机电一体化系统设计试题及答案

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机电一体化系统设计试题
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)在每小题列出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( 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( 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.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类: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θ=0.001孤度,则莫尔条纹的宽度是( C )
A.100mm
B.20mm
C.10mm
D.0.1mm
5.直流测速发电机输出的是与转速( C )
A.成正比的交流电压
B.成反比的交流电压
C.成正比的直流电压
D.成反比的直流电压
6.电压跟随器的输出电压( 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0.02时,其转速为( 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( C )
A. B.T sm cos C. D. 180°-
10.一般说来,如果增大幅值穿越频率ωc的数值,则动态性能指标中的调整
时间t s( B )
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( B )
A.+b
B.
C.
D.
12.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( C )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.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( A )
A.(A+)·(+B)
B.A·+·B
C.(A+B)·(+)
D.A·B+·
14.累计式定时器工作时有( 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?输出轴的转速、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Z1=200, 刚轮齿数
Z2=202,波发生器的转速n H=600r/min。

如图
试求:(1)刚轮固定时柔轮的转速n1;
(2)柔轮固定时刚轮的转速n2。

25.已知某一线性电位器的测量
位移原理如图所示。

若电位器的总
电阻R=2kΩ,电刷位移为X时的相
应电阻Rx=1kΩ,电位器的工作电压
V i=12V,负载电阻为R L。

(1)已测得输出电压Vo=5.8V,求R L。

(2)试计算此时的测量误差。

26.某二阶系统如图所示
(1)求系统对r(t)阶跃响应的最大超调量σ%和调节时间t s。

(2)求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差e ss。

27.三相变磁阻式步进电动机,转子80个齿。

(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电,输入脉冲频率为多少?
(2)要求电动机转速为100r/min,单拍制通电,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/min。

(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K1=0.1, K2=10,T1=0.5s
(1)求系统对r(t)的阶跃响应的最大超调量σ%及调节时间t s(取△=±5%);
(2)求系统增益Ks及伺服刚度K R;
(3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系统的稳态误差e ss。

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G C(s)=K p(1+T d s),G p(s)==
(1) 确定K p和T d的值,以使系统性能同时满足:
在单位抛物线(恒加速度)函数作用下的稳态误差e ssa≤
0.2,幅值穿越(截止)频率ωc=5
(2) 计算系统在上述取值条件下的相位裕量m。

33.采用PLC设计二台电动机A、B工作的系统。

(1)按钮X1为A电动机起动,按钮X2为A电动机停止(输出Y1);
(2)按钮X3为B电动机起动,按钮X4为B电动机停止(输出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
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.以电子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)输出轴转向由转向电平决定。

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:
n1=-
(2)柔轮固定时
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

26.(1)求闭环传函及误差表达式
C(s)=C R(s)+C N(s)=
E(s)=R(s)-C(s)=[1-]R(s)-
(2)求
t s=
(3)求e ss
二阶系统a i>0闭环稳定
R(s)=
E ss=
27.(1)

(2)单拍制
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)一阶低通滤波器存在过渡区域衰减缓慢的弱点。

2)二阶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)即该电动机为四级
空载时转差率为:S=
(2)堵转时:S=1
定子绕组电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率f2=Sf1=50Hz
(3) 空载时:
定子绕阻电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率:
f2=
30.(1)G(s)=1型Kv=Kp=
(2)性能指标
t s=
(3)系统增益与伺服刚度
K s=K v=K1K2=1,K R=K1=0.1
(4)e ssr=
e ssn=-
31.
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)=5+3(1-5)()2-2(1-5)( )3=5-t2+
y(t)=-2+
六、综合应用题(本大题共2小题,每小题8分,共16分)
32.(1)开环传函
G(s)=G c(s)G p(s)=
(2)确定K p和T d
由e ssa=取K p=2.5

1+25T
(3)相应的
33.(1)梯形图:
(2)助记符指令程序:
STR X1
OR Y1
AND NOT X2
OUT Y1
STR X3
OR Y2
AND NOT X4
AND Y1
OUT Y2。

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