2026年伺服系统应用技术试题及答案

2026年伺服系统应用技术试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1.以下哪项不是伺服系统的核心组成部分？A.伺服电机B.变频器C.编码器D.控制器答案：B（变频器主要用于异步电机调速，伺服系统核心为电机、控制器、反馈装置）2.增量式编码器输出信号中，用于判断旋转方向的是？A.A相B.B相C.Z相D.差分信号答案：B（A、B相相位差90°，通过相位超前/滞后判断方向）3.伺服系统位置控制模式下，输入指令通常为？A.模拟电压信号B.脉冲+方向信号C.电流给定值D.速度设定值答案：B（位置控制多通过脉冲数和方向信号实现位移与方向控制）4.当伺服系统出现“过载报警”时，最可能的原因是？A.编码器断线B.负载惯量过小C.电机温度过高D.控制参数P值过小答案：C（过载报警通常由电流超过额定值引起，可能因负载过大或散热不良导致电机过热）5.以下哪种控制算法最适用于伺服系统的高精度位置跟踪？A.开环控制B.PID控制C.模糊控制D.前馈控制+PID复合控制答案：D（复合控制可补偿系统滞后，提升动态跟踪精度）二、填空题（每空1分，共10分）1.伺服系统的三大基本控制模式为______、______和转矩控制模式。答案：位置控制、速度控制2.绝对值编码器的优势在于______，无需每次上电回零。答案：断电后保留位置信息3.伺服电机的额定扭矩计算公式为______（用功率P、转速n表示）。答案：T=9550×P/n（单位：N·m）4.负载惯量与电机转子惯量的比值称为______，通常建议控制在______范围内以保证动态响应。答案：惯量比、1:5至1:105.伺服驱动器的制动电阻用于消耗______时产生的再生能量，防止直流母线电压过高。答案：电机减速或制动三、简答题（每题8分，共24分）1.简述伺服系统中“刚性”参数的意义及调整原则。答案：刚性反映系统抵抗负载扰动的能力。刚性过低时，系统易受负载变化影响，出现震荡或跟踪延迟；刚性过高可能导致机械共振。调整原则：需结合机械结构固有频率，通过逐步增大刚性参数（如速度环比例增益），观察是否出现振动，最终选择临界振动点前的最大值。2.对比分析光电编码器与旋转变压器作为伺服系统反馈元件的优缺点。答案：光电编码器精度高（可达23位以上）、响应快，适用于高精度场景，但抗干扰能力弱（易受粉尘、油污影响）；旋转变压器通过电磁感应测角，抗恶劣环境能力强（耐温、防潮、抗振动），但分辨率较低（通常1216位），需额外解码电路，适用于工业现场复杂工况。3.某三轴数控机床Z轴伺服系统出现“定位超差”故障，可能的原因有哪些？如何排查？答案：可能原因：①编码器信号干扰或断线；②机械传动间隙（如滚珠丝杠螺母副磨损）；③伺服参数（如位置环增益）设置不当；④电机与负载间联轴器松动；⑤驱动器硬件故障（如电流检测模块异常）。排查步骤：①用示波器检查编码器A/B相波形是否正常；②手动盘车检测机械传动是否灵活、间隙是否超标；③通过示教器观察实际位置与指令位置偏差曲线，调整位置环增益；④检查联轴器紧固情况；⑤替换同型号驱动器测试是否恢复正常。四、综合应用题（16分）某工业机器人关节需实现0.01mm重复定位精度，负载质量5kg，传动机构为减速比1:20的谐波减速器（输出轴转动惯量0.003kg·m²），选用伺服电机转子惯量0.0002kg·m²。请完成以下设计：（1）计算负载侧总惯量（忽略谐波减速器自身惯量，负载质心到输出轴距离0.1m）；（2）判断惯量比是否符合要求（参考范围1:5~1:10）；（3）若需优化惯量匹配，可采取哪些措施？答案：（1）负载惯量J_load=m×r²+J_减速器输出=5×0.1²+0.003=0.05+0.003=0.053kg·m²电机侧等效惯量J_eq=J_load/i²=0.053/20²=0.053/400=0.0001325kg·m²总惯量（电机侧）J_total=J_eq+J_电机=0.0001325+0.0002=0.0003325kg·m²（注：实际计算中负载惯量需折算到电机轴）（2）惯量比=J_total/J_电机=0.0003325/0.0002≈1.66:1，小于建议范围下限1:5（即5:1），惯量匹配过轻，可能导致系统响应过快、易受机械共振影响。（3）优化措施：①选用转子惯量更大的电机（如J_电机=0.0005kg·m²，惯量比≈0.665:1仍不足，需进一步增大）；②增加电机侧传动比（如减速比改为1:30，J_eq=0.053/900≈0.000059kg