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.Tsmcos 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ts( 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.A2
)2( +
+B) 2B +
)
C.(A+B)2(
D.A2B+ 2
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=2kΩ,电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ,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σ%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: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GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)= =
(1) 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essa≤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 则
26.(1)求闭环传函及误差表达式
E(s)=R(s)-C(s)=[1- (2)求
ts= (3)求ess
二阶系统ai>0闭环稳定 R(s)= Ess= 27.(1) 即 (2)
单拍制
]R(s)-
C(s)=CR(s)+CN(s)=
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