機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題及答案

1、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題課程代碼：02245一、單項選擇題（本大題共14小題，每小題1分，共14分）在每小題列岀的四個選項中只有一個選項 是符合題目要求的，請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。1. 受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱（）A. 順序控制系統(tǒng)B.伺服系統(tǒng)C.數(shù)控機床D.工業(yè)機器人2. 齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)（）A. 增加而減小B.增加而增加C.減小而減小D.變化而不變3. 滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型有兩類：外循環(huán)插管式和（）A.內(nèi)循環(huán)插管式B.外循環(huán)反向器式C.內(nèi)、外雙循環(huán)D.內(nèi)循環(huán)反向器式4某光柵的條紋密度是100條/mm，光柵條紋間的夾角9 =0.001孤度，則莫爾條紋

2、的寬度是（A.100mm B.20mmC.10mmD.0.1mmB. 成反比的交流電壓D.成反比的直流電壓 ）輸入電壓。C. 等于D.小于5直流測速發(fā)電機輸岀的是與轉(zhuǎn)速 （）A.成正比的交流電壓C.成正比的直流電壓6.電壓跟隨器的輸出電壓（A.大于B.大于等于7某4極交流感應(yīng)電動機，電源頻率為50Hz，當(dāng)轉(zhuǎn)差率為0.02時，其轉(zhuǎn)速為（）A.1450 : r/minB.1470 : r/min D.2940 : r/min C.735 : r/min 8. 右圖稱（）A. 直流伺服電動機調(diào)節(jié)特性B. 直流伺服電動機機械特性C. 直流伺服電動機動態(tài)特性D. 直流伺服電動機調(diào)速特性9. 計算步進電動

3、機轉(zhuǎn)速的公式為（血I130A.B.TsmCOS：10. 一般說來，如果增大幅值穿越頻率 時間ts（）A.增大B.減小C.不變）60f360C.皿D. 180 -:i-1.-3 c的數(shù)值，則動態(tài)性能指標(biāo)中的調(diào)整D.不定11.已知f（t）=a+bt，則它的拉氏變換式為（）使得它們12. 連續(xù)路徑控制類中為了控制工具沿任意直線或曲線運動，必須同時控制每一個軸的 同步協(xié)調(diào)到達目標(biāo)點。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. 圖示利用繼電器觸點實現(xiàn)的邏輯函數(shù)為（）A. （A+ 丄）2 （ 1 +B）B. A2 h + 丄 2 BC. （A+B） 2 （二 + h）D. A2 B

4、+ 一一 2114. 累計式定時器工作時有（）A.1個條件B.2個條件C.3個條件D.4個條件二、名詞解釋題（本大題共5小題，每小題2分，共10分）15. 機電一體化16. 軸系的動特性17靈敏度(測量)18. 永磁同步電動機19. 復(fù)合控制器三、簡答題(本大題共4小題，每小題4分，共16分)20. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)大體上應(yīng)包括哪些方面？21. 步進電動機常用的驅(qū)動電路有哪幾種類型？其中哪種電路適于永磁式步進電動機？22. 步進電動機數(shù)控系統(tǒng)和參考脈沖伺服系統(tǒng)的輸入信號是什么？輸岀軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、位置各自與哪些因素有關(guān)？23.什么是PLC的掃描工作制？四、計算題(本大題共4小題，每小題5

5、分，共20分)24.已知雙波諧波齒輪的柔輪齒數(shù)乙=200,剛輪齒數(shù)Z2=202，波發(fā)生器的轉(zhuǎn)速 nH=600r/min。如圖試求：(1)剛輪固定時柔輪的轉(zhuǎn)速山；柔輪固定時剛輪的轉(zhuǎn)速 n2。25.已知某一線性電位器的測量 位移原理如圖所示。若電位器的總 電阻R=2k Q，電刷位移為X時的相 應(yīng)電阻 Rx=1k Q，電位器的工作電 壓Vi=12V,負載電阻為Rl。(1) 已測得輸出電壓 Vo=5.8V,求Rl(2) 試計算此時的測量誤差。26.某二階系統(tǒng)如圖所示(1)求系統(tǒng)對r(t)階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量 b %和調(diào)節(jié)時間ts。求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的穩(wěn)態(tài)誤差ess。27.三

6、相變磁阻式步進電動機，轉(zhuǎn)子80個齒。(1)要求電動機轉(zhuǎn)速為60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少T(2)要求電動機轉(zhuǎn)速為100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少？ 五、簡單應(yīng)用題(本大題共4小題，每小題6分，共24分)28.已知一階低通有源濾波器電路如圖所示。要求：(1) 一階低通濾波器現(xiàn)存在什么弱點？(2) 將其改進為二階低通濾波器，畫出電路圖；(3) 畫出二階低通的幅頻特性示意圖。30.二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示29.三相交流感應(yīng)電動機，電源頻率50Hz，空載轉(zhuǎn)速為1450r/min。(1) 該電動機為幾極，空載轉(zhuǎn)差率是多少？(2) 堵轉(zhuǎn)時定子、轉(zhuǎn)子繞組電勢頻率各為多少？(3

7、) 空載時，定子、轉(zhuǎn)子繞組電勢頻率各為多少？設(shè) K1=0.1, K2=10,T1=0.5s(1)求系統(tǒng)對r(t)的階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量b %及調(diào)節(jié)時間ts(取厶= 5%);(2) 求系統(tǒng)增益Ks及伺服剛度Kr;(3) 求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差s。31.考慮x-y平面上的直線運動路徑，源點坐標(biāo)(5, -2)，終點坐標(biāo)為(1，-1)。設(shè)兩軸最大加速度限制:a xmax= a ymax= 2。試設(shè)計三次多項式樣條函數(shù)點位控制指令。六、綜合應(yīng)用題(本大題2小題，每小題8分，共16分)32.某控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，K2圖中 Gc(s)=Kp(1+TdS),Gp(s)

8、=I 1 = -(1)確定Kp和Td的值，以使系統(tǒng)性能同時滿足：C(t)在單位拋物線（恒加速度）函數(shù)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差essaW10.2，幅值穿越（截止）頻率3 C=5（2）計算系統(tǒng)在上述取值條件下的相位裕量m。33.采用PLC設(shè)計二臺電動機A、B工作的系統(tǒng)。（1）按鈕X1為A電動機起動，按鈕 X2為A電動機停止（輸出 Y1）;（2） 按鈕X3為B電動機起動，按鈕 X4為B電動機停止（輸出 Y2 ）;（3） 只有A電動機在工作中，B電動機才能工作。要求：畫岀梯形圖，寫岀助記符指令程序。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計試題參考答案課程代碼：02245一、單項選擇題（本大題共14小題，每小題1分，共14分）I.

9、B2.A3.D4.C5.C6.C7.B8.B9.C10.BII. B12.C13.A14.B二、名詞解釋題（本大題共5小題，每小題2分，共10分）15. 機械與電子的集成技術(shù)。16. 指軸系抵抗沖擊、振動、噪聲的特性。17. 輸岀變化量與對應(yīng)的輸入（被測量）變化量的比值。有時稱為增量增益或標(biāo)度因子。18. 以電子換向取代了傳統(tǒng)直流電動機的電刷換向，又稱無刷電動機。19. 在反饋控制器的基礎(chǔ)上附加一個前饋控制器，二者的組合稱為復(fù)合控制器。它的作用是使系統(tǒng)能以 零穩(wěn)定誤差跟蹤已知的輸入信號。三、簡答題（本大題共4小題，每小題4分，共16分）20. 應(yīng)包括系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)、使用條件、經(jīng)濟效益。21

10、. 主要有：單極性驅(qū)動電路、雙極性驅(qū)動電路、高低壓驅(qū)動電路、斬波驅(qū)動電路、細分電路。其中雙 極性驅(qū)動電路適于永磁式步進電動機。22. （1）參考脈沖序列。轉(zhuǎn)速與參考脈沖頻率成正比。（2）輸岀軸 轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向電平?jīng)Q定。 位置由參考脈沖數(shù)決定。23. PLC的掃描工作制，即檢測輸入變量、求解當(dāng)前控制邏輯以及修正輸岀指令。重復(fù)進行。四、計算題（本大題共4小題，每小題5分，共20分）ni Z2-24. （1）剛輪固定時:n1=- 1 旦（或空二旦 嗆-司Z2-Z1(2)柔輪固定時 -600 202二一= 101乜 225.Vo=-5.8=Kr CD(1)當(dāng) Voi=5.8 時，5.8=2 1 X12-+

11、X 1 Rl 2Ki5Q = lvi=6V(2 )空載時R L=_E(s)=R(s)-C(s)=1- R(s)-求-5廠解Z得 RL = = 14J(KQ 2+-L04Rt設(shè)測量岀5.8 V輸岀電壓時的測量誤差 十6-52m A = 0.033= 33%則26.(1)求閉環(huán)傳函及誤差表達式c) “苗啦川 一 2亦 gR(目0閉環(huán)穩(wěn)定1 b 1 s01-+丁 n = 一R(s)= “ 丁1-1=0v心+2)A 1、 (10(s+2) 010 s2 +2s+2 slim m(- +巧-li 也一Ess= tO+ 2s+ 2 s s27. (1):-6葉刁60fE) n 匸.；60i f min =

12、mzrcmzrc即 ii 、- .- (2)單拍制60f 100t/mintmzrc100 一x3x80xl = 400Hz即：f=五、簡單應(yīng)用題(本大題共 4小題，每小題6分，共24分)28. ( 1) 一階低通濾波器存在過渡區(qū)域衰減緩慢的弱點。2) 二階低通有源濾波器電路圖(3) 低通濾波幅頻率特性示意圖。n 60f60f - ni = ,p =占29.( 1)即該電動機為四級1500-1450空載時轉(zhuǎn)差率為： 0033 s= rii(2 )堵轉(zhuǎn)時：S=1定子繞組電勢頻率(3)空載時：f1=50 Hz,轉(zhuǎn)子繞組電勢頻率 f2=Sf1=50Hz定子繞阻電勢頻率f i = 50H z,轉(zhuǎn)子繞組

13、電勢頻率:f2=.*：.廠:：上lim$G(AKiK? = l, IhuG二巴30.(1)G(s)= 丨 1 型 K v= 廠-K p=.蟲軸-(甸 T1s2+s+K1K2 丿+耳6涉+磋2力兄 2G K2戀2.(D =V Ti(2)性能指標(biāo)X xlOO%43%=0.70733 p=-=3sts=1” L(3)系統(tǒng)增益與伺服剛度Ks=Kv=K1K2=1 , Kr=K1=0.11 1 “ | 4- = 0+1(4) ess=.- 0.10.1,es5 eSji + eS5nl-U0essn=- 1 -Ax AyAx -|5-1|=431. -所以協(xié)調(diào)運動先設(shè)計x軸，再利用下列直線方程變換成y軸控制指令m-y(t)=-%厝皿ttt3x(t)=5+3(1-5)( )2-2(1-5)( -)3=5-t2+ Fy(t)=-2+六、綜合應(yīng)用題(本大題共2小題，每小題8分，共16分)32.(1)開環(huán)傳函2KpQ+T 詢 2Kp(l+TdS)G(s)=Gc(s)Gp(s)=1 1 1:確定Kp和Td -02Kp H由 essa= -