一、简答题（每题10分，共计30分）
1．机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么？
答：在进行项目的设计和规划时，往往需要对项目的合理性、经济性等品质加以评价；在系统实际运行前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便选择正确、高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的运行水平。采用仿真技术可以省时、省力、省钱地达到上述目的。
2．机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计的哪个阶段？
答：机电一体化系统的仿真模型主要有：物理模型、数学模型和描述模型。当仿真模型是物理模型时，为（全）物理仿真；是数学模型时，称之为数学（计算机）仿真。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型所构成的仿真称为半物理仿真。计算机仿真、半物理仿真、全物理仿真分别应用在分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件——硬件级）实时仿真、系统研制阶段（硬件级）实时仿真阶段。 3．PID控制算法中比例、积分、微分部分各起何作用？
答：P（比例）I（积分）D（微分）调节器是将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。其中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；积分调节能消除净差，改善系统静态特性；微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。此三部分作用配合得当，可使调节过程快速、平稳、准确，收到较好的效果。
二、分析题（第1题15分，第2题30分）
1．系统采样周期的选择时，主要考虑的影响因素主要有哪些
答：应主要考虑以下几方面：从对调节品质的要求来看，应将采样周期取得小些，这样，在按连续系统PID调节选择整定参数时，可得到较好的控制效果；从执行元件的要求来看，有时需要输出信号保持一定的宽度。如：当通过数模转换带动步进电动机时，输出信号通过保持器达到所要求的控制幅度需要一定的时间，在这段时间内，要求计算机的输出值不应变化，因此，采样周期必须大于这一时间；从控制系统随机和抗干扰的性能要求来看，要求采样周期短些；从计算机的工作量和每个调节回路的计算成本来看，一般要求采样周期大些；从计算机的精度来看，过段的采样周期不合适。因此，各方面因素对采样周期的要求各不相同，有时互相矛盾，所以，确定采样周期时须根据具体情况和主要要求作出折中选择。 2．简述下图所示梯形图的工作过程及逻辑关系，图中接线为：开关1（I0.0），开关2（I0.1），开关3（I0.2），红灯（Q0.0），绿灯（Q0.1）。
I0.0 I0.1 Q0.0
I0.2 Q0.0
图 梯形图
（ ）
3s I0.2
T0
T0
Q0.1 （ ）
答：I0.0、I0.1：两个常开触点开关；
I0.2：常闭触点开关；
Q0.0、Q0.1：常开触点继电器； T0：通电延时闭合继电器； 工作过程：
当I0.0、I0.1、I0.2均闭合时，继电器Q0.0带电使红灯亮，当Q0.0闭合后启动定时器
T0继电器延时3s后，闭合。
当I0.2仍然闭合，T0继电器线圈带电，当它闭合绿灯亮。 当I0.2断开时，小灯全灭。
三、综合设计题（每题20分，共计40分）
1. 采用PLC设计二个电磁阀A、B工作的系统
1)按钮x1为A电磁阀打开，按钮x2为A电磁阀关闭(输出y1); 2)按钮x3为B电磁阀打开，按钮x4为B电磁阀关闭(输出y2); 3)只有B电磁阀在工作中，A电磁阀才能工作。 要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。 答：
(1) 梯形图：（２）助记符指令程序： STR X1 OR Y1 AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2
2. 半桥逆变电路的工作原理。
答：半桥逆变电路原理如左图所示，它有两个导电臂，每个导电臂由一个可控元件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的联结点为直流电源的中点。
设电力晶体管Vl和V2 基极信号在一个周期内各有半周正偏和反偏，且二者互补。当负载为感性时，其工作波形如右图所示。输出电压波形u0 为矩形波，其幅值为Um =Ud /2输出电流i0 波形随负载阻抗角而异。设t2 时刻以前V1 导通。t2 时刻给V1关断信号，给V2 导通信号，但感性负载中的电流i0 不能立刻改变方向，于是VD2 导通续流。当t3时刻i0 降至零时VD2 截止，V2 导通，i0 开始反向。同样，在t4 时刻给V2 关断信号，给V1 导通信号后，V2 关断，VD1 先导通续流，t5 时刻V1 才导通。
当V1 或 V2 导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量；而当VD1 或 VD2导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，既负载将其吸收的无功能量反馈回直流侧。反馈回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容起到缓冲这种无功能量的作用。二极管VD1 、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，同时起到使负载电流连续的作用，VD1 、VD2被称为反馈二极管或续流二极管。
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