2012年4月 机电一体化系统设计 自考试卷

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采取消除间隙和适当预紧的措施，主要方法有四种，其中最简单、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．能消除零位输出和偶此非线性项，抵消共模误差，减少非线性，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C正确。

6．在小功率的PWM伺服放大器中，主回路经常使用的VDMOS代替IGBT，其中VDMOS的含义是【A】 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控制器中，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交流伺服系统中，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，容易忽略。

9．满足中等性能要求的西门子S7系列模块化小型的PLC是【C】 A．SIMATIC S7--200PLC B．SIMATIC NET

C．SIMATIC S7--300PLC D．SIMATIC S7--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．LD 0.00

B．LD NOT 0.00 C．AND 0.00

D．AND NOT 0.00 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用。

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?

l8．采用DDA法在两轴定为工作台上实现直线插补，采用常速度分布实现直线运动控制指令时，需要几个寄存器，如何分配和使用这些寄存器产生步进电动机的参考脉冲指令?

题目分析：

问答题都比较简单，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，??（根据滚珠丝杠副的结构参数表）查得系数 ＝3,如果外部轴向力 ＝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2006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=6.5×3=19.5um

传动刚度=20000/19.5=1025.641(N/um) 本题可拿到5分

20．增量式编码器与12cm直径的跟踪轮一起使用，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=0.007536 cm/脉冲 测量7m（即700cm）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，没有对照的，也不知道对不对。给自己计算得3分。

21．用步进电动机控制工作台的运动，（1）设步距角1.8度，细分系数5，丝杠镙距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

编码器旋转一周的脉冲数N=360/(1.8/5)=1000 丝杠导程p=2mm

脉冲当量=p/N=2/1000 mm/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)= λ1ss+λ2s

(1)确定闭环系统稳定的条件

(2)选择λ1和λ2的值，使 θ（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/（λ1ss+λ2s） 对应系数相等，K2=1，λ1=T1，λ2=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??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，因此掌握的比较透彻。你想想，滤波电路部分，二阶的才考完，1阶的简单，从来没考过，考的可能性不大（但复习时还是要掌握）。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，电枢电阻200Ω，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，求电机的理想空载转速是多少。该电机在额定电压下启动，启动电流是多少？ 解：

Un=120V，Ra=200Ω，In=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Id= Un/ Ra=0.6 （A）

25．设1个6轴的运动控制系统，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．控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(0.02s 1)]=，Gc(s)=Kp(1 1/τs)

(1)Kp和τ的值，使在剪切频率ωc=10/s时相位裕量φ最大； (2) 求最大相位裕量φM；

解答：（1）按208页公式6-29 已知ωc和T，得τ=0.5

按208页公式6-30， TanφM=1/2（??）=24 用计算器计算，φM=67.38度

这道题得10分，题目比预想的要简单。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控制系统，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系统资源分配表。答：

（1）资源分配表 0.00 M1启动按钮 0.01 M1停止按钮 0.02 M2启动按钮 0.03 M2停止按钮 10.00 M1电机继电器 10.01 M2电机继电器

TIM001 M2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。