机电一体化系统设计自考题模拟2Word文档下载推荐.docx
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3.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为______
A.0.01
B.0.03
C.0.02
D.0.04
C
[考点]本题主要考查的知识点为交流感应电动机的转差率计算。
[解答]根据空载时转差率公式：
s=1-
，可计算出转差率为
4.某交流感应电动机，实际转速为1350r/min，电源频率为50Hz，则其极数为______
A.1
B.2
C.3
D.4
[考点]本题主要考查的知识点为交流感应电动机的极数计算。
[解答]由
得
即该电动机为4极。
5.某步进电动机有48个齿，采用五相十拍方式运行，其步距角为______
A.0.75°
B.1.5°
C.6°
D.3°
[考点]本题主要考查的知识点为步进电动机的步距角计算。
[解答]步进电动机的步距角θ。
由转子齿数zr、控制绕组的相数m和通电方式决定，即
6.属于变磁阻一类的电动机是______
A.永磁同步电动机
B.步进电动机
C.直流电动机
D.交流感应电动机
B
[考点]本题主要考查的知识点为常用电动机的分类。
[解答]步进电动机又称为脉冲电动机，它采用变磁阻原理产生电磁转矩，将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。
7.某三相步进电动机，转子有40个齿，欲使其步距角为0.5°
，应采用的通电方式为______
A.单拍制
B.双拍制
C.单双拍制
D.细分电路
[考点]本题主要考查的知识点为步进电动机的步距角应用。
[解答]步进电动机的步距角θs由转子齿数zr、控制绕组的相数m和通电方式系数决定，即
，可得
。
式中，c为通电方式系数，纯单拍或纯双拍时取为1，单、双拍交替时取2。
三相反应式步进电动机的三相六拍通电方式的步距角比纯单拍或纯双拍通电方式的小一倍。
既使采用单双拍步距角最小只能为1.5°
，所以欲使其步距角为0.5°
，应采用细分电路。
8.某步进电机三相六拍运行时的步距角为6°
，则三相双三拍运行时的步距角为______
A.1°
B.3°
D.12°
[解答]步进电动机的步距角θs由转子齿数zr、控制绕组的相数m和通电方式决定，即θs=
式中的通电方式系数在纯单拍或纯双拍时取为1，单、双拍交替时取2。
步进电动机的三相六拍通电方式的步距角比纯单拍或纯双拍通电方式的步距角小一倍。
9.PID控制器中I的主要作用是______
A.提高系统一个无静差度
B.增加系统通频带
C.加快系统调整时间
D.缩小系统伺服刚度
[考点]本题主要考查的知识点为PID控制器中I的作用。
[解答]PID控制器中的I代表积分校正，它的主要作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个无静差度。
10.一般来说，如果增大自然频率ωn的数值，则动态性能指标中的调整时间Ts将______
A.增大
B.减小
C.不变
D.不定
[考点]本题主要考查的知识点为动态性能指标中调整时间的计算。
可知，如果增大自然频率ωn的数值，则调整时间Ts减小。
第Ⅱ部分非选择题
二、简答题
（每小题4分，共32分）
1.简述直流电动机的结构。
直流电动机的组成主要包括三部分：
（1）定子磁极
永磁式直流电动机的磁极N-S由永久磁铁构成。
他励式直流电动机的定子磁极由绕制在磁极上的励磁线圈构成。
（2）电枢
电枢是绕有电流线圈的转子，其铁心是由硅钢片叠制的导磁体。
每一个线圈的端点都焊接到对应的换向片上。
（3）电刷
电刷是电动机定子的一部分。
当电枢转动时，每一个电刷都交替地与两个换向片接触，以保持电枢线圈中的电流分布相对于定子是不变的。
2.简述超声波电动机的基本原理及特点。
超声波电动机（USM）又称为压电电动机或压电陶瓷马达，它利用压电陶瓷逆压电效应产生超声振动，并将这种振动摩擦耦合来直接驱动转子旋转或滑块的位移。
超声波电动机的特点：
（1）低速大转矩；
（2）无电磁噪声、电磁兼容性好；
（3）动态响应快、控制性能好；
（4）断电自锁；
（5）运行无噪声；
（6）微位移特性；
（7）动态速度范围宽；
（8）结构简单、设计形式灵活、自由度大，易实现小型化和多样化；
（9）易实现工业自动化流水线生产；
（10）耐低温，适应真空和太空环境。
3.简述直流电动机、永磁同步电动机和超声波电动机驱动执行部件的类型。
直流电动机的驱动电路，即功率放大器，是用于放大控制信号并向电动机提供必要能量的电子装置。
目前广泛应用的半导体功率放大器主要有线性功率放大器和PWM功率放大器。
永磁同步电动机有直流电动机和同步电动机两种驱动方式。
超声波电动机有行波、驻波和电致伸缩公转子三种驱动方式。
4.当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流及转速发生怎样的变化?
为什么?
控制电压升高使稳态电磁转矩增大，控制电流增大，电动机转速提升，因为控制电压升高，则控制电流增大，那么稳态的电磁转矩与控制电流成正比也增大，转速也相应会提升。
5.步进电动机的输入信号是什么?
输出轴的转速和位移与哪些因素有关?
步进电动机又称为脉冲电动机，它的输入信号为脉冲序列。
每输入一个脉冲，它的输出轴转动一步。
当输入一串脉冲序列时，输出步数等于输入脉冲个数，转速与输入脉冲频率成正比。
6.步进电动机主要有哪几种通电方式?
步进电动机主要的通电方式有纯单拍、纯双拍以及单双拍结合。
7.图为步进电动机单极性驱动电路。
试简述图中VT、R、VD和Rf的作用。
VT：
晶体管开关元件，控制相绕组电流通断。
R：
减小相绕组的电气时间常数。
VD：
续流，泄放相绕组中储存的磁能。
Rf：
加快磁能泄放。
8.简述全闭环与半闭环的区别。
在具有减速器的位置伺服系统中，根据位置反馈传感器安装位置的不同，伺服系统可分为半闭环伺服系统和全闭环伺服系统。
位置反馈传感器可以安装在伺服电动机轴上，用以间接测量工作台的位移，则把间接测量的系统称为半闭环系统，因为工作台的移动是在闭环控制回路之外。
半闭环伺服系统可避免传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行振荡。
当位置传感器安装于输出轴上时，传感器是直接测量工作台移动的，则把直接测量的系统称为全闭环系统。
全闭环系统对输出进行直接控制，可以获得良好的控制精度。
但是，受机械传动部件的非线性影响严重，只有在要求高精度的场合，才采用全闭环系统。
三、计算题
（共20分）
1.某三相变磁阻式步进电机，转子有80个齿，试计算单三拍、双三拍、六拍运行方式时的步距角。
若要求电动机的转速为20r/min，则各种运行方式下的通电脉冲频率各为多少?
单、双三拍时：
由
六拍时：
五相变磁阻式步进电动机，转子有72个齿，最大静转矩为1N·
m。
2.若带动负载转矩为0.9N·
m，选择怎样的通电方式系数才能使其正常起动?
步进电动机的起动转矩
欲使电动机正常起动，Tst＞0.9N·
m，故应取c=2才行。
3.若要求电动机转速为300r/min，计算输入脉冲的频率。
输入脉冲频率
4.系统开环传递函数
，试绘制对数频率特性L（ω）、φ（ω），并求出ωc及相角裕量φM。
L（ω）、φ（ω）的特性曲线如图所示。
φM=180°
+φ（ωc）=180°
-90°
-arctan（0.01ωc）
=90°
-arctan0.1
-5.7°
=84.3°
5.已知某环节的微分方程为
，求此环节的传递函数。
在零初始条件下，对微分方程进行拉氏变换，有
s2C（s）+10sC（s）+100C（s）=100R（s）
根据传递函数的定义，有
四、简单应用题
（共18分）
1.某台直流伺服电动机，保持控制电压为110V不变，改变电动机的负载转矩，当控制电流为0.1A时，电机转速为4000r/min，当控制电流为0.2A时，电机转速为3000r/min。
试通过计算绘制出相应的转矩-转速曲线，并在所绘制的转矩-转速曲线中标明理想空载转速和堵转转矩的大小。
根据
Kt=Ke
可得：
Ra=220Ω
则转矩-转速曲线如图所示。
2.某他励直流电动机，电枢电阻为0.4Ω，额定电压为220V，额定电流为40A，额定转速为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。
∵Tem=KtIa
∴TN=KtIN0.5TN=KtIa
∴Ia=0.5IN=0.5×
40=20（A）
∵Ea=Keω
EaN=220-0.4×
40=204（V）
Ea=220-0.4×
20=212（V）
三相交流感应电动机，电源频率100Hz，空载转速为2750r/min。
3.该电动机为几极，空载转差率是多少?
由
即该电动机为四极。
空载时转差率为
4.堵转时s=1，定子、转子绕组电势频率各为多少?
由堵转时s=1，定子绕组电势频率，f1=100Hz，得
转子绕组电势频率f2=s·
f1=100Hz
5.空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少?
空载时定子绕组电势频率f1=100Hz，得转子绕组电势频率为
f2=s·
f1=0.083×
100Hz=8.3Hz
五、综合应用题
1.已知系统的结构图如图所示，若x（t）=2×
1（t）时，使σ%=20%，τ应为多大，此时Ts是多少?
闭环传递函数
两边取自然对数
可得
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