【学历类职业资格】机电一体化系统设计自考题模拟2及答案解析.doc

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1、机电一体化系统设计自考题模拟 2 及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、第部分 选择题(总题数：10，分数：10.00)1.下列选项中与机械特性硬度无关的是_（分数：1.00）A.电枢电压B.电枢电阻C.电动机反电动势系数D.电动机转矩系数2.当直流伺服电动机电磁转矩恒定时，电动机转速随控制电压变化的关系曲线称为_（分数：1.00）A.直流伺服电动机机械特性B.动态特性C.失灵区D.直流伺服电动机调节特性3.某 4 极交流感应电动机，电源频率为 50Hz，转速为 1470r/min，则转差率为_（分数：1.00）A.0.01B.0.03C.0.02D.0.044.某交流感应

2、电动机，实际转速为 1350r/min，电源频率为 50Hz，则其极数为_（分数：1.00）A.1B.2C.3D.45.某步进电动机有 48 个齿，采用五相十拍方式运行，其步距角为_（分数：1.00）A.0.75B.1.5C.6D.36.属于变磁阻一类的电动机是_（分数：1.00）A.永磁同步电动机B.步进电动机C.直流电动机D.交流感应电动机7.某三相步进电动机，转子有 40 个齿，欲使其步距角为 0.5，应采用的通电方式为_（分数：1.00）A.单拍制B.双拍制C.单双拍制D.细分电路8.某步进电机三相六拍运行时的步距角为 6，则三相双三拍运行时的步距角为_（分数：1.00）A.1B.3C

3、.6D.129.PID 控制器中 I 的主要作用是_（分数：1.00）A.提高系统一个无静差度B.增加系统通频带C.加快系统调整时间D.缩小系统伺服刚度10.一般来说，如果增大自然频率 n 的数值，则动态性能指标中的调整时间 T s 将_（分数：1.00）A.增大B.减小C.不变D.不定二、第部分 非选择题(总题数：8，分数：32.00)11.简述直流电动机的结构。 （分数：4.00）_12.简述超声波电动机的基本原理及特点。 （分数：4.00）_13.简述直流电动机、永磁同步电动机和超声波电动机驱动执行部件的类型。 （分数：4.00）_14.当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高

4、将使稳态的电磁转矩、控制电流及转速发生怎样的变化?为什么? （分数：4.00）_15.步进电动机的输入信号是什么?输出轴的转速和位移与哪些因素有关? （分数：4.00）_16.步进电动机主要有哪几种通电方式? （分数：4.00）_17.图为步进电动机单极性驱动电路。试简述图中 VT、R、VD 和 R f 的作用。 （分数：4.00）_18.简述全闭环与半闭环的区别。 （分数：4.00）_三、计算题(总题数：4，分数：20.00)19.某三相变磁阻式步进电机，转子有 80 个齿，试计算单三拍、双三拍、六拍运行方式时的步距角。若要求电动机的转速为 20r/min，则各种运行方式下的通电脉冲频率各为

5、多少? （分数：5.00）_五相变磁阻式步进电动机，转子有 72 个齿，最大静转矩为 1Nm。（分数：5.00）(1).若带动负载转矩为 0.9Nm，选择怎样的通电方式系数才能使其正常起动?（分数：2.50）_(2).若要求电动机转速为 300r/min，计算输入脉冲的频率。（分数：2.50）_20.系统开环传递函数 （分数：5.00）_21.已知某环节的微分方程为 （分数：5.00）_四、简单应用题(总题数：3，分数：18.00)22.某台直流伺服电动机，保持控制电压为 110V 不变，改变电动机的负载转矩，当控制电流为 0.1A 时，电机转速为 4000r/min，当控制电流为 0.2A

6、时，电机转速为 3000r/min。试通过计算绘制出相应的转矩-转速曲线，并在所绘制的转矩-转速曲线中标明理想空载转速和堵转转矩的大小。 （分数：6.00）_23.某他励直流电动机，电枢电阻为 0.4，额定电压为 220V，额定电流为 40A，额定转速为 1000r/min，负载转矩为恒转矩负载，大小为额定转矩的一半，求此时电动机在额定电压下的转速和电枢电流的大小。 （分数：6.00）_三相交流感应电动机，电源频率 100Hz，空载转速为 2750r/min。（分数：6.00）(1).该电动机为几极，空载转差率是多少?（分数：2.00）_(2).堵转时 s=1，定子、转子绕组电势频率各为多少?

7、（分数：2.00）_(3).空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?（分数：2.00）_五、综合应用题(总题数：2，分数：20.00)24.已知系统的结构图如图所示，若 x(t)=21(t)时，使 %=20%， 应为多大，此时 T s 是多少? （分数：10.00）_单位反馈控制系统的开环传递函数为： （分数：10.00）(1).位置误差系数、速度误差系数和加速度误差系数。（分数：5.00）_(2).当参考输入分别为 r1(t)、rt1(t)和 rt 2 1(t)时系统的稳态误差。（分数：5.00）_机电一体化系统设计自考题模拟 2 答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、第部

8、分 选择题(总题数：10，分数：10.00)1.下列选项中与机械特性硬度无关的是_（分数：1.00）A.电枢电压 B.电枢电阻C.电动机反电动势系数D.电动机转矩系数解析：考点 本题主要考查的知识点为机械特性硬度的计算。 解析 机械特性硬度的计算公式为|tan|= 2.当直流伺服电动机电磁转矩恒定时，电动机转速随控制电压变化的关系曲线称为_（分数：1.00）A.直流伺服电动机机械特性B.动态特性C.失灵区D.直流伺服电动机调节特性 解析：3.某 4 极交流感应电动机，电源频率为 50Hz，转速为 1470r/min，则转差率为_（分数：1.00）A.0.01B.0.03C.0.02 D.0.0

9、4解析：考点 本题主要考查的知识点为交流感应电动机的转差率计算。 解析 根据空载时转差率公式：s=1- ，可计算出转差率为 4.某交流感应电动机，实际转速为 1350r/min，电源频率为 50Hz，则其极数为_（分数：1.00）A.1B.2C.3D.4 解析：考点 本题主要考查的知识点为交流感应电动机的极数计算。 解析 由 得 5.某步进电动机有 48 个齿，采用五相十拍方式运行，其步距角为_（分数：1.00）A.0.75 B.1.5C.6D.3解析：考点 本题主要考查的知识点为步进电动机的步距角计算。 解析 步进电动机的步距角 。由转子齿数 z r 、控制绕组的相数 m 和通电方式决定，即

10、 6.属于变磁阻一类的电动机是_（分数：1.00）A.永磁同步电动机B.步进电动机 C.直流电动机D.交流感应电动机解析：考点 本题主要考查的知识点为常用电动机的分类。 解析 步进电动机又称为脉冲电动机，它采用变磁阻原理产生电磁转矩，将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。7.某三相步进电动机，转子有 40 个齿，欲使其步距角为 0.5，应采用的通电方式为_（分数：1.00）A.单拍制B.双拍制C.单双拍制D.细分电路 解析：考点 本题主要考查的知识点为步进电动机的步距角应用。 解析 步进电动机的步距角 s 由转子齿数 z r 、控制绕组的相数 m 和通电方式系数决定，即 ，可得 8.某步进

11、电机三相六拍运行时的步距角为 6，则三相双三拍运行时的步距角为_（分数：1.00）A.1B.3C.6D.12 解析：考点 本题主要考查的知识点为步进电动机的步距角计算。 解析 步进电动机的步距角 s 由转子齿数 z r 、控制绕组的相数 m 和通电方式决定，即 s = 9.PID 控制器中 I 的主要作用是_（分数：1.00）A.提高系统一个无静差度 B.增加系统通频带C.加快系统调整时间D.缩小系统伺服刚度解析：考点 本题主要考查的知识点为 PID 控制器中 I 的作用。 解析 PID 控制器中的 I 代表积分校正，它的主要作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个无静差度。10.一般来说

12、，如果增大自然频率 n 的数值，则动态性能指标中的调整时间 T s 将_（分数：1.00）A.增大B.减小 C.不变D.不定解析：考点 本题主要考查的知识点为动态性能指标中调整时间的计算。 解析 由 二、第部分 非选择题(总题数：8，分数：32.00)11.简述直流电动机的结构。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：直流电动机的组成主要包括三部分： (1)定子磁极 永磁式直流电动机的磁极 N-S 由永久磁铁构成。他励式直流电动机的定子磁极由绕制在磁极上的励磁线圈构成。 (2)电枢 电枢是绕有电流线圈的转子，其铁心是由硅钢片叠制的导磁体。每一个线圈的端点都焊接到对应的换向片上。 (3)电刷

13、电刷是电动机定子的一部分。当电枢转动时，每一个电刷都交替地与两个换向片接触，以保持电枢线圈中的电流分布相对于定子是不变的。12.简述超声波电动机的基本原理及特点。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：超声波电动机(USM)又称为压电电动机或压电陶瓷马达，它利用压电陶瓷逆压电效应产生超声振动，并将这种振动摩擦耦合来直接驱动转子旋转或滑块的位移。 超声波电动机的特点：(1)低速大转矩；(2)无电磁噪声、电磁兼容性好；(3)动态响应快、控制性能好；(4)断电自锁；(5)运行无噪声；(6)微位移特性；(7)动态速度范围宽；(8)结构简单、设计形式灵活、自由度大，易实现小型化和多样化；(9)易实现工

14、业自动化流水线生产；(10)耐低温，适应真空和太空环境。13.简述直流电动机、永磁同步电动机和超声波电动机驱动执行部件的类型。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：直流电动机的驱动电路，即功率放大器，是用于放大控制信号并向电动机提供必要能量的电子装置。目前广泛应用的半导体功率放大器主要有线性功率放大器和 PWM 功率放大器。永磁同步电动机有直流电动机和同步电动机两种驱动方式。 超声波电动机有行波、驻波和电致伸缩公转子三种驱动方式。14.当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流及转速发生怎样的变化?为什么? （分数：4.00）_正确答案：()解析：控制电

15、压升高使稳态电磁转矩增大，控制电流增大，电动机转速提升，因为控制电压升高，则控制电流增大，那么稳态的电磁转矩与控制电流成正比也增大，转速也相应会提升。15.步进电动机的输入信号是什么?输出轴的转速和位移与哪些因素有关? （分数：4.00）_正确答案：()解析：步进电动机又称为脉冲电动机，它的输入信号为脉冲序列。每输入一个脉冲，它的输出轴转动一步。当输入一串脉冲序列时，输出步数等于输入脉冲个数，转速与输入脉冲频率成正比。16.步进电动机主要有哪几种通电方式? （分数：4.00）_正确答案：()解析：步进电动机主要的通电方式有纯单拍、纯双拍以及单双拍结合。17.图为步进电动机单极性驱动电路。试简述

16、图中 VT、R、VD 和 R f 的作用。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：VT：晶体管开关元件，控制相绕组电流通断。R：减小相绕组的电气时间常数。 VD：续流，泄放相绕组中储存的磁能。 R f ：加快磁能泄放。18.简述全闭环与半闭环的区别。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：在具有减速器的位置伺服系统中，根据位置反馈传感器安装位置的不同，伺服系统可分为半闭环伺服系统和全闭环伺服系统。位置反馈传感器可以安装在伺服电动机轴上，用以间接测量工作台的位移，则把间接测量的系统称为半闭环系统，因为工作台的移动是在闭环控制回路之外。半闭环伺服系统可避免传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行

17、振荡。 当位置传感器安装于输出轴上时，传感器是直接测量工作台移动的，则把直接测量的系统称为全闭环系统。全闭环系统对输出进行直接控制，可以获得良好的控制精度。但是，受机械传动部件的非线性影响严重，只有在要求高精度的场合，才采用全闭环系统。三、计算题(总题数：4，分数：20.00)19.某三相变磁阻式步进电机，转子有 80 个齿，试计算单三拍、双三拍、六拍运行方式时的步距角。若要求电动机的转速为 20r/min，则各种运行方式下的通电脉冲频率各为多少? （分数：5.00）_正确答案：()解析：单、双三拍时： 由 得 六拍时： 由 得 五相变磁阻式步进电动机，转子有 72 个齿，最大静转矩为 1Nm

18、。（分数：5.00）(1).若带动负载转矩为 0.9Nm，选择怎样的通电方式系数才能使其正常起动?（分数：2.50）_正确答案：()解析：步进电动机的起动转矩 (2).若要求电动机转速为 300r/min，计算输入脉冲的频率。（分数：2.50）_正确答案：()解析：输入脉冲频率 20.系统开环传递函数 （分数：5.00）_正确答案：()解析：L()、()的特性曲线如图所示。 由 得 21.已知某环节的微分方程为 （分数：5.00）_正确答案：()解析：在零初始条件下，对微分方程进行拉氏变换，有 s 2 C(s)+10sC(s)+100C(s)=100R(s) 根据传递函数的定义，有 四、简单应

19、用题(总题数：3，分数：18.00)22.某台直流伺服电动机，保持控制电压为 110V 不变，改变电动机的负载转矩，当控制电流为 0.1A 时，电机转速为 4000r/min，当控制电流为 0.2A 时，电机转速为 3000r/min。试通过计算绘制出相应的转矩-转速曲线，并在所绘制的转矩-转速曲线中标明理想空载转速和堵转转矩的大小。 （分数：6.00）_正确答案：()解析：根据 K t =K e 可得： R a =220 则转矩-转速曲线如图所示。 23.某他励直流电动机，电枢电阻为 0.4，额定电压为 220V，额定电流为 40A，额定转速为 1000r/min，负载转矩为恒转矩负载，大小

20、为额定转矩的一半，求此时电动机在额定电压下的转速和电枢电流的大小。 （分数：6.00）_正确答案：()解析：T em =K t I a T N =K t I N 0.5T N =K t I a I a =0.5I N =0.540=20(A) E a =K e E aN =220-0.440=204(V) E a =220-0.420=212(V) 三相交流感应电动机，电源频率 100Hz，空载转速为 2750r/min。（分数：6.00）(1).该电动机为几极，空载转差率是多少?（分数：2.00）_正确答案：()解析：由 得 即该电动机为四极。 空载时转差率为 (2).堵转时 s=1，定子、

21、转子绕组电势频率各为多少?（分数：2.00）_正确答案：()解析：由堵转时 s=1，定子绕组电势频率，f 1 =100Hz，得 转子绕组电势频率 f 2 =sf 1 =100Hz(3).空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?（分数：2.00）_正确答案：()解析：空载时定子绕组电势频率 f 1 =100Hz，得转子绕组电势频率为 f 2 =sf 1 =0.083100Hz=8.3Hz五、综合应用题(总题数：2，分数：20.00)24.已知系统的结构图如图所示，若 x(t)=21(t)时，使 %=20%， 应为多大，此时 T s 是多少? （分数：10.00）_正确答案：()解析：闭环传递函数

22、 两边取自然对数 可得 单位反馈控制系统的开环传递函数为： （分数：10.00）(1).位置误差系数、速度误差系数和加速度误差系数。（分数：5.00）_正确答案：()解析：根据误差系数公式，有 位置误差系数为 速度误差系数为 加速度误差系数为 (2).当参考输入分别为 r1(t)、rt1(t)和 rt 2 1(t)时系统的稳态误差。（分数：5.00）_正确答案：()解析：对应于不同的参考输入信号，系统的稳态误差有所不同。 参考输入为 r1(t)，即阶跃函数输入时系统的稳态误差为 参考输入为 rt1(t)，即斜坡函数输入时系统的稳态误差为 参考输入为 rt 2 1(t)，即抛物线函数输入时系统的稳态误差为