02245機電一體化系統(tǒng)設(shè)計2013年4

1、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分鐘考生答題注意事項：1. 本卷所有試卷必須在答題卡上作答。答在試卷和草稿紙上的無效。2. 第一部分為選擇題。必須對應(yīng)試卷上的題號使用2B鉛筆將“答題卡”的相應(yīng)代碼涂黑第二部分為非選擇題。必須注明大、小題號，使用0.5毫米黑色字跡筆作答。3. 合理安排答題空間，超出答題區(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“答題卡"的相應(yīng)代碼涂黑。未涂、錯涂或多涂均無分。1

2、. 利用預(yù)先決定的指令控制一系列加工作業(yè)的系統(tǒng)稱為2. A.自動引導(dǎo)車B.伺服系統(tǒng)C.工業(yè)機器人D.數(shù)控系統(tǒng)齒輪副的間隙會造成齒輪傳動的回差，屬于柔性消隙法的結(jié)構(gòu)是3. A.壓簧消隙結(jié)構(gòu)B.選擇裝配法C.帶錐度齒輪法D.調(diào)整中心距法某伺服電動機最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,通過聯(lián)軸器直接帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，且絲杠螺母帶動工作臺移動，若絲杠導(dǎo)程為6mm則工作臺移動的最大速度為4. A.900mmminB.1500mnminC.3000m訂minD.9000mmmin當(dāng)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢。這種物理現(xiàn)象稱為5. A.壓阻效應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.

3、電阻效應(yīng)D.霍爾效應(yīng)在易燃易爆的工業(yè)環(huán)境中不宜使用的電動機是6. A.直流電動機B.永磁同步電動機C.無刷電動機D.超聲波電動機在PWM: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.脈寬凋制器中減小死區(qū)7. C.采用熔斷器保護D.晶體管飽和導(dǎo)通壓降檢測保護提高伺服系統(tǒng)剛度的方法是A.增大電樞回路電阻RB.增大系統(tǒng)增益Kv8. C.減小系統(tǒng)增益KvD.減小電機反電勢系數(shù)Ke在具有位置環(huán)的全閉環(huán)交流伺服系統(tǒng)中，速度環(huán)的反饋通常取自與伺服電動機同軸安裝的9. A.光柵尺B.磁柵尺C.感應(yīng)同步器D.光電編碼器適用于自動檢測、監(jiān)測及控制的西門子S7系列超小型的PLC是A.SIMATICS7

4、200PLCB.SIMATICNET10. C.SIMATICS7300PLCD.SIMATICS7400PLC助記符語句ANDNOT0.00的含義是A載入一個動合觸點0.00B.并聯(lián)一個動合觸點0.00C.串聯(lián)一個動斷觸點0.00D.串聯(lián)一個動合觸點0.00二、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. 什么是非線性時變系統(tǒng)？12. 簡述機械受控模塊的定義及功能。13. 簡述液體靜壓支承與液體動壓支承的工作原理。14. PWM勺控制回路是一個電壓一一脈沖變換裝置，簡稱脈寬調(diào)制器，它是由哪些信號和部件組成的？15. 簡述永磁式步進電動機的工作原理及其特點。16. 何

5、謂步進電動機的啟動頻率？影響它的因素有哪些？17. 比較半閉環(huán)和全閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點。18. 簡述數(shù)據(jù)采樣插補采用時間分割法進行插補運算的工作原理。三、計算題（本大題共4小題，每小題5分，共20分）請在答題卡上作答。19. 題19圖所示為某機床X向進給系統(tǒng)減速器的總速比要求為30/乙取兩級減速，試按最佳速比分配條件確定各齒輪的齒數(shù)。*di息19圖20. 題20圖所示，用每轉(zhuǎn)1000條刻線的增量編碼器測電動機轉(zhuǎn)速。已知：時鐘脈沖為2MHz，在10個編碼器脈沖間隔的時間里，計數(shù)器共計數(shù)20000個時鐘脈沖，試用測量碼盤脈沖周期法求電動機轉(zhuǎn)速。itHr,豚沖題20圖21. 用步進電動機控制工作臺的運動

6、。(1) 設(shè)步距角1.8°,滾珠絲杠導(dǎo)程4mm進給脈沖頻率2KHz,求進給速度v(m/min)。(2) 若在工作臺抵達(dá)目標(biāo)(停止)點前0.4mml等速度減半，求減速段電機運行的時間。22. 伺服系統(tǒng)如題22圖所示。(1) 選擇時間常數(shù)T的值，使阻尼比E=0.5。(2) 計算系統(tǒng)的伺服剛度行。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. 一臺直流伺服電動機在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下運行。當(dāng)控制電壓為210V,電樞回路的總電阻為1O®時，電機的轉(zhuǎn)速為2000r/min,電樞電流為0.1A。試求當(dāng)控制電壓升

7、高為220V，同時電樞回路的總電阻增加至200Q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,-2,4),終點坐標(biāo)為(4,8,-4,-8),設(shè)各軸容許的最大速度相同，各軸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，在保證所有各軸的速度和加速度都不超過容許值的情況下，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。2稅某腔副系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如題庭圖所示，已知'臥)一時“W3廣(，口#1)砂叫一由*1)要求系洗的最大相位裕量曹曠4儼

8、76;求：(I)r.的值：此時的此切頻率場；(3)單位加速度輸入下的穩(wěn)態(tài)誤益隊加27.設(shè)計二臺電動機聯(lián)動的PLC控制系統(tǒng)。要求：按起動按鈕后，電動機M1起動，10s后電動機M2自動起動；按停止按鈕后，M2停止，20s后M1再停止。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。絕密啟用前教育自學(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）5.A10.C一翌*益選擇野（本大題共10小題，每小通1分，共10分）2.A3.D4.D6A-7.B8.D9.A二.筒答快（衣大共8小JE,每小成4分，共32分）II系統(tǒng)的輸入和輸出不滿足線性登加原理的

9、系垸為非線性系統(tǒng)（2分），數(shù)學(xué)模型中的系敏為與時間有關(guān)的變最的系統(tǒng)為時變系統(tǒng)（2分）。12代表系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu).又稱執(zhí)行模塊。其主要功能是承載、傳遞力和運動（2分）。機械受控模塊的輔入由驅(qū)動模塊和環(huán)境參數(shù)定義的條件一起提供輸出由測雖模塊接收.并轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的翰號（2分）。13.（1）液體動壓支承誨原理是斜板承絨機理：若兩平面之間的沌液成模形.二古相對運動時翳忡I力，從而可以承我。（2分）（2）液體伸壓殳承的工作原理是：在油壓的作用下，軸套內(nèi)孔壁E的油腔與運動表形成油膜。當(dāng)軸的重量忽略不計時,油膜四川厚度相同，油腔沒有壓力生壓力差,將轅托起，使之回到平技位置"2分）差存在。當(dāng)軸在徑向栽荷

10、作用下，軸心下移，上淮膜厚度大于下油膜.14.它是由此山比較器（I分）、調(diào)制信號（1分）、控用電壓信號（1分）、偏置電壓組成（分）。15.永磁式步進電動機的定子極上有兩相或多相控制繞組.轉(zhuǎn)子為一對或多對極的星形永久熟鋼。轉(zhuǎn)子的被敵應(yīng)與定子每相的極致相同°（2分）啟動和運行頻率較低機電弋其特點為：斷電時有定傳（消任功率較小，但其步距甬較大一成為7.5。1菖）.'正、負(fù)蹤沖供電o（2分）統(tǒng)設(shè)計試題答案及評分參考笫I頁（共5頁）16.在負(fù)救轉(zhuǎn)炬小于啟動轉(zhuǎn)但的條件下，步近電機不失步啟動的最高脈沖唳率，禰.為啟動頻率C（2分）相繞組時&影響它的因敏謎的越小，裕筮角.越大，最大腌

11、轉(zhuǎn)矩雄大，轉(zhuǎn)動憤莊越小，相小，則啟動頻字越高。（2分）17.半素統(tǒng)可以避免傳動機構(gòu)非線性引起系統(tǒng)產(chǎn)牛極原沛和爬彳志蓮.易實現(xiàn)，可節(jié)省投資（2分）。全閉環(huán)系統(tǒng)可荻得卜分住好的擋L廂度，鷹贏械傳動部件的非線性影響嚴(yán)審（2分）©18.將紿定輪席曲線分割為每一個抽補周期的進給段，即淪席少長，句一個描補周期.執(zhí)行一次插補運算，計算出下一個插補點坐標(biāo)，從而計算出下一周期各個坐標(biāo)的進給量.進而得出下一步點的指令位茴（2分），|算機定時地對實際位置進行采樣.而參考指令位置與采樣的實際位置進行比較，得出位置誤差，進而通過插補周期內(nèi)以小的直線段運動消除或減小這個誤差（2分）。三、計算題（本大題共4屈|成

12、每小題5分，共20分）19.（1）最佳速比分（2分）西級技速則伯N=W=Nx%=*（I分）（3）解徂:N產(chǎn)1.82梭叫=4櫻x癸48'242N、7一45=藥”分）誠速器齒輪的齒數(shù)分別送為：4=24Z2=454=21Z,=4820.).V2x60mx60b/,.、,今八、=一-新七頑=6°("mm)(3分)NxTx4mm=Q.02mm進給速度y=fd=2000x0.02=40mm/s=2.4m/min(3分)y4()(2)速度減半>,=-=20wm/3-工作臺位移A/=v.A/=OAmni2運行時間A/=2X04=0.04s(2分)20%(I)G(s)222KK

13、2T"+1)s(s+2X)5"分)業(yè)T(s)")滂罕")十5s(7k+l)+&K2s(Ts+1)人、Lr匕心(7>+1)T.令/(s)=工,知=hms七=。sS+l)+5s所以、=尹-=§（3分）A"四、簡單應(yīng)用晦（本大睫共,每小題6分,共18分）注：（1）H出運算放大器（2分）24.（2）畫出二階高通波波（2分）（3）畫出其它部分（2分）變化前：Ea-C,<Dw=210-0.1x100=200（2分）由于負(fù)栽轉(zhuǎn)矩不變，電流仍為0.1A。（2分）變化后：E：=C段U'-/：R'=220-0.1x20

14、0=200f因此，變化盾為2000r/mino（2分）所以，電玖或建運行時的轉(zhuǎn)速為2000血in.電樞電流為O.IAo各軸醵薪距離為：|A號|=|4一。|二4；|A<2|=j8-3|=5;25.圈=卜4_(-2)|=2；|#J=|-8-4=12；(2分)由于各坐標(biāo)軸容許的速度和加速度郴相同.因此協(xié)調(diào)運初容許時問按町榔沃的坐標(biāo)軸設(shè)計即A3x12&=52xi，max所以i二3.6（2分）因此各軸容許的爆機電建冬5氣所以。2.88（2分）小值為3.6,各軸為許的最大加速度的報小值為2g計試霆答案及評分參*笫1頁（共5頁）五、燃合應(yīng)用盼（本大超共2/hJ®,每小題10分，共20分）26.（1）開環(huán)傳遞函數(shù)查；1K,a+Ts）G"（s）?。〧33而司=（2頊切頻率線=點=2.33（