2025年大学自动化（运动控制）试题及答案

2025年大学自动化（运动控制）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）每题给出的四个选项中，只有一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。(总共6题，每题5分，每题的选项中只有一个正确答案，选出正确答案后填写在题目后面的括号内)1.以下哪种控制方式不属于运动控制的基本方式？（）A.开环控制B.闭环控制C.复合控制D.智能控制2.在直流电动机调速系统中，改变电枢电压调速属于（）调速方式。A.恒转矩B.恒功率C.变转矩D.变功率3.步进电动机的步距角精度主要取决于（）。A.电机的制造精度B.驱动电源的性能C.负载的大小D.控制方式4.交流伺服电动机的调速方法不包括（）。A.改变电源频率B.改变磁极对数C.改变转差率D.改变电枢电阻5.位置控制系统中，常用的位置检测元件不包括（）。A.光栅尺B.光电编码器C.测速发电机D.旋转变压器6.运动控制系统中，PID控制器的积分作用主要用于（）。A.消除稳态误差B.加快响应速度C.抑制噪声干扰D.提高系统稳定性第II卷（非选择题共70分）填空题（共20分）把答案填在题中横线上。(总共10空，每空2分)1.运动控制系统主要由______、______、______和______组成。2.直流电动机的调速方法有______、______和______。3.交流异步电动机的调速方法有______、______和______。4.步进电动机的驱动方式有______和______。5.位置控制系统中，常用的位置控制算法有______和______。简答题（共20分）简要回答下列问题。(总共4题，每题5分)1.简述运动控制系统的基本要求。2.说明直流电动机调速时，基速以下和基速以上分别应采用何种调速方法？为什么？3.交流伺服电动机与直流伺服电动机相比，有哪些优点？4.简述PID控制器的工作原理。分析题（共15分）阅读下列材料，回答问题。(总共1题，15分)材料：有一运动控制系统，采用直流电动机作为执行元件，采用PI控制器进行速度控制。已知电动机的额定转速为1500r/min，额定转矩为10N·m，电枢电阻为0.5Ω，转动惯量为0.1kg·m²。系统的给定转速为1200r/min，负载转矩为5N·m。问题：1.计算电动机在给定转速下的电磁转矩。2.若PI控制器的比例系数Kp=10，积分时间常数Ti=0.1s，计算PI控制器的输出。设计题（共15分）根据题目要求设计一个运动控制系统。(总共1题，15分)设计一个基于PLC的三相异步电动机正反转控制系统，要求具有过载保护和短路保护功能。画出控制系统的电气原理图，并说明工作原理。答案1.D2.A3.A4.D5.C6.A填空题答案：1.控制器、功率放大器、执行机构、检测装置2.改变电枢电压调速、改变电枢回路电阻调速、弱磁调速3.变极调速、变频调速、改变转差率调速4.单电压驱动、双电压驱动5.位置比例控制、位置PID控制简答题答案：1.运动控制系统的基本要求包括：调速范围宽、调速精度高、动态响应快、稳定性好、可靠性高、节能等。2.基速以下采用改变电枢电压调速，因为此时保持磁通不变，电动机为恒转矩调速方式，能满足生产机械对恒转矩负载的要求。基速以上采用弱磁调速，因为此时电枢电压已达到额定值，只能通过减弱磁通来提高转速，电动机为恒功率调速方式，可满足生产机械对恒功率负载的要求。3.交流伺服电动机与直流伺服电动机相比，优点有：无电刷和换向器，维护方便；结构简单，成本低；转动惯量小，动态响应快；运行平稳，噪声低等。4.PID控制器的工作原理是：根据给定值与反馈值的偏差，按比例、积分、微分的规律进行运算，其输出用于控制被控对象，使被控量尽快地跟踪给定值，消除稳态误差，提高系统的稳定性和动态性能。分析题答案：1.电磁转矩计算公式为：$T=C_T\PhiI_a$，其中$C_T$为转矩常数，$\Phi$为磁通，$I_a$为电枢电流。先计算电枢电流：$I_a=\frac{U-E}{R_a}$，$E=C_e\Phin$，$C_e$为电动势常数。给定转速$n=1200r/min$，可计算出电动势$E$，进而得到电枢电流$I_a$，再计算电磁转矩$T$。2.首先计算速度偏差$\Deltan=n^-n$，然后根据PI控制器公式$u=K_p\Deltan+\frac{K_p}{Ti}\int\Deltandt$计算输出。设计题答案：电气原理图：主电路包括三相电源、断路器、接触器、热继电器、电动机；控制电路包括