机电一体化系统设计习题与解答

1、机电一体化系统设计试题一、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 岀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（D.工业A. 顺序控制系统 B.伺服系统C.数控机床机器人2. 齿轮传动的总等效惯量随传动级数（）D.变A.增加而减小B.增加而增加C.减小而减小化而不变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 =0. 001孤度，则莫尔条纹的宽度是（）A.

2、lOOnim B. 20minC. lOniniD. 0. lmiu5. 直流测速发电机输岀的是与转速（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002时，其转速为()A. 1450 Lr/minB. 1470 r/minD.2940 r/min）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.如mzrcB TsmcosmeC6

3、0fmzrcD. 180° -如me10. -般说来，如果增大幅值穿越频率3c的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（）A增大B.减小 C.不变D.不定11. 已知f（t）=a+bt,则它的拉氏变换式为（）A.+bB.a ac.D.邑 b；2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 图不利用继电器触点实现的逻辑函数为（）A.（A+)(B+B)_ B.A-B+ BC. (A+B)A+B)D A B+14 累计式定时器工作时有（）A.1个条件B.2个条件C.

4、 3个条件D. 4个条件二、石扁解释题（本大题共5小题，每小题2看，墓10分）15.机电一休化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?输岀轴的转速、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Z=200,刚轮齿数 Z2=202,波

5、发生器的转速nH=600r/mino如图 喩求：刚轮固定时柔轮的转速珥；固定时刚轮的转速n25.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=lkQ ,电位器的工作电压Vi=12V,负载电阻为比。(1) 已测得输出电压Vo=58V,求R-试计算此时的测量误差。26 某二阶系统如图所示M丿(1) 求系统对r (t)阶跃响应的最大超调量o %和调节时间J。(2) 求r(t)=ln,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。要求电动机转速为60r/min,单双拍刮通电，输入脉冲频率为多 少？(2)

6、要求电动机转速为lOOr/min,单拍剖通电，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/mino(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？30 二阶系统结构图如图所示。设K二0.1, K2=10, TO. 5s(1) 求系统对；(t)的阶

7、跃响应的最大超调量O %及调节时间ts (取二 ±5%);(2) 求系统增益Ks及伺服刚度Kr；(3) 求r(t)=l+t及n(t)=0l共同作用下系统的稳态误差e$s。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) o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,图中 Gc(s)=Kp(l+Tds),Gp(s) =S2(0.1s+L)(1)确定Kp和Td的值，以使系统性能同时满足： 在单位

8、抛物线(恒加速度)函数作用下的稳态误差essaWO. 2,幅 值穿越(截止)频率3广51(2)计算系统在上述取值条件下的相位裕量33采用PLC设计二台电动机A、B工作的系统。（1）按钮XI为A电动机起动，按钮X2为A电动机停止（输岀Y1）；（2）按钮X3为B电动机起动，按钮X4为B电动机停止（输岀Y2）；（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。机电一体化系统设计试题参考答案课程代码：02245-、单项选择题（本大题共14小题，每小题1分，共14分）5.C10. BI. B2. A3. D4.C6.C7.B8.B9.CII. B12.C13.A14.B

9、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.以电于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

10、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）输岀轴转向由转向电平决定c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：些=_ 或胆=_列)灯 1Z2- Z13Z2- Z1600nl600100(2)柔轮固定时空勺，或竺=引：n2 z2" Z1 叱 22 - Z1600 .=202 =101n22600屯=帀j"5 941(i / min)25. Vo=1(1)当V01=5. 8时，5. 8二 -_i_

11、xl22 2 1+ X 1 Rl 25.8=V 解之得 R=1L 0.42十rL(2)空载时Rl =?£ =6V设测量出5. 8 V输岀电压时的测量误差v0 = 2则0.033 = 33%A 65£：A =526. (1)求闭环传函及误差表达式CN(®HezsHl§+2>3 2c(stcr(s)+cn(st0(骂(¥y Nse(str(s)ic(s)"t&©R(S) 令 N GN “ 飞+ 占 R© '1?+2) N© s +2*2 s +2S+2(2)淡a承：XOOM H e 亍.

12、q xoo%> H4 3 冰3s(3)技ssM马逊洱aios孕誠和r(s)hPCHthus ss+2) .(r4T£s 注(工2)ISWK $0 入十 2工 2 sszyo sz+2<2 "27(1)®60壮$目忸记茁埜0吕m&rc6017 mi口 H6Qfmzj. cFHmFc"3x80x2H 480Hz(2) ® loor'mlp60f:.lOOr/ihing + L)60ftnzrc即：f=五、简单应用题(本大题共4小题，每小题6分，共24分)2)二阶低通有源滤波器电路图g + L)60f(3) 低通滤波幅频率

13、特性示意图。A.U)29(1)g + L)60f即该电动机为四级空载时转差率为：S=g + L)60f1500-14501500=0.033g + L)60f(2)堵转时：S= 1定子绕组电势频率fL=50Hz,转子绕组电势频率f=Sf=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-fL = 0.033 x50Hz= 167Hz30. (l)G(s) =KN：g + L)1 型 Kv=lim sG(s)= KiK2 = 1,KP=lim G(s) = o>,STO6（汕止二匸也l+G Ti，+ xKiK2252 2S +2tt ns + Mix1/T忑

14、2« n 2（2）性能指标o%e Z xlOO%43%QQTO?33 ?=3 ss 1(3)系统增益与伺服刚度WKil, Kr=K 产0 1 essr=+丄o+il + Kp Kyessn0.1 0.1 t 1 n= -1 : ess =。巩十。皿= 1-1=031.Ax =| J -1| = 4-"Ay =|-2-(-l)|= 1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y(t)=-x(t)-八丿4x(t)=5+3(1-5)(2馆)2-2 (1 -5)(t2石)3=5_t?+t3y(t)=-2+t2 t34 12f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 G (s) =GC (s) Gp (s)= 2Kp(l2Kp(l 十 T摘= Is2(Ts+l) S2(0.1s+1)(2)确定和Td 由 essa=ort 5J1+ (3Ta) 2时，|GC(J«C)|GP(JOC)|=1