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1、机电一体化系统设计试题A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。=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是()A.100mm B.20mmD
2、.工业机器人D.变化而不变 )5. 直流测速发电机输出的是与转速( A.成正比的交流电压 C.成正比的直流电压6. 电压跟随器的输出电压( A.大于 B.大于等于C.10mm)B. 成反比的交流电压D.成反比的直流电压 )输入电压。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 C.735 r/min8. 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 3601onoA.mzfc10. 一般说来 A.增大1
3、1. 已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为(aa abaA. +bB. + C. + ss s2s s212. 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) - (B +B)B. A B + A BC. (A+B) - (A + B)D. A B+ A B14. 累计式定时器工作时有(B.1470 r/minD.2940 r/minB.TsmC0S C) 60fC.mzfc如果增大幅值穿越频率3的数值CB.
4、减小 C.不变D. 180 - 360mc则动态性能指标中的调整时间ts(D.不定Sa b D. + s s3B.2个条件A.1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？
5、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Zj200,刚轮齿数 Z2=202，波发生器的转速nH=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。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=2kQ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kQ，电位 器的工作电压Vi=12V,负载电阻为Rl。已测得输出电压Vo=5.8V,求Rll(2)试计算此时的测量误差。L26. 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O %和调节时间扑、口、尺K日一
6、黑(2) 求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差ess。彳一 I $十27. 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
7、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2r(t)的阶跃响应的最大超调量。及调节时间ts(取=5%);(2)求系统增益Ks及伺服刚度Kr； 求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系统的稳态误差e31. 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：a xmax=a ymax=2。试设计三次多项式样条函数点位控制指令。六、综合应用题法大题上小题，每小题8分，共
8、16分)32. 某控制系统结构图如图所示，图中 G (s)=K (1+T s),G (s) =1 =C p d ps2(Ts+1)S2(0.1s + 1)(1) 确定Kp和Td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essaW0.2,幅值穿越(截止)频率3 c=5 1(2) 计算系统在上述取值条件下的相位裕量m。敏).()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
9、梯形图，写出助记符指令程序。机电一体化系统设计试题参考答案一、单项选择题（本大题共14小题，每小题1分，共14分）1.B 2.A3.D 4.C 5.C 6.C 7.B 8.B 9.C 10.B 11.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
10、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： ni600 r=-i00n1(2)柔轮固定时虹=n2600 =
11、202 = 101 n22n = 6005941(r/min)210125.V = V0 RL日1-Rrl iRX LrlL r-(或 & 二)Z2 - Z1% Z2 - Z1600n =-= -6(r / min)1100Z2Z2 - Z1（或里耳=黑） 2 Z2 Z1(1)当匕5.8 时，5.8= 1_ +1 R2 1 x 12 X L 25.8二12 解之得 R = 58 = 14.5(K。)2 + 上 L .4 RL（2）空载时 Rl= 8,V0 = |vi = 6V设测量出5.8 V输出电压时的测量误差为则 = 6-58 = 0.033 = 33%526. （1）求闭环传函及误差表达
12、式冬= O(s) =0-2 x 10= =烂.挪=圣=买R(s)s(s + 2) + 0.2 X10 s2 + 2s + 2 s2 +2皿 ns + Jn2CN(s)=吼(s) = 10(s + 2) C(s)=C (s)+C (s) =(s)R(s) + (s)N(s) N(s) N s2 + 2s + 2RNE(s)=R(s)-C(s) = 1-(s) R(s)-N(s)N(s) = s(s + 2) R(s)- 10(S + 2) N(s) s2 + 2s + 2s2 + 2s + 2G0.707 兀一b% = e 口一中 x 100% = e -1-0.7072 x 100% = 4.
13、3%ts= 3s求ess二阶系统气0闭环稳定R(s)= - +,N(s) = 01 s s2sE=Hms*s4.(1 + )/ms.域口. 01 =1 -1 = 0 ss sr0 s2 + 2s + 2 s s2sr0 s2 + 2s + 2 s27. (1) y 60r / min;单双拍制n = -6 . 60r / min = -6mz.cmz.c即 f = m- zr - c = 3 x 80 x 2 = 480Hz (2) ,/ 100r /min;单拍制60f 100r / min =mz,c即：f=100 x 3 x 80 x 1 = 400Hz60五、简单应用题(本大题共4小题
14、，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。Rr口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) n1 =詈,p =牛=2即该电动机为四级空载时转差率为：S= %坝=0.033(2)堵转时：S=1定子绕组电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率f2=Sf1=50Hz(3)空载时:定子绕阻电势频率f = 50Hz,转子绕组电势频率:f2= S - f1 = 0.033 x 50Hz = 167 Hz30.(1)G(s)= K1K2 1 型 K = limsG(s) = KK = 1, K = limG(s) = s,s(TS +1)v s01 2 pST0(s)K1K21 + G(s)T】s2 + s +K1K2s2 +21%s + nG(s)牛=.qT12% 2
