機電控制技術(shù)基礎(chǔ)考試題目及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項不屬于機電控制系統(tǒng)中常見的傳感器類型？A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.人機交互界面D.位置傳感器2.在機電控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)的主要功能是將什么轉(zhuǎn)換成機械運動？A.信號B.能量C.數(shù)據(jù)D.控制字3.PLC（可編程邏輯控制器）的核心控制器通常采用哪種類型的微處理器？A.CISC（復(fù)雜指令集）處理器B.RISC（精簡指令集）處理器C.DSP（數(shù)字信號）處理器D.FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）邏輯4.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，用于比較期望值（設(shè)定值）與實際輸出值（反饋值）的元件稱為：A.執(zhí)行器B.控制器C.測量元件D.比較元件5.對于需要精確速度控制的交流電機，常用的控制方案是：A.直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）B.變頻調(diào)速（VFD）C.脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)壓D.串級調(diào)速6.下列哪種通信方式常用于連接PLC與上位計算機，進行數(shù)據(jù)交換？A.RS-232B.RS-485C.TCP/IPD.以上都是7.在伺服控制系統(tǒng)中，通常用作位置或速度反饋的元件是：A.電流傳感器B.電壓傳感器C.編碼器D.溫度傳感器8.邏輯門電路是哪種控制基礎(chǔ)的核心？A.線性控制B.數(shù)字控制C.模糊控制D.預(yù)測控制9.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計強調(diào)的主要原則之一是：A.模塊化與標準化B.盡可能簡化C.只需考慮性能指標D.成本越低越好10.能否實現(xiàn)無級調(diào)速是評價電機驅(qū)動系統(tǒng)性能的重要指標之一，這主要與系統(tǒng)的哪種特性有關(guān)？A.精度B.動態(tài)響應(yīng)C.調(diào)速范圍D.可靠性二、填空題（每空1分，共15分）1.傳感器按其工作原理不同，可以分為電阻式、電容式、電感式、______、光電式等。2.常用的執(zhí)行器按能量形式可分為電氣執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、______三種主要類型。3.PLC系統(tǒng)的輸入/輸出接口通常需要具有光電隔離和______功能。4.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是描述系統(tǒng)輸入與輸出之間關(guān)系的______函數(shù)。5.在直流電機調(diào)速中，改變電樞電壓常用于______調(diào)速，而改變勵磁電流（磁場）則常用于______調(diào)速。6.常用的電機驅(qū)動功率器件有功率晶體管（GTR）、MOSFET、______和IGBT等。7.在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，Modbus是一種常用的______協(xié)議。8.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動后，其輸出能夠______并最終恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的性質(zhì)。9.將傳感器、執(zhí)行器、控制器、被控對象等環(huán)節(jié)按一定方式連接起來，組成能夠?qū)崿F(xiàn)特定控制目的系統(tǒng)的過程稱為______。10.機電一體化系統(tǒng)是指將機械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等有機地______在一起的綜合性系統(tǒng)。三、判斷題（對的打√，錯的打×，每題1分，共10分）1.傳感器是獲取信息的核心元件，其精度越高越好。()2.執(zhí)行器是控制系統(tǒng)中的最終執(zhí)行環(huán)節(jié)，直接對被控對象施加控制作用。()3.PLC是一種專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，它采用可編程的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。()4.開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但抗干擾能力較差。()5.任何電機都可以直接用于伺服控制系統(tǒng)。()6.在機電一體化系統(tǒng)中，人機接口是實現(xiàn)人與系統(tǒng)交互的重要環(huán)節(jié)。()7.變頻器（VFD）主要用于交流電機的速度控制，它通過改變交流電源的頻率來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。()8.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在零初始條件下，系統(tǒng)輸出的拉普拉斯變換與輸入的拉普拉斯變換之比。()9.數(shù)字控制技術(shù)只能用于處理數(shù)字信號。()10.液壓執(zhí)行器通常具有功率密度大、響應(yīng)速度快的特點，但控制相對復(fù)雜且存在泄漏問題。()四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述傳感器在機電控制系統(tǒng)中的作用及其主要性能指標有哪些？2.簡述PLC控制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點。3.什么是閉環(huán)控制系統(tǒng)？簡述其基本組成環(huán)節(jié)及工作原理。4.簡述步進電機和伺服電機在控制性能上的主要區(qū)別。五、計算題（每題10分，共20分）1.某溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s+2)。當(dāng)系統(tǒng)在階躍信號輸入下，求其穩(wěn)態(tài)誤差（設(shè)參考輸入R(s)=1/s）。2.一臺他勵直流電機，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=50A，額定轉(zhuǎn)速Ne=1500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.4Ω。若在電樞兩端施加電壓為150V，求此時電機的電樞電流和轉(zhuǎn)速（忽略電樞反應(yīng)和空載損耗影響，認為電勢系數(shù)KeΦ和轉(zhuǎn)矩系數(shù)KtΦ與電樞電阻Ra無關(guān)）。六、綜合應(yīng)用題（10分）某簡易機械手需要控制一個負載沿垂直方向移動，使用伺服電機通過絲杠傳動。要求：1.簡述該系統(tǒng)中，從指令發(fā)出到負載準確到達目標位置，涉及的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。2.說明在設(shè)計中需要考慮哪些主要的性能指標（如精度、速度、力矩、響應(yīng)時間等）。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.D5.B6.D7.C8.B9.A10.C解析：1.人機交互界面是系統(tǒng)的人機交互部分，而非直接傳感器。2.執(zhí)行機構(gòu)的核心功能是能量轉(zhuǎn)換。3.PLC通常采用RISC架構(gòu)以實現(xiàn)高速循環(huán)掃描。4.比較元件是控制器內(nèi)部實現(xiàn)偏差計算的邏輯部分。5.變頻調(diào)速是交流電機最常用的精確速度控制方法。6.以上方式都可能在PLC通信中用到。7.編碼器是伺服系統(tǒng)最常見的位置/速度反饋元件。8.數(shù)字控制基于邏輯門電路實現(xiàn)。9.模塊化與標準化是機電一體化設(shè)計的重要原則。10.調(diào)速范圍直接反映了系統(tǒng)能否實現(xiàn)無級調(diào)速。二、填空題1.光電式2.氣壓執(zhí)行器3.電平轉(zhuǎn)換4.復(fù)頻域5.恒轉(zhuǎn)矩；恒功率6.晶閘管（SCR）7.串行8.收斂9.系統(tǒng)集成10.結(jié)合三、判斷題1.×（精度需滿足應(yīng)用需求，并非越高越好）2.√3.√4.√5.×（伺服電機需配合伺服驅(qū)動器使用）6.√7.√8.√9.×（數(shù)字控制也可處理模擬信號）10.√四、簡答題1.作用：傳感器是機電控制系統(tǒng)的“感覺器官”，用于檢測被控對象的物理量或工作狀態(tài)，并將非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，供控制器處理。主要性能指標：靈敏度、線性度、測量范圍（量程）、分辨率、重復(fù)性、穩(wěn)定性、響應(yīng)時間、精度等。2.優(yōu)點：編程簡單靈活、通用性強、可靠性高、維護方便、接線和調(diào)試簡化、成本相對較低、易于實現(xiàn)復(fù)雜控制邏輯。3.閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸出會反饋到輸入端，與輸入指令（設(shè)定值）進行比較，產(chǎn)生偏差信號，控制器根據(jù)偏差信號進行調(diào)整，以使輸出盡可能接近指令?；窘M成：控制器、執(zhí)行器、被控對象、測量元件（傳感器）、比較元件。工作原理：指令→比較→控制器→執(zhí)行器→被控對象→測量元件→反饋信號→與指令比較。4.步進電機：輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成嚴格比例，速度由脈沖頻率決定，存在步失步和共振問題，為開環(huán)或半閉環(huán)控制。伺服電機：輸出轉(zhuǎn)角（或速度、位置）能精確跟隨輸入指令，具有高精度、高響應(yīng)速度、高分辨率，通常用于閉環(huán)控制。五、計算題1.解：穩(wěn)態(tài)誤差ess=lim(s->0)s*G(s)*R(s)=lim(s->0)s*(10/(s+2))*(1/s)=10/2=5穩(wěn)態(tài)誤差為5。2.解：他勵直流電機電勢平衡方程：U=Ea+Ia*Ra，其中Ea=KeΦ*ω(ω為角速度)。額定運行時：Ue=KeΦ*Ne+Ie*Ra150=KeΦ*1500+50*0.4KeΦ*1500=150-20=130KeΦ=130/1500=13/150電樞電流Ia'=(150-KeΦ*ω')/Ra=(150-(13/150)*ω')/0.4轉(zhuǎn)速ω'=(150-0.4*Ia')*150/13代入Ia'=(150-(13/150)*(150-0.4*Ia'))/0.4Ia'*(1+0.4*13/150)=150/0.4-(13/150)*(150-0.4*Ia')Ia'*(1+0.34)=375-(13/150)*150+(13/150)*0.4*Ia'Ia'*1.34=375-13+(13/375)*Ia'Ia'*(1.34-13/375)=362Ia'*(505/375-13/375)=362Ia'*(492/375)=362Ia'=362*375/492≈274.6875/492≈0.558A轉(zhuǎn)速ω'=(150-0.4*0.558)*150/13≈(150-0.2232)*150/13≈149.7768*150/13≈22569/13≈1736.08rad/min轉(zhuǎn)速n'=ω'*60/2π≈1736.08*60/(2*3.1416)≈104160.8/6.2832≈1660r/min（注：計算過程中為簡化，部分數(shù)值可能略有取舍，最終結(jié)果以計算器為準）電樞電流約為0.558A，轉(zhuǎn)速約為1660r/min。六、綜合應(yīng)用題1.關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)：指令發(fā)出與處理、位置/速度