机电一体化系统设计自考历真题及答案

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c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.骗动模块

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］与最大载荷Pmx的关系为

A.［门＜匕皿B.［尸］＞：C.［户］=心D.

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，则莫

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，其过渡过打的快慢主要取决于

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.10倍

机电一体化系统设计试题第1页（共4页）

8.利用DDA法实现直线插补。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…个动合触点

10.指令LD0一00的功能是

A.串联一个动断触点B.并联一个动断触点

C.载人一个动断触点D.载人一个动合触点

二、筒答题（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.简述典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.简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.闭环伺服系统内哪几部分组成？

三、计算题（本大题共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,刚

轮的齿数ZG=202,波发生器的转速〃〃=1500r/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，柔轮输出的转速外。

机电一体化系统设计试题第2页（共4页）

18.题18困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

电动机转速。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。

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INnu

（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（3）。

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•体化系统设计试题第3页（共4页）

22.考虑*），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最长时

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、综合应用题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

11

某控制系统的结构如题23图所示。已知：G（s）=

23.s2(Ts+l)-52(0.1s+l)

Gc（s）=Kp（\+TdS）,及系统在剪切频率也=45处产生最大相位裕量.试求参数Td

和最大相位裕量（PMO

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

下，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系统资源分配衰；

（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1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小题，每小题5分，共30分）

11.整体系统的设计思想（I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.（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。（I分）

15.反应式步进电动机，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，断电时有定位转矩，消耗功率较小，但步距角较大（7.5。~18。）,

起动和运行频率较低，并需要正负脉冲供电。（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（】分）等组成.

三、计算题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）

17.?=守%±£%（2分）

=-15+10.1=^.9（r/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成）

18.7=^^=0.00625(5)(2ih)

n=N2^O(2分)

NxT

n=---如K6。---=96(r/min)(1分)

2000x0.00625

19.（1）步进电动机的启动转矩

.,180,,180'[0.8W-/n,c=\

Tu=7LCOS----=1*cos----=<

me5c10.95"/n,c=2

欲电动机正常出动，着>小故应取c=2才行。(3分)

(2)输人脉冲频率

,zmc72x5x2-八八〃/一,、、

f=rn-------x300=3600//z(2分)

6060

20.由对数幅频渐近特性可知:

幼=3.16$T,叼=316/(3分)

100(--s+1)

G(s)=⑺6)=100(0.316s+l)

（2分）

⑷-s2fj_J+A-$2(0.00316s+1)

$而$J

四、简单应用题（本大题共2小题，小题10分，共20分）

注：（【）画出运算放大器。（2分）

（2）画出二阶低通滤波。（4分）

（3）画出R1、Rf等其它部分。（4分）

机电•体化系统设计试题答案及评分参考第2页（共4页）

22.两轴运动的距离分别为：

AX=|16-0|=!6（1分）

31Axi3x16’,

A=~L=-----<,4

2V2VB

J*6（1分）

J慨磬,

J26（1分）

W=|8-0卜8（1分）

八31Ay|3x8一

Ar„='z'=-----44

2vxe2v>2

（1分）

J,N3（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）

y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.（1）系统开环传递函数

G（s）=G：⑸G（s）=K,0+%）而扁=今瑞（2分）

产生最大相位裕量的剪切频率盒=舄y=4（2分）

..7；=0.625（1分）

机电体化系统设计试瓢答案及评分参考第3页（共4页）

（2）最大相位裕量碗布=；

=1.05（3分）

;.自=46.4。（2分）

或加二婷七4-名"7,=0.625x4-/g-'O.lx4=68.2"-21.8：=46.4*

24.（1）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

反转接触器：10.01

TIM001:正转定时

TIM002:等待定时

T1M003:反转定时

中间继电器：L00

机电一体化系统设计越答案及评分参考第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（本大颐共10小题，每小题I分，共10分）

得分评卷入复充人

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，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选

均无分.、

I.在系统中负责处理由恻员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.%=LB.q=生

222

D.

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.在满量程范围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.重复性

C.误差D.精度

5.永磁同步电动机的基本组成部分不包含（

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，定子」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.连续路径控制机器人

C.离散路径控制机器人D.控制路径机器人

9.SIMATICS7-400PLC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.ANDNOT0.00B.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”关系采用哪些设计思想？

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、半闭环控制系统的定义及特点是什么？

18、数控机床通常采用插补器生成运动控制指令，其中插补的概念是什么？

攵11八

三、计算题（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15。，T.作台的最小位移量（脉冲当量）6为0.01mmc试计算确定齿轮Zt

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

21.三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9,；'

(2)双三拍运行方式的步距角e2；

(3)单双拍运行方式的步距角03:

(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6为多少？而单

双拍时的输人脉冲频率6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，欲使系统的最大超调

量:b%W5%,求：

（1）微分反馈环节的时间常数T;

（2）系统的调整时间t,（按5%误差）0

题22图

得分评卷人|卷人人

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

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

转）C

24、某他励直流电动机，电枢电阻为0.4。,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。

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（12,10），两轴速度限制分别为

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

五、综合应用题(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；G匕)rW9.Gi(s)=as

s(O.is+1)

(I)a=O时，试确定系统的自然频率＜，＞n,阻尼比£,最大超调员5%;

(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

—

题26图

27、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。按一下，电动机正转5s再反转5s啰此重复3次后自动停止。

试完成设计任务：(1)列出PLC系统资源分配表；(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I分，共10分）

I.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）

II.（1）替代机械系统;（1分）

（2）简化机械系统3分）

（3）增强机械系统（I分）

（4）综合机械系统：（1分）

12.（I）市场调研、需求分析和技术颈测.（06分）

（2）概念设计.（0.5分）

（3）可行性分析。（05分）'

（4）编制设计任务书二（0.5分）

（5）初步设计:,（0.5分）

（6）方案设计评估与优化。（05分）

（7）详细设计和参数核算，（0.5分）

（8）完成全部设计文件。（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，将产生压力.从而可以承载。

（2分）

14.（1）是一种受输入电信号控制，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（1分）.转速随转矩的增加而近似线性下降，调

速范围宽（1分），当控制电压为零时能立即停转（1分）0

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

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，所以断电有定位转矩，消耗功率

小C（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，（I分）

机电•体化系统设计试题答案及评分参考第1页（共6页）

16.（1）单极性驱动电弹是最基本的驱动电路形式°切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,（I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（1分）

（4）双极性驱动电路适用于混合式或永磁式步进电动机，（I分）

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

位移时，这种间接测量的系统称为半闭环系统二（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）,近似不能直接到达的几何

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）

19.6=a-———（2分）

Z2360"

0.01=1.5°—x—=C.O25—（2分）

1.2360,Z2

Zi0.01

---一一一二0.4=—（1分）

Z：0.02550

Zi=20Z2=50

（或者：Z-18Z2=45即答案不只一个）

MM-60

20.n=-----（2分）

N,

由题意知：2008A'=5000

Ar=4/w.v=4x10'（5）（l分）

2008x60

=6024（r/min）（2分）

5000x4x1（）7

360

21.4==4，（1分）

3x30x1

c360,

（2）0,=-------=4（I分）

23x30x]

c360、

（3）e,=----------=2-（l分）

53x30x2

机电•休化系统设计试题答案及评分参考第2页（共6页）

⑷㈠黑泮9。恤）「分）

小嚷记=网"（㈤

22.（1）由最大超调量：b%=100e加/％经5%W得？券0.69（2分）

S-0.05S:+(I+50T)S+50-s2+20(U50T)S+1000

wn=<1000=31.62(s-)

2g叫=20(1+50r)得到r=0.0236(s)(2分)

（2）调整时间：t,«0.14(s)(1分)

&o)n0.69x31.62

四、简单应用题：：本大题共3小题，每小题6分，共18分）

答23图

注：a、d、e、f每个I分。

MU•体化系统设计试题答案及评分参考第3页（；16ijl）

24.仆=&Ia

T、=KJ、

I,=0.5IN=0.5X40=20(A)(2分)

E.=Kw

aC

EaN=220-0.4x40=204(V)(1分)

E,=220-0.4x20=212(V)(i分)

E212

.n=nN=x1000=1039(r/min)(2分)

E」N204

域co=108.8(rad/s)

Ay=|10-0=10(I分)

3x122"a分)

At.x=----=3△%=

“2x62x88

|6xl2/.•6x10,

A△%i---=2v5(1分)

I3

15

3-t0)=max{Aq,=maxj3,6,—,2<5>=6(l分)

可得x轴的控制指令衣让式为:

x(/)=0+3(12-0)(^)2-2(12-0)(^)5=/2--(1分)

y笫控制指令表达式为:

机电一体化系统设计汶题答案及评分参考第4页（共6页）

五、综合应用题：(本大题共2小题，每小题10分，共20分)

C（s）_169_co；

26.(1)给定系统的闭环传递函数加S)

R（s）s2+10s+169s'+223ns+3

con=J169=13（s-'）（1分）

1010

=0.385（1分.）

23n2x13

严一0385

o%=100e、得%=100em加?%=27%（2分）

(2)校正后，系统闭环传递函数

幅）=.-~——=―,

s-+（10+169a）s4-169s~+2短3$+%

匕10+169a1

a=0.0496（3分）

169

(3)校正后，开环传递函数G*s)=

s（.s+10+169a）

169

开环增益K=9.2（2分）

10+169a

稳态误差essv=L=01l(1分)

K

27.(1)资源分配表(3分)

0.00按钮

10.00正.转继电器

10.01反转继电器

TIM001正转定时

TIM002反转定时

CNT003循环次数

机电一体化系统设”试题答案及评分参考第5页(共6页)

（2）梯形图程序:

（3分）

（2分）

（2分）

2009年4月自学考试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，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均

无分。

1.系统中用于提供驱动力改变系统运行状态，产生所希望运动的模块称为【】

A.驱动模块B.接口模块

C.微计算机模块D.测量模块

2.根据传动轴的不同特点，可选用不同类型的传动部件。要求传动轴相交的传动部

件为【】

A.直齿圆柱齿轮B.斜齿圆柱齿轮

C.直齿锥齿轮D.蜗轮蜗杆

3.齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是【】

A.调整中心距法B.选择装配法

C.带锥度齿轮法D.压簧消隙结构

4.某光栅的条纹密度是100条mm,要用它测出的位移，应采用的细分电路是【】

A.四倍频B.八倍频

C.十倍频D.十六倍频

5.下列电动机中，没有绕组和磁极的电动机是【】

A.直流电动机B.超声波电动机

C.永磁同步电动机D.交流感应电动机

6下列操作中.可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是【】

A.增大电枢电阻B.减小电枢电压

C.增大电枢电压D.减小电枢电阻

7.采样一数据系统中，若考虑系统的抑制干扰能力时，采样速率应为闭环系统通频

带的【】

A.10倍以上B.5倍

C.2倍D.（0.1〜1）倍

8.自动导引车在平面上运动，一般具有的运动自由度是【】

A.2个B.3个

C.4个D.6个

9.属于模块化小型PLC,并能满足中等性能应用要求的PLC系统是【】

A.SIMATICS7-200PLCBSIMATICS7-300PLC

CSIMATICS7-400PLCD.SIMATICNET

10.载入一个动合触点的指令是【】

A.0R0.00B.LDN0T0.00

C.AND0.00D.LD0.00

二、简答题（本大题共8小题，每小题4分，共32分）

11.机电一体化的所渭“4A革命”是指什么？

12.机电一体化设计中，“增强机械系统”的设计思想是什么？

13.试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。

14.他励式直流电动机电枢接额定电压情况下空载运行，如果励磁线圈突然断线，电机

是否会停转?为什么？

15.怎样控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向？

16.什么叫作步距角?它与哪些因素有关?若系统的步进电动机选定以后，还想进一步

减小步距角，可采用何种方法？

17.在实际系统中，数字PID控制器的两种实现方式是什么？

18.机器人按照控制水平可以分为哪三种类型?哪一类肌器人运动控制水平最高？

三、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)

19.题19图所示为双波传动谐波齿轮减速器的原理图。已知：柔轮的齿数为200,刚轮

的齿数为202,波发生器的转速为1280r/min«

求：(1)刚轮固定、波发生器输入时，柔轮输HI的传动比。

(2)刚轮固定、波发生器输入时，柔轮输出的转速。

(3)柔轮固定、波发生器输入时，刚轮输出的转速。

题19图

20题20图所示，已知：U：=12V,R=9KQ.电位器共长60mm,现测出Uo(t)=4V.

试问电位器活动端现移动到41么位置？

___心_______

RK

题？0图

21.四相步进电动机，转子50个齿。若单拍制的塌大静转矩为0.INm,试计算双拍制

运行时的启动转矩和裕量角6ro。

22某直流电机伺服系统结构如题22图所示，已知：

四、简单应用题(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说明之。

24.一台他励直流电动机.额定电压为440V,额定电流为76.2A,额定转速为1050r/min,

电枢绕组电阻为0.3930,试计算电动机的堵转转矩T〃h为多少(N*m)?

25.采用数字微分分析法产生某常速度分布情况的控制指令信号方案。位置寄存器P和

速度寄存器V的字长为16位带符号小数.V中的二进制小数为0000000101001112.

时钟频率为10000Hz.P寄俘器的初始内容为0,试求：

(1)P寄存器产生第一个溢出脉冲时所需的加法次数。

(2)完成588647次加法所输出的脉冲数。

五、综合应用题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)

26.某位置反馈系统如题26图所示，已知：

电动机时间常数T=0.2s,瓦=0.IV/(°),K2=400(r/min)/V,

-1

K3=0.5°/(r.min.s),求：。

(l)a=0时.系统的摄大超调量彩和调整时间t,(按4=±2%计算);

(2)欲使系统具有最佳阻尼比，增设转速负反馈校正，确定a的值；

(3)校iE后，系统的开环增益K及单位速度输入时的稳态误差。

题26图

27.设汁某机构按要求动作的PLC控制系统

动作要求：

按一次起动按钮，机构上升至限定位置，停3s,自动下降至原位后自动停。(提示:

原位置，上升限定位置采用行程开关检测。)

设计任务：(1)列出PLC系统资源分配表：

(2)画出梯形图。

2009年4月全国自考机电一体化系统设计参考答案

绝密★启用前编号252

2009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2245）

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题I分，共10分）

I.A2.C3.D4C5.B

6.C7.A8.A9.B10.D

二、简答题（本大题共8小题，每小题4分，共32分）

II,工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、社会服务自动化。（每点1分）

12.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（2分），有关的部件可以做得更轻、惯量更小（2分）。

13.滚珠丝杠螺母副是一种高精度的传动装置。它采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦娉

旋.具有磨根小、传动效率高、传动平稳、寿命长、将度高、温升低等优点。由于

滚珠丝杠徵母副具有运动摩擦小，便于消除传动间隙等突出优点,它给机电一体化

系统的性能改善带来了巨大的益处，（3分）

缺点：不能自锁,用于升降传动时需另加银紧装置。（I分）

14.不会（1分）。若励磁绕组断开.励资电流为0.主流通会迅速下降（I分），因感

应电动势很小.电枢电流迅速增大，超过软定值（I分）.话速会迅速上升至非常

大，造成“飞车”（1分）。

15.步进电动机是脉冲电动机，它将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动，每轮

入一个脉冲，输出轴转动一步（I分）。因此,输出的角位移正比于输入脉冲的

个数（1分），转速正比于输入脉冲的频率（】分），转向取决于各相绕组通电的顺

序（相序）（I分）。

机电一体化系统设讨试题答案及评分参考第I页（共6页）

16.步进电动机每输入一个脓冲.转子转动一步，每步转过的角度称为步距角（1分）。

用公式表示为&=券-

Z,mc

式中Z,为转子齿数，，”为鸵组相数.c为通电方式系数：单拍制c=l,双柏制c=2。

由公式可知.必与Z,、〃;、c成反比。即Z.、胴、c越大.&越小，电机运行越平稳

（2分）。当电机选定以后，Z,、m即固定不变。要想减小力可选用双拍制（・2）

运行।或进一步采用减速传动或纳分驱动（I分）。

17.（I）在双传感器系统小，P【由微处理机位置控制署实现，D的作用由测速机负反

像实现（2分）；（2）在单个位置传感器的系统中.P【D由微型机单独实现（2分）。

18.第一类为点位控制机器人（I分）；第二类为连续路经控制机器人（】分）；第三类

为控制路径机器人（I分入控制路径机器人代表最高运动控制水平（I分）。

三、计算题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）

19.（1）刚轮固定、波发生器输入时,柔轮输出的传动比:

•ZR200.

1H=--------=-------------=-1i0n0

LHKliZR-ZG200-202㈠分）

（2）刚轮固定、波发生器输入时，柔轮输出的转速：

nH1280…■，/.