02245机电一体化系统设计4月试题及答案.docx

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02245机电一体化系统设计4月试题及答案

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分钟

考生答题注意事项：

1.本卷所有试卷必须在答题卡上作答。

答在试卷和草稿纸上的无效。

2.第一部分为选择题。

必须对应试卷上的题号使用2B铅笔将“答题卡”的相应代码涂黑。

3.第二部分为非选择题。

必须注明大、小题号，使用0.5毫米黑色字迹笔作答。

4.合理安排答题空间，超出答题区域无效。

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“答题

卡”的相应代码涂黑。

未涂、错涂或多涂均无分。

1．利用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统称为

A．自动引导车B.伺服系统

C．工业机器人D．数控系统

2．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．压簧消隙结构B．选择装配法

C．带锥度齿轮法D.调整中心距法

3.某伺服电动机最高转速为1500r/min,通过联轴器直接带动滚珠丝杠旋转，且丝杠螺

母带动工作台移动，若丝杠导程为6mm则工作台移动的最大速度为

A．900mm／minB．1500mm／min

C．3000mm／minD．9000mm／min

4．当金属或半导体薄片置于磁场中，有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生

电动势。

这种物理现象称为

A．压阻效应B．压电效应

C.电阻效应D．霍尔效应

5．在易燃易爆的工业环境中不宜使用的电动机是

A．直流电动机B．永磁同步电动机

C．无刷电动机D．超声波电动机

6.在PW瞰大器中，能够实现开通延迟的方法是

A.晶体管驱动级加延迟

B．脉宽凋制器中减小死区

C.采用熔断器保护

D．晶体管饱和导通压降检测保护

7．提高伺服系统刚度的方法是

A.增大电枢回路电阻R

B.增大系统增益Kv

C.减小系统增益Kv

D.减小电机反电势系数Ke

8.在具有位置环的全闭环交流伺服系统中，速度环的反馈通常取自与伺服电动机同轴安装的

A.光栅尺B.磁栅尺

C.感应同步器D.光电编码器

9.适用于自动检测、监测及控制的西门子S7系列超小型的PLC是

A.SIMATICS7—200PLC

B.SIMATICNET

C.SIMATICS7—300PLC

D.SIMATICS7—400PLC

10.助记符语句ANDNOT0.00的含义是

A.载入一个动合触点0.00

B.并联一个动合触点0.00

C.串联一个动断触点0.00

D.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。

11.什么是非线性时变系统？

12.简述机械受控模块的定义及功能。

13.简述液体静压支承与液体动压支承的工作原理。

14.PWM-控制回路是一个电压一一脉冲变换装置，简称脉宽调制器，它是由哪些信号和部件组成的？

15.简述永磁式步进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？

影响它的因素有哪些？

17.比较半闭环和全闭环系统的优缺点。

18.简述数据采样插补采用时间分割法进行插补运算的工作原理。

三、计算题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）

请在答题卡上作答。

19.题19图所示为某机床X向进给系统减速器的总速比要求为30/7,取两级减速，试按

最佳速比分配条件确定各齿轮的齿数。

电结兄

LJH

题19图

20.题20图所示，用每转1000条刻线的增量编码器测电动机转速。

已知：

时钟脉冲为

2MHz,在10个编码器脉冲间隔的时间里，计数器共计数20000个时钟脉冲，试用测量

码盘脉冲周期法求电动机转速。

2M出

时3”g—

刘宇输出Ne57-n&器

里

T1版冲叼俄柯

躅20图

21.用步进电动机控制工作台的运动。

（1）设步距角1.8°,滚珠丝杠导程4mm进给脉冲频率2KHz,求进名^速度v（m/min）。

（2）若在工作台抵达目标（停止）点前0.4mmi各速度减半，求减速段电机运行的时间。

22.伺服系统如题22图所示。

（1）选择时间常数T的值，使阻尼比E=0.5。

（2）计算系统的伺服刚度除。

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。

24.一台直流伺服电动机在额定负载转矩下运行。

当控制电压为210V,电枢回路的总电阻

为1O6时，电机的转速为2000r/min,电枢电流为0.1A。

试求当控制电压升高为220V,同时电枢回路的总电阻增加至200a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,-2,4）,终点坐标为（4,8,-4,-8）,

设各轴容许的最大速度相同，各轴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，在保证所有各轴的速度和加速度都不超过容许值的情况下，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限所示」1如,口切二।.1,GG）=4（1+丁严）

要求系疣的最大相位裕量中,40，

求：

⑴口的值二

（2）此时的的切一频率（3）推位加速度输入下的稔态诞差

题26国

27.设计二台电动机联动的PLC控制系统。

要求：

按起动按钮后，电动机M1起动，10s后

电动机M2自动起动；按停止按钮后，M2停止，20s后M1再停止。

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

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）

5.A

10.C

一甲会选择题（本大题共10小1g,每小磁1分，共10分）

2.A3.D4.D

6A'7.B8.D9.A

二.简答题（木大题共8小题.每小题4分，共32分）

II.系统的确入和输出不满足线性登加原现的系统为非线性系统（2分），数学模型中的

系数为与时间有关的变髭的系统为时变系统（2分）。

12代我系统的机械结构.又称执行模块,其主要功能是承我、传递力和运动（2分）0

机械受控模块的输入由业动模块和环境参数定义的条件一起提供©程出由测量模块接收.并转换为相对应的@号（2分）g

13.

（1）液体动压支承璐原理是斜板承被机理：

若两平面之间的油液成模形,二占相^JL,o

对运动时榻摊压力，从而可以承我。

（2分）

（2）液体沛氏攵承的工作原理是：

在油压的作用下，轴套内孔壁上的油腔与运动表

形成油膜。

当轴的重量忽略不计时,油膜四周厚度相同，油腔没有压力

生压力差,将轴托起，使之回到平货傕置.（2分）

差存在。

当轴在径向载荷作用下，轴心下移，上油膜厚度大于下油膜.

14.它是由电压比较器（I分）、询制信号（1分）、控制电用僖号（1分）、偏置电压组

成（1分）。

15.永磁式步进电动机的定子极上有两相或多相控制统组，传子为一对或多对极的星形

永久感铜。

转了的吸效应与定子每相的极致相同。

（2分）

其特点为：

断电时布•定位林矩.消耗功率较小，但其步距角较大（一般为7.5。

78c）

启动和运行领率较%懑要‘正、负脉冲供电。

（2分）

机电飞传彳赫统设讨试题答案及评分参考第I页（共5页）

16.在负救转近小于启动转更的条件下，步这电机不失步启动的最高脉冲胶率，称为启动频率e（2分）a

绕组时R

彩响它的因右

滑&角越小，裕员角庭大，最大膀转矩雄大，整动惯比唐小，相

小，则启动叛率越高。

（2分）

17.半

系统可以避免传动机构祚线性引起系统产牛极限讣和爬行振法.

易实现，可行省投资（2分）°全闭环系统可获得卜分良好的控制精度,

械传动部件的非线性影响严重（2分）c

18.将给定轮加曲线分割为每f插补周期的进给段，即沦廓生长，仔一个持补同期.

执行一次播补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一周期各个坐标的进

给量，进而得出下一步点的指令位置（2分）。

计算机定时地对实际位量进行采样.

而参名指令位置与采样的实际位置进行比较，得出位置误差，进而通过插补周期内

以小的直线段运动消除或减小这个误差（2分）。

三、计算题（本大题共4涵！

＞每小题5分，共20分）

19.

（1）最佳速比分

（2分）

两级减速咐右:

N=MxN?

=Mx宗=宇（I分）

（3）解得:

45

N产1.82%?

N1

1242

N3。

24=竺（2分）

21

=B——X

N、745

豉速潺齿轮的相数分别选为：

4=24Z2=454=214=48

20.

）

NxT

0x0.01

x4mm=0.02mm

Mx60%|UQx60

=60（“min）（3分）

进给v=箝=2000x0.02=40mm/s=2.4m/min（3分）

y40

（2）速度减半>•,=-=—=20wm/3-

工作台位移△/=—ViA/=QAmm2

运行时间△/=—2x04=0.04s（2分）

20

（I）G（s）

22

+1）s（s+茗d）

-*K\KJ

-2^K1K2T-与4（s）

（2）也⑸=―£-

十一勺&一s（Ts+1）

（2分）

人t/、4av储勺（7>+1）Td

令/式s）=，,心=hm$-L^=

…04（75+1）+^^s

所以品=，=与（3分）

四、简单应用时（本大题共

每小强6分,共18分）

注：

（1）画出运算放大器（2分）

（2）画出二阶高通滤波（2分）

（3）画出其它部分（2分）

24.变化前：

Ea=C.cD/2==210-0.1x100=200F（2分）

由于负载转矩不变，困期电枢电流仍为OJA。

（2分）变化后：

用=W^^U'-/：

*=220-0.1x200=200P因此，变化后血协为2000r/min。

（2分）

所以，电嫡遏行时的转速为2000r/min.电枢电流为0.1A。

25.

各骊距离为:

|A^|=|4-0|=4；|A^|=|8-3|=5;

NUj=|-4-（-2）|=2；|*/=卜8-4卜12；（2分）

由于各坐标轴容许的速度和加速度都相同.因此协说；：

i•.距离蹴优

标轴设计,即

a3x12

4==5

2xvmax

所以k=3.6（2分）

因此存辅容许的垃

机电蕤

25

4工

所以〜又=2.88（2分）

小值为3.6,各轴容许的最大加速度的摄小值为2.8八

计试题答案及评分参考第4页（共5页）

五、综合应用题（本大题共2公题，每小题10分，

26.

（1）开环传递函数

Gk（瞰加）.G（s）=K"（l+小）

共20分）

】监（1+7＞）

$2（71+1）?

（0.2$+1）

，W

X0.2=0.92（3分）

cos40

J8\\

（2）剪切=

（3）由6。

电）|=1得，TdKp=%,

单位加速度检人下的稳态误差

27.

（1）PLC系统资源分配袤J4分）

0.00启动按相F关

0.01爱卢©S开关

io.oa电动机mi接触器

（电通动机M2接触器

Z

揖=2.33（广）（3分）

\K=—=253（2分）

『0.92

=-L=039（2分）4

（2）梆形图程序（6分）机toTIM002iQ.ou

W%

01M

T1M001i.8ioei

Hh-#

则0.01T1M0011.M

TH|_dIH

答27

（2）图

机电一体烝品洸设计试药答案及斤分参考第5页（共5页）