机电一体化系统设计试题及答案

机电一体化系统设计试题

课程代码：02245

1、单项选择题（本大题共14小题，每小题1分，共14分)每小题列出的四个选项中，只有一个符合题目要求请在题后括号填写正确选项前的字母。

1.控制变量是机械运动的反馈控制系统( B )

A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数而变化( A )

A.增加而减小 B.增加而增加 C.减小而减小 D.变化而不变 3.滚珠丝杠螺母有两种副结构类型:外循环插管式和( D ) A.内循环插管式 B.外循环反向器式 C.内外循环 D.内循环反向器式

4.光栅条纹密度为100条/mm，光栅条纹之间的夹角θ=0.001孤度，莫尔条纹的宽度是( C ) A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5.直流测速发电机与转速输出( C )

A.交流电压成正比 B.交流电压成反比 C.直流电压成正比 D.直流电压成反比 6.电压跟踪器的输出电压( C )输入电压。

A.大于 B.大于等于 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.转速为02时( B ) A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 8.右图称( B )

A.直流伺服电机的调节特性 B.直流伺服电机的机械特性 C.直流伺服电机的动态特性 D.直流伺服电机的调速特性

9.计算步进电机转速的公式是( C )

A. B.Tsmcos C. D. 180°-

10.一般来说，如果增加幅值穿越频率ωc动态性能指标中的调整时间值ts( B )

A.增大 B.减小 C.不变 D.不定

11.已知f(t)=a bt，拉氏变换式为( B )

A. b B. C. D. 12.在连续路径控制类中，为了控制工具沿任何直线或曲线个轴( C )使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.使用继电器触点实现的逻辑函数为( A )

A.(A B.A2

)2(

B) 2B

)

C.(A B)2(

D.A2B 2

14.累计定时器有时工作( B )

A.1个条件 B.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.轴系的动态特性

17.灵敏度(测量) 18.永磁同步电机 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应包括哪些方面？

21.步进电机常用的驱动电路有哪些类型？哪种电路适用于永磁步进电机？

22.步进电机数控系统和脉冲伺服系统的输入信号是什么？输出轴的速度、转向和位置与哪些因素有关？

23.什么是PLC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=202波发生器转速nH=600r/min。如图 试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速n1; (2)软轮固定时刚轮转速n2。

25.已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。若电位器总电阻R=2kΩ，当电刷位移到X时，相应的电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压Vi=12V,负载电阻为RL。

(1)已测输出电压Vo=5.8V,求RL。 (2)此时试计算测量误差。 26.二阶系统如图所示

(1)求系统对r(t)阶跃响应最大超调量σ调整时间%ts。 (2)求r(t)=1 t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差ess。 27.三相变磁阻步进电机，转子80齿。

(1)要求电动机转速为60r/min,输入脉冲的频率是多少？

(2)电机转速为100r/min，输入脉冲的频率是多少？ 五、简单应用题(本大题共4小题，每小题6分，共24分) 28.已知的一级低通有源滤波器电路如图所示。 (1)一级低通滤波器的弱点是什么？

(2)将其改进为二阶低通滤波器，绘制电路图； (3)画出二阶低通的幅频特性示意图。

29.三相交流感应电机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。

(1)电机是几极，空载转差率是多少？ (2)堵转时定子和转子绕组的电势频率是多少？ (3)空载时，定子和转子绕组的电势频率是多少？

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r(t)阶跃响应量的阶跃响应σ调整时间%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系统的稳态误差在共同作用下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：αxmax=αymax=±2.试设计三个多项样条函数点控制指令。

六、综合应用题(本大题2小题，每小题8分，共16分) 32.控制系统结构图如图所示，

图中GC(s)=Kp(1 Tds),Gp(s)= =

(1) 确定Kp和Td同时满足系统性能的值：

稳态误差在单位抛物线(恒加速度)函数的作用下essa≤0.2.幅值穿越(截止)的频率ωc=5

(2) 在上述取值条件下，计算系统的相位裕量 m。 33.采用PLC设计两台电机A、B工作系统。

(1) 按钮X1.A电机启动按钮X2.A电机停止(输出)Y1)； (2) 按钮X3.B电机启动按钮X4.B电机停止(输出)Y2)； (3) 只有A电机在工作，B只有电机才能工作。 要求:画梯形图，写助记符指令程序。

机电一体化系统设计试题参考答案

课程代码：02245

一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分) 1.B 2.A 3.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.机电集成技术。

16.指轴系统具有抗冲击、振动和噪声的特点。

17.输出变化与相应输入(测量)变化的比值。有时称为增量增益或标度因子。 18.传统直流电机的电刷换向被电子换向所取代，又称无刷电机。

19.在反馈控制器的基础上添加一个前馈控制器，称为复合控制器。它的功能是使系统能够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、使用条件和经济效益。

21.主要包括:单极驱动电路、双极驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路和细分电路。双极驱动电路适用于永磁步进电机。

22.(1)参考脉冲序列。

速度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扫描工作系统，即检测输入变量，解决当前控制逻辑，纠正输出指令。 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:

n1=-

(2)固定软轮时

25.V0=

(1) 当V01=5.8时，5.8=

5.8=

(2)空载时RL=

设测量出5.8V输出电压时的测量误差 则

26.(1)要求闭环传递和误差表达式

E(s)=R(s)-C(s)=[1- (2)求

ts= (3)求ess

二阶系统ai>0闭环稳定 R(s)= Ess= 27.(1) 即 (2)

单拍制

]R(s)-

C(s)=CR(s) CN(s)=

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)一级低通滤波器在过渡区衰减缓慢。 2)二级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)

即电机为四级