機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3階段測(cè)試題

1、江南大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育第三階段測(cè)試卷考試科目 : 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章至第七章 （總分 100 分）時(shí)間： 90 分鐘學(xué)習(xí)中心（教學(xué)點(diǎn)）批次：層次：專(zhuān)業(yè)：學(xué)號(hào)：號(hào)：得分：一、單項(xiàng)選擇題 （本題共10 小題，每小題1 分，共 10 分。）1、直流伺服電機(jī)的速度數(shù)字控制方法通常是（）。A、脈寬調(diào)制B 、頻率調(diào)制C 、幅值調(diào)制D、相位調(diào)制2、伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性?xún)H和系統(tǒng)的（）有關(guān)。A、輸入信號(hào)B 、輸出信號(hào)C 、干擾信號(hào)D、固有參數(shù)3、在半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)中常用光電編碼盤(pán)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速和（）。A、扭矩B、電流C、溫升D、角位移4. 在開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙會(huì)帶來(lái)（）。A、不穩(wěn)定B、死區(qū)誤差C 、

2、超調(diào)D、阻尼5、系統(tǒng)的剛度越大、慣量越小，則該系統(tǒng)的固有頻率（）。A、越高B、越低C、不變D、不定6、控制器中的微機(jī)目前常用的有可編程控制器、（）和工控機(jī)。A、 PCB、單片機(jī)C、 PLCD、 IPC7、脈沖傳遞函數(shù)是用于描述（）的數(shù)學(xué)模型。A、線性系統(tǒng)B 、離散系統(tǒng)C 、非線性系統(tǒng)D、鎮(zhèn)定系統(tǒng)8、步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨啟動(dòng)頻率升高而（）。A、增大B、不變C、降低D、不定9、關(guān)于半閉環(huán)和全閉環(huán)控制，以下說(shuō)確的是（）。A、兩者區(qū)別在于傳感器檢測(cè)位置不同B、前者精度高，后者精度低C、兩者沒(méi)有區(qū)別D、前者難以實(shí)現(xiàn)，后者易實(shí)現(xiàn)10、關(guān)于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以下說(shuō)確的是（）。A、斬波限流驅(qū)動(dòng)電路往往采用較低的

3、單電源供電B、高低壓驅(qū)動(dòng)電路效率高C、斬波限流驅(qū)動(dòng)電路出力大、功耗小、效率高D、單電源驅(qū)動(dòng)電路出力大、功耗小二、多項(xiàng)選擇題 ( 本題共 5 小題，每小題2 分，共 10 分。多選、少選、錯(cuò)選均不得分。)1、伺服系統(tǒng)的誤差有（）。A、穩(wěn)態(tài)誤差B、靜態(tài)誤差C、隨機(jī)誤差D、動(dòng)態(tài)誤差2、步進(jìn)電機(jī)的控制要考慮（）。A啟動(dòng)過(guò)程升速控制低轉(zhuǎn)速控制停止過(guò)程降速控制使電機(jī)連續(xù)工作3、直流伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性主要受（）的影響。A、動(dòng)態(tài)誤差B、機(jī)械慣量C、跟蹤誤差D、電磁慣量4、采用冗余技術(shù)提高控制裝置的可靠性，常用冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有（）。A、混聯(lián)結(jié)構(gòu)B、并聯(lián)結(jié)構(gòu)C、后備結(jié)構(gòu)D、串聯(lián)結(jié)構(gòu)5、進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的充分條件是

4、（）。A、可選擇性B、靈活性C、互補(bǔ)性D、等效性三、判斷題 （本題共 5 小題，每小題 1 分，共 5 分。你認(rèn)為對(duì)的打“”，錯(cuò)的“×”，不需要改錯(cuò)。）1、一個(gè)節(jié)拍的控制脈沖控制步進(jìn)電機(jī)使得執(zhí)行器獲得的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)量稱(chēng)為步距角。（）2、在伺服系統(tǒng)中負(fù)載等效慣量大于執(zhí)行元件的慣量才能獲得較好的動(dòng)態(tài)特性。（）3、系統(tǒng)總體技術(shù)是系統(tǒng)工程在機(jī)電一體化技術(shù)中的具體應(yīng)用。（）4、步進(jìn)電機(jī)單雙相輪流通電時(shí)電機(jī)具有較大負(fù)載能力。（）5、性能指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有影響，但對(duì)設(shè)計(jì)方法沒(méi)有影響。（）四、填空題 （本題共10 小題，每空 1 分，共10 分）1、伺服系統(tǒng)按控制方式可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和系統(tǒng)。2、機(jī)電一體

5、化系統(tǒng)對(duì)伺服系統(tǒng)的要穩(wěn)定性、精度和。3、開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中無(wú)元件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但精度低；閉環(huán)伺服系統(tǒng)直接對(duì)輸出量檢測(cè)和反饋，精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。4、離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)又稱(chēng)為。5、假如反饋控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)都是理想的，沒(méi)有慣性、剛度為無(wú)窮大，則系統(tǒng)為一階系統(tǒng)。6、步進(jìn)電機(jī)的斬波限流驅(qū)動(dòng)電路的恒流原理是對(duì)電機(jī)繞組閉環(huán)控制。7、系統(tǒng)的越小，響應(yīng)速度越快，但振蕩趨勢(shì)越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。8、由絲桿螺母機(jī)構(gòu)的綜合拉壓剛度的變化引起的的誤差稱(chēng)作。9、設(shè)計(jì)閉環(huán)伺服系統(tǒng)首先要保證系統(tǒng)的。10、選擇電動(dòng)機(jī)的主要依據(jù)參數(shù)是負(fù)載。五、簡(jiǎn)答題 ( 本題共 6 小題，每小題5 分，共 30 分 )1、步進(jìn)電機(jī)常用哪

6、幾種驅(qū)動(dòng)電路？試比較性能。2、請(qǐng)畫(huà)出采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控工作臺(tái)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。3、何謂鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)？4、簡(jiǎn)述伺服電機(jī)選擇的基本步驟。5、一個(gè)五相步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子齒數(shù)為100，當(dāng)采用單相雙相輪流通電時(shí)，步距角是多少？6、試畫(huà)出微型機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖。六、簡(jiǎn)單應(yīng)用題 （本題共2 題，共 15 分）1、二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，設(shè)k1=4,k 2 =10,T=0.001 ，求系統(tǒng)固有頻率，阻尼比。（8 分）2、在一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)中要求控制器輸出一路脈沖作為步進(jìn)電機(jī)基本控制脈沖，1）說(shuō)明脈沖的產(chǎn)生方法；2）說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)變速控制方法。（ 7 分）七、綜合應(yīng)用題 （本題共

7、2 題，每題10 分，共 20 分）1、給出伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟和要點(diǎn)。2、如圖所示的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)，減速機(jī)構(gòu)為兩級(jí)減速箱，已知齒輪齒數(shù)之比z2/z 1=3， z4/z222減速機(jī)構(gòu)的效率c 0.90 ，各齒輪的慣量分為J1=20kgm ，J2=70kgm ，J3=40kgm ，3=5，J4=200kgm2，電動(dòng)機(jī)的慣量Jm = 300kgm 2，負(fù)載慣量JL=450kgm2，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2=480Nm，試求：1）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz；（ 5分） 2）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)慣量Jz（ 5附：參考答案：一、單項(xiàng)選擇題（本題共 10小題，每小題1 分，共 10 分）1、 A2、 D3、D4

8、、 B5、A6、 B7、 B8、C9、 A10、C二、多項(xiàng)選擇題 ( 本題共 5 小題，每小題2 分，共 10 分。 )1、ABD2、AC3、BD4、BC5、 CD三、判斷題1、×2（本題共、×5 小題，每小題3、41 分，共、5 分。）5、×四、填空題（本題共 10 小題，每空1 分，共 10分）1、閉環(huán)控制2、快速響應(yīng)性 3、檢測(cè)反饋4、 Z 傳遞函數(shù)5、沒(méi)有阻尼6、電流7、阻尼8、定位誤差9、穩(wěn)定性10、轉(zhuǎn)矩五、簡(jiǎn)答題( 本題共 6 小題，每小題5 分，共 30分 )1、步進(jìn)電機(jī)的常用驅(qū)動(dòng)電路有三種：?jiǎn)坞娫打?qū)動(dòng)電路、雙電源驅(qū)動(dòng)電路、斬波限流驅(qū)動(dòng)電路。單電源驅(qū)

9、動(dòng)電路：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、電流波形差、效率低、出力小，主要用于速度低的小型步進(jìn)電機(jī)。雙電源驅(qū)動(dòng)電路：和單電源驅(qū)動(dòng)電路相比，輸出電流波形、輸出轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率都有較大改善，但效率仍較低。斬波限流驅(qū)動(dòng)電路：效率高、功耗小、出力大，目前廣泛采用。2、采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控工作臺(tái)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)是一個(gè)位置伺服系統(tǒng)，組成環(huán)節(jié)有比較器、控制器K1 、驅(qū)動(dòng)器K2 、直流電機(jī)G1（ s）、 G2（ s）、轉(zhuǎn)速測(cè)量反饋環(huán)節(jié)Kw、位置測(cè)量反饋環(huán)節(jié) Kp，檢測(cè)元件檢測(cè)電機(jī)軸，因此閉環(huán)不包含其它機(jī)械系統(tǒng)。其系統(tǒng)框圖如下：3、鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)按系統(tǒng)輸出類(lèi)型分類(lèi)的三種控制系統(tǒng)。鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)的

10、輸出為常量，在外界干擾作用下控制輸出保持常量的系統(tǒng)，比如恒溫、恒壓控制系統(tǒng)。隨動(dòng)系統(tǒng)的輸出可大圍跟隨輸入或反饋的指令變化，如雷達(dá)系統(tǒng)，位置、力等伺服系統(tǒng)等。程序控制系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化，如機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，輸入按零件加工工藝編制的加工程序，機(jī)床的工作即按程序被控制。4、伺服電機(jī)選擇的基本步驟：首先根據(jù)作用在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)，然后驗(yàn)算功率、 匹配轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。作用在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩由兩部分組成，一是等效到電機(jī)軸端的傳動(dòng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)中所受各力等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Td，二是啟動(dòng)或加速時(shí)作用于電機(jī)軸端的慣性轉(zhuǎn)矩Tg， Tm=（ Td+Tg） / ，為傳動(dòng)效率， Tg=(Jm+Jd) ， Jd 是傳動(dòng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)等

11、效到電機(jī)軸端的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Jm是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是電機(jī)角加速度。慣量匹配按1/4Jd/Jm1 原則匹配。5、一個(gè)五相步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子齒數(shù)為100，當(dāng)采用單相雙相輪流通電時(shí)，步距角=360/ZKM，Z 轉(zhuǎn)子齒數(shù)， K 通電系數(shù)：?jiǎn)蜗嚯p相輪流通電時(shí)為2， M為電機(jī)相數(shù)。因此根據(jù)已知條件計(jì)算步距角為 0.36 度。6、微型機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖：進(jìn)入、輸出計(jì)算機(jī)的量需要經(jīng)A/D（轉(zhuǎn)換為數(shù)字量）、D/A（轉(zhuǎn)換成模擬量），控制器是以軟件為主的數(shù)字控制器。六、簡(jiǎn)單應(yīng)用題（本題共2 題，共 15 分）1、解：由圖可知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：C (s)K1? K 2TS 1S（ 2分）R(s)K 1K 21?TS1 S將

12、上式換成標(biāo)準(zhǔn)形式：C ( s)K1K2R( s) TS 2S K1K2分子、分母除以T 得：C ( s)K1K2 /T（2 分）R( s)S2S/T K1K2 /T從式中：固有頻率nK 1 K 2 =200（2 分）T11阻尼比=2.5 (2 分 )2K1K 2T2、解：（ 1）如從 8031 的 P1.0 口輸出脈沖（如圖）（2 分）脈沖信號(hào)產(chǎn)生方法：采用8031 部定時(shí)器，定時(shí)使P1.0 口線輪流置“ 1”清“ 0”，置位和清零 P1.0 口線由定時(shí)器中斷服務(wù)程序完成（2 分）（ 2）調(diào)節(jié)脈沖頻率就可調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速， 脈沖頻率調(diào)節(jié)依靠改變定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間常數(shù)來(lái)完成。（ 3 分）七、綜合應(yīng)用題（本題共2 題，每題10 分，共 20 分）1、解：（ 1）設(shè)計(jì)要求分析，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（要點(diǎn)：選擇控制方式、傳動(dòng)系統(tǒng)、初選執(zhí)行元件、傳感器等）（ 2 分）（ 2）系統(tǒng)性能