2025年高职（机电一体化技术）伺服系统应用试题及解析.doc

2025年高职（机电一体化技术）伺服系统应用试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共40分）
1. 以下关于伺服系统的说法，错误的是（ ）(每题4分，共40分，答题要求：请将正确答案的序号填在括号内)
A. 伺服系统是一种自动控制系统
B. 主要用于精确地跟随或复现某个过程
C. 只控制速度，不控制位置
D. 由控制器、功率放大器、执行机构和检测装置等组成
2. 伺服系统中，反馈环节的作用是（ ）
A. 将输入信号与输出信号进行比较
B. 对系统的输出进行调整
C. 提高系统的稳定性和精度
D. 以上都是
3. 下列属于直流伺服电动机优点的是（ ）
A. 调速范围宽
B. 过载能力强
C. 控制简单
D. 以上都是
4. 交流伺服电动机的调速方法主要有（ ）
A. 改变电源频率
B. 改变磁极对数
C. 改变转差率
D. 以上都是
5. 伺服系统的精度主要取决于（ ）
A. 检测装置的精度
B. 控制器的性能
C. 功率放大器的功率
D. 执行机构的速度
6. 伺服系统的动态性能指标不包括（ ）
A. 上升时间
B. 超调量
C. 稳态误差
D. 调整时间
7. 在伺服系统中，PID控制器的作用是（ ）
A. 比例控制
B. 积分控制
C. 微分控制
D. 以上都是
8. 以下哪种传感器不适用于伺服系统的位置检测（ ）
A. 光电编码器
B. 光栅尺
C. 热电偶
D. 旋转变压器
9. 伺服系统的负载特性会影响其（ ）
A. 速度控制精度
B. 位置控制精度
C. 动态响应性能
D. 以上都是
10. 提高伺服系统稳定性的方法有（ ）
A. 增加系统的阻尼
B. 减小系统的增益
C. 优化系统结构
D. 以上都是

第 II 卷（非选择题，共60分）
11. 简答题：简述伺服系统的组成及各部分的作用。(10分，答题要求：简要回答，条理清晰)
12. 论述题：分析交流伺服电动机和直流伺服电动机在性能上的差异及各自的应用场景。(20分，答题要求：详细阐述，逻辑连贯)
13. 计算题：已知某伺服系统的传递函数为G(s)=10/(s²+2s+10)，求该系统的固有频率和阻尼比。(15分，答题要求：写出计算过程和结果)
14. 案例分析题：某机电一体化设备采用伺服系统控制，在运行过程中出现位置偏差过大的问题。请分析可能的原因，并提出相应的解决措施。(材料：该设备使用的是交流伺服电动机，检测装置为光电编码器，控制器采用PID控制算法。)(15分，答题要求：结合材料分析，提出合理建议)
15. 设计题：设计一个简单的伺服系统，用于控制一个直线运动的工作台，要求实现位置精确控制。说明系统的组成部分及工作原理。(材料：可选用直流伺服电动机或交流伺服电动机，检测装置可采用光栅尺或光电编码器，控制器可采用PLC或单片机。)(20分，答题要求：详细设计，包括各部分选型及连接方式)

答案：1.C 2.D 3.D 4.D 5.A 6.C 7.D 8.C 9.D 10.D
11. 伺服系统主要由控制器、功率放大器、执行机构和检测装置等组成。控制器根据输入信号和反馈信号进行运算，产生控制信号；功率放大器将控制信号放大，驱动执行机构；执行机构按照控制信号的要求进行动作，实现被控对象的运动；检测装置检测被控对象 的实际运动状态，并将其反馈给控制器，形成闭环控制，以提高系统的控制精度和稳定性。
12. 交流伺服电动机的优点是结构简单、运行可靠、维护方便、调速范围宽等，适用于大多数工业自动化场合。直流伺服电动机具有调速范围宽、过载能力强、控制精度高等优点，但结构复杂、维护成本高，常用于对调速性能和控制精度要求较高的场合，如数控机床、机器人等。
13. 系统传递函数G(s)=10/(s²+2s+10)，与标准形式G(s)=ωn²/(s²+2ζωn s+ωn²)对比，可得ωn²=10，ωn=√10≈3.16；2ζωn =2，ζ = 2/(2ωn)=2/(2×3.16)≈0.316。
14. 可能原因：光电编码器故障，导致位置检测不准确；PID控制参数设置不合理，影响控制效果；机械传动部件存在间隙或磨损，导致位置偏差。解决措施：检查光电编码器，如有损坏及时更换；调整PID控制参数，优化控制效果；检查机械传动部件，修复间隙或更换磨损部件。
15. 选用交流伺服电动机作为执行机构，光栅尺作为位置检测装置，PLC作为控制器。工作原理：PLC根据输入的位置指令和光栅尺反馈的实际位置信号，通过PID控制算法计算出控制信号，驱动功率放大器，进而控制交流伺服电动机带动工作台运动，实现位置精确控制。