自考机电一体化试题

全国2002年4月机电一体化系统设计试题一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。

1.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( )A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.工业机器人2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数( )A.增加而减小B.增加而增加C.减小而减小D.变化而不变3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( )A.内循环插管式B.外循环反向器式C.内、外双循环D.内循环反向器式4.某光栅的条纹密度是100条/mm ，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( )A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm5.直流测速发电机输出的是与转速( )A.成正比的交流电压B.成反比的交流电压C.成正比的直流电压D.成反比的直流电压6.电压跟随器的输出电压( )输入电压。

A.大于B.大于等于C.等于D.小于7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz ，当转差率为0.02时，其转速为( )A.1450［r/min ］B.1470［r/min ］C.735［r/min ］D.2940［r/min ］8.右图称( )A.直流伺服电动机调节特性B.直流伺服电动机机械特性C.直流伺服电动机动态特性D.直流伺服电动机调速特性9.计算步进电动机转速的公式为( ) A.360°mz c r B.T sm cos 180°mc C.60f mz c r D. 180°-360°mc10.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc 的数值，则动态性能指标中的调整时间t s ( )A.增大B.减小C.不变D.不定11.已知f(t)=a+bt ，则它的拉氏变换式为( ) A.a s +b B.as as +2 C. bs a s +2 D. as b s +312.连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的( )使得它们同步协调到达目标点。

A.位置和加速度B.速度和加速度C.位置和速度 D.位置和方向13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( ) A.(A+A )²(B +B)B.A ²B +A ²BC.(A+B)²(A +B )D.A ²B+A ²B14.累计式定时器工作时有( )A.1个条件B.2个条件C.3个条件D.4个条件二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)15.机电一体化16.轴系的动特性17.灵敏度(测量)18.永磁同步电动机19.复合控制器三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)20.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面?21.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机?22.步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么?输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关?23.什么是PLC的扫描工作制?四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)24.已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数Z2=202，波发生器的转速n H=600r/min。

如图试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速n1;(2)柔轮固定时刚轮的转速n2。

25.已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。

若电位器的总电阻R=2kΩ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压V i=12V,负载电阻为R L。

(1)已测得输出电压Vo=5.8V,求R L。

(2)试计算此时的测量误差。

26.某二阶系统如图所示(1)求系统对r(t)阶跃响应的最大超调量σ%和调节时间t s。

(2)求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差e ss。

27.三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。

(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?五、简单应用题(本大题共4小题，每小题6分，共24分)28.已知一阶低通有源滤波器电路如图所示。

要求：(1)一阶低通滤波器现存在什么弱点?(2)将其改进为二阶低通滤波器，画出电路图；(3)画出二阶低通的幅频特性示意图。

29.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。

(1)该电动机为几极，空载转差率是多少?(2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?(3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?30.二阶系统结构图如图所示。

设K1=0.1, K2=10,T1=0.5s(1)求系统对r(t)的阶跃响应的最大超调量σ%及调节时间t s(取△=±5%);(2)求系统增益Ks及伺服刚度K R;(3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系统的稳态误差e ss。

31.考虑x-y 平面上的直线运动路径，源点坐标(5，-2)，终点坐标为(1，-1)。

设两轴最大加速度限制：αxmax =αymax =±2。

试设计三次多项式样条函数点位控制指令。

六、综合应用题(本大题2小题，每小题8分，共16分)32.某控制系统结构图如图所示，图中G C (s)=K p (1+T d s),G p (s)=K 1s (Ts +1)2 =2S (0.1s +1)2(1)确定K p 和T d 的值，以使系统性能同时满足：在单位抛物线(恒加速度)函数作用下的稳态误差e ssa ≤0.2，幅值穿越(截止)频率ωc =51s(2)计算系统在上述取值条件下的相位裕量ϕm 。

33.采用PLC 设计二台电动机A 、B 工作的系统。

（1）按钮X1为A 电动机起动，按钮X2为A 电动机停止（输出Y1）；（2）按钮X3为B 电动机起动，按钮X4为B 电动机停止（输出Y2）；（3）只有A 电动机在工作中，B 电动机才能工作。

要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。

一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)1.B2.A3.D4.C5.C6.C7.B8.B9.C 10.B11.B 12.C 13.A 14.B二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)15.机械与电子的集成技术。

16.指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性。

17.输出变化量与对应的输入(被测量)变化量的比值。

有时称为增量增益或标度因子。

18.以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，又称无刷电动机。

19.在反馈控制器的基础上附加一个前馈控制器，二者的组合称为复合控制器。

它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号。

三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)20.应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。

21.主要有：单极性驱动电路、双极性驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路、细分电路。

其中双极性驱动电路适于永磁式步进电动机。

22.(1)参考脉冲序列。

转速与参考脉冲频率成正比。

(2)输出轴 转向由转向电平决定。

位置由参考脉冲数决定。

23.PLC 的扫描工作制，即检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令。

重复进行。

四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)24.（1）刚轮固定时：n n z z z z z z H H 11211121=--=--()或ωω 60020021001n =-=- n 1=-6001006=-(/min)r （2）柔轮固定时n n z z z z z z H H 22212221=-=-()或ωω 60020221012n ==n r 26001015941=.(/min)25.V 0=11R R R R R R V X L x i +⎡⎣⎢⎤⎦⎥-⎡⎣⎢⎤⎦⎥⋅(1)当V 01=5.8时，5.8=12121212+⨯⨯R L 5.8=12215804145+==R R K LL 解之得...()Ω(２)空载时ＲＬ＝∞==,V V V i 0126设测量出5.8Ｖ输出电压时的测量误差为∆则∆=-==6585003333%...26.(1)求闭环传函及误差表达式 C s R s s s s s s s s R n n n n ()()().().,==⨯++⨯=++=++∴==Φ02102021022222222222ωζωωωζ C s N s s s s s N N ()()()()==+++Φ102222 C(s)=C R (s)+C N (s)=ΦΦ()()()()s R s s N s N +E(s)=R(s)-C(s)=[1-Φ()s ]R(s)-ΦN s N s s s s s R s s s s N s ()()()()()()=+++-+++2221022222(2)求σ%及t s σζπζπ%...=⨯=⨯=----e e 107071070722100%100%43%t s =33ζωns =(3)求e ss二阶系统a i >0闭环稳定 R(s)=11012s s N s s +=,().E ss =lim ()()lim ().s s s s s s s s s s s s s s →→+++⋅+-⋅+++⋅=-=0220222211102220111027.(1) 60r /min;单双拍制 n f mz c r fmz cr r =∴=606060/min即 f m z c Hz r =⋅⋅=⨯⨯=3802480（2） 100r /min; 单拍制 ∴=10060r fmz c r/min即： f=100603801400⨯⨯⨯=Hz五、简单应用题（本大题共4小题，每小题6分，共24分）28．（1）一阶低通滤波器存在过渡区域衰减缓慢的弱点。

2）二阶低通有源滤波器电路图(3)低通滤波幅频率特性示意图。

29．（1） n f p p f n 160602=∴==, 即该电动机为四级空载时转差率为：S=1500145015000033-=.（2）堵转时：S ＝１∴定子绕组电势频率f 1=50Hz,转子绕组电势频率f 2=Sf 1=50Hz(3)空载时：定子绕阻电势频率f 1＝50Hz,转子绕组电势频率：f 2=S f Hz Hz ⋅=⨯=1003350167.. 30.(1)G(s)=K K s T S 1211()+1型 Ｋv =lim (),s sG s K K →==0121Ｋp =lim (),s G s →=∞0 Φ()()()s G s G s K K T s s K K s s n n n=+=++=++12121212222ωζωω ∴==ωn KK T 1212 ζω==12221/T n(2)性能指标 σζζζπ%..=⨯=--=e 107072100%43%t s =3313ζωn s ==(3)系统增益与伺服刚度K s =K v =K 1K 2=1， K R =K 1=0.1（4） e ssr =.11101++=+K K p ve ssn =-01010111101...K e e e ss ssr ssn =-=-∴=+=-=31.∆∆∆∆x y x y =-==---=⎫⎬⎭>|||()|514211所以协调运动先设计x 轴，再利用下列直线方程变换成y 轴控制指令 y(t)=-1434x t ()- ∆∆t x a x x==623||x(t)=5+3(1-5)(t 23)2-2(1-5)( t 23)3=5-t 2+t335 y(t)=-2+t t 234123-六、综合应用题（本大题共２小题，每小题８分，共１６分）32.(1)开环传函G(s)=G c (s)G p (s)=2112101122K T s s Ts K T s S s p d p d ()()()(.)++=++ (2)确定K p 和T d由e ssa =1120225K K Kap p =≤∴≥.. 取K p =2.5在ωωωc c c p c d s G j G j T=⋅=++=51151525105122/|()||()|(.)时，即（）1+25T d d T s 225102511=+∴=(.).∴=+=+G s K T S s c p d ()().(.)125111(3)相应的ϕωωm d c c tg T tg T tg tg =-=⨯-⨯=-=----1111115015797266531.....33.(1)梯形图：（２）助记符指令程序：STR X1OR Y1AND NOT X2 OUT Y1STR X3OR Y2AND NOT X4AND Y1OUT Y2。