机电控制技术试卷及答案

合集下载

机电控制技术试题一及答案

机电控制技术试题一及答案一、填空题（每题2分，共10分）1.可编程控制器是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物。

2.接触器主要是由电磁机构、触头机构和灭弧装置组成。

3.电气控制系统图一般有三种：电气原理图（电路图）、电气接线图、电器元件布置图。

4.阅读电气原理图的方法有三种：查线读图法、逻辑分析法、过程图示法。

5.实现电动机降压启动的控制线路有：定子串电阻降压启动的控制线路、自耦变压器降压启动的控制线路、星型三角形降压启动的控制线路。

二、简答题（每小题5分，共20分）1.PLC有那些基本编程元件？答：输入继电器，输出继电器，辅助继电器，移位寄存器，特殊功能辅助继电器，定时器，记数器，状态器，等。

（F1系列）或者：输入映像寄存器，输出映像寄存器，变量存储器，内部标志位，特殊标志位，计时器，计数器，模拟量输入寄存器，模拟量输出寄存器，累加器，高速计数器，特殊标志位，等。

（S7 200系列）2．列举可编程控制器可能应用的场合，并说明理由。

答：随着PLC的成本的下降和功能大大增强，在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行业。

因为PLC提供一定类型的硬件，可以与现场的各种信号相连，PLC提供编程软件，用户可以根据自己的工艺编制出自己的程序。

3.STL指令与LD指令有什么区别？请举例说明。

答：STL是步进开始指令。

步进开始指令只能和状态元件配合使用，表示状态元件的常开触点与主母线相连。

然后，在副母线上直接连接线圈或通过触点驱动线圈。

与STL相连的起始触点要使用LD、LDI指令。

LD常开触点逻辑运算起始指令，操作元件X、Y、M、S、T、C程序号为1。

4.什么是低压电器? 常用的低压电器有哪些?答：工作在交流电压1200V 或直流电压1500V 以下的电器属于低压电器(3分); 常用的低压电器有接触器,继电器,空气开关,行程开关,按纽,等等.（2分）三、（三菱FX 系列）梯形图与指令语句表的转换（每小题10分，共20分）。

机电控制技术考试试卷及答案解析

Mechatronic Control SystemsSpring 2013Dr. Bin YaoFINAL EXAMApril 30, 2013INSTRUCTIONS:1.This is a Closed book exam. You are allowed one help sheet of hand-writtensummary.2.Your exams must be stapled.3.Circle your final answers.4.Be neat and clear.PROBLEM 1 (20Points)Consider the following feedback system:where()3()(1)sP ss s+=-.You are required to design a controller to meet the following performance specifications: (P1).Zero steady-state error for ramp type reference input ()r t and constant disturbance ()d t(P2).The resulting closed-loop system should not have excessive transient responses for step reference input ()R s, i.e., your design should avoid either excessive large overshoot or large undershoot in the step responses.To solve this problem, you are required to follow the following procedure:a)Determine the correct controller structure that is needed to meet the performancerequirement P1. To receive full credit, you need to justify your answer as well.b)Determine the suitable desired pole locations of the closed-loop system so that theperformance requirement P2 can be satisfied. Again, to receive full credit, you need to justify your answer as well.c)Determine the unknown controller parameters to meet the above performancerequirements.Solutions:由上面两条定理可以得到结论：1、a). As the plant has an integrator, to satisfy (P1), the controller only needs one integrator, i.e.,()()()(),with order()order()1()CC CCN sC s N sD ssD s=≤+(1) With the controller (1), the closed-loop output is given by()()()()()()223()3()()()()1()3()1()3()C CC C C Cs N s s sD sY s R s d ss s D s s N s s s D s s N s++=+-++-++(2)Y(s)-()R s()d s()C s()P sController PlantThus, for ramp type reference input (i.e., 2()/c R s r s =) and constant disturbance (i.e., ()/d d s A s =), the system output tracking error is()()()()()()()()()()2222()()()1()3() ()()1()3()1()3()1()3() 1()3()C C C C C C C c C dC C E s R s Y s s sD s s sD s R s d s s s D s s N s s s D s s N s s D s r s D s A s s D s s N s =--+=--++-++--+=-++ (3)So as long as the CL system is stable (i.e., the denominator in (3) has all roots in LHP), the condition for applying FVT is satisfied. By FVT, you can easily show that the steady-state error in (3) is zero.PROBLEM 1 (conts)b). As the plant has an unstable pole at 1, to avoid excessive overshoot due to this unstable pole, the CL bandwidth should be higher than the break frequency of this unstable pole, which can be roughly met by imposing the following conditions on dominant CL poles:{}Re 1CL p > (4) As the plant has a stable zero at -3 which tends to increase the overshoot significantly when itis slower comparing to the CL bandwidth, to avoid excessive overshoot, the following condition on dominant CL poles should be imposed normally:{}Re 3CL p < (5) Thus we can place the dominant CL poles around 2 to make a compromise between theconflicting requirements of (4) and (5). Note that as this zero is stable, you can also cancel this zero in the controller design (by placing one CL pole at -3) to remove its effect on the CL response with respect to the reference input as well. In that case, its effect still appears in the CLTF from the disturbance input to the output.c). With a second-order controller of the form (1),22101()()c c c c b s b s b C s s s a ++=+ (6) we have four controller parameters free to choose and the resulting CL system has four poles. Thus we can arbitrarily place all four CL poles with the controller form of (6). For simplicity, let all CL poles at -2, which leads to the following desired CL characteristic polynomial (CLCP):4432()(2)8243216CLd A s s s s s s =+=++++ (7)From (2), the actual CLCP with the controller (6) is()()()()()22121043212112010()1()(3)1333CL c c c c c c c c c c c c A s s s s a b s b s b s s a b s a b b s b b s b =-+++++=+-++-+++++ (8) Comparing (7) and (8), we obtain12111220110018107/36 2.97324217/36633280/98.931616/3 5.3c c c c c c c c c c c c a b a a b b b b b b b b -+===⎧⎧⎪⎪-++===⎪⎪⇒⎨⎨+===⎪⎪⎪⎪===⎩⎩ (9)Thus,268.9 5.3()( 2.97)s s C s s s ++=+ (10)PROBLEM 2 (20 Points)Consider the following two-DOF feedback system:Fig.2.1where1()P s s=and the system has the following characteristics:(C1) The input disturbance ()i d t has significant energy in the frequency band [0, 1] rad/s. (C2) The measurement noise ()n t has significant energy in the frequency band [5, 100]rad/s. (C3) The reference signal ()r t has significant energy in the frequency band [0, 10] rad/s. You are required to synthesize proper controller transfer functions ()F s and ()C s to meet the following specific design goals while taking into account the above system characteristics: (P1) Zero steady-state errors for ramp type output disturbances ()o d t(P2) The response of the closed-loop system for step reference input ()r t has no oscillations. (P3) The closed-loop system should follow the reference signal well in the frequency bandspecified in (C3).To solve this problem, you may want to follow the following procedure:a) Determine the correct structure of feedback controller ()C s that is needed to meet the steady-state performance requirement P1.b) Determine the suitable desired pole locations of the closed-loop system that take into account the system characteristics (C1)-(C3). To receive full credit, you need to justify your answer as well.c) Determine the parameters of the feedback controller ()C s to place the closed-loop poles at the desired locations.d) Determine a suitable filter transfer function ()F s so that (P2) and (P3) are satisfied.Solutions:a). As the plant has an integrator, to satisfy (P1), the controller only needs one integrator, i.e.,()()()(),with order ()order ()1()C C C C N s C s N sD s sD s =≤+ (1)b). (C1) demands that the CL bandwidth should be at least higher than 1 rad/s to have certain attenuation to the input disturbance in the frequency band of [0, 1] rad/s. (C2) implies that the CL bandwidth should not be set too high to amplify the effect of noise in the frequency band of [5, 100] rad/s. Thus a good compromise for the CL bandwidth to meet both requirementsshould be around 2 to 3 rad/s. So assume that we would like to place dominant CL poles at -3 in the following.c). With a first-order controller of the form (C1)10()c c b s b C s s+= (2)there will be two controller parameters free to choose and the resulting CL system will be of order 2. Thus we can arbitrarily place the two CL poles. With 3CLd p =-, the desired CLCP is22()(3)69CLd A s s s s =+=++ (3)The actual CLCP with the controller (2) is210()CL c c A s s b s b =++(4) Comparing (3) and (4), we obtain10669()9c c b s C s b s =⎧+⇒=⎨=⎩ (5) d). With the controller (5), the CLTF from ()R s to ()Y s is()12()69()()3CL Y s s G s R s s +==+ (6)Thus, to be able to track reference signal ()r t in the frequency band of [0, 10] rad/s, a feedforward TF ()F s is needed so that the resulting CLTF from ()R s to ()Y s has abandwidth far more than 10 rad/s. As such, we needs to cancel the slow CL poles at -3 in (6). Furthermore, to avoid overshoot, the stable zero in (6) should be cancelled as well. With all these in mind, we can choose()()()23()1()()691()1CL f f s Y s F s G s s s R s s ττ+=⇒==+++ (7)where 1/100.1f τ<<= is the small time constant of the additional filter needed to make()F s proper.Problem 3 (40 Points)Consider the control of an inertia load such as the rigid ECP emulator introduced in the lectures and the homework. In the presence of disturbance forces such as the Coulomb friction force, the inertia load dynamics can be described by:()[]12010(),41110x y x x u d t x x y y x⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=++==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦=where ()d t represents the disturbance force. Assume that the disturbance force is constant butunknown (i.e., ()d t =unknown constant), and only the output y is measured.a) Design a minimum-order observer to estimate the unmeasured state (i.e., the velocity) and the unknown constant disturbance force. The observer gain should be chosen to place all observer poles at -5.b) Consider the following output feedback control law with disturbance estimate:ˆˆ()u Kxd t r =--+ where ˆ()xt and ˆ()d t represent the plant state and disturbance estimates from part a), and r represents the filtered reference input. Determine the feedback gain K so that allun-cancelled poles of the closed-loop transfer function from the filtered reference inputr to the output, i.e., ()()()CL Y s G s R s =, are at -1. c) Draw the equivalent block diagram of the closed-loop system with the above controller and estimator using transfer functions. To receive full credit, you need to obtain the explicit expressions of all relevant transfer functions.d) Obtain the closed-loop transfer function from the filter reference input r to the output,()()()CL Y s G s R s = and verify that all its un-cancelled poles are at -1 as required. e) Obtain the closed-loop transfer function from the disturbance input ()d t to the output,()()()dCL Y s G s d s =. Use this transfer function to show that constant disturbances will not cause any steady-state error in the output as expected.Solutions:a). 降阶观测器极点配置的方法For constant disturbance ()d t, the augmented system model is[]01004111,0000100a ay y y x d y y u x y d dt d d d y x ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=--+==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦= (1)which is in the standard form for designing minimum-order observer with 2e x y x d d ⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦and[]1111141110,10,,,0,0000e e ee e a A A A b B --⎡⎤⎡⎤⎡⎤======⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦(2) The observer gain matrix 12e e e l L l ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦can then be determined by placing the eigenvalues of112110e ee e e e l A L A l --⎡⎤-=⎢⎥-⎣⎦(3)at -5, i.e.,()()212212211151025e e e e s l s l s l s s s ls ++-⎡⎤=+++=+=++⎢⎥⎣⎦(4) ⇒129,25e e l l ==(5)The minimum-order observer is thus given by[]111111ˆˆ()()()101691ˆ 25022509ˆˆˆ25p ee e e p ee e e e e e e e p e p e p xA L A x A L A L A L a yB L b u x y u xx L y x y =-+-+-+---⎡⎤⎡⎤⎡⎤=++⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎡⎤=+=+⎢⎥⎣⎦(6)b).状态反馈极点配置的求法：根据独立性原则，状态观测器和状态反馈互不影响，也就是K 和L 互不影响The closed-loop poles due to the state feedback gain K are determined by()[]()1212221101041411 14p p ssI A B K sI k k k s k s k s k -⎛⎫⎡⎤⎡⎤⎡⎤--=--= ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥+++--⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎝⎭=++++ (7)Thus, to have the un-cancelled CL poles at -1,()()2221121413,1s k s k s k k ++++=+⇒=-=(8)c). With the minimum-order observer (6), the control law is given by[][][]21ˆˆˆ()31ˆˆ 311ˆ 3111e e e p y u Kx d t r x r x y x r y xr ⎡⎤=--+=---+⎢⎥⎣⎦=-+=--+ (9)Substituting (9) into (6),101691ˆˆ25022501101001ˆ 2502250p p p x x y u x y r --⎡⎤⎡⎤⎡⎤=++⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦--⎡⎤⎡⎤⎡⎤=++⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦(10)Thus,()11101001ˆ()()()2502250010011()()2511225011p X s sI Y s R s s Y s R s s s s -⎛-⎫⎧-⎫⎡⎤⎡⎤⎡⎤=-+⎨⎬ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎝⎭⎩⎭⎧-⎫⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎢⎥-+-+⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎩⎭(11)and the control law (9) in s-domain is given by[]()()()()()22ˆ()31()11()()3252525 31()1()11113116255 ()()1111pU s Y s X s R s s s Y s R s s s s s s s s Y s R s s s s s =--+--⎛⎫⎛⎫=-++- ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭+++=-+++ (12)The equivalent block diagram of the above CL system can then be drawn below ：图中从u+d 到Y 的输出是由原系统中的A 、B 、C 矩阵求出来的！-)(s R ()d s ()()2511s s s ++214s s ++()Y s ()223116255s s s +++or-)(s R ()d s ()225311625s s s +++214s s ++()Y s ()231162511s s s s +++d). From Fig.1, the CLTF from ()R s to ()Y s is()()()()()2224322222()5311625()()3116251246602551151CL Y s s s s G s R s s s s s s s s s s s +++==+++++++==+++ (13)which has all uncancelled poles at -1.e). From Fig.1, the CLTF from ()d s to ()Y s is()()()22()11()()15dCL Y s s s G s d s s s +==++ (14)which has a s in the numerator. As such, (0)0dCL G =, indicating that the constant disturbances will not cause steady-state error.Problem 4 (20 Points)Consider the same second-order system as in Problem 3 but with an input disturbance, i.e.,()[]011()10111x x u d t y x⎡⎤⎡⎤=++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦= where ()d t represents the disturbance force. Assume that the disturbance force is constant butunknown (i.e., ()d t =unknown constant), and only the output y is measured. Design an output feedback controller using the technique of state-estimator with disturbance estimation andcompensation (i.e., ˆˆ()u Kxd t r =--+) to achieve the following performance requirement: a) Stable closed-loop system.b) Zero state-steady error for any constant input disturbance ()d t .c) All the un-cancelled poles of the closed-loop transfer function from the filtered reference input r to the output, i.e., ()()()CL Y s G s R s =, are at -2.d) All other assignable closed-loop poles should be placed at -10.Solutions 1:As shown in Problem 3, the given system is not observable but detectable, and is not controllable but stabilizable.By introducing the coordinate transformation of11221211,,or 11c c x z z x T z T x z z =+⎡⎤==⎢⎥=--⎣⎦(a1)The system matrices in the new coordinate z are[]11101,,20010c c c c A T AT B T B C CT --⎡⎤⎡⎤======⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦(a2) which isolates the uncontrollable and unobservable mode 21λ=- represented by thecoordinate 2z . Though this mode cannot be moved with any state feedback and observable design, it is stable and does not contribute to the overall TF from the input to the output. Thus we can ignore this mode and only consider the controllable and the observable mode in synthesizing the output feedback controller. Thus the given system is reduced to()111()2z z u d t y z =++=(a3)For constant disturbance ()d t , the augmented system model is[]1111,00020a aaa a a B A aC z x x u x d y x ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦= (a4)A full-order observer can then used to estimate the augmented states in (a4). The observer gain matrix []12TL l l =should be chosen such that the eigenvalues of[]112212*********a a l l A LC l l -⎡⎤⎡⎤⎡⎤-=-=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦(a5)are at -10, -10, i.e.,()()212122121212102s l s l s l s l s -+-⎡⎤=+-+=+⎢⎥⎣⎦ (a6)⇒1210.5,50l l == (a7)With the above observer gain, a full-order observer can be constructed as()201110.5ˆˆˆ1000050a a a a a a x A LC x B u Ly x u y -⎡⎤⎡⎤⎡⎤=-++=++⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦(a8) To have the CL poles by the state feedback at -2, from (a3), the state feedback gain z K for 1z should be chosen as （忽略Z1，因为不可观）21)(+=+-=--s K s BpK Ap sI3z K =(a9)With the observer (a8) and the above gain z K in (a9), the following stabilizing output feedback control law can be used:[]1ˆˆˆ()31z a u K z d t r x r =--+=-+ (a10)Solutions 2:For constant disturbance ()d t , the augmented system model is[]1201111011,0000110aaaa a a B A aC x x x x u x x d d y x ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦= (1)As shown in Problem 3, the above system is not observable but detectable, which means thatwe cannot move the unobservable mode 21λ=- with any observable designs but we still can design a stable state observer. So when a full-order observer is used to estimate theaugmented states in (1), we can arbitrarily place the other two observer CL poles while the third one should be at -1. Thus, the observer gain matrix []123TL l l l =should be chosensuch that the eigenvalues of[]11122233301111101110110000a a l l l A LC l l l l l l --⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥-=-=--⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦(3) are at -10, -10, and -1, i.e.,()()()()112222213331111112101s l l l s l s s l l s l s s l l s +-+-⎡⎤⎢⎥⎡⎤-++-=+++-+=++⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦(4) ⇒21321,50l l l +== (5)The fact that there are infinite number of solutions to the observer gains is due to theappearance of unobservable mode. With the observer gains satisfying (5), a stable full-order observer can be constructed as()111111111ˆˆˆ2021112150500050a a a a a a l l l x A LC x B u Ly l l x u l y --⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-++=-+-++-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦(6) where 1l can be any value.Again, as shown in Problem 3, the given system is not controllable but stabilizable with the uncontrollable mode given by 21λ=-. Thus, we cannot use state feedback to move theuncontrollable mode 21λ=-. The state feedback gain K should thus be chosen such that the eigenvalues of()[]()121212212121210111101 1(1)(1)p p s k k sI A B K sI k k k s k s k k s k k s s k k +-⎛⎫⎡⎤⎡⎤⎡⎤--=--= ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥-++⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎝⎭=++++-=+++- (7)at -1 and -2 as required, which leads to123k k +=(8)Again, the non-unique solution to K is due to the appearance of uncontrollable mode.With the observer (6) and the gain K in (8), the following stabilizing output feedback control law can be used:[]22ˆˆˆ()31a u Kx d t r k k x r =--+=--+ (9)where 2k can be any value.。

机电控制技术试卷及答案

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．IGBT4. 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。

机电系统控制试题及答案

机电系统控制试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 机电系统中的执行器通常指的是什么？A. 传感器B. 控制器C. 执行机构D. 反馈装置答案：C2. 伺服系统通常用于实现哪种控制？A. 开环控制B. 闭环控制C. 线性控制D. 非线性控制答案：B3. 下列哪个不是机电系统控制中的常见干扰？A. 温度变化B. 湿度变化C. 重力D. 人为操作答案：C4. 以下哪种传感器不适合用于测量位移？A. 电位计B. 光电传感器C. 霍尔传感器D. 压力传感器答案：D5. 以下哪个不是PID控制器的组成部分？A. 比例（P）B. 积分（I）C. 微分（D）D. 增益（G）答案：D6. 伺服电机的控制方式通常包括哪两种？A. 电压控制和电流控制B. 速度控制和位置控制C. 电流控制和位置控制D. 电压控制和位置控制答案：B7. 以下哪种控制算法不适用于非线性系统？A. 线性控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 滑模控制答案：A8. 在机电系统中，以下哪种类型的传感器通常用于测量力？A. 应变片B. 光电传感器C. 温度传感器D. 压力传感器答案：A9. 以下哪种控制器不能实现自适应控制？A. PID控制器B. 模糊控制器C. 神经网络控制器D. 滑模控制器答案：A10. 以下哪种不是机电系统控制中的常见执行机构？A. 电机B. 气缸C. 电磁阀D. 传感器答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 以下哪些是机电系统控制中常用的传感器类型？A. 位移传感器B. 速度传感器C. 温度传感器D. 压力传感器答案：ABCD2. 以下哪些是机电系统控制中常用的执行器类型？A. 直流电机B. 步进电机C. 伺服电机D. 液压缸答案：ABCD3. 以下哪些是机电系统控制中常用的控制方法？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 自适应控制答案：ABCD4. 以下哪些因素会影响伺服系统的稳定性？A. 控制器参数B. 系统负载C. 电源电压D. 环境温度答案：ABCD5. 以下哪些是机电系统控制中常用的反馈形式？A. 电压反馈B. 电流反馈C. 位置反馈D. 速度反馈答案：CD三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述PID控制器的工作原理。

机电与控制知识试题答案

机电与控制知识试题答案一、选择题1. 电动机的额定功率是指在额定条件下，电动机能够长期连续运行的最大功率。

请问以下哪个选项是电动机额定功率的正确单位？A. 牛顿米B. 焦耳C. 瓦特D. 伏安答案：C2. 在直流电动机中，换向器的作用是什么？A. 改变电流的方向B. 调整电动机的速度C. 限制电流的大小D. 保护电动机免受过载答案：A3. 以下哪种控制方法不属于常见的电机控制策略？A. 变频控制B. 直接启动控制C. 电流限制控制D. 温度补偿控制答案：D4. 在PLC编程中，LD指令表示的是什么操作？A. 装载B. 数据传送C. 逻辑与D. 数据比较答案：C5. 以下哪个传感器不适用于测量电机的转速？A. 霍尔效应传感器B. 光电传感器C. 压力传感器D. 磁电传感器答案：C二、填空题1. 交流电动机的转速与电源频率和极数有关，转速计算公式为：________未给出具体数值，需要根据实际情况填写。

2. 电机的星-三角启动法适用于降低________电动机的启动电流。

3. 在PLC控制系统中，________指令用于停止程序的执行。

4. 电机的绝缘等级表示其能够承受的最高温度，常见的绝缘等级有B 级、F级和H级，其中H级可以承受的温度最高。

5. 闭环控制系统相较于开环控制系统，其优点在于具有________能力，能够对系统误差进行自动校正。

答案：1. 转速 = （60 × 电源频率) / (极对数)2. 星-三角启动法适用于降低鼠笼型电动机的启动电流。

3. 在PLC控制系统中，STOP指令用于停止程序的执行。

4. 电机的绝缘等级表示其能够承受的最高温度，常见的绝缘等级有B 级、F级和H级，其中H级可以承受的最高温度为180℃。

5. 闭环控制系统相较于开环控制系统，其优点在于具有反馈调节能力，能够对系统误差进行自动校正。

三、简答题1. 请简述步进电动机的工作原理及其应用场景。

答：步进电动机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的电动机。

机电控制考试题及答案

机电控制考试题及答案一、选择题1. 机电控制系统中，PLC的全称是什么？A. Programmable Logic ControllerB. Power Line CommunicationC. Personal Learning CenterD. Product Life Cycle答案：A2. 伺服电机与步进电机相比，具有哪些优势？A. 价格更低B. 精度更高C. 体积更小D. 维护更简单答案：B3. 以下哪个不是传感器的类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 光敏传感器D. 电流传感器答案：D（电流传感器是传感器的一种，但题目中未明确指出电流传感器的类型）4. 什么是闭环控制系统？A. 只有一个反馈环节的系统B. 没有反馈环节的系统C. 有多个反馈环节的系统D. 有反馈环节，但反馈信号不参与控制的系统答案：A5. 在机电控制系统中，以下哪个不是执行元件？A. 电机B. 液压缸C. 传感器D. 气动元件答案：C二、简答题1. 简述机电控制系统的基本组成。

答案：机电控制系统通常由传感器、控制器、执行器和反馈环节组成。

传感器用于检测系统状态，控制器根据检测到的信息进行处理并发出指令，执行器根据指令执行相应的动作，而反馈环节则将执行结果反馈给控制器，形成闭环控制。

2. 描述伺服系统和步进系统的工作原理。

答案：伺服系统通过接收控制器的指令信号，控制电机的转速和方向，实现精确的位置控制。

步进系统则通过脉冲信号控制电机的步进角，通过步数的累加实现位置控制，但精度和响应速度通常不如伺服系统。

三、计算题1. 已知一个直流电机的额定功率为1kW，额定电压为220V，求其额定电流。

答案：根据功率公式 P = V * I，可得 I = P / V = 1000W / 220V ≈ 4.55A。

2. 如果一个伺服电机的控制精度为0.01mm，其控制周期为1ms，求该电机在一分钟内能移动的最大距离。

答案：一分钟内伺服电机的控制周期数为 60秒 * 1000ms/秒 = 60000个周期。

机电控制工程考试和答案

机电控制工程考试和答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 机电控制工程中，以下哪个不是控制系统的基本组成部分？A. 传感器B. 执行器C. 被控对象D. 能源供应答案：D2. 在机电控制系统中，以下哪个不是传感器的主要功能？A. 检测B. 转换C. 放大D. 执行答案：D3. 以下哪个不是机电控制系统中的执行器？A. 电机B. 液压缸C. 传感器D. 气缸答案：C4. 以下哪个不是机电控制系统中的控制方式？A. 开环控制B. 闭环控制C. 线性控制D. 非线性控制答案：C5. 在机电控制系统中，以下哪个不是控制系统的性能指标？A. 稳定性B. 响应速度C. 准确性D. 能源消耗答案：D6. 以下哪个不是机电控制系统中常用的控制算法？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 遗传算法答案：D7. 以下哪个不是机电控制系统中的干扰因素？A. 温度变化B. 湿度变化C. 电源波动D. 系统增益答案：D8. 在机电控制系统中，以下哪个不是系统稳定性的判断方法？A. 劳斯-赫尔维茨准则B. 奈奎斯特准则C. 波特图D. 傅里叶变换答案：D9. 以下哪个不是机电控制系统中的传感器类型？A. 电阻式B. 电容式C. 电感式D. 机械式答案：D10. 在机电控制系统中，以下哪个不是执行器的驱动方式？A. 电动B. 气动C. 液动D. 热动答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）11. 机电控制工程中，以下哪些是控制系统的基本组成部分？A. 传感器B. 执行器C. 被控对象D. 控制器答案：ABCD12. 在机电控制系统中，以下哪些是传感器的主要功能？A. 检测B. 转换C. 放大D. 执行答案：ABC13. 以下哪些是机电控制系统中的执行器？A. 电机B. 液压缸C. 传感器D. 气缸答案：ABD14. 以下哪些是机电控制系统中的控制方式？A. 开环控制B. 闭环控制C. 线性控制D. 非线性控制答案：ABD15. 在机电控制系统中，以下哪些是控制系统的性能指标？A. 稳定性B. 响应速度C. 准确性D. 能源消耗答案：ABC三、判断题（每题2分，共20分）16. 机电控制系统中的传感器只能检测物理量，不能转换信号。

机电控制考试题及答案

机电控制考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 机电控制系统中，以下哪个不是执行元件？A. 电机B. 传感器C. 液压缸D. 气缸答案：B2. 在机电控制系统中，以下哪个不是传感器的主要功能？A. 检测B. 转换C. 放大D. 执行答案：D3. 以下哪个不是机电控制系统中的常用传动方式？A. 齿轮传动B. 链条传动C. 皮带传动D. 电子传动答案：D4. 伺服电机的控制方式不包括以下哪一项？A. 开环控制B. 闭环控制C. 半闭环控制D. 无反馈控制答案：D5. PLC编程语言中，以下哪个不是常用的编程语言？A. 梯形图B. 功能块图C. 顺序功能图D. 汇编语言答案：D6. 在机电控制系统中，以下哪个不是常用的传感器类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 速度传感器D. 声音传感器答案：D7. 以下哪个不是机电控制系统中的常用执行元件？A. 电机B. 液压缸C. 气缸D. 变压器答案：D8. 以下哪个不是机电控制系统中的常用控制方式？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 机械控制答案：D9. 在机电控制系统中，以下哪个不是常用的检测元件？A. 编码器B. 传感器C. 显示器D. 继电器答案：C10. 以下哪个不是机电控制系统中的常用接口？A. 串行接口B. 并行接口C. USB接口D. 无线接口答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）11. 以下哪些是机电控制系统中常用的传感器？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 速度传感器D. 声音传感器E. 湿度传感器答案：ABCE12. 以下哪些是机电控制系统中常用的执行元件？A. 电机B. 液压缸C. 气缸D. 变压器E. 电磁阀答案：ABCE13. 以下哪些是机电控制系统中常用的控制方式？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制E. 自适应控制答案：ABCE14. 以下哪些是机电控制系统中常用的编程语言？A. 梯形图B. 功能块图C. 顺序功能图D. 汇编语言E. 结构化文本答案：ABCE15. 以下哪些是机电控制系统中常用的接口？A. 串行接口B. 并行接口C. USB接口E. 以太网接口答案：ABCE三、判断题（每题2分，共20分）16. 机电控制系统中的传感器只能检测物理量，不能进行转换。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

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内。

）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x i(t)=1+t的作用下，输出响应x o(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内阻、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x i(t)=1+t的作用下，输出响应x o(t)=t，试求该系统的开环传递函数和稳态误差。

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

由x i(t)=1+t 得R（s）=(s+1)/s2，由X o(t)=t得X o(t)=1/s2于是Φ（s）= X o(t)/ X i(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e ss=0+1=1。