机电一体化.docx

山东科技大学20122013学年第一学期机电系统分析与设计考试试卷班级硕研12-7班姓名学号题号二三总得分评卷人审核人得分一、电子学根底（共30分）+ VCCI.下列图所示电路，GHG2均为TTL与非门，输出高电平V=3.6V,输出低电平=O.3V,最大允许拉电流加二400"A,最大允许灌电流心=IOmA,三极管工作在开关状态，导通时V=0.7V,饱和时Vces=03V,6=40,发光二极管导通压降%=0.7V,正常发光时5”2A7d10eA,试问：1 ）Gl>G2工作在什么状态，发光二极管可能发光？（5分）2）三极管的集电极电阻用取值范围是多少？（5分）3）假设用=400C,那么基极电阻R>取值范围有多大？（5分）解:有题意可知，D假设二极管能发光Gl输出高电平，G2输出输低电平时，晶休管导通发光。2）三极管发光时电流为5MaID10mA.可知370<RC7403）晶体管饱和时集电极饱和电流近似为SyEMIC红铲A=925X1O%基极电流为I%='=9.25×IO3×-A=231.25A.40由心泮得Rb>晶Xio'QF25kQ2 .计算输出电压VO与输入电压VlV2之间的关系(15分)解：有图分析可知各路电阻值相等，因此流经电流也相同所以由电流相等可得2Rz+RRI即ViV2=¾i(Vl-V2)RI又因Vo=51(Vxi-Vx2)«3所以v°=fp(VN2)二、控制器设计每题20分，共40分1.如下图为直流伺服电动机传动系统，各参数表示的意义如下:电机的转动角度；J：等效到电机轴上的转动惯量;K,:电机的转矩常数；R：电枢回路电阻；Kbi电机的反电势常数；rw：电机生成的转矩；D：电机内部的粘性摩擦系数;i：电枢回路电流；以：电机的反电势；v, ：电机的输入电压求解下列图所示直流伺服电动机的传递函数G(三)=焉(s)L(s)0(20分)解：有题意可知，回路方程iR+Vb=Vm=Kh'得iR+Kbm=Vm(l);由动力学方程Jm+Dni=Tm,Tm=Ktl,得J"m=Kti-Dm(2)；联立12le,m4pmR+Kh.,=Vm,Kt;即JR"m+DR+KbKt)m=KtVrn由拉氏变换得G(s)=翟4=_KT-OVm(s)fRl2+(DR+f+Kt)2.采用下列图所示控制器对直流伺服电动机进行位置控制，其中G(三)为上题所求的直流伺服电动机的传递函数，试求控制系统的闭环传递函数G(三)=/(三)/夕!(三),并把这个传递函数表示成标准二阶系统的传递函数：凡=成而+2匏s+硝,求实现指定的力和3时的KP和K-(20小解：由题得dVra(s)=m(s)-m(s)Kp-KDSm(s),¾n(s)G(s)=m(s);d由上面两式可得8m(s)-m(s)-KDsm(s)G(s)=m(s),d,即KPm(s)G(s)=KpG(s)+KdsG(三)+1m(s),KPGa)故Ga=端=词而正即将G（三）=E而酝手带入得KpKf小（尔电F*z窄'2s220>n三+<,由哈。DR+KLt+DKT=JRnDR、nUJR<4,2jR<-DR-KbKlKP=-3-,RD-一。rKtKf三、传感器、执行器每题15分，共30分1、如下图为一路灯到黄昏自动点亮的电路，其中CdS为光敏电阻。设有光照射时,CdS的电阻值为0。，没有光照射时，CdS的电阻值为30kQ,A为运算放大器，设运算放大器的正向饱和电压为+12V,负向饱和电压为-12V。（1）求有光照射情况下（白天）和无光照射情况下（黄昏），Ui的大小。（3分）（2）图中运算放大器接成滞回电压比拟器（施密特触发器），分析它的工作原理。（5分）（3）分析整个装置的工作原理。（5分）（4）二极管D起什么作用？（2分）解：当有光照时，Reh.=Ofl,即UlI=（12X10）V=4V；当无光照时，Rehe=30k,即=(12-如Z4)V=-4Vo(2)工作原理：运算放大器的输出端接到同相输入端，从而起到正反应作用，当反向输入电压大于同相输入电压时，到达负饱和；当同相输入电压大于反向输入电压，出现正向饱和。(3)当有光照时，Ui>0V,输出UOVOV,此时晶体管T不导通，KA无工作而处于断开状态，灯不亮；在有光时UiVOV,输出U0>0V,晶体管T导通，线圈通电，等亮。(4)作用是：续流保护，防止断电瞬时被击穿。2.如下图一高输入电阻的桥式放大电路如下列图所示,试写出=/(b)的表达式(=RR).(15分)解：由图分析可知%=级。三-=Vl-i1R1=Vel-R1¾，Uh%R=YolR(1÷S)÷K2+,n=V>D=¾Vj-MRa-(B1÷)(2+J,因为1+U,所以V"一R，毓=Ul，即上吟5=屋，整理得Vo=V直(捻一»。