1、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( )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.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( )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 =0.001孤度
2、，则莫尔条纹的宽度是( )A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm5.直流测速发电机输出的是与转速( )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( )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( )A.1450 r/min B.1470r/minC.735r/min D.2940r/min8.右图称( )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
3、转速的公式为( )A. B.Tsmcos C. D. 180- 10.一般说来，如果增大幅值穿越频率 c的数值，则动态性能指标中的调整时间 ts( )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( )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( )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+ )( +B)B.A + BC.(A+B)( + )D.AB+ 14.累计式定时器工作时有(
4、)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
5、柔轮齿数 Z1=200,刚轮齿数Z2=202，波发生器的转速 nH=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=2k，电刷位移为 X 时的相应电阻 Rx=1k，电位器的工作电压 Vi=12V,负载电阻为 RL。(1)已测得输出电压 Vo=5.8V,求 RL。(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 %和调节时间 ts。(2)求 r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差 ess。27.三相变磁阻式步进电动
6、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
7、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 %及调节时间 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共同作用下系统的稳态误差 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： xmax= ymax=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 GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)= = (1)确定
8、Kp和 Td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 essa0.2，幅值穿越(截止)频率 c=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
9、分)1.B 2.A 3.D 4.C 5.C6.C 7.B 8.B 9.C 10.B11.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
10、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= ()空载时 设测量出5.8输出电压时的测量误差 则 26.(1)求闭环传函及误差表达式C
11、(s)=CR(s)+CN(s)= E(s)=R(s)-C(s)=1- R(s)- (2)求 ts= (3)求 ess二阶系统 ai0闭环稳定R(s)= Ess= 27.(1) 即 （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 f150Hz,转子绕组电势频率：f 2= 30.
12、(1)G(s)= 1型 v= p= (2)性能指标ts= (3)系统增益与伺服刚度Ks=Kv=K1K2=1， KR=K1=0.1（4） essr= essn=- 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（本大题共小题，每小题分，共分）32.(1)开环传函G(s)=G c(s)Gp(s)= (2)确定 Kp和 Td由 essa= 取 Kp=2.5在 1+25T (3)相应的 33.(1)梯形图：（）助记符指令程序：STR X1OR Y1AND NOT X2 OUT Y1STR X3OR Y2AND NOT X4AND Y1OUT Y2
