机电一体化系统设计试题 A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3. 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和D.D.工业机器人变化而不变A.内循环插管式C.内、外双循环B. 外循环反向器式D. 内循环反向器式100条/mm光栅条纹间的夹角0 =0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是4.某光栅的条纹密度是C.IOmm()A.1直0mm速发电机输出的是与转速A.成正比的交流电压D.O.ImmC.成正比的直流电压B.D.成反比的交流电压成反比的直流电压) 输入电 压A•.某4极交流感应电动机，电源频率为C.6.电压跟随器的输出电压(等于D.小于50Hz,当转差率为0.02 I[r/min ]时，其转速为B.1470A.1450 [ r/min ]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.60fmzrc的数，D. 180360°180°B.T sncos — 减小C C.10. 一般说来，如果增，大幅值的拉频变换式为()A：增大 s B. a 2 C. s s211. 连知路(径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动,() 使得它们同步协调到达目标点。
A.位置和加速度 B.C.位置和速度 D.13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为.360 ° A.mzrc它值不变A. (A+ A)2 ( B+B)B. A2 B + A 2 BC. (A+B) 2 ( A + B)D. A2 B+A 2 B14.累计式定时器工作时有()mc则动态性能指标中的调整时间 ts()D.不定a _bs3s s必须同时控制每一个轴的D.速度和加速度 位置和方向Az()A.1个条件 B.2 个条件C.3个条件 D.4 个条件名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)机电一体化轴系的动特性灵敏度(测量)永磁同步电动机复合控制器15.16.17.18.19.20.简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面 ？步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型？其中哪种电路21.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乙=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n225. 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=2kQ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kQ,器的工作电压V=12V,负载电阻为R.o⑴已测得输出电压Vo=5.8V,求 R.(2) 试计算此时的测量误差26. 某二阶系统如图所示⑴跃响应的最大超调量间tS0⑵求r(t)=1+t,n(t)=0.1 共同作用下的稳态误差?输出轴的转速、转向、位置s) ，「Eg6,2+ +10g 二J6求系统对r(t)阶 d %和调节时ess27. 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(⑵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 ？⑵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/min1)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 K=0.1, K2=10,「二0.5s(1) 求系统对r(t)的阶跃响应的最大超调量 d %及调节时间t s(取么=± 5%);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(⑵求系统增益Ks及伺服刚度K ;R⑶求r(t)=1+t及n(t)=0.1 共同作用下系统的稳态误差 ess⑵的相位裕量速度限制：a xmax=a皿=± 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)=K (1+TdS),G (s)= K1 一2S2(0.1sp ps2(Ts+1) + 1⑴确定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 essaW 0.2,幅值穿越(截止)频率3 c=5〕s计算系统在上述取值条件下「m33. 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23. PLC的扫描工作 转向电制，四、计算题（本 平决定即检测输入变量、4小题，每小题 Z2 -Z1位置由参考脉冲数决定。
求解当前控制逻辑以及修正输出指令重复进 行5分，共20分）（或沁一二”-.1 Z2-Z124. （ 1）刚轮固定时：nHZ1n6006 (r/mi n)（2）60柔轮固定时100n1J或纽二二“）n2 z2 一 z1 .' 2 z2 z1 型二空=101% 2n26005.941(r/mi n)10125.Vq= Vid 4 11 Rx Rx [Rl J R1(1) 当 V)1=5.8 时，5.8= 12 x —5.8=二 2解之得 rl =坐=14.5 (K")2 .± °.4RL(2 )空载时 Rl = ： :, VA1 VA6V2设测量出5.8 v输出电压时的测量误差 为么则=0.033=3.3% 526. (1)求闭环传函及误差表达式Cr(S)(s) R(s) s(s 2) 0.2 100.2 1022 — -2S2 2s 2 S2 2 .ns「'i r -■ n = ■• 2,・2Cn ⑸=6 1 0(a2) C(s)=C r(s)+C n(s)=Q(s)R(s) + mN (S) N(S)N(s) n 2C% =e 1- 100% =e 2.7072100% =4.3%E5-C(…gw 二土 R(s) 6 N(s) s2+2s+2 s2+2s+2⑵求；：％及ts0.707 ——t s=—=3s•， n(3) 求 essss二阶系统a >0闭环稳定R(s)= 1 1 , N(s)=01s s2 sEss=limss(s 2) 1( s )0 s2 2s 2 S s21、，.)-lim s s >0 s2 2s 2 s10(s 2) 0.1 c 1-1=027.(1) ■■60r/min;单双拍制60fnmzrC艮 P f =m zrc=3,(2) -' 100r / min;.... 60f60r/ min =mZrC:80 i--2 — 480Hz单拍制60f.100r/min 二mZrC=400Hz即：f=100 3 80 160五、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。
3) 低通滤波幅频率特性示意图Ajf)29. (1).-山二竺，.口二型=2即该电动机为四级P n空载时转差率为：S=1500=1450 = 0.0331500(2)堵转时：S=1.定子绕组电势频率f =50Hz,转子绕组电势频率f =Sf =50Hz⑶空载时: _l -/-j xz\ I ■ 1 , 丁 y — _l -/-j v、 i ■ 2 1定子绕阻电势频率f1= 50Hz,转子绕组电势频率：f2=S f1 =0.033 50Hz=1.67HZ 如1 型 Kv= lim sG(s) =K[K2=1,kp= limM030.(1)G(s)=K1K2G(s)…1)s(TiS天”心〃利9空2——1+G(s) T1S +S+K1K22CQnS2 2, nS ^心叮s >0十 fK2「2Ti⑵性能指标心Q_ 3 3门= 3ss --n1系统增益与伺服刚度s 我—kTs(4)kr=k.=0-1.1 1essnssr 1KpKv0 -101°1 =-1. ess^essr essn =1 — 1 =00131.舄：：：)〃汶 y所以协调运动先设计x轴，再利用下列直线方程变换成13y(t)=- - x (t) -3446| "x信舌3aXy轴控制指令tx(t)=5+3(1-5)( t ) -2(1-5)( t f =5-t +2J3t32」32t33*5y(t)=-2+2t 3~4 12,3六、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 Js)G p(s)=2Kp(1 TdS) 2Kp(1 TdS)S2(Ts 1) S2(0.1s-1)⑵确定Kp和Td 1 1 由e = ssaKa 2Kp0.2. Kp _2-5p取 Kp=2.5在；Tc =5 1/ s 时，|Gc(j； lc)||Gp(j；5 丫 1 - (5Td)2lc)| =1 即 =125、1 - (0.5)21+25T d2 = 25(1 0.25). Td =1.1s.Gc(s) =Kp(1 TdS) =2.5(1 1.1s)(3)相应的 舄二 tg、Td，c —tg’T c 二 tg‘1.1 Atg j01 5 = 79.7 —266 =53.133.(1)梯形图:STR X1OR Y1AND NOTOUT Y1STR X3OR Y2AND NOT X4AND Y1OUT Y2。