机电一体化系统设计试题及答案

1、机电一体化系统设计试题课程代码：022455.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/minD.2940 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12.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 同步协调到达目标点。A.位置和加速度B.速度和加速度

2、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+一_）2 （ 1 +B）B. A2 11 +上2 BC. （A+B） 2（一一+ R）D. A2 B+一一2 L14.累计式定时器工作时有（）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

3、管式C.内、外双循环4.某光栅的条纹密度是A.100mm B.20mm）D.工业机器人D.变化而不变（）B.外循环反向器式D.内循环反向器式100条/mm，光栅条纹间的夹角9 =0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是（）C.10mmD.0.1mmB.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.9.计算步进电动机转速的公式为（皿1河A. 3二B.TsmCOS：10.一般说来，如果增大幅值穿越频率）60f360C. mD. 180 -:y-1：C的数值， 则动态性能指标中的调整D.不定（）使得它们A.增大B.减小C.不变11.已知f（t）=a+bt，则它的拉氏变换式为（A.1个条件B.

4、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=

5、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;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=2k Q ,电刷位移为X时的相 应电阻Rx=1k Q ,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RL(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b %和调节时间ts。求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差ess。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

6、电，输入脉冲频率为多少顷 F(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。30.二阶系统结构图如图所示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？设K1=0.1, K2=10,T1=0.5s(1

7、)求系统对r(t)的阶跃响应的最大超调量b %及调节时间ts(取 =5%);(2)求系统增益Ks及伺服刚度KR;(3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系统的稳态误差ess。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: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(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，K 2图中Gc(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)=：.= F确定Kp和Td的值，以使系统性能同时满足：机电一体化系统设计试题参考答案课程代码

8、：02245在单位抛物线（恒加速度）函数作用下的稳态误差1essa0.2,幅值穿越（截止）频率（2）计算系统在上述取值条件下的相位裕量Pm。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（2）按钮X3为B电动机起动，按钮X4为B电动机停止（输出（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。3 c=5丫1） ；丫2） ;一、单项选择题（本大题共14小题，I. B6.CII.B2.A7.B12.C3.D8.B13.A4.C9.C14.B每小题1分，共14分）5.C10.B、名词解释题（本大题共5小题

9、，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

10、）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。即检测输入变量、4小题，每小题虬123.PLC的扫描工作制,四、计算题（本大题共ni24. (1)刚轮固定时：600200=-=-1002虬求解当前控制逻辑以及修正输出指令。重复进行。5分，共20分）_（或也一具_）叫Z2-Z122 -町600 =n1=- l.i.（2）柔轮固定时快-句32刃-X600 202= 101叫2 600UH25.Vo=-(1)当V0i=5.8时，5.8=-ixl2 2 21-+-x -1RL2 5女I=_=i4j(Kq)L04Jo=yVi=6V设测量出5.8 V输出

11、电压时的测量误差为A6-52niIA- 0.033= 33%则26.(1)求闭环传函及误差表达式CR * _02x102附-0闭环稳定11 s 01=R(S)=: 丁r”2) A 1、丁l0(s+2) 01 i .nlims (- +- lim s - - -1-1=0ESS= .-;_. I _： _ -27.(1) L门l 如m f 60fE) n =-60iftnin匚-mzrcmzrc即：-(2)旧1皿“如免单拍制60f.100t/mint-mzrc100一x3x80 xl = 400Hz即：f=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

12、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。60f60f ,_F= =F打 即该电动机为四级29. (1)1500-1450 - 0033空载时转差率为：S= ITI(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 i = 50Hz,转子绕组电势频率：f2=. Im：耶230.(1)G(s)=gTS+l)1型K v=STQ K p=G愆中(乡-1+GT1S2+S+K1K2s2+wns+ro.一 s 降 2 卜四苴3，礼2(2)性能指标43%=0.70733- =- = 3sts=1n

13、(3)系统增益与伺服刚度KS=KV=KIK2=1 , KR=KI=0.11 I - 4- = 0+1(4) ess= 1 +Kp0.10.1厂养*彻 + 唱MT-。essn=-1 -Ax叩-1|=431.V -( Ay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t)-y(t)=-ttt3_2_3_2x(t)=5+3(1-5)( -，- )2-2(1-5)( -，- )3=5-t2+I-y(t)=-2+ -六、综合应用题(本大题共2小题，每小题8分，共1 6分)32.(1)开环传函2Kp(l+Td_2Kp(l+TdS)G(s)=Gc(s)Gp(s)= li :(2)确定Kp和TdO.2A KDm由essa=取Kp=2.5在工*J1+(5马)时，|GJj虹)|Gpj队)| =1即 冬=12