02245机电一体化系统设计2012年4 月试题及答案

全国2012年4月高等教育自学考试机电一体化系统设计试卷课程代码：02245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 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 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。用于承载、传递力和运动的模块称为机械受动模控模块B.驱块C.接口模块D.微计算机模块导轨副用于引导运动部件的走向。某配对导轨面具有相同极性装置，利用同性相斥的原理，使两导轨面脱离接触，若按导轨面间的摩擦性质分类，该导轨为A.滑动导轨B.液体静压导轨C.气浮导轨D.磁浮导轨滚珠丝杠螺母副一般要采取消除间隙和适当预紧的措施，主要方法有四种，其中结构最简单、尺寸最紧凑、且价格低廉的调整方法是A.双螺母齿差式B.双螺母螺纹式C.双螺母垫片式D.单螺母变位导程式能消除零位输出和偶次非线性项，抵消共模误差，减小非线性。这种测量技术称为A.平均技术B.差动技术C.开环技术D.闭环技术下列措施中能够减小直流伺服电动机机电时间常数的是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在小功率的PWM伺服放大器中，主回路经常使用VDMOS代替IGBT，其中VDMOS的含义是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PID控制器中I的含义是A.比例B.积分C.微分D.前馈在具有位置环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常用于构成A.位置环B.速度环C.电流环D.转矩环满足中等性能要求的西门子S7系列模块化小型PLC是SIMATICS7—200PLCSIMATICNETSIMATICS7—300PLCSIMATICS7—400PLC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A.LD0.00B.LDNOT0.00C.AND0.00D.ANDNOT0.00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。伺服系统的工作特点是什么？简述通信模块及接口模块的作用。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。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？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？选择采样周期应遵循什么准则？采用DDA法在两轴定位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？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。如题19图，某滚珠丝杠螺母副，结构参数为:丝杠直径为40血巾,滚珠直径为6.35mm,每个螺母单元有3个滚珠环道，据此，査得系数比〜如果外部轴向力FMp=20000N,轴向预载荷力=10000N,试计算滚珠丝杠螺母副的传动刚度？题19图增量式光电编码器与越cm直径的跟踪轮一起使用，编码器为5000线。试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。用步进电动机控制工作台的运动。设步距角1.8",细分系数5,丝杠螺距2mm,进给速度v=120mm/minf求进给脉冲频率九(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层22*伺服系统如题22图所示。其中Gc(s)=&,G(s)=—^―,G®=\s2+aJ(7j5+1)确定闭环系统稳定的条件。选择小和弘的值，使麻$)=0。题22图四、简单应用题(本大题共3小题，每小题6分，共18分)请在答题卡上作答。采样保持器的作用是在A/D进行转换期间保持采样输人信号大小不变。试绘制出采样保持器的基本电路示意图，并说明其工作原理。—台直流伺服电动机，保持控制电压为额定电压120V不变，电枢回路的总电阻为200。在额定负载转矩下运行时，电机的转速为1000r/min,电枢电流为0.1A。试求该电机的理想空载转速是多少?该电机在额定电压下直接起动过程中，起动电流的最大值是多少？25•设有一个6轴的运动控制系统，起始坐标为(1,2,3,2,3,1)，终点坐标为(5,4，7,6,0,3),各轴的容许最大速度都为土4,各轴的容许最大加速度都为±6,利用三次多项式样条函数生成点位控制指令，为了保证所有轴的速度和加速度都不超过容许值，试求协调运动的容许最短时间为多少？五、综合应用题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)请在答题卡上作答。26”某控制系统的结构如题26图所示，已知：伉小_]„一1，G($)二K(I+—)o+s(0.025+l)cpis求：(})爲和t的值，使在剪切频率％=10“时相位裕量卩为最大；(2)此时的最大相位裕量加。题26图27.设计两台电动机联动的PLC控制系统，⑷和M2两台电动机都有各自的起动和停止按钮°要求：Ml起动10s后M2才能起动，并且M2不停止Ml不能停止。试完成设计任务：（1）列出PLC系统资源分配表；（2）画出梯形程序图。3机电一体化系统设计試题 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 及评分参考莠】页（共5瓦〉绝密★启益前2012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i: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io小题，每小题】分"共】o分）1.A2,D3.D4.36.A7.B&B9.C5.C10.D12.二、简答题（本太题共8小题，每小题4分，其绘分）於1L伺服系统又称随动系统，是一种反馈控制系统（2分），用来控制运动机械的输出位置紧紧跟陆电的输人参考信号（2分）。'•块的作用：传递倍息，实现系统的内部、外部*近程和远程通信。（2分）接口模块的作用：在系统内主要用于各级之间的信息谐波齿轮传动分单波和戎液两种:当波发生器合区（单波）谐波齿轮传动；当波发生器有两由于双波传动有两个滚子对称安装，径向乍'、・保证了柔轮变形的对称性.因而三相感应电动机的定子与转子之何朋定子三相对称绕组在空间互成120jg,连成三角形或星形（1分）。接人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圆形旋转磁场（1分）。反应式步进电动机，苴定子和转子均由硅钢片组成。定子上有若干对礒极，議扱上有控制绕组＜,在转子的圆柱面上均匀分布有小齿。依靠定子与转子之间的气隙襁场吸力的作用，产生电磁转矩，使转子向气隙磁场碱小的位置方向转动。（2分）它的特点是：结构简单，启动和运行频率较高*但港耗功率较大.断电时无定位转单脉冲方式：脉冲信号cp与方向信号DIR（电平）分乐当DIR步进机正向转动一步；当DIR=1,每来一个cp脉冲，步进机反位—方式：用两路脉冲信号分别控制步进机的正反转’一路正向脉冲转;另一路反向脉冲CCW,控制电机反转「德务）7-应遵循三个准则：（1）若考虑对系统响应速度总影瑚，采荐局期应小于或等于闭环系统最小时间常数（2分）;（2）若考虑系统的抑制干扰能力,采样速率应为运环系统通频带的10倍以上（1分）；（3）实吋舅篷程序疥花的肘同总和学小于采样周期的1/10（1分）。14.15.16.&分）當滚子时，这种传动称为单啮寸，则称为眾波传瓠（2分）匸抵消，而且柔轮和刚轮的齿数差为采用。（2分）中的磁场是圆影雄转磁场。（2分）—个cp脉冲,上分）CW,控制机电一体化系统设计试题答案及评分参考第2页（共5页）19.（1）由题图查得，轴向位移冲:转换电动18-采用常速度分布实现直线运动控制指令时需要1个时钟和4个寄存器（x轴和y个）（1分）、其中，2个作为速度寄存器（1分），另外2个作为位置寄存器（1>度寄存器的内容设为/和耳。位置奇存器的初始值设为0。时钟信号每一次，速度寄存器的内容向位置寄存器累力0-次。位置寄存器6勺溢出机的参癒涵令（1分）。Z三、计算题（本大軀共4小题，每小题5分，共20分）A5肿«6.5打-6.5x3=19.5(pm)(2分)（2）滚珠丝杠螺母副的传动刚度的计算公式:20.K=^~(Nfpn)(2%Q（3）滚珠丝杠螺母副的传动刚度的计算后嚮3伽）（】分）（1）脉冲当灵*◎5000a7m距离产生的脉冲数NN=2=2222.=93333.33（】分）J0.075（2）3」4xl理題0.075（min/脉冲）（3分）选用计数器位数n2"-1293333.33沦16*5故应选用17位或以上的计数21.（1）先求脉冲当量X0x1mm-2x1-2pm(3分)120进给脉冲频率八汁希"0论回”分）(2)8253时间常数初值k=〒=一=2处（1分）103机电一体化系统设计试题答参考第3页｛共5页〉錚7=竝辿1+G^G^s)故盘=\（3分），>：模趨劃14-%)GpG)E第+簣5(7]5+1)所以稳定条件：TN、Kt>0.30（2分）（2）欲仇©）=0（$）_2（巧+0即①⑶=1,G『(s)GQ+Gc(s)Gp(s)=1+Gc(s)Gp(s)所wx^)=—L-即恋口為四、简单应用题（本大题共3小题，每小题6分，共18分）23.（I）釆样保持器基本电路图如下：答23图（2）采样期间模式控制开关S闭合，A1是高增益放大器，它的输出通过开关$给保持电容快速充电，使采样保持器的输岀随输入变化。保持期间.摸式控制信号使开关S断开，由于运放A2的阻抗高，理想箱况下.电容器將探持充电时的最高值。（2分）24.Eb=17-7^=120-0.1x200-100/（2分）=1200r/min（2分）3人=叭仝[20/200=0.6/（2分）25.五、26.所以，理想空载转速为1200r/min,起动电流的最大值为0.6A。各轴的运动距离为:[Af）|=|5-l|=4；|A^2|=|4-2|=2；|A^3j=|7一即=4；|A^|=|6-2|=4；隔斗0-3|=3；|A^|=|3-1|=2O由于各坐标轴容许的速度和加速度都相同，因此协调运动容许时间按距离最大的坐标轴设计，即2（2分）Ar因此协,3x4A/—=P2x4容许最短时间r=max{Arv,A/fl}=2（2分）综合应用题(本大題共2小题，每小题10分，共20分)(1)系统开环传递函数%)=%)®)=心哙)击=需辟10Ar=0.5(3分)剪切频率現=41Vlr…也厂10(3分)由|G(jQ)卜1得，(2)最大相位裕丄2=2.4，.:%-67.4°电一体化系统设计试题答案及评分参考第4页(共5（4^O-(I)PLC系统资源分配農(4分)0.00Ml起动按钮0.01Ml停止按段0.02M2起动按钮0.03M2停止按钮Ml10.00电动机Ml接触器