机电一体化系统设计应用题及计算题.docx

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机电一体化系统设计应用题及计算题

1.、

重点字：

【2|4.07】

分数分派：

【50|50】

2、某直流电机电枢电阻Ra=50Ω，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3000r／min。

（励磁保持额定状态）

（1）电机空载消耗功率为多少?

（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）空载消耗功率=Ua*I0=110V*0.1A=11W

（2）反对电动势E=Ua-IaRa=110-0.1*50=105V

反电动势系数Ke=E/n=105/3000=0.035v/r/min

（3）U0=Ke*n=0.035*2000=70V

电枢电流Ia=U0/（R+Ra）=70/（300+50）=0.2A

重点字：

【11W|0.035|0.2】

分数分派：

【40|30|30】

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。

重点字：

【412|8/412|2/412】

分数分派：

【40|30|30】

4、

重点字：

【59|6|9】

分数分派：

【40|40|20】

5、

重点字：

【100|3000|100】

分数分派：

【40|40|20】

6、考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为（1，1），终点坐标为（13，11），两轴速度限制：

vxmax=vymax=±6，加快度限制：

axmax=aymax=±2，试设计三次多项式样条函数点位控制指令。

重点字：

【6|5/6*x+1/6】

分数分派：

【50|50】

7、一台直流伺服电动机，保持额定电压为120V，电枢电阻200Ω，在额定负载转矩下运转时，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=200Ω，IN=0.1A

n=（UN-Ra*IN）/Ke=1000（r/min）

计算得Ke=0.1

n0=UN/Ke=120/0.1=1200（r/min）

启动电流Id=UNRa=0.6（A）

重点字：

【1000|0.6】

分数分派：

【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

电阻为O．393，试计算电动机的堵转转矩Tb为多少（N*m）?

1050r/min，电枢绕组

重点字：

【3.72|4171.6】

分数分派：

【50|50】

9、采纳数字微分剖析法产生某常速度散布状况的控制指令信号方案。

地点存放器

存器V的字长为l6位带符号小数．V中的二进制小数为000000010100111时钟频次为

俘器的初始内容为0，试求：

P和速度寄10000Hz．P寄

（1）P存放器产生第一个溢出脉冲时所需的加法次数。

（2）达成588647次加法所输出的脉冲数。

重点字：

【197|3000】

分数分派：

【50|50】

10、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。

正确答案：

【】

重点字：

【20|1039】

分数分派：

【50|50】

11、考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为（

分别为Vxmax=±6，Vymax=±8，加快度限制分别为

条函数点位控制指令。

0，0），终点坐标为（12，10），两轴速度限制

axmax=±2，aymax=±3。

试设计三次多项式样

重点字：

【12|10|6】

分数分派：

【20|20|60】

12、

重点字：

【6|6|3|3】

分数分派：

【25|25|25|25】

13、试设计一个典型的二阶低通滤波器的电路原理图

重点字：

【运算放大器|R1】

分数分派：

【50|50】

14、三相沟通感觉电动机，电源频次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，则该电动机稳固运转的转速范围是多少？

（3）最大转矩时，转子绕组电势频次为多少？

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）稳固运转的转速范围：

900r/min~980r/min

（3）最大转矩时转子绕组的电势频次发f2=Sf=0.1*50=5HZ

重点字：

【6|900|980|5】

分数分派：

【25|25|25|25】

15、

有一采纳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挪动。

工作台的最大挪动速度Ｖmax＝1.5m/min。

试问：

电机的步距角、脉冲当量、最大工作频次各为多少？

重点字：

【0.75|0.01|2500】

分数分派：

【30|40|30】

1、某伺服系统构造如题22图所示，已知：

Kp=60V／rad，Kf=O.24V·s／rad，Ra=3Ω，

Kn=2.5×103V／V，Kt=7.1N·m／A

求：

（1）系统增益kV：

（2）伺服刚度KR。

正确答案：

【

（1）

系统增益kV=Kp/Kf=60/0.24=250（S

-1

）

（2）伺服刚度KR=（Kp*Kn*Kt）/Ra=60*2.5*105*7.1/3=3.55*10

5（NM/rad）】

重点字：

【250|3.55

】

分数分派：

【50|50

】

2、向来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＝360r/min，如图

所示。

求：

（1）柔轮从动时的传动比i。

（2）刚轮固准时的柔轮转速n1正确答案：

【

（1）i=-Z1/（Z2-Z1）=-200/（202-200）=-100

（2）n1=nH/i=-360/100=-3.6r/min

】

重点字：

【-100|-3.6】

分数分派：

【50|50】

3、采纳2000条刻线的增量编码器测电动机转速的方法如下图。

已知时钟脉冲为8MHz,在lO个

编码器脉冲问隔的时间里计数器合计200000个时钟脉冲，试求电动机转速n。

正确答案：

【时间丈量值T=200000/8*106=0.025s

n=60N2/N*T=10*60/2000*0.025=12r/min

】

重点字：

【0.025|12】

分数分派：

【50|50】

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。

（2）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）.

】

重点字：

【3|1.732】

分数分派：

【50|50】

5、增量式编码器与12cm直径的追踪轮一同使用，编码器为5000线，是确立每个脉冲的位移，以

及为了丈量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=0.007536cm/脉冲丈量7m（即700cm）所需脉冲数=700/0.007536=92887.43

取整为92888

92888大于2的16次方（用计算器，或记着2的15次方是32768，），小于2的17次方，所以所需

计数器的位数为17位。

】

重点字：

【92888|17】

分数分派：

【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，求进给频次f。

（2）设8253芯片工作在方波发生器方式（方式3），GATE=1，CLK=2MHz，求时间常数存放器的初值

k。

正确答案：

【

（1）进给速度v=120mm/min=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=2/1000mm/脉冲

v=f*p/N=2f/1000=2

f=1kHz

（2）k=2000000/1000=2000

时间常数存放器的初值

k为2000

】

重点字：

【1000|2000】

分数分派：

【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）刚轮固准时柔轮的转速nR=?

（2）柔轮固准时刚轮的转速nG=?

正确答案：

【

（1）nR=nH*（ZR-ZG）/ZR=1500*（200-202）/200=-15r/min

（2）nG=nH*（ZG-ZR）/ZG=1500*（202-200）/202=14.85r/min

】

重点字：

【15|14.85】

分数分派：

【50|50】

8、某五相步进电动机转子有36个齿，采纳二相三相运转方式。

试计算：

（1）步距角θs为多少?

（2）若要电动机以200r／min的速度旋转，输入脉冲频次f为多少?

（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）输入脉冲频次f=（n*m*Zr*C）/60=（200*5*36*2）/60=1200（HZ）

（3）输入脉冲数=（360/1）*1.5=540

】

重点字：

【1|1200|540】

分数分派：

【40|30|30】

9、向来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

图所示。

求：

（1）刚轮从动时的传动比i。

（2）柔轮固准时的刚轮转速n2。

正确答案：

【

nH

＝600r/min

，如

（1）i=ZG/（ZG-ZR）=202/（202-200）=101

（2）n2=nH/i=600/101=5.94r/min

】

重点字：

【101|5.94】

分数分派：

【50|50】

10、向来双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200，刚轮齿数Z2=202，柔轮的转速nH＝100r/min，如下图。

求：

（1）刚轮从动时的传动比i。

（2）波发生器固准时的刚轮转速n2。

正确答案：

【

（1）i=Z2/Z1=202/200=1.01

（2）n2=nR/i=100/1.01=99r/min

】

重点字：

【1.01|99】

分数分派：

【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

Θ=P/W=0.01/10=0.001（rad）

】

重点字：

【0.01|0.001】

分数分派：

【50|50】

12、用每转3000条刻线的增量方法，采纳图示的丈量方法，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】

重点字：

【200】

分数分派：

【100】

13、关于以下图所示的加快度计，拥有以下参数：

m=0.016kg，k=300N/m，Xmax=±0.24cm，

求：

（1）能够丈量的最大加快度；

（2）系统频次。

2

正确答案：

【

（1）a=kx/m=0.24*300/0.016=45m/s

（2）ωn=sqt（k/m）=137rad/s

】

重点字：

【45|137】

分数分派：

【50|50】

14、某三相感觉电动机空载转速1485r/min，电源频次50Hz，额定转差率0.04。

（P145）

（1）该电机的极数为多少？

额定转速为多少？

（2）额定运转状态下，定子、转子绕组电势频次各为多少？

（3）电机空载时转子绕组电势频次较额定状态时变化怎样？

正确答案：

【

（1）p=60f/n=60*50/1485=2.极数为4ne=（1-Se）*n0=（1-0.04）*1500=1440r/min

（2）定子绕组电势频次f1为50HZ、转子绕组电势频次f2=f*Se=50*0.04=2HZ

（3）电机空载时转子绕组电势频次较额定状态时小。

】

重点字：

【1440|2|小】

分数分派：

【40|40|20】

15、一台他励直流电动机，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0.174Ω，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=0.133

n0=Ua/Ke=220/0.133=1654r/min

】

重点字：

【0.133|1654】

分数分派：

【50|50】

16、某线性位移丈量仪，被丈量位移由

2.5V，求该仪器的敏捷度。

4.5mm变到

5.0mm时，位移丈量仪的输出电压由

3.5V

减至

正确答案：

【ke=（2.5-3.5）/（5.0-4.5）=-2v/mm

重点字：

【2】

分数分派：

【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：

【U0=Ke*n=0.08*60*125/（2*3.14）=95.54V】重点字：

【95.54】

分数分派：

【100】

18、某光电编码器作为系统的地点反应，若系统中丝杠的螺距为

脉冲/r，参照输入脉冲为1800脉冲/s,试求该工作台的线速度。

正确答案：

【v=（1800/600）*4=12mm/S】

重点字：

【12】

分数分派：

【100】

4mm，光电编码器的分辨率为

600

19、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，输入脉冲频次为多少?

（2）要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频次为多少?

正确答案：

【

（1）f=n*mZr*C/60=60*3*80*2/60=240HZ

（2）f=n*mZr*C/60=100*1*80*160=133HZ

】

重点字：

【240|133】

分数分派：

【50|50】

20、三相沟通感觉电动机，电源频次

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、转子绕组电势频次各为多少

?

（3）

空载时，定子、转子绕组电势频次各为多少

?

正确答案：

【

（1）p=60f/n0=60*50/1450=2,

该电动机为

4极,空载转差率

S=（n0-n）/n0=（1500-1450）/1500=0.03

（2）堵转时定子绕组电势频次为

50Hz,转子绕组电势频次为

50Hz

（3）空载时定子绕组电势频次为

50Hz,转子绕组电势频次为

Sf=0.03*50=1.5.

】

重点字：

【4|0.03|50|1.5

分数分派：

【25|25|25|25

】

】