2025年大學(xué)自動(dòng)化（運(yùn)動(dòng)控制）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。(總共6題，每題5分，每題的選項(xiàng)中只有一個(gè)正確答案，選出正確答案后填寫(xiě)在題目后面的括號(hào)內(nèi))1.以下哪種控制方式不屬于運(yùn)動(dòng)控制的基本方式？（）A.開(kāi)環(huán)控制B.閉環(huán)控制C.復(fù)合控制D.智能控制2.在直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，改變電樞電壓調(diào)速屬于（）調(diào)速方式。A.恒轉(zhuǎn)矩B.恒功率C.變轉(zhuǎn)矩D.變功率3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角精度主要取決于（）。A.電機(jī)的制造精度B.驅(qū)動(dòng)電源的性能C.負(fù)載的大小D.控制方式4.交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法不包括（）。A.改變電源頻率B.改變磁極對(duì)數(shù)C.改變轉(zhuǎn)差率D.改變電樞電阻5.位置控制系統(tǒng)中，常用的位置檢測(cè)元件不包括（）。A.光柵尺B.光電編碼器C.測(cè)速發(fā)電機(jī)D.旋轉(zhuǎn)變壓器6.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，PID控制器的積分作用主要用于（）。A.消除穩(wěn)態(tài)誤差B.加快響應(yīng)速度C.抑制噪聲干擾D.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性第II卷（非選擇題共70分）填空題（共20分）把答案填在題中橫線上。(總共10空，每空2分)1.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由______、______、______和______組成。2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有______、______和______。3.交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有______、______和______。4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有______和______。5.位置控制系統(tǒng)中，常用的位置控制算法有______和______。簡(jiǎn)答題（共20分）簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。(總共4題，每題5分)1.簡(jiǎn)述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求。2.說(shuō)明直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，基速以下和基速以上分別應(yīng)采用何種調(diào)速方法？為什么？3.交流伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，有哪些優(yōu)點(diǎn)？4.簡(jiǎn)述PID控制器的工作原理。分析題（共15分）閱讀下列材料，回答問(wèn)題。(總共1題，15分)材料：有一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，采用直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，采用PI控制器進(jìn)行速度控制。已知電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定轉(zhuǎn)矩為10N·m，電樞電阻為0.5Ω，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.1kg·m2。系統(tǒng)的給定轉(zhuǎn)速為1200r/min，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為5N·m。問(wèn)題：1.計(jì)算電動(dòng)機(jī)在給定轉(zhuǎn)速下的電磁轉(zhuǎn)矩。2.若PI控制器的比例系數(shù)Kp=10，積分時(shí)間常數(shù)Ti=0.1s，計(jì)算PI控制器的輸出。設(shè)計(jì)題（共15分）根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。(總共1題，15分)設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，要求具有過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)功能。畫(huà)出控制系統(tǒng)的電氣原理圖，并說(shuō)明工作原理。答案1.D2.A3.A4.D5.C6.A填空題答案：1.控制器、功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)裝置2.改變電樞電壓調(diào)速、改變電樞回路電阻調(diào)速、弱磁調(diào)速3.變極調(diào)速、變頻調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速4.單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)5.位置比例控制、位置PID控制簡(jiǎn)答題答案：1.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求包括：調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高、節(jié)能等。2.基速以下采用改變電樞電壓調(diào)速，因?yàn)榇藭r(shí)保持磁通不變，電動(dòng)機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，能滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的要求?；僖陨喜捎萌醮耪{(diào)速，因?yàn)榇藭r(shí)電樞電壓已達(dá)到額定值，只能通過(guò)減弱磁通來(lái)提高轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)為恒功率調(diào)速方式，可滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)恒功率負(fù)載的要求。3.交流伺服電動(dòng)機(jī)與直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)有：無(wú)電刷和換向器，維護(hù)方便；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低等。4.PID控制器的工作原理是：根據(jù)給定值與反饋值的偏差，按比例、積分、微分的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，其輸出用于控制被控對(duì)象，使被控量盡快地跟蹤給定值，消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。分析題答案：1.電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為：$T=C_T\PhiI_a$，其中$C_T$為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，$\Phi$為磁通，$I_a$為電樞電流。先計(jì)算電樞電流：$I_a=\frac{U-E}{R_a}$，$E=C_e\Phin$，$C_e$為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。給定轉(zhuǎn)速$n=1200r/min$，可計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)$E$，進(jìn)而得到電樞電流$I_a$，再計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩$T$。2.首先計(jì)算速度偏差$\Deltan=n^-n$，然后根據(jù)PI控制器公式$u=K_p\Deltan+\frac{K_p}{Ti}\int\Deltandt$計(jì)算輸出。設(shè)計(jì)題答案：電氣原理圖：主電路包括三相電源、斷路器、接觸器、熱繼電器、電動(dòng)機(jī)；控制電路包括