1、機電一體化系統設計試題A一、單項選擇題(本大題共14小題，每小題1分，共14分)在每小題列出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。1.受控變量是機械運動的一種反饋控制系統稱( )A.順序控制系統 B.伺服系統 C.數控機床 D.工業機器人2.齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數( )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.滾珠絲杠螺母副結構類型有兩類：外循環插管式和( )A.內循環插管式 B.外循環反向器式C.內、外雙循環 D.內循環反向器式4.某光柵的條紋密度是100條/mm，光柵條紋間的夾角=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是(

2、 )A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm5.直流測速發電機輸出的是與轉速( )A.成正比的交流電壓 B.成反比的交流電壓C.成正比的直流電壓 D.成反比的直流電壓6.電壓跟隨器的輸出電壓( )輸入電壓。A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于7.某4極交流感應電動機，電源頻率為50Hz，當轉差率為0.02時，其轉速為( )A.1450r/min B.1470r/minC.735r/min D.2940r/min8.右圖稱( )A.直流伺服電動機調節特性B.直流伺服電動機機械特性C.直流伺服電動機動態特性D.直流伺服電動機調速特性9.計算步進電動機轉速的公式為( )A.

3、B.Tsmcos C. D. 180°-10.一般說來，如果增大幅值穿越頻率c的數值，則動態性能指標中的調整時間ts( )A.增大 B.減小 C.不變 D.不定11.已知f(t)=a+bt，則它的拉氏變換式為( )A.+b B. C. D. 12.連續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( )使得它們同步協調到達目標點。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的邏輯函數為( )A.(A+)·(+B)B.A·+·BC.(A+B)·(+)D.A·B+

4、83;14.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.機電一體化系統設計指標大體上應包括哪些方面?21.步進電動機常用的驅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.步進電動機數控系統和參考脈沖伺服系統的輸入信號是什么?輸出軸的轉速、轉向、位置各自與哪些因素有關?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分，共20分)2

5、4.已知雙波諧波齒輪的柔輪齒數Z1=200, 剛輪齒數Z2=202，波發生器的轉速nH=600r/min。如圖 試求：(1)剛輪固定時柔輪的轉速n1; (2)柔輪固定時剛輪的轉速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，電刷位移為X時的相應電阻Rx=1k，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.某二階系統如圖所示(1)求系統對r(t)階躍響應的最大超調量%和調節時間ts。(2)求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的穩態誤差ess。27.三相變磁阻式步進電動機，轉子

6、80個齒。(1)要求電動機轉速為60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少?(2)要求電動機轉速為100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少?五、簡單應用題(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。29.三相交流感應電動機，電源頻率50Hz，空載轉速為1450r/min。(1)該電動機為幾極，空載轉差率是多少?(2)堵轉時定子、轉子繞組電勢頻率各為多少?(3)空載時，定子、轉子繞組電勢頻率各為多少?30.二階系統結構圖如圖

7、所示。設K1=0.1, K2=10,T1=0.5s(1)求系統對r(t)的階躍響應的最大超調量%及調節時間ts(取=±5%);(2)求系統增益Ks及伺服剛度KR;(3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系統的穩態誤差ess。31.考慮x-y平面上的直線運動路徑，源點坐標(5，-2)，終點坐標為(1，-1)。設兩軸最大加速度限制：xmax=ymax=±2。試設計三次多項式樣條函數點位控制指令。六、綜合應用題(本大題2小題，每小題8分，共16分)32.某控制系統結構圖如圖所示，圖中GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)= =(1) 確定Kp和Td的值，以使系統性

8、能同時滿足： 在單位拋物線(恒加速度)函數作用下的穩態誤差essa0.2，幅值穿越(截止)頻率c=5(2) 計算系統在上述取值條件下的相位裕量m。33.采用PLC設計二臺電動機A、B工作的系統。（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：畫出梯形圖，寫出助記符指令程序。機電一體化系統設計試題參考答案一、單項選擇題(本大題共14小題，每小題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 1

9、2.C 13.A 14.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。16.指軸系抵抗沖擊、振動、噪聲的特性。17.輸出變化量與對應的輸入(被測量)變化量的比值。有時稱為增量增益或標度因子。18.以電子換向取代了傳統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上附加一個前饋控制器，二者的組合稱為復合控制器。它的作用是使系統能以零穩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.應包括系統功能、性能指標、使用條件、經濟效益。21.主要有：單極性驅動電路、雙極性驅動電路、高低壓驅動電路、斬波驅動電路、細分電

10、路。其中雙極性驅動電路適于永磁式步進電動機。22.(1)參考脈沖序列。轉速與參考脈沖頻率成正比。 (2)輸出軸 轉向由轉向電平決定。 位置由參考脈沖數決定。23.PLC的掃描工作制，即檢測輸入變量、求解當前控制邏輯以及修正輸出指令。重復進行。四、計算題(本大題共4小題，每小題5分，共20分)24.（1）剛輪固定時： n1=- （2）柔輪固定時 25.V0=(1) 當V01=5.8時，5.8= 5.8= ()空載時設測量出5.8輸出電壓時的測量誤差則26.(1)求閉環傳函及誤差表達式 C(s)=CR(s)+CN(s)= E(s)=R(s)-C(s)=1-R(s)- (2)求 ts= (3)求es

11、s 二階系統ai>0閉環穩定 R(s)= Ess=27.(1) 即 （2） 單拍制 即： f= 五、簡單應用題（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。29（1） 即該電動機為四級 空載時轉差率為：S= （2）堵轉時：S定子繞組電勢頻率f1=50Hz,轉子繞組電勢頻率f2=Sf1=50Hz(3) 空載時：定子繞阻電勢頻率f150Hz,轉子繞組電勢頻率：f2=30.(1)G(s)=1型v=p= (2)性能指標 ts=(3)系統增益與伺服剛度 Ks=Kv=K1K2=1， KR=K1=0.1 （4） essr= essn=-31. 所以協調運動先設計x軸，再利用下列直線方程變換成y軸控制指令 y(t)=- x(t)=5+3(1-5)()2-2(1-5)( )3=5-t2+ y(t)=-2+