机电控制技术试卷

一、单项选择题(本大题共 10 小题，每小题1 分，共10 分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，把你所选的选项前的字母填在题后的括号。)

1. 吊车在匀速提升重物时，对电机而言，其负载的机械特性属于 　　　　　　 （ 　）

A. 恒功率 B. 直线型

C. 恒转矩 D. 离心机型

2. 下列不属于控制系统的性能指标有： （ ）

A．时域性能指标 B．频域性能指标

C．空间性能指标 D．综合性能指标

3. 下面四个电力电子器件中，属于全控型电力电子器件的是 （ ）

A．二极管 B．单向晶闸管

C．双向晶闸管 D．IGBT

4. 单相全波整流电路存在有源逆变的若干基本条件中，不包括 （ ）

A. 必须是全控桥 B. 负载必须具有较大感性

C. 控制角α>90° D. 必须有续流二极管

5. 直流调速系统中用以补偿电枢电阻压降引起的转速波动的环节是 （ ）

A. 电压负反馈 B. 电流正反馈

C. 电流截止负反馈 D. 电压微分负反馈

6. 普通三相异步电动机作为变频电机使用，则不宜在很低转速长期运行，因为 （ ）

A. 发热量大，散热条件差 B. 伴随额定电压下降，输出功率低

C. 异步电机在低速时功率因数低 D. 最大转矩降低，易堵转

7. 电机的反馈制动是指 （ ）

A. 通过测速发电机的反馈信号，控制好制动速度

B. 通过速度继电器的反馈作用，在电机速度接近零时恰好撤消制动力矩

C. 电机速度降低的过程中，电机绕组中有电能反馈到电源

D. 电机制动时，动能转变为电能消耗在外部电阻上

8. 下列不属于干扰的作用方式的是 （ ）

A. 串模干扰 B. 共模干扰

C. 长线传输干扰 D. 短线传输干扰

9. 下列属于屏蔽形式的是 （ ）

A. 微波屏蔽 B. 电磁屏蔽

C. 静电屏蔽 D. 低频率屏蔽

10. 下列不是常见滤波形式的是 （ ）

A. RC型 B. RL型

C. LC型 D. 双T型

二、名词解释（本大题共6小题，每小题3分，共18分。）

1．自动控制系统 2. 偏差信号 3. 信号调理 4. 共模干扰

5. 数控机床 6. 顺序控制

三、填空题（本大题共6个小题，共20个空，每空0.5分，共10分。把答案填在题中横线上。）

1．反馈控制系统的特点是 、 、 、 。

2. 从机械工业应用着眼，机电控制系统可以具体划分为 、 、 、 。

3. 和 是控制系统运行中的两种状态。

4. STD总线的56只引脚分为 、 、 、 和 等五组。

5. 为保证长线传输的可靠性，主要措施有 、 和 等。

6. PWM直流伺服驱动方式主要有 和 两方式。

四、简答题（本大题共 7个小题，每小题 6分，共42分。）

1. 试正确画出反馈控制系统方框图，标出各处信号，指出向前通路和反馈通路。

2. 求F(s)=(s+3)/(s2+3s+2)的拉氏反变换，及其零点和极点

3. 试述系统稳定的充分必要条件。

4．既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？装有热继电器是否可以不装熔断器？为什么？

5. 巡回检查系统由哪些功能？及温度巡回检测器的硬件基本组成。

6. 简述变速积分PID控制的优点。

7. 地线分为哪些种类？及它们各自的作用。

五、论述题（本大题共 1 个小题，每小题10分，共10分。）

1． 继电器接触器控制线路中一般应设哪些保护？各有什么作用？短路保护和过载保护有什么区别？

六、计算题（本大题共 1个小题，每小题10 分，共10分）

1. 某单位反馈系统在输入信号xi(t)=1+t的作用下，输出响应xo(t)=t，试求该系统的开环传递函数和稳态误差。

B卷

一、单项选择题

CCDDB ACDAB

二、名词解释（本大题共6小题，每小题3分，共18分。）

1．自动控制系统

自动控制系统是指没有人直接参与的情况下，通过控制装置使被控对象或生产过程的物理量能自动地按预定的规律运行的系统。

2. 偏差信号

常用e(t)表示，是给定值与反馈信号之差，即e(t)=r(t)-b(t),是产生控制动作的基础。

3. 信号调理

信号调理就是把传感器输出的微小电压信号，经过适当的调节整理（包括放大、滤波、采样保持等）再输入到A/D转换器。

4. 共模干扰

共模干扰就是由于被控信号的接地点和控制系统的接地点之间存在电位差而产生的，它将通过被测信号的阻、输入引线的电阻和放大器的输入阻抗转化为与被测信号相串联的串模信号，从控制器的输入通道进入。

5. 数控机床

数控机床是数字程序控制机床的简称，是指采用数字指令信息来控制的机床。

6. 顺序控制

时序控制就是生产过程或生产机械按规定的时序而顺序动作，或在现场输入信号作用下按预定规律而顺序动作的自动控制。

三、填空题（本大题共6个小题，共20个空，每空0.5分，共10分。把答案填在题中横线上。）

1．反馈控制系统的特点是控制及时、动态性能好、客服扰动能力强、控制精度高。

2. 从机械工业应用着眼，机电控制系统可以具体划分为伺服传动系统、数字控制系统、顺序控制系统和过程控制系统。

3. 瞬态和稳态是控制系统运行中的两种状态。

4. STD总线的56只引脚分为逻辑电源、数据总线、地址总线、控制总线和辅助电源等五组。

5. 为保证长线传输的可靠性，主要措施有隔离变压器隔离、光电耦合器隔离和双绞线隔离等。

6. PWM直流伺服驱动方式主要有 晶体管脉冲调速驱动 和 晶闸管调速驱动 两方式。

四、简答题（本大题共 7个小题，每小题 6分，共42 分。）

1. 试正确画出反馈控制系统方框图，标出各处信号，指出向前通路和反馈通路。

答：

箭头表示信号传递的方向，它是单向不可逆的。信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传递路径称为前向通路，系统输出量经由检测元件（反馈环节）到达输入端所经过的路径称为反馈通路。

2. 求F(s)=(s+3)/(s2+3s+2)的拉氏反变换，及其零点和极点

解 F（s）=2/(s+1)-1/(s+2)

拉氏反变换：f(s)=L-1[F(s)]=2e-1t-e-2t

零点为s=-1或s=-2 极点为s=∞

3. 试述系统稳定的充分必要条件。

答：系统稳定的充分与必要条件是：闭环系统特征方程的所有根都具有负实部，也就是闭环传递函数的全部极点均位于[s]复平面的左半部。

4．既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？装有热继电器是否可以不装熔断器？为什么？

答：不可以。 熔断器是串接在被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，它的熔体能迅速自动熔断，切断电路，保护导线和电气设备不致损坏。

而热继电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路迅速断开，因此，不能作短路保护。

5. 巡回检查系统由哪些功能？及温度巡回检测器的硬件基本组成。

答：（1）对被参数性能周期性的或选择性的进行检测，采用数字显示并能定期打印制表或召唤制表。选点测量显示、召唤制表可通过相应的按键操作实现。

（2）能及时反映被测参数越限情况，越限时进行声光报警，并指出报警点的位置。

温度巡回检测器的硬件基本组成：单片机系统、A/D转换器及接口、检测点的一次元件。

6. 简述变速积分PID控制的优点。

答：（1）完全消除了积分饱和现象。

（2）大大减少了超调量，可很容易使系统稳定。

（3）适应能力强，某些用标准PID控制不理想的过程，可采用此种算法。

（4）参数整定容易，各参数间的相互影响减小了。

7. 地线分为哪些种类？及它们各自的作用。

答：模拟地 它是A/D 转换器、前置放大器或采样/保持器等的模拟量信号的零电位。

数字地 它是数字型号的零电位公共线。

信号地 传感器是测量装置的信号源，传感器的地线是信号线。

功率地 它是大电源功率驱动电路的零电位。

交流地 它是交流50Hz电源的地线。

直流地 它是直流电源的地线。

屏蔽地 它是为防止静电感应和电磁感应而设置的地线。

五、论述题（本大题共 1 个小题，每小题9分，共9 分。）

1． 继电器接触器控制线路中一般应设哪些保护？各有什么作用？短路保护和过载保护有什么区别？

答：一般应设置的保护有：

1）过载保护---避免电动机长期超载导致的绕组温升超过允许值而损坏绕组绝缘。

2）短路电流保护---避免巨大的短路电流损坏电器设备。

3）零压和欠压保护---避免电源电压过低引起的电器的误动作，和电源电压恢复后电动机的自行起动。

4）弱磁保护---避免因磁场减弱或消失时引起电动机“飞车”现象。

短路保护与过载保护的区别：

短路保护也叫接地保护，是当电路中某处的相对电压为零时而采取的断路保护。

过载保护是电流保护，就是说如果电路中的电流超过额定电流时采取的断路保护。

六、计算题（本大题共 1个小题，每小题9 分，共 9 分）

1. 某单位反馈系统在输入信号xi(t)=1+t的作用下，输出响应xo(t)=t，试求该系统的开环传递函数和稳态误差。

解：由xo(t)=t 得 xo(0)=0，故xo(t)=t是在零初始条件下的响应。

由xi(t)=1+t 得 R（s）=(s+1)/s2，由Xo(t)=t得 Xo(t)=1/s2

于是 Φ（s）= Xo(t)/ Xi(t)=(1/s)/(1+1/s)=G(s)/(1+G(s))

为一个单位反馈系统，开环传递函数G（s）=1/s ， 系统为I型系统，且开环增益K=1。于是，稳态误差ess=0+1=1