机电一体化系统设计题目集锦.docx

第六章10 .一般说来,假如增大幅值穿越频率以的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（B）A.增大B.减小C.不变D.不定11 .已知f（t）=a+bt,则它的拉氏变换式为（B）aa,Ca、bbar、abA.一÷bB.IyC.IDI-SSSSS2Ss311.复合控制器必然具有（D）A.次序控制器B.CPUC.正反馈D.前馈控制器13.一般说来，假如增大幅值穿越频率外的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（B）A.产大B.减小C,不变D.不定10 .一般来说，引入微分负反馈将使系统动态性能指标中的最大超调量（B）A.增长B.减小C.不变D.不定11 .在采样一数据系统中，执行实时算法程序所花费的时间总和最佳应不大于采样周期的（A）B.0.2C6.步进电机一般用于（A）控制系统中。A.开环B.闭环C.半闭环D.前馈ILPD称为（B）控制算法。A.比例B.比例微分C.比例积分D.比例积分微分13.假如增长相位裕量m,则动态性能指标中的最大超调量。为（C）。A.增大B.不变C.减小D.不能确定10.若考虑系统克制干扰的能力，选择采样周期的一条法则是：采样速率应选为闭环系统通频带的DA.5倍B.8倍C.10倍D.10倍以上11.在数控系统中，软伺服系统日勺系统增益Ka为BA.(2-5)1/sB.(85O)lsC.(50-100)l/sD.(120-150)1/s10 .若考虑对系统响应速度的影响，采样一数据系统中的采样周期应选为系统最小时间常数R¾AA.(0.11)倍B.2倍C.5倍D.10倍11 .在串联校正的比例一积分一微分(PlD)控制器中，I的作用是CA.改善稳定性B.加紧系统响应速度C.提高无静差度D.增大相位裕量10.在最佳阻尼比条件下，伺服系统的自然频率Wn唯一取决于CA.速度环开环增益B.电动机机电时间常数C.速度环开环增益与电动机机电时间常数之比D.速度环开环增益与电动机机电时间常数之积11在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联A.PI校正B.P校正C.PD校正D.D校正7. PID控制器中，P的作用是A.减少系统稳态误差B.增长系统稳定性C.提高系统无静差度D.减小系统阻尼7.采样一数据系统中，若考虑系统的克制干扰能力时,采样速率应为闭环系统通频带的AA . 10倍以上B. 5倍C .2倍D. (0. 11)倍8. PlD控制器中，P的含义是【D】A.前馈B.微分C.积分D.比例（202307）9. 在软伺服系统中，一般认为速度环的!闭环增益最佳为系统的I【1倍B.24倍C.5倍D.10倍1.PID控制器中，I的作用是AA.提高系统误差精度B.增长系统通频带C.加紧系统调整时间D.减小系统伺服刚度2.规定系统响应应以零稳态误差跟踪输入信号可采用(C )A.前馈控制器B.PI控制器C.复合控制器D.反馈控制器3 .一般说来，假如增大自然频率MFrJ数值，则动态性能指标中的调整时间将（B）A.增大B.减小C.不变D.不定4 .在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联AA.PI校正B.P校正C.PD校正D.D校正5 .伺服系统的输入可认为（B）A.模拟电流B.模拟电压C.控制信号D.反馈信号6 .伺服系统一般包括控制器、受控对象、比较器和（D）等部分A.换向构造B.转化电路C.存储电路D.反馈测量装置7 .下列那一项是反馈控制系统（）A.次序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.工业机器人8 .PD称为（B）控制算法。A.比例B.比例微分C.比例积分D上匕例积分微分9 .己知f（t）=6（t）+3,则它的拉氏变换式为3A. 1+ -Sn 13B. 一 十 一C.1D.-(B )10 .位置环采用Pl控制器,伺服系统对参照输入做到了A.一阶无静差B.二阶无静差C.三阶无静差D.不起作用二、简答题1、按照系统信号传递方式，伺服系统有哪几种类型？（2023）答：模拟式伺服系统、参照脉冲系统、采样一一数据系统（计算机闭环控制系统）（模拟电压、参照脉冲信号、二进制数字信号）2、闭环伺服系统由哪几部分构成?（2023）答：控制器、受控对象、比较器和反馈测量装置等部分3 .半闭环控制系统的定义及特点是什么？答：（1）伺服系统中，当位置传感器安装在伺服电动机轴上，用以间接测量工作台的位移时，这种间接测量的系统称为半闭环系统。（2）特点：可以防止传动机构非线性引起系统产生极限环和爬行振荡，比全闭环系统轻易实现，可节省投资。4 .在实际系统中，数字PID控制器的两种实现方式是什么？答：（1）在双传感器系统中，Pl由微处理器位置控制器实现，DH勺作用由测速机负反馈实现；（2）在单个位置传感器的系统中，PID由微型机单独实现。5 .全闭环控制系统的定义及特点是什么？答：伺服系统中，当位置传感器安装于输出轴（工作台）上时，传感器直接测量工作台移动,这种直接测量的系统统称为全闭环系统。特点：对输出进行直接控制，可以获得十分良好H勺控制精度。但受机械传动部件的非线性影响严重，只有在规定高精度欧I场所，才使用全闭环系统。20236 .复合控制器答：在反馈控制器的基础上附加一种前馈控制器，两者的组合称为复合控制器。它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号。7 .伺服系统的刚度答：伺服系统的刚度定义为输出轴的单位位置误差做承受的负载转矩。8 .闭环技术答：将反馈控制技术与传感器相结合，可构成闭环测量系统。9 .半闭环伺服系统19.采样一一数据系统答：采样一一数据系统是指计算机参与闭环控制的伺服系统，其输入往往是由上位机生成并通过精插补的参照指令，输出是转轴肚）角位移或工作台肚）线位移。三、计算题1、设单位反馈系统的开环传递函数为G(三)=V½7,试求K、T的值，使闭环系统的s(Ts+1)极点为九=-5±a万。解:(I)闭环传递函数早"分) ÷ J » -G(三)-K()-I+CQ)-$6÷1)÷AT(2)闭环特征方程享？.工事.三.0TTTC. KsyK - 10(1/)(3分)闭环极点(2023)2.最小相位系统的开环对数幅频渐近特性如图所示。试求开环传递函数G(三)O22.某位置随动系统如题22图所示，当系统输入单位阶跃函数时,欲使系统的最大超调量%W5%,求：(1)微分反馈环节的时间常数 ；(2 )系统的调整时间IS (按5%误差)o22. (1 )由民大超词址： = IOOc ',r % 5% W 得 fM0.69 (2 分)闭环传递函数爪EE-J11-,1/f八（2）伺服刚度Kr。翁汽22某直流电机伺服系统构造如题22图所示，己知：Tm=-JRa=0.05s,Ra=4,KYKtKfKvKt=0.INmA,Kf=0.IVs/rad,Kp=IOV/rad,求：(1)Td=0.002Nm时,22.KfI-,Tj(s)=0.002,Gz+i)+",5!喳。（亦暧选初肃冬°詈R4.0.002L,ff4×0.0020.1x10-0.008(r«)(3分)(2)f司服刚度Klt=也匕=业U=02S(Nmrad)(2分)RQ422.某伺服系统构造如题22图所示，已知：Kp=60V/rad,Kt=0.24Vs/rad,Kn=2.5×103VV,Kt=7.INm/A求：（1）系统增益K,:（2）伺服刚度KroIU22.«：（I）系Sye益K、=KJKf=250（s"）（2分）（2） f眼弹je/.、:,%KN60x2.5x10'XZlS；八、Kr=三%.5'xl。（vrad）（；1.R.3U30.已知系统构造图如题30图所示。若K=25,K=0,求阶跃响应的最大超调量%（定义：。%=e"xl（X）%）和调整时间。（取Z=±005）.（2）当K=25,欲使系统为最佳阻尼，确定K/时值。题30图30.解：（1）闭环传函不/、C（s）Kla2（f0=K（s）=s（s÷3÷Kfj÷K1=S2+2ns7?其中a=K,=-=71（2分）2K1乙5（2）当Kl25,Kf=On=i=5,=0.3,.<%=e×W0%=eyrx100%±37%，"；二急55（2分）（3）当&=25,欲（=0.707口c3+&3+Kf3+Kf即一旺=-d=F1=07072K2/2510.Kf=4.07（2分）四、简朴应用题29.题29图为某数控机床位置随动系统的结构图,试求：(1)系统的自然频率3。及阻尼比&(2)系统对单位阶跃响应的最大超调垃%及调整时间t(¾=±5%)；(3)系统的静态误差系数Kp、K,。R(S+I)C(S)T题29图29解:闭环传递函数MS)=ErE(1)自然频率孰二3(小)!/1-0.1672(2)%=le%=100e%=59%n0.167×3=6(三)(3)开环传递函数G(三)=五力为I型系统K"9五、综合应用题1、(2023)剪切频率A=宸=6.324 一(3分 CoS如sin 55、I'、cos 55, )0.819 + 1丫0.5736 )10(3 分)设单位反馈系统如题26图所示，已知系统的剪切频率生=6.324。，最大相位裕量%=55°,试确定,T值。、式联立，解得=05(s)(2分)T=0.05(s)(2分)P208(7 + l)-s2(0.k + l)'26.某控制系统的结构如题26图所示。已知：G(三)=GC(三)=K,0+7»,及系统在剪切频率c=4su处产生最大相位裕fit。试求参数Td和最大相位裕最°”。(1)系统开环传递函数GjtU)G(s)G(J).“1+3=。FU'-NS'(】)Jt(O.b÷l)产生最大相位格盘的警械率,”诘r六.Z=0625(I分)最大相位裕量M心停一同=J偿L底】IQ5(3分二八2分)26.控制系统的结构图如题26图所示.已知：G=GJs)=as'S().IS-r|)(1)O=O时.试确定系统的白然频率.阻尼比£.最大超调试“：(2)欲希用系统成为最传阻尼比状态.求确定a的值;(3)校正后.系统的开环增益和单位读度输入时的旗态误差ew.题26图26(I)给定系沆的闭环传递函数Ws)=G=5Rs2+10s÷169s?+2cs+;(%=J须=I3(ST)(I分)=-=声/捻(I分)&虏：,221一力必q%7OOev，<%=IOoe>%=27%(2分)169(2)校正后,系统闭环传递函数s? + 2£3.s +冠(s)=-Zs2+(10+169aX+1690if*Na=0.0496(场)26.某位置反馈系统如题26图所示，已知：电动机时间常数T=O.2s,K=0.1V(),K2=400(r/min)/V,K3=O.5/(r.min,.s),求：。(1)a=0时,系统的最大超调量%和调整时间L(按4=±2%计算)；(2)欲使系统具有最佳阻尼比，增设转速负反馈校正，确定11值；(3)校正后，系统的开环增益K及单位速度输入时的稳态误差。题26图26. (I)系统传递函数KxK2KyIT了 + si + K1K2KJT100Sl +55 + 100<yn =IO(5,). 2n=2××Q5 . = 0.25 (1)-Q.25% = 1 OOe=IOOXeW二°.=45% (2 分)4 _4n 10× 0.25=1.6(S)(I 分)(2)增设转速奂反馈校正后,系统传递函数K&KJT100(三)=-：-；s2-(+ak2)sT+K1K2K3ZT?+5(1+400a)s÷100Q1=IO(J),展住SI尼比J=0.707(1分)2n=2x0,707×10=14.14=5(1+400),a=0.00475/(rmin-,)(2分)(3)校正后,系统开环传递函数GMS) =KKKJgak)s1 + 7s"0l)开环增益K = 6.90(J) (2 分)KlK7KyOJX400X0,5aK2-l+0.00475×400单位速度输入时的毯态误差='=-!=0.14(三)(I分)""K6.9014.426.控制系统的构造图如题26图所示，已知G(三)=S(O.1S+1),Gc(s)=Ts+l(1)当T=O时，试确定系统於J自然频率3"阻尼比g和最大超调量。；(2)欲但愿系统成为最佳阻尼比状态，试确定T值;R(S)(3)校正后，系统口勺开环增益和单位速度输人时的稳态误差e8svo题26困26.解:(I)校正前，给定声统的闭环传递函数M 3尊L 144e<HKts) s2 +10s+ 144 s2 n=l44=121)+ 2ns + ;心(1分)(1分)×0.4l7% = IOOe = IOOe、忘"% = 23.7% (2)校正后，系统闭环传递函数(2分)¾5 啖 s+1)N 紧tO + 144T)s + 144 S2U , 10÷144T1(Ts + l)T=O o48 ( S )(3)校正后，开环传递函数(3分)GK(S)=14.4(0.048s÷l)s(.ls÷l)开环带益K=I4：4携位喊输人时,稳态误差%(¾>331.某伺服控制系统结构图如题31图所示，s( Ts +1) s(O. O5s + 1)其中GC(三)=KP(I+工),Gp(s)=TS(1)确定KP和T的值,使系统的剪切频率,R(三)e=5s-时,系统相位裕量(PM最大；(2)此时最大相位裕量(3)系统在单位抛物线(恒加速度)函数作工= 0.069号rTl ：题31图Qs)用下的稳态误差em31 .解:开环传递函数G(三)=Gc(s)Gp(s)=-t11s(0.05s+1)(1)相位裕量最大时，剪切频率5=G=5,则T=0.8(S)=0Kt,IG(X)I=I,即2一3.1.二9雪=1c1+0.052c2贝IJKP=2.5(2)最大相位裕量(PM=-l(e)-tg',(Tc)=tg,(0.8×5)-tg,(0.05x5)=75.96。-14.040=61.92°(3)校正后为11型系统稳定误差eMe=J=六啜翳=°J6IVa/Np/KJ32 .某控制系统结构图如题32图所示，图中Cc(三)=KP+f,Cp(s)=(小工i)%；s+ij其中K1=2,T1=O.OlstT2=0.1s。(1)将系统校正成具有能佳阻尼比4二孝的典I系统,试确定合适的KP和T值。(2)计算校正后系统在单位斜坡信号作用下的稳态误差e.,。3GcG)TQQ)毕入一I题32图32.解:当仁铀,KT=/校正后应成立：cr1s+i)(,s+i)=君R=鬲V分)机电一体化系统设计试题答案及评分参考第3页(共4页)rKp='l'2=0.ls（对消大T）及T=Tl=0.OJs对比两边,可取K1111匚=%=沅"两而"O,.,焉喘=（）04s（2分）,。=25+=25¾（2分）校正后1型，35。:J=；=亲=002（2分）30.已知控制系统结构图如题30用所示,其阶跃晌应的最大超调*o%=16.3%和调节时间t.=0.4so求闭环传递函数0($);确定参数Kr的值。(注w%=e-BWl00%,A=±0.05)题30图30、解:闭环传函(s)”(s)=皿=KIpOK'R(s)0.01s2+(0.02+)s÷l+Ks2+(2+100)s+100(1+K)n=1(1+K)=107Kt=2100t=_2+Ji_=1+50(2分)2<>>n20T+K求Kr的值由c%=e×100%=16.3%=0.53t,="-=0.4=>n=7.5=1+50,.=0.13snXa=15=10TKK=1.25(45»32.某伺服系统动态结构如题32图所示。确定闭环系统稳定时,各参数应满足的条件；设GQ)=X,试确定人的值,使当输入rQ)=V时,系统的跟踪稳态误差e.为零。题32图32、答:闭环传函(三)_C(三)Jr()Ts+JsFs+l)G<s)(Ts+l)+KJ&V7R(s)-&电s(T1s+l)(T2s+l)+K1K21+8(T1s+1)(T2s+1)闭环稳定性：D(三)=s(T1s÷1)(T23+1)+K1K2=T1T2S3+(T1+T2)s2+8+K1K2=Oai>0=>T1>0,T2>0,K>0,K2>0fT1>0T2>01÷2>122=KK2<9七，O<&&q*闭环稳定。跟踪误差s(T1s+l)T2s+l-Gr(8)E(s”R(三)-C(三)=13(三)R(三)、(t；s+1)(q：1)；K黑R(三)s2(T1s÷l)T2s÷-Gr(s)当R(三)=F,令J=E(s)=FtM1)-(%+D+K黑,7=°则 1 -Gr(s) =OSGr(s)=Xs即入二七(3分)202330.已知复合控制系统如题30图所示，图中*(三)=KltGp(s)=fjGF(S)=as2 ÷bsT2s+ 试确定闭环系统稳定的条件。试选择参数a、b的值,使系统误差.(s)=r(s)-e(s)三0o题30图30.解:闭环系统的稳定性1xKiK2(T2s+1)T1S2+(1+K1K2T2)s+K1K2_1+G<8)Gp(s)=1÷(T18+1)S-=(7Ti>-°(1分)当T>0,l+KK2T2>0及KIK2>0时闭环稳定。(1分)为使.(s)=O即I-GF(三)GP(三)=0,GF(三)=(2分)(Tls+l)sJ+8wT28+1K2(T2s÷1)-T2s+1a=比较两边.一0(2分)32.某伺服系统动态结构如题32图所示，图中G（三）=KP（I+!），GP（三）=KlF=kJLTTV。要求系统性能同时满足:在单位抛物线（恒加速度）函数输入下的稳态误差e.=0.8。；殿大相位裕量m=36.87°试确定控制器中KP和T的质。题32图32.解:校正后应使系统成为典型11型系统：G（三）GP=.>ToK=s2GcGp=（2分）确定Ge（8）由J=F=言=68.5=六=1.257（2分）（2）由 tgtpB=界= tg36.87o=0.75 h =-J- =4, =4T =0.4sKP=I.25x0.4=0.5(3分)Ge(s)=KP(I+»=0.5(1+在)为所求。(1分)26 .某伺服系统的构造图如图所示，其中勺、Ti均为正数，试确定使闭环系统稳定，Kp、Ti取值的条件。30 .已知控制系统构造图如下图所示。选择K1和K2,使系统性能满足：。%<20%和ts=1.8so求系统的静态误差系数Kp、KV和Ka。32 .设单位反馈系统如图所示，已知Ti=0.5s,T2=0.05s,为使系统获得最大的对应裕量小m，试确定此时的K值及对应的<l>m值。浙江省202323.二阶系统构造图如图所示：设k=0.4,k2=1.0,T=l1)求系统固有频率，阻尼比;2)求系统增益ks：3)求系统敏捷度k。26.绘出由感应同步器等构成的工作台闭环伺服系统框图。2023R(S)T32.某控制系统构造图如图所示，图中GC(三)=KP(I+Tds),Gp(s)=8一=s-(Ts+l)S2(0.1s+l)(1)确定KP和Td的值，以使系统性能同步满足：在单位抛物线(恒加速度)函数作用下的稳态误差esxW0.2,幅值穿越(截止)频率3,二51s(2)计算系统在上述取值条件下的相位裕量ll032.(1)开环传函-2Kp(l+Ttls)2Kp(l÷Tds)G(s)=Gc(s)Gp(s)=-=s2(Ts+l)S2(0.1s+l)(2)确定KP和Td由essa=-=-0.2.Kp25取Kp=2.5Ka2Kp在(0c=5ls时,Gc(jcr 川 Gp(jD=l 即541+ (5Td)25a1 + (05)21+25T3=25(1+0.25)/.Td=Lls.Gc(s)=Kp(l+TdS)=25(1+1.1s)(3)对应的n=tg",Tdc-tg",Tc=tg,1.1×5-tg,0.1×5=79.7°-26.60=53.1°30.二阶系统构造图如图所示。设K产0.1,K2=10,T1=O.5s*气浮胃哥一 QT(1)求系统对r(t)时阶跃响应的最大超调量。%及调整时间3(取=±5%);求系统增益Ks及伺服刚度Kr：求Nt)=I+t及n(t)=O.1共同作用下系统的稳态误差蕊。KK30.(l)G(s)=1型Kv=limsG(s)=KK2=1,KlFlimG(三)=8,s(TS+1)S->0S->0小小G(三)K1K2匕(P(三)=1+G(s)s2+s+K1K2s2+2ns+11(2)性能指标%=eX100%=4.3%=0.707(3)系统增益与伺服刚度Ks=Kv=KlK2=I,Kr=Ki=O.1(4) es8r=.11+Kp Kv+ 一 = 0+10.10.1,八s三n-=-=1ess=essr+essn=1-1=26.某二阶系统如图所示求系统对r(l)阶跃响应的最大超调量。益和调整时间tso求r(t)=l+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差1。26. (1)求闭环传函及误差体现式Cr(三)0.2×10211f-t,2K-=(s)=-=-.n=2,=-R(三)s(s+2)+0.2x10s2+2s÷2s2+2ns+22=n(三)=乎出)C(三)=CR(三)+C,(三)=(三)R(三)+n(三)N(三)N(s)s2+2s+2E(三)=R(s)-C(s)=l-(s)R(三)-n(三)N(三)=F+2)R(s)_ys+2)N(三)s2+2s+2s2+2s+2(2)求o%及ts£兀0.707%=eJTZ×100%=e,川切XlOo%=4%ts=3sn求ess二阶系统a)0闭环稳定R(三)二L4,N(三)=ss2Scs(s+2)I1、10(s+2)0.111nEss=IimS-T(+-T-)Iims-=1-1=0ss2+2s+2Ss2s0s2+2s+2S3.某二阶系统如图所示:1)求该系统的固有频率3n，阻尼比"2)求系统对r为单位阶跃响应时的最大超调量。和调整时间ts1-知一阶系统H(S尸肃了试绘出如图输入时，系统的输出示意图。1.某单位负反馈系统，受控对象为G(三)=-,今加入Pl串联控制器(s+2)(s+4)Gc(s)=kp(l+-),欲使系统满足截止频率3c=l弧度s,相位裕量m=90°,s试确定kp,值。