机电一体化系统设计应用题及计算题.

1、1.已知累统结构图如题图所示。若冷* 求阶跃响应的最大超调7 %(定义；7 %=e 100% )和调节时间 (取=士005).(2)当牛5,欲便系统为最俚阻尼*确定疋#的值。解:(1)闭环传函仏)二 K( 3)s(s+3 +Kf) + K, s3 +?wDs + ti)2武中a -氏亠二0 英中叫-応2尺一 2叫(2)当 Kg,%y孙5,瓷晶皿_da% 益 JESIGD% =cyrxl(K)% =37%303x5当斷=25,欲【=0.?07关键字：【2|4.07】 分数分配：【50|50】2、某直流电机电枢电阻Ra=50 Q，做电动机使用时电枢加110V电压，空载电枢电流 0.1A，空载转速3

2、000r/min。(励磁保持额定状态)(1) 电机空载损耗功率为多少？(2) 电机的反电动势系数为多少？(3) 若电机做发电机用，转速保持2000r/rain，外接300负载电阻，则其电枢电流为多少 ？正确答案：(1) 空载损耗功率=Ua*l o=llov*O.1A=11W(2) 反对电动势 E=Ua-laRa=110-0.1*50=105V反电动势系数 Ke=E/n=105/3000=0.035v/r/min(3) Uo=Ke* n=0.035*2000=70V电枢电流 la=Uo/(R+Ra)=7O/(3OO+5O)=O.2A关键字：【11W|0.035|0.2】分数分配：【40|30|3

3、0】3、xy平面内由(1, - 1)点以v=2的恒速运动到(9, 1)点，设采样周期为 0.01s，试求出两点直线 插补的递推计算式。解恥丘弔却关键字：【412|8/412|2/412】分数分配：【40|30|30】4、题图为某数控机除位置随动系统的结构图，试求： Ay协曲运动先谨汁垃轴tf ) = max 氧督耳 = b町得X轴的控制帚令表达成为:y轴柠制指令表达式为：关键字：【6|5/6*x+1/6】 分数分配：【50|50】7、一台直流伺服电动机，保持额定电压为120V，电枢电阻200 Q,在额定负载转矩下运行时，电机转速为1000r/min，电枢电流为0.1A，求电机的理想空载转速是多

4、少。 该电机在额定电压下启动， 启动电流是多少？正确答案：Un=120V , Ra=200Q, In=0.1A n= ( Un- Ra* In) /Ke=1000 (r/min ) 计算得Ke=0.1no= UN/Ke=120/0.1=1200 (r/min )启动电流 ld= Un Ra=0.6(A)关键字：【1000|0.6】 分数分配：【50|50】8、一台他励直流电动机.额定电压为440V，额定电流为76.2A，额定转速为1050r/min ,电枢绕组电阻为O. 393，试计算电动机的堵转转矩Tb为多少(N*m)?所以K”440小”0也“珈602rr= 3.726(5/)= 3 726

5、(iYm/j)3必0393x44D = 4171.6( m)关键字：【3.72|4171.6】 分数分配：【50|50】P和速度寄10000Hz. P 寄9、采用数字微分分析法产生某常速度分布情况的控制指令信号方案。位置寄存器 存器V的字长为16位带符号小数.V中的二进制小数为 000000010100111时钟频率为 俘器的初始内容为0,试求：(1) P寄存器产生第一个溢出脉冲时所需的加法次数。(2) 完成588647次加法所输出的脉冲数。r 0000000101001 j = 167x2 15 = 0.0050964356脉冲f力口P中产工弟一牛溢出脉悴所亦抓法次数为弘：叫二丄 = -19

6、6-221 K 0.0050964356匕97 ( I分)完成5S8647次加法所输岀的脉冲数为N2：旳= 588647-r = 588647x0.005的643 56 = 3OOOQO2,芯“000脉冲关键字：【197|3000】 分数分配：【50|50】1000r/min ,负载转矩为恒转矩负载，大小为额定转矩的一半，求此时电动机在额定电压下的转速和电 枢电流的大小。Tw = KlIN 05Tw = KJ,J = 0.5Irt =65x40 = 203)5 nE 泅=22p-0.4x40 = 2(J4(V)E 古=220-04x20 = 212(7)/ n =1x1000-1039( r/

7、min)U 204或 co = 108.8(rad /s)正确答案：【】关键字：【20|1039】分数分配：【50|50】11、 考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为（0, 0）,终点坐标为（12，10），两轴速度限制分别为 Vxmax= 6，Vymax= 8，加速度限制分别为 axmax= 2，aymax= 3。试设计三次多项式样 条函数点位控制指令。At 3xU .Atit = 36x12”62152x6厲-3 =血蛇At碎,AtvA締卜maxJ3血仝乐：可得兀轴的控制常令表达式为:况)=0 令 3(12 0)()2-2(12-0)(i)J =72-6 6 9轴控制指令表达式为:M)

8、二-0) + 0-二=叮 2M U66关键字：【12|10|6】分数分配：【20|20|60】12、苦虑斗F平面上的直线运动站径，源点坐标为(6 OX终点坐标曲(16t 8),采用 三次多项武样条函数点位控制指完成上述运动“如果翌求完成协调运动的量妆时 间为亿 则各轴的速度容许債的最小値和加速度容许值的最小值各宵多少？两軸运动的蹩离分別齿:ix =|16-0|= 16气* 3血1分、玉44y 科 g-0 A gjrnan答：工轴速摩容许值的暈小值应为F轴速歴容许值的最小傅应为3,加速度密许值的最小值应肯邮速戛容许值的最小值应为3r关键字：【6|6|3|3】 分数分配：【25|25|25|25】

9、13、试设计一个典型的二阶低通滤波器的电路原理图(1) 画出运算放大器口 .(2) 画出二阶低通滤波住(3) 画岀&、&等其它部分。关键字：【运算放大器|R1】分数分配：【50|50】14、 三相交流感应电动机，电源频率50Hz,空载转速为980r/min。(1) 该电动机为几极，空载转差率是多少？(2) 若最大转矩(Tmax)时对应的转差率为 0.1,则该电动机稳定运行的转速范围是多少?(3) 最大转矩时，转子绕组电势频率为多少？正确答案：(1) 该电动机的磁极对数为3,即6极 空载s=0.2(2) 稳定运行的转速范围：900r/mi n980r/mi n(3) 最大转矩时转子绕组的电势频率

10、发f2=Sf=0.1*50=5HZ关键字：【6|900|980|5】 分数分配：【25|25|25|25】15、有一采用三相三拍驱动方式的步进电机，其转子有160个齿，经一对齿轮减速(Z1=30,Z2=50 )带动导程为8mm的滚珠丝杠驱动工作台移动。 工作台的最大移动速度V max = 1.5m/min。试问：电机的步距角、脉冲当量、解:(1)步距角0 36036(T八十二-075mzrc3x160x1(2)脉冲当暈c ez.0.75o x x p 360 z.36030x8 -0.01/n/n50(3)最大工作频率150060x0.01=2500Hz关键字：【0.75|0.01|2500】

11、分数分配：【30|40|30】1、某伺服系统结构如题22图所示，已知：Kp=60V/rad , Kf=O.24Vs/ rad , R=3 Q ,3如2.5 X 10 V/V, K=7.1N m/ A求： (1) 系统增益 kV：(2)伺服刚度Kro-1正确答案：【 (1) 系统增益 kV =Kp/Kf=60/0.24=250(S-1)5(2) 伺服刚度 KR5(NM/rad) 】关键字：【 250|3.55 】分数分配：【 50|50 】2、一直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 = 360r/min，如图所示。求：（1）柔轮从动时的传动比i。（ 2 ）

12、刚轮固定时的柔轮转速m正确答案：【（1） i=-Z1/（Z2-Z1） =-200/（202-200）=-100（2）n1=nH/i=-360/100=-3.6r/min】关键字：【 -100|-3.6 】分数分配：【 50|50 】3、采用2000条刻线的增量编码器测电动机转速的方法如图所示。已知时钟脉冲为8MHz,在10个编码器脉冲问隔的时间里计数器共计 200000个时钟脉冲，试求电动机转速n。正确答案：【 时间测量值 T=200000/8*10 6=0.025sn=60N2/N*T=10*60/2000*0.025=12r/min】关键字：【 0.025|12 】分数分配：【 50|50

13、 】4、三相变磁阻式步进电动机，转子 40个齿。要求：（1） 计算双拍制的步距角。 若单拍制的最大转距为 2N- m计算单双拍制时的启动转矩。正确答案：【 步距角 =360/(m*Zr*C)=360/(3*40*1)=3 (度) 启动转矩 =Tsm*COS(180/mc )=1.732(Nm).】关键字：【 3|1.732 】 分数分配：【 50|50 】5、增量式编码器与12cm直径的跟踪轮一起使用，编码器为5000线，是确定每个脉冲的位移，以及为了测量7m距离所需计数器的位数。正确答案：【 每个脉冲的位移 =(3.14*12 )/5000=0.007536 cm/ 脉冲测量 7m (即 7

14、00cm)所需脉冲数=700/0.007536=92887.43取整为 9288892888大于 2的 16次方(用计算器，或记住 2 的 15 次方是 32768，)，小于 2的 17次方，因此所需 计数器的位数为 17 位。 】关键字：【 92888|17 】分数分配：【 70|30 】6、用步进电动机控制工作台的运动，(1 )设步距角1.8度，细分系数5,丝杠镙距2mm进给速度v=120mm/min，求进给频率 f。(2)设 8253 芯片工作在方波发生器方式(方式3)， GATE=1，CLK=2MHz 求时间常数寄存器的初值k。正确答案：【 ( 1 )进给速度 v=120mm/min=

15、2mm/s细分后的步距角 =1.8/5编码器旋转一周的脉冲数 N=360/(1.8/5)=1000丝杠导程 p=2mm脉冲当量 =p/N=2/1000 mm/ 脉冲v=f*p/N=2f/1000=2f=1kHz(2) k=2000000/1000=2000时间常数寄存器的初值k为2000】关键字：【 1000|2000 】分数分配：【 50|50 】7、已知双波传动谐波齿轮减速器中，柔轮齿数Zr=200，刚轮齿数Zg=202，波发生器转速 nH=1500r min。试求： (1) 刚轮固定时柔轮的转速 nR=?(2) 柔轮固定时刚轮的转速 nG=?正确答案：【 (1)nR=nH*(ZR-ZG)

16、/ZR=1500*(200-202)/200=-15r/min(2)nG=nH*(ZG-ZR)/ZG=1500*(202-200)/202=14.85r/min】关键字：【 15|14.85 】 分数分配：【 50|50 】8、某五相步进电动机转子有 36 个齿，采用二相三相运行方式。试计算：(1)步距角9 s为多少？(2) 若要电动机以 200 r min 的速度旋转，输入脉冲频率(3) 若要电动机旋转 1 周半，其输入脉冲数为多少 ?正确答案：【 (1) 步距角 =360/(m*Zr*C)=360/(5*36*2)=1( 度 ) ；(2)输入脉冲频率 f=(n*m*Zr*C)/60= (2

17、00*5*36*2)/60=1200(HZ)(3) 输入脉冲数 =(360/1)*1.5=540】关键字：【 1|1200|540 】分数分配：【 40|30|30 】9、一直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图所示。求：( 1 )刚轮从动时的传动比i。 (2)柔轮固定时的刚轮转速n2。正确答案：【(1) i=ZG/(ZG-ZR)=202/(202-200)=101(2) n2=nH/i=600/101=5.94r/minf 为多少 ?=600r/min，如】 关键字：【 101|5.94 】分数分配：【 50|50 】10、一直双波谐波齿轮的柔轮齿数乙

18、=200，刚轮齿数Z2=202，柔轮的转速nH = 100r/min，如图所示。求： (1)刚轮从动时的传动比 i 。(2)波发生器固定时的刚轮转速n2。正确答案：【(1) i=Z2/Z 仁202/200=1.01(2) n2=nR/i=100/1.01=99r/min】关键字：【 1.01|99 】分数分配：【 50|50 】11、若某一光栅的条纹密度为100条/mm,现利用光栅莫尔条纹的放大作用，把莫尔条纹的宽度调成10mm求光栅条纹间的夹角。正确答案：【 P=1/100=0.01 =P/W=0.01/10=0.001(rad)】关键字：【 0.01|0.001 】分数分配：【 50|50

19、 】12、用每转 3000 条刻线的增量方法，采用图示的测量方法，在 0.1s 的采样周期内测得的编码器脉冲数为 1000，求转速 n。正确答案：【n=60N1/(N* t)=60*1000/(3000*0.1)=200r/min】关键字：【 200】分数分配：【 100】13、对于下图所示的加速度计，具有下列参数：m=0.016kg，k=300N/m，Xmax=0.24cm，求：( 1 )可以测量的最大加速度；2)系统频率。正确答案：【(1)a=kx/m=0.24*300/0.016=45m/s(2) 3 n=sqt(k/m)=137rad/s】关键字：【45|137】 分数分配：【50|5

20、0】14、 某三相感应电动机空载转速 1485r/min，电源频率50Hz,额定转差率 0.04。(1) 该电机的极数为多少？额定转速为多少？(2) 额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率各为多少？(3) 电机空载时转子绕组电势频率较额定状态时变化如何？(P145)正确答案：【(1)p=60f/n=60*50/1485=2. 极数为 4 ne=(1-Se)*n0=(1-0.04)*1500=1440r/min(2) 定子绕组电势频率 f1为50HZ转子绕组电势频率 f2=f*Se=50*0.04=2HZ(3) 电机空载时转子绕组电势频率较额定状态时小。】关键字：【1440|2|小】分数分配：【

21、40|40|20】15、台他励直流电动机，额定电压为220V，额定电流为116A，额定转速为1500r/min，电枢绕组电阻为0.174 Q,试计算理想空载转速为多少? 正确答案：【Ke=(Ua-iaRa)/n=(220-116*0.174)/1500=0.133n0=Ua/Ke=220/0.133=1654r/min】关键字：【 0.133|1654 】 分数分配：【 50|50 】16、某线性位移测量仪，被测量位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。正确答案：【 ke=(2.5-3.5)/(5.0-4.5)=-2v/mm】关键字：【 2】分数分配：【 100】17、某测速发电机的电动势系数为 0.08v(r.min-1 ), 角速度为 125rad/s ，试求该测速发电机的输 出电压。正确答案