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第 1 页第 2 页第 3 页第 4 页2012年4月机电一体化系统设计一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)1．用于承载、传递力和运动的模块是【A】A．机械受控模块B．驱动模块C．接口模块D．微计算机模块2．导轨副用于引导运动部件的走向，某配对导轨面具有相同记性装置，利用同型相斥原理使两导轨面脱离接触，该导轨属于【D】A．滑动导轨B．液体静压导轨C．气浮导轨D．磁浮导轨3．滚珠丝杠螺母副一般采取消除间隙和适当预紧的措施，主要方法有四种，其中最简单、尺寸最紧凑，且价格低廉的调整方法是【D】A．双螺母齿差式B．双螺母螺纹式C．双螺母垫片式D．单螺母变位导程自预紧式4．能消除零位输出和偶此非线性项，抵消共模误差，减少非线性，这种传感器性能改善措施是【B】A．平均技术B．差动技术C．开环技术D．闭环技术5．下列措施中能够减小直流伺服电动机机电时间常数的是【C】A．增加等效转动惯量B．增加电枢回路电阻C．附加速度负反馈D．减小电动机转矩系数分析：机电时间常数Tm=（Ra*J）/（Kt*Ke）。
与机电时间常数Tm正比的是等效转动惯量J和电枢回路电阻Ra，因此增加它们不行，与Tm反比是电动机转矩系数Kt和电动机反电动势系数Ke。
因此只有C正确。
6．在小功率的PWM伺服放大器中，主回路经常使用的VDMOS代替IGBT，其中VDMOS的含义是【A】A．功率场效应管B．功率晶体管C．绝缘栅晶体管D．静电感应晶体管分析：书上没找到有关描述。
不过MOS管是场效应管，因此只有A合适。
上网查了一下，正确。
第 5 页7．PID控制器中，I的含义是【B】A．比例B．积分C．微分D．前馈8．在具有位置换的全闭环交流伺服系统中，取自伺服电动机轴上编码器的反馈通道构成【B】A．位置环B．速度环C．电流环D．转矩环分析：“全闭环”是关键。
在书上235页，容易忽略。
9．满足中等性能要求的西门子S7系列模块化小型的PLC是【C】A．SIMATIC S7--200PLC B．SIMATIC NET C．SIMATIC S7--300PLCD．SIMATIC S7--400PLC10．设计梯形图时，串联一个动断触点0.00对应的助记符语句是【D】A．LD 0.00 B．LD NOT 0.00 C．AND 0.00 D．AND NOT 0.00分析：“动断触点”是关键语，就是常闭触点，动作以后才断开。
2326.2 信号采样与保持采样器与保持器是离散系统的两个基本环节，为了定量研究离散系统，必须用数学方法对信号的采样过程和保持过程加以描述。
6.2.1 信号采样1. 采样信号的数学表示一个理想采样器可以看成是一个载波为理想单位脉冲序列)(t T δ的幅值调制器，即理想采样器的输出信号)(*t e ，是连续输入信号)(t e 调制在载波)(t T δ上的结果，如图6-6所示。
图6-6 信号的采样用数学表达式描述上述调制过程，则有)()()(*t t e t e T δ=（6-1） 理想单位脉冲序列)(t T δ可以表示为∑∞=-=)()(n T nT t t δδ (6-2)其中)(nT t -δ是出现在时刻nT t =，强度为1的单位脉冲，故式(6-1)可以写为∑∞=-=0*)()()(n nT t t e t e δ由于)(t e 的数值仅在采样瞬时才有意义，同时，假设00)(<∀=t t e所以)(*t e 又可表示为*()()()n e t e nT t nT δ∞==-∑（6-3）2332. 采样信号的拉氏变换对采样信号)(*t e 进行拉氏变换，可得)]([)(])()([)]([)(0**nT t L nT e nT t nT e L t e L s E n n -=-==∑∑∞=∞=δδ (6-4)根据拉氏变换的位移定理，有nTsstnTsedt et enT t L -∞--==-⎰)()]([δδ所以，采样信号的拉氏变换∑∞=-=*)()(n nTsenT e s E (6-5)3. 连续信号与采样信号频谱的关系由于采样信号只包括连续信号采样点上的信息，所以采样信号的频谱与连续信号的频谱相比，要发生变化。
式(6-2)表明，理想单位脉冲序列)(t T δ是周期函数，可以展开为傅氏级数的形式，即∑+∞-∞==n tjn nT s ect ωδ)((6-6)式中，T s /2πω=，为采样角频率；n c 是傅氏系数，其值为/2/21()s T jn tn T T c t edt Tωδ--=⎰由于在]2,2[T T -区间中，)(t T δ仅在0=t 时有值，且1|0==-t tjn seω，所以 0011()n c t dt TTδ+-==⎰（6-7）将式(6-7)代入式(6-6)，得∑+∞-∞==n tjn T s eTt ωδ1)( （6-8）再把式(6-8)代入式(6-1)，有∑+∞-∞==n tjn s et e Tt e ω)(1)(*（6-9）上式两边取拉氏变换，由拉氏变换的复数位移定理，得到234∑+∞-∞=+=n s jn s E Ts E )(1)(*ω (6-10)令ωj s =，得到采样信号)(*t e 的傅氏变换∑+∞-∞=+=n sn j E Tj E )]([1)(*ωωω （6-11)其中，)(ωj E 为非周期连续信号)(t e 的傅氏变换，即⎰+∞∞--=dt et e j E j ωω)()( （6-12）它的频谱)(ωj E 是频域中的非周期连续信号，如图6-7所示，其中h ω为频谱)(ωj E 中的最大角频率。
采样过程采样周期的选取与保持器特性1、理想脉冲采样首先介绍一种虚拟的采样器：理想脉冲采样器（也叫脉冲采样器）。
其输入输出关系如下图：该采样器的输入是连续信号（设为)t (x ），输出是一个理想脉冲序列（记作x *(t)），采样周期为T ，每个脉冲的强度等于连续信号在对应时刻的值。
比如，在时刻kT t =，脉冲等于 )kT t ()kT (x -δ。
这样，采样信号x *(t)可以表示为：x *(t)=∑∞=-δ0k )kT t ()kT (x （假设0t <时0)t (x =）—— (1)如果定义单位脉冲序列函数∑∞=-δ=δ0k T )kT t ()t (则采样输出就等于输入信号)t (x 与)t (T δ的乘积。
因此，脉冲采样器可以看作是一个调制器，如下图，其输入调制信号为)t (x ，载波信号是)t (T δ，输出为脉冲采样信号x *(t)。
注意，这里的脉冲采样器是为了数学描述的方便而虚构的，在现实世界中是不存在的。
对（1）式取 Laplace 变换：如果我们定义 z e Ts = 或者 z ln s 1=则有 ∑∞=-=*=0k k z ln s z )kT (x )s (X T 1 ——（2） 该式右边就是)t (x 的z 变换式，即)z (X )]t (x [Z z )kT (x )z ln (X )s (X 0k k T 1z ln s 1====∑∞=-*=*思考题：以上的理想脉冲采样过程是虚拟的，实际采样控制中的采样过程与此有何异同。
2、保持器的数学描述关于保持器，通常的说法是：在采样控制系统中，保持器是将离散的采样信号转换为连续信号的装置。
这样的解释是非常直观和粗略的。
目前我们关于保持器的认识应该是基于这样一个事实：我们将连续的信号离散化后，如果能够由这个离散信号再次完全地恢复原来的连续信号，那么离散化不会给系统带来任何问题。
在采样器后边添加保持器的目的就是恢复采样前的连续信号。
采样保持器的原理
采样保持器（Sample and Hold）也称为采样保持电路，是一种电子电路，用于将输入信号在一段时间内保持不变。
其主要原理是通过一个开关和一个电容器来实现。
工作原理如下：
1. 当开关打开时，输入信号通过开关进入电容器，电容器开始充电，此时输入信号的值被记录在电容器上；
2. 开关关闭后，电容器接触到输入信号的那一刻开始被隔离，电容器不再接受新的输入信号；
3. 电容器通过它的电压维持输出信号的稳定性，输出信号保持与记录时刻的输入信号相同；
4. 采样保持器在下一个采样周期之前，再次打开开关，将最新的输入信号记录到电容器上。
采样保持器的原理是利用电容器的特性，通过在一段时间内记录输入信号的值，然后将其保持不变以供后续使用。
通过控制开关的打开和关闭，可以实现周期性的采样和保持操作，从而达到稳定输出信号的目的。
有错的地方帮忙改下1. 简述采样定理的基本内容。
答：采样定理: 如果连续信号)(t f 具有有限频谱，其最高频率为max ω,则对)(t f 进行周期采样且采样角频率s max 2ωω≥时，连续信号)(t f 可以由采样信号)(*t f 唯一确定，亦即可以从)(*t f 无失真地恢复)(t f 。
2. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？答：线性离散控制系统稳定的充要条件是： 闭环系统特征方程的所有根的模｜z i ｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z 平面的单位圆内。
3. 写出增量型PID 的差分控制算式。
答：增量型PID 控制算式可以写为D 1P 112I [(2)]i i i i i i i i T Tu u K e e e e e e T T----=+-++-+ 4. 如何消除比例和微分饱和现象？答：“积分补偿法”。
其中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。
这样，动态过程也得到了加速。
即，一旦u ∆超限，则多余的未执行的控制增量将存储在累加器中；当控制量脱离了饱和区，则累加器中的量将全部或部分地加到计算出的控制增量上，以补充由于限制而未能执行的控制。
5. 何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。
6. 简述计算机网络的功能及特点。
答：(1)数据信息的快速传输和处理，以实现实时管理和实时监控。
(2) 可共享计算机系统资源。
(3) 提高了计算机的可靠性。
(4) 能均衡负载、互相协作。
(5) 能进行分布处理。
在计算机网络中，可根据具体要求选择网内最合适的资源来处理。
(6) 计算机网络的智能化，提高了网络的性能和综合的多功能服务，并能更加合理地进行应用，以提高综合信息服务的水平。
7. 干扰的作用途径是什么？答：无论是内部干扰还是外部干扰，都是从以下几个途径作用于系统的。
