統(tǒng)設(shè)計試題答窠及評分參與第3頁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軸的控制指令&認式為：

ff/3

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