2025年高職（機(jī)電一體化技術(shù)）伺服系統(tǒng)應(yīng)用試題及解析

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題，共40分）1.以下關(guān)于伺服系統(tǒng)的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是（）(每題4分，共40分，答題要求：請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在括號(hào)內(nèi))A.伺服系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)B.主要用于精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程C.只控制速度，不控制位置D.由控制器、功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)裝置等組成2.伺服系統(tǒng)中，反饋環(huán)節(jié)的作用是（）A.將輸入信號(hào)與輸出信號(hào)進(jìn)行比較B.對(duì)系統(tǒng)的輸出進(jìn)行調(diào)整C.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度D.以上都是3.下列屬于直流伺服電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)的是（）A.調(diào)速范圍寬B.過(guò)載能力強(qiáng)C.控制簡(jiǎn)單D.以上都是4.交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法主要有（）A.改變電源頻率B.改變磁極對(duì)數(shù)C.改變轉(zhuǎn)差率D.以上都是5.伺服系統(tǒng)的精度主要取決于（）A.檢測(cè)裝置的精度B.控制器的性能C.功率放大器的功率D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度6.伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不包括（）A.上升時(shí)間B.超調(diào)量C.穩(wěn)態(tài)誤差D.調(diào)整時(shí)間7.在伺服系統(tǒng)中，PID控制器的作用是（）A.比例控制B.積分控制C.微分控制D.以上都是8.以下哪種傳感器不適用于伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)（）A.光電編碼器B.光柵尺C.熱電偶D.旋轉(zhuǎn)變壓器9.伺服系統(tǒng)的負(fù)載特性會(huì)影響其（）A.速度控制精度B.位置控制精度C.動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能D.以上都是10.提高伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有（）A.增加系統(tǒng)的阻尼B.減小系統(tǒng)的增益C.優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)D.以上都是第II卷（非選擇題，共60分）11.簡(jiǎn)答題：簡(jiǎn)述伺服系統(tǒng)的組成及各部分的作用。(10分，答題要求：簡(jiǎn)要回答，條理清晰)12.論述題：分析交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)在性能上的差異及各自的應(yīng)用場(chǎng)景。(20分，答題要求：詳細(xì)闡述，邏輯連貫)13.計(jì)算題：已知某伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s2+2s+10)，求該系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比。(15分，答題要求：寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程和結(jié)果)14.案例分析題：某機(jī)電一體化設(shè)備采用伺服系統(tǒng)控制，在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)位置偏差過(guò)大的問(wèn)題。請(qǐng)分析可能的原因，并提出相應(yīng)的解決措施。(材料：該設(shè)備使用的是交流伺服電動(dòng)機(jī)，檢測(cè)裝置為光電編碼器，控制器采用PID控制算法。)(15分，答題要求：結(jié)合材料分析，提出合理建議)15.設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的伺服系統(tǒng)，用于控制一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，要求實(shí)現(xiàn)位置精確控制。說(shuō)明系統(tǒng)的組成部分及工作原理。(材料：可選用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)，檢測(cè)裝置可采用光柵尺或光電編碼器，控制器可采用PLC或單片機(jī)。)(20分，答題要求：詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括各部分選型及連接方式)答案：1.C2.D3.D4.D5.A6.C7.D8.C9.D10.D11.伺服系統(tǒng)主要由控制器、功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)裝置等組成。控制器根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)；功率放大器將控制信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控制信號(hào)的要求進(jìn)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)裝置檢測(cè)被控對(duì)象的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將其反饋給控制器，形成閉環(huán)控制，以提高系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。12.交流伺服電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、調(diào)速范圍寬等，適用于大多數(shù)工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)合。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速范圍寬、過(guò)載能力強(qiáng)、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)成本高，常用于對(duì)調(diào)速性能和控制精度要求較高的場(chǎng)合，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等。13.系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s)=10/(s2+2s+10)，與標(biāo)準(zhǔn)形式G(s)=ωn2/(s2+2ζωns+ωn2)對(duì)比，可得ωn2=10，ωn=√10≈3.16；2ζωn=2，ζ=2/(2ωn)=2/(2×3.16)≈0.316。14.可能原因：光電編碼器故障，導(dǎo)致位置檢測(cè)不準(zhǔn)確；PID控制參數(shù)設(shè)置不合理，影響控制效果；機(jī)械傳動(dòng)部件存在間隙或磨損，導(dǎo)致位置偏差。解決措施：檢查光電編碼器，如有損壞及時(shí)更換；調(diào)整PID控制參數(shù)，優(yōu)化控制效果；檢查機(jī)械傳動(dòng)部件，修復(fù)間隙或更換磨損部件。15.選用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，光柵尺作為位置檢測(cè)裝置，