机电一体化系统设计第3阶段测试题3b

江南大学现代远程教育 第三阶段测试卷

考试科目:《机电一体化系统设计》第五章至第七章（总分100分） 时间：90分钟

江苏无锡江大网院生产力促进中心 学习中心（教学点）

批次：

201209

层次：

高起专

专业：

机械制造与自动化

学号：

身份证号：

姓名：

得分：

一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分。）

1、步进电机的驱动电路形式中性能最好的是（ D ）。

A、高低压电源

B、单管驱动

C、单电源 D、斩波恒流

2、脉冲宽度调制用（ C ）表示。

A、SAH

B、LED

C、PWM D、LCD

3、改变控制脉冲的频率可以改变步进电机（ D ）。

A、脉冲当量

B、步距角

C、转角 D、转速

4、大惯量直流电机负载能力（ A ），而小惯量直流电机动态特性好。 A、强

B、小

C、弱 D、一般

5、步进电机常用于（ C ）控制系统中作执行元件。

A、闭环

B、半闭环

C、开环 D、前馈

6、过零比较器常用于对信号的（ B ）。

A、电平转换

B、整形

C、放大 D、阻抗匹配

7、关于PI、PD、PID校正，下列说法正确的是（ B ） A、PI校正可获得快速响应，但是存在稳态误差 B、PID校正可获得快速响应、并消除稳态误差 C、PD校正可获得快速响应、并消除稳态误差 D、PD校正降低响应速度、但消除稳态误差

8、离散系统在时域内常用（ C ）来描述。

A、欧拉方程

B、微分方程

C、差分方程 D、Z传递函数

9、对于提高系统可靠性，以下说法不正确的是（ A ）。 A、对功率接口采用升额设计提高可靠性 B、采用抗干扰措施提高可靠性 C、采用故障诊断技术提高可靠性 D、通过元器件的合理选择提高可靠性

10、直流伺服电机驱动器的内阻增大使得电机的机械特性（ B ）。 A、变硬

B、变软

C、变大 D、变小

二、多项选择题(本题共5小题，每小题2分，共10分。多选、少选、错选均不得分。)

1、伺服系统的构成除了被控对象还有（ ABCD ）。

A、执行元件 B、比较元件 C、测量反馈元件 D、调节元件

2、步进电机脉冲分配方式有（ AB ）。

A、硬件分配 B、软件分配 C、脉冲分配 D、模拟分配

3、产品性能指标从设计角度可划分为（ BCD ）。

A、安全指标 B、寻常指标 C、特征指标 D、优化指标

4、以下哪些影响伺服系统精度？（ ACD ）。

A、各组成元件的误差 B、执行元件形式 C、伺服系统的结构 D、输入指令形式

5、在选择控制器的微型机时主要考虑（ ABCD ）等因素。

A、成本 B、计算速度 C、系统规模 D、计算精度

三、判断题（本题共5小题，每小题1分，共5分。你认为对的打“√”，错的“×”，不需要改错。）

1、一阶系统也存在稳定性问题。（ × ）

2、设计闭环伺服系统首先要保证系统的精度。（ × ）

3、当机械系统的固有频率远低于伺服电动机的固有频率时，伺服系统的动态特性主要取决于机械系统。 （ √ ）

4、控制系统设计的基本方法是把系统中环节都抽象成数学模型进行分析研究。（ √ ）

5、伺服电动机在快速启动时的负载转矩一般比正常运行时大得多，所以电动机的最大转矩常按正常运行时的负载转矩来确定。（ × ）

四、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）

1、系统的阻尼比是一个既影响系统 稳定性 ，又影响系统快速响应性的参数。

2、计算机对外部状态采集方式可有两种，一种是查询方式，另一种是 中断方式 。

3、如果负载等效惯量和电机惯量不匹配一般调节 传动比 使之匹配。

4、PID控制器兼有比例、积分和 微分 三种基本控制规律的优点。

5、机电产品的性能指标可分为功能性指标、经济性指标和 安全性指标 。

6、步进电机有反应式、永磁式和 混合式 三种类型。

7、伺服系统仅包含二个 积分 环节的系统称作II型系统。

8、在控制装置中存在三类干扰：供电干扰、过程通道干扰和 空间干扰 。

9、电机角速度和电枢电压之间的关系称做直流伺服电机的 调节 特性。

10、直流伺服电机的速度控制方法是产生 PWM或脉冲宽度调制 脉冲经H型桥式驱动电路控制电枢电压。

五、简答题(本题共6小题，每小题5分，共30分)

1、简述获得脉冲传递函数一般方法。

答：获得脉冲传递函数一般方法：1.建立系统连续方程；2.方程离散化；3.对离散方程求Z变换；4.求出输出信号的Z变换和输入信号的Z变换比值即为系统的脉冲传递函数。

2、控制系统增加可靠性的软件方法有哪些措施？

答：控制系统增加可靠性的软件方法主要有：1.软件测试：消除软件中的隐患；2.容错设计：使产生错误不致造成系统崩溃；3.纠错设计：错误发生能自动回到正确状态运行；4.抗干扰设计：主动杜绝由于干扰引起的系统出错；5.故障诊断：主动检测故障，使故障在未发生前预报或发生后采取措施。

3、伺服系统动态响应性的两个含义是什么？分别用什么参数来描述？

答：伺服系统动态响应性有两方面的含义：一是指动态响应过程中，输入量跟随输入指令信号的迅速程度；二是指动态响应过程结束的迅速程度。分别用上升时间和调整时间来描述。

4、建立被控对象数学模型的方法有哪些？各有什么特点？

答：建立被控对象数学模型的方法有分析法和实验法。分析法可反映被控对象的本质，建立机理模型。实验法可对无法建立机理模型的系统建立辨识模型。

5、简述用硬件方法产生PWM脉冲的原理。

答：用硬件方法产生PWM脉冲方法一般由三角波发生器、加法器和比较器组成，三角波发生器用于一定频率的三角波Ut该三角波经加法器与输入的指令Ui相加产生信号Ui+Ut，然后送入比较器产生受指令电平控制的脉宽可变矩形波，即脉宽调制波。

6、简述何谓启动矩频特性。

答：启动矩频特性是指步进电动机在有外加负载转矩时不失步地正常启动所能接受的最大阶跃输入脉冲频率与负载转矩的对应关系。

六、简单应用题（本题共2题，共15分）

1、一个直流伺服电机在空载情况下电枢电压和转速之间的关系为：对应电机转速0到每分钟2000转，电枢电压为0到40V，采用PWM方式进行速度控制，试计算当控制转速为每分钟1500转时的控制脉冲的占空比。（8分）

解：对应0～40V，需要0～100%占空比 1500/2000=X/40=Y/100=3/4 X--电压 Y--占空比 所以占空=75%

2、一丝杠传动的工作台系统，为二阶系统。折算到丝杆轴上的总等效转动惯量Js=0.0583kg•m，折算到丝杆轴的总等效扭转刚度Ks=1.9X10N•m/rad，试计算该系统的扭振固有频率ωn。（7分）

4七、综合应用题（本题共2题，每题10分，共20分）

1、在一个传动系统中，输出轴到电机轴之间通过传动比i

1、i2传动，传动效率为η，各轴及其上齿轮的转动惯量相应为J

1、J

2、J3，输出轴负载转矩为TL，电机最大角加速度为ε。1）试给出等效到电机轴的等效负载转动惯量表达式。（3分）2）试给出等效到电机轴的等效负载转矩表达式。（3分）3）给出所需电机最大转矩表达式。（4分）

2、一半闭环控制系统，执行元件为直流伺服电机，电机直接驱动滚珠丝杠带动一工作台移动，已知丝杠导程为8mm，控制器的输出信号控制电机驱动器。1）计算传动系数；（2分）2）画出该半闭环系统的系统框图；（4分）3）给出系统传递函数。（4分）

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