2025年大学第一学年（机械电子工程）机电系统控制试题及答案.doc

2025年大学第一学年（机械电子工程）机电系统控制试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）

答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题3分)

1. 机电系统中，能够实现能量转换的关键部件是（ ）
A. 控制器 B. 传感器 C. 执行器 D. 动力源
2. 下列不属于机电系统控制方式的是（ ）
A. 开环控制 B. 闭环控制 C. 半闭环控制 D. 混合控制
3. 对于机电系统的稳定性，以下说法正确的是（ ）
A. 系统稳定时输出会持续振荡 B. 稳定的系统响应速度快
C. 系统稳定意味着能抵抗干扰 D. 不稳定系统无法正常工作
4. 机电系统中常用的传感器，用于测量位移的是（ ）
A. 热电偶 B. 应变片 C. 光栅尺 D. 霍尔元件
5. 比例控制中，比例系数增大时，系统的（ ）
A. 稳定性增强 B. 响应速度变慢 C. 稳态误差增大 D. 响应速度加快
6. 机电系统的动态特性不包括（ ）
A. 响应特性 B. 稳定性 C. 精度 D. 抗干扰能力
7. 在机电系统中，PID控制中的I代表（ ）
A. 比例 B. 积分 C. 微分 D. 增益
8. 能够对机电系统输入信号进行整形和放大的电路是（ ）
A. 滤波电路 B. 放大电路 C. 整形电路 D. 驱动电路
9. 机电系统中，用于控制电机转速的方法是（ ）
A. 改变电源电压 B. 改变电机磁极对数 C. 改变电机绕组电阻 D. 以上都是
10. 机电系统的控制精度主要取决于（ ）
A. 传感器精度 B. 用户操作水平 C. 系统外观设计 D. 执行器功率

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（每题2分，共10分）

1. 机电系统一般由______、______、______、______和______五部分组成。
2. 传感器的静态特性指标包括______、______、______、______和______等。
3. 机电系统的干扰来源主要有______、______、______和______等。
4. 常用的控制算法除了PID控制，还有______、______和______等。
5. 电机的调速方法有______、______、______和______等。

三、简答题（每题10分，共30分）

1. 简述机电系统开环控制和闭环控制的特点及适用场合。
2. 说明传感器在机电系统中的作用。
3. 分析PID控制中比例、积分、微分控制作用的原理及对系统性能的影响。

四、案例分析题（每题15分，共15分）

材料：某机电系统在运行过程中出现了输出不稳定的情况，经检测发现传感器输出信号存在较大波动，控制器参数设置不合理。已知该系统采用PID控制算法，比例系数Kp = 2，积分时间常数Ti = 0.5，微分时间常数Td = 0.1。

问题：分析可能导致系统输出不稳定的原因，并提出改进措施。

五、设计题（共5分）

设计一个简单的机电系统控制方案，要求实现对电机转速的闭环控制，包括传感器、控制器、执行器的选择及控制算法的应用。

答案：
一、1. D 2. D 3. C 4. C 5. D 6. C 7. B 8. B 9. D 10. A
二、1. 控制器、传感器、执行器、动力源、传动机构
2. 精度、重复性、线性度、灵敏度、迟滞
3. 电磁干扰、机械振动、温度变化、电源波动
4. 模糊控制、神经网络控制、滑模控制
5. 调压调速、调磁调速、变频调速、串级调速
三、1. 开环控制特点：结构简单、成本低、响应快，但控制精度低，适用于对控制精度要求不高、干扰较小的场合。闭环控制特点：控制精度高、能自动补偿干扰影响，但结构复杂、成本高、调试困难，适用于对控制精度要求较高的场合。
2. 传感器在机电系统中的作用：检测各种物理量、化学量和生物量等，并将其转换为电信号，为控制器提供输入信号，以便实现对系统的精确控制。
3. 比例控制作用原理：根据偏差大小成比例地输出控制信号，影响系统响应速度，比例系数增大，响应速度加快，但可能导致系统不稳定。积分控制作用原理：对偏差进行积分，消除稳态误差，提高控制精度，但可能使系统响应变慢。微分控制作用原理：根据偏差变化率输出控制信号，改善系统动态性能，抑制超调。
四、可能原因：传感器输出信号波动导致反馈不准确，PID参数设置不合理，比例系数可能过大，积分时间常数可能不合适。改进措施：检查传感器，确保其正常工作并输出稳定信号；调整PID参数，适当减小比例系数，增大积分时间常数，重新调试系统。
五、选择光电编码器作为传感器检测电机转速，控制器选用PLC，执行器为变频器。控制算法采用PID控制。光电编码器将电机转速信号反馈给PLC，PLC根据设定值与反馈值的偏差，通过PID算法调节变频器输出频率，从而实现对电机转速的闭环控制。