《運(yùn)動控制系統(tǒng)》吳貴文習(xí)題參考答案.doc

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1、運(yùn)動控制系統(tǒng)習(xí)題參考答案1-1 簡述運(yùn)動控制系統(tǒng)的類型及其優(yōu)缺點(diǎn)。答：運(yùn)動控制系統(tǒng)主要有三種類型：液壓傳動系統(tǒng)、氣壓傳動系統(tǒng)和電氣傳動系統(tǒng)，它們各自優(yōu)缺點(diǎn)如下：液壓傳動具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）能方便地實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。2）運(yùn)動傳遞平穩(wěn)、均勻。3）易于獲得很大的力和力矩。4）單位功率的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，反映靈敏。5）易于實(shí)現(xiàn)自動化。6）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，工作可靠。7）自動潤滑，元件壽命長。8）液壓元件易于實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、便于設(shè)計(jì)制造和推廣使用。但也有一系列缺點(diǎn)：1）由于液壓傳動的工作介質(zhì)是液壓油，所以無法避免會有泄漏，效率降低，污染環(huán)境。2）溫度對液壓系統(tǒng)的工作性能影響較大

2、。3）傳動效率低。4）空氣的混入會引起工作不良。5）為了防止泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件的制造精度要求高，使成本增加。6）液壓設(shè)備故障原因不易查找。氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是：1）氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便，安裝維護(hù)簡單；壓力等級低，故使用安全。2）工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭，又不花錢。排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。3）輸出力及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易，氣缸工作速度快。4）可靠性高，使用壽命長。5）利用空氣的可壓縮性，可儲存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣；可短時(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動中的高速響應(yīng)；可實(shí)現(xiàn)緩沖，對沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動裝置有自保護(hù)能力。6）全氣動控

3、制具有防火、防爆、耐潮的能力。與液壓方式比較，氣動方式可在高溫場合使用。7）由于空氣流動壓力損失小，壓縮空氣可集中供氣，較遠(yuǎn)距離輸送。氣壓傳動的缺點(diǎn)是：1）由于空氣具有壓縮性，氣缸的動作速度易受負(fù)載的變化影響。2）氣缸在低速運(yùn)動時(shí)，由于摩擦力占推力的比例比較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。3）雖然在許多應(yīng)用場合氣缸的輸出力能滿足工作要求，但其輸出力比液壓缸小。 電氣傳動系統(tǒng)具有控制方便、體積緊湊、噪聲小、節(jié)能、容易實(shí)現(xiàn)自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)，不過其控制線路復(fù)雜，對軟硬件要求較高，維修較困難。1-2 常用的液壓元件有哪些？答：液壓元件主要有液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、方向控制閥、壓力控制閥、

4、流量控制閥及油箱、濾油器、油管、密封裝置等輔助元件。1-3 常用的氣動元件有哪些？答：氣動元件主要有空氣壓縮機(jī)、冷卻器、儲氣罐、壓力閥、流量閥、方向閥、氣缸、氣馬達(dá)、過濾器、干燥器、油霧器、消聲器、分水濾油器以及各種管路附件等。1-4 試寫出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的動力學(xué)方程式。解：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的動力學(xué)方程為（忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩）或?qū)懗?-1 簡述直流調(diào)速方法。答：直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種：改變電樞回路電阻調(diào)速-串電阻調(diào)速、調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速-降壓調(diào)速以及改變勵(lì)磁磁通調(diào)速-弱磁調(diào)速。2-2 調(diào)速性能指標(biāo)有哪些？答：穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)包括調(diào)速范圍和靜差率，動態(tài)性能指標(biāo)包括上升時(shí)間、超調(diào)量、峰值時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、動

5、態(tài)降落、恢復(fù)時(shí)間。2-3 調(diào)速范圍與額定速降和最小靜差率有什么關(guān)系？為什么必須同時(shí)討論才有意義？答：三者的關(guān)系式為對于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，值一定，所以如果對靜差率要求越嚴(yán)，即要求值越小時(shí)，系統(tǒng)允許的調(diào)速范圍也越小。如果要求調(diào)速范圍大，s就會較大。所以討論性能時(shí)這三個(gè)量要同時(shí)考慮。2-4 為什么直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)比晶閘管整流器-電動機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：PWM變換器開關(guān)頻率高，時(shí)間常數(shù)小，系統(tǒng)響應(yīng)快。另外一般的PWM變換器具有制動作用，組成的調(diào)速系統(tǒng)可以在幾個(gè)象限運(yùn)行，在正反轉(zhuǎn)、減速和停車時(shí)具有較好的動態(tài)性能。2-5 在晶閘管整流器-電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而

6、降低？答：負(fù)載增加，電樞電流相應(yīng)增大，在電樞回路電阻上的壓降也增大，電樞兩端電壓就會降低，所以轉(zhuǎn)速會下降，這也可以從機(jī)械特性上明顯看出來。2-6 在直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)電動機(jī)停止不動時(shí)，電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？答：對于不可逆直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)，電動機(jī)停止不動時(shí)，電樞兩端電壓為零，電流也為零。但對于雙極性可逆直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)，電動機(jī)停止不動時(shí)，電樞電壓和電流都是正負(fù)對稱的交變信號，其平均值為零。2-7 步進(jìn)電動機(jī)有哪些控制方式？答：步進(jìn)電動機(jī)有單三拍控制、雙三拍控制和六拍控制等3種控制方式。2-8 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器應(yīng)滿足哪些要求？答：

7、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的各部分負(fù)責(zé)相應(yīng)的任務(wù)，各自應(yīng)滿足以下要求。環(huán)形脈沖分配器要根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)的工作方式把脈沖送給各相繞組；細(xì)分電路的細(xì)分倍數(shù)可以選擇以符合精確的步距角要求；功率放大驅(qū)動電路應(yīng)提供與步進(jìn)電動機(jī)類型規(guī)格及負(fù)載相匹配的定子電流，能輸出足夠的功率和轉(zhuǎn)矩；具有限流、限壓、過熱等保護(hù)功能；足夠高的脈沖響應(yīng)頻率；電動機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)；具備脫機(jī)控制功能；較廣的電源適應(yīng)能力。2-9 某調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速為，最低轉(zhuǎn)速為，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)靜差率是多少？解：調(diào)速范圍為 靜差率為 或2-10 某機(jī)床工作臺采用晶閘管整流器-電動機(jī)調(diào)速系

8、統(tǒng)。已知直流電動機(jī)額定參數(shù)、，電樞回路總電阻，求：（1） 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少？（2） 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為多少？（3） 額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少時(shí)，才能滿足、的要求？解：（1） （2）17=22.17% （3）2-11 試分析有制動電流通路的不可逆PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制動時(shí)，兩個(gè)VT是如何工作的？答：在圖2-14a原理圖中，當(dāng)電動機(jī)在運(yùn)行過程中需要減速或停車時(shí)，則應(yīng)先減小控制電壓，使ub1 的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使Ud0 降低。但由于慣性，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和反電動勢來不及立刻變化，使得Ud0 sm時(shí)，不但電動機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行，隨著轉(zhuǎn)子

9、電流增大還可能造成過熱而損壞電動機(jī)。如果帶風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載運(yùn)行，則工作點(diǎn)為D、E、F，采用變壓調(diào)速可得到較大的調(diào)速范圍。4-8 按基波以下和基波以上分析電壓頻率協(xié)調(diào)的控制方式，畫出：（1） 恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動機(jī)的機(jī)械特性；（2） 基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動機(jī)的機(jī)械特性；（3） 基頻以上恒壓變頻控制時(shí)異步電動機(jī)的機(jī)械特性；（4） 電壓頻率特性曲線U = f（f）。 答：（1）如下圖中固有特性（2）如下圖中基頻以下部分（3）如下圖中基頻以上部分（4）a為無補(bǔ)償時(shí)特性曲線，b為有補(bǔ)償時(shí)特性曲線。4-9 異步電動機(jī)參數(shù)同題4-6，輸出頻率時(shí)，輸出電壓?？紤]低頻補(bǔ)償，若頻率，輸出電壓。（

10、1） 求出基頻以下電壓頻率特性曲線U = f（f）的表達(dá)式，并畫出特性曲線；（2） 當(dāng)f = 5Hz和f = 2Hz時(shí)，比較補(bǔ)償和不補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械特性曲線，以及兩種情況下的臨界轉(zhuǎn)矩Tem。解：（1）Us/V特性曲線如下：220220f /Hz50（2） 當(dāng)f = 5Hz和f = 2Hz時(shí)，如果不補(bǔ)償臨界轉(zhuǎn)矩較小，補(bǔ)償后臨界轉(zhuǎn)矩增大，機(jī)械特性曲線向右擴(kuò)展。f = 5Hz時(shí)，補(bǔ)償前Us = 22V， f = 5Hz時(shí)，補(bǔ)償后Us = 41.8V，則 f = 2Hz時(shí)，補(bǔ)償前Us = 8.8V，f = 2Hz時(shí)，補(bǔ)償后Us = 29.92V，則4-10 若三相電壓分別為、，如何定義三相定子電壓空間矢量、

11、和合成矢量？寫出它們的表達(dá)式。答：電壓空間矢量下圖所示。A、B、C分別表示在空間靜止的電動機(jī)定子三相繞組的軸線，它們在空間互差，三相定子電壓uAO、uBO、uCO分別加在三相繞組上?？梢远x三個(gè)定子電壓空間矢量uAO、uBO、uCO。當(dāng)uAO 0時(shí)，uAO與A軸同向，當(dāng)uAO 0時(shí)，uAO與A軸反向，B、C兩相也一樣。則電壓矢量可表示為 其中，k為待定系數(shù)。三相合成矢量為 4-11 試論述轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律、實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：在s值很小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通不變，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。這就是說，在異步電動機(jī)中控制，就和直流電動機(jī)中控

12、制電樞電流一樣，能夠達(dá)到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的。按恒Eg/1控制時(shí)可保持恒定，要實(shí)現(xiàn)恒控制，必須采用定子電壓補(bǔ)償控制，以抵消定子電阻和漏抗的壓降。實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下圖所示。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的輸出信號是轉(zhuǎn)差頻率給定（相當(dāng)于電磁轉(zhuǎn)矩給定），與實(shí)測轉(zhuǎn)速信號相加，即得定子頻率給定信號，即。由和電流反饋信號從微機(jī)存儲的函數(shù)表格中查得定子電壓給定信號，用和控制PWM逆變器，即可實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有突出優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)差角頻率與實(shí)測轉(zhuǎn)速相加后得到定子角頻率，在調(diào)速過程中，定子角頻率隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。同

13、時(shí)，由于在動態(tài)過程中ASR飽和，系統(tǒng)以對應(yīng)于的最大轉(zhuǎn)矩起、制動，并限制了最大電流，保證了在允許條件下的快速性。轉(zhuǎn)差頻率控制是一個(gè)較好的控制策略，其調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)、動態(tài)性能接近轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。不過，它的性能還不能完全達(dá)到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，其原因如下： （1）轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)是基于異步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的，所謂的“保持磁通恒定”只有在穩(wěn)態(tài)情況下才能做到。在動態(tài)過程中難以保持磁通恒定，這將影響到系統(tǒng)的動態(tài)性能。 （2）電壓頻率特性只控制定子電流的幅值，沒有考慮到電流的相位，而在動態(tài)中相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。 （3）如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾，也會直接給頻率造成誤差，而這些誤

14、差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上。4-12 通用變頻器為什么經(jīng)常要外接一個(gè)制動電阻？ 答：制動電阻R用于吸收電動機(jī)制動時(shí)產(chǎn)生的再生電能，可以縮短大慣量負(fù)載的自由停車時(shí)間，還可以在位能負(fù)載下放時(shí)實(shí)現(xiàn)再生運(yùn)行。變頻器內(nèi)部配有制動電阻，但當(dāng)內(nèi)部制動電阻不能滿足工藝要求時(shí)，還要外部制動電阻。4-13 串級調(diào)速系統(tǒng)的效率比繞線轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的效率要高的原因是什么？答：由于串級調(diào)速系統(tǒng)一部分轉(zhuǎn)差功率可以回饋電網(wǎng)，所以效率比繞線轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速要高。4-14 簡述異步電動機(jī)雙饋調(diào)速的基本原理和異步電動機(jī)雙饋調(diào)速的五種工況。 答：異步電動機(jī)雙饋調(diào)速的基本原理是既可從繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的定子

15、側(cè)輸入或輸出功率，也可以從轉(zhuǎn)子側(cè)輸入或輸出轉(zhuǎn)差功率，因此采用從定、轉(zhuǎn)子同時(shí)饋電的方式進(jìn)行調(diào)速。其五種工況為：次同步速電動狀態(tài)、反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài)、超同步速回饋制動狀態(tài)、超同步速電動狀態(tài)和次同步速回饋制動狀態(tài)。5-1 何謂同步電動機(jī)的失步與起動問題，如何克服解決？答：同步電動機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場拉著轉(zhuǎn)子磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同步電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡。所謂失步是指同步電動機(jī)受到來自電網(wǎng)、負(fù)載和本身的各種擾動破壞了電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能再和定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速保持一致的情況。如果擾動不大，功率角（轉(zhuǎn)矩角）穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)，電動機(jī)本身具備自動調(diào)節(jié)能力；如果擾動過大造

16、成失步，需要專門的保護(hù)裝置。當(dāng)同步電動機(jī)在工頻電源下起動時(shí)，原來轉(zhuǎn)子是靜止的，而定子旋轉(zhuǎn)磁場立即以同步轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)子作相對運(yùn)動。由于轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣性，電動機(jī)轉(zhuǎn)速具有較大的滯后，不能快速跟上同步轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)矩角以為周期變化，電磁轉(zhuǎn)矩呈周期性正負(fù)變化。這樣，作用于轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩平均值為零，不能自行起動，這是同步電動機(jī)的一個(gè)重大缺點(diǎn)。在實(shí)際的同步電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子都有類似異步電動機(jī)的籠型起動繞組，使電動機(jī)按異步電動機(jī)的方式起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)再通入勵(lì)磁電流牽入同步。對三相永磁同步電動機(jī)，通常采用變頻起動的方法，即采取使電動機(jī)電源的頻率從零逐漸增大的辦法來起動。當(dāng)定子電源頻率很低時(shí)，同步轉(zhuǎn)速也很低，這樣，定子

17、旋轉(zhuǎn)磁場就可以“吸住”永磁轉(zhuǎn)子跟著轉(zhuǎn)動。5-2 同步電動機(jī)有哪兩種基本控制方式？其主要區(qū)別在何處？答：從頻率控制的方式來看，同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為兩種： （1）他控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：采用獨(dú)立的變壓變頻器給定子供電，并由專門的晶閘管整流器提供直流給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。 （2）自控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：由PWM變頻器供電，用電動機(jī)軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置傳感器（BQ）提供的信號來控制PWM變頻器的換相時(shí)刻。5-3 分析比較無刷直流電動機(jī)與有刷直流電動機(jī)及其相應(yīng)的調(diào)速系統(tǒng)的相同與不同之處。答：無刷直流電動機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種永磁同步電動機(jī)-磁極位置傳感器-電力電子供電電路-自動控制器的有機(jī)結(jié)合體。它與有刷

18、電動機(jī)的相同點(diǎn)是都采用直流供電，不同之處主要有：（1）無刷直流電動機(jī)沒有電刷和換向器。（2）定子繞組和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不一樣。（3）無刷直流電動機(jī)需要檢測轉(zhuǎn)子位置，其與調(diào)速系統(tǒng)已成有機(jī)整體；而有刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)需要單獨(dú)的調(diào)速器，不需要檢測轉(zhuǎn)子位置。5-4 旋轉(zhuǎn)編碼器有幾種？各有什么特點(diǎn)？答：按照工作原理，旋轉(zhuǎn)編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器以轉(zhuǎn)動時(shí)輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，在停電后，編碼器不能有任何的移動，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會偏移，而且這種偏移

19、的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。也就是說，僅靠這些還不能獲得絕對位置。解決的方法是增加參考點(diǎn)（即起始零點(diǎn)），為此，需在碼盤邊緣光槽內(nèi)圈設(shè)置一個(gè)零位標(biāo)志光槽，對應(yīng)地光欄板上也要增加一條縫隙，在接收器上增加一個(gè)光敏元件，從而得到零位脈沖Z。編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。由于這種方法在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的，因此，在工控程序中就有每次操作要先找參考點(diǎn)，開機(jī)時(shí)要找零等。這樣的方法對有些工控項(xiàng)目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零。絕對式編碼器輸出是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對式編碼器由機(jī)械位置決定每個(gè)編碼的唯一性，它無需記憶，

20、無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。由于其高精度，輸出位數(shù)較多，若仍用并行輸出，則每一位輸出信號必須確保連接良好，對于較復(fù)雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，其多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出。5-5 數(shù)字測速方法有幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：（1）M法測速，在一定的時(shí)間Tc內(nèi)測取旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)M1，用以計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速。低速時(shí)測量精度較差，適合測量較高的轉(zhuǎn)速。（2） T法測速，通過測量旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號的周期來推算電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以又稱周期法。

21、高速時(shí)測量精度較差，適合測量較低的轉(zhuǎn)速。（3） M/T法測速，將M法和T法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，它無論在高速或低速時(shí)都具有較高的分辨能力和檢測精度。5-6 什么是電子齒輪功能？答：電子齒輪是一個(gè)對位置輸入脈沖信號進(jìn)行分頻（或倍頻）的電路，給定信號（脈沖數(shù)）要通過電子齒輪后，才轉(zhuǎn)變?yōu)槲恢弥噶?，目的是通過電子齒輪變比的設(shè)置，使系統(tǒng)滿足用戶對控制分辨率（角度/脈沖）的要求。5-7 三相隱極同步電動機(jī)的參數(shù)為：額定電壓，額定電流，額定頻率，額定功率因數(shù)（超前），定子繞組Y形聯(lián)結(jié)，電動機(jī)極對數(shù)，同步電抗，忽略定子電阻。（1）求該同步電動機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)時(shí)的電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩角、轉(zhuǎn)子磁動勢在定子繞組產(chǎn)生的

22、感應(yīng)電動勢、最大轉(zhuǎn)矩；（2）若電磁轉(zhuǎn)矩為額定值，功率因數(shù)，求電磁功率、定子電流、轉(zhuǎn)矩角、轉(zhuǎn)子磁動勢在定子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、最大轉(zhuǎn)矩。解：（1）額定相電壓 由，可得，。感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)矩角電磁功率 電磁轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 （2）此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為額定值，轉(zhuǎn)速不變，則電磁功率也不變，。因?yàn)楹雎远ㄗ与娮?，所以，得?6-1 全閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)與半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)相比有什么優(yōu)點(diǎn)？答：全閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)將機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)也包括到了位置控制回路中，就使得機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的誤差也可以通過閉環(huán)控制得到減小，因此控制精度比半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)更高。6-2 位置隨動系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？ 答：1）輸出量（被控量）為位移，而不是轉(zhuǎn)速。

23、 2）輸入量是不斷變化的（而不是恒定量），系統(tǒng)主要要求輸出量能按一定精度跟隨輸入量的變化，以跟隨性能為主。而調(diào)速系統(tǒng)主要要求輸出量保持恒定，能抑制負(fù)載擾動對轉(zhuǎn)速的影響，以抗擾性能為主。 3）功率放大器及控制系統(tǒng)都必須是可逆的，使伺服電動機(jī)可以正、反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動，并消除正或負(fù)的位置偏差。而調(diào)速系統(tǒng)可以有不可逆系統(tǒng)。 4）位置隨動系統(tǒng)的外環(huán)為位置環(huán)，而速度環(huán)、電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。6-3 位置隨動系統(tǒng)的性能用哪些指標(biāo)衡量？答：1）穩(wěn)態(tài)位置跟隨誤差。2）定位精度與速度控制范圍。3）最大快移速度。4）伺服剛度。6-4 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電動機(jī)有哪幾種？答：直流伺服電動機(jī)（小慣量和寬調(diào)速）、交流伺服電動機(jī)（異步和永

24、磁同步）、直線電動機(jī)。6-5 數(shù)控插補(bǔ)算法有哪幾類？答：就目前普遍應(yīng)用的算法而言，插補(bǔ)可以分為兩大類：脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。6-6 某伺服系統(tǒng)框圖如圖6-15所示，計(jì)算3種輸入下的系統(tǒng)給定誤差：（1） ；（2） ；（3） 。 圖6-15 習(xí)題6-6圖 解：該伺服系統(tǒng)為I型系統(tǒng)，且開環(huán)增益Kh=500，所以 （1）輸入為階躍信號，系統(tǒng)跟隨誤差為零。（2）輸入為斜坡信號，且v=1/2，則系統(tǒng)跟隨誤差 （3）輸入為拋物線信號，系統(tǒng)跟隨誤差為無窮大。7-1數(shù)字式運(yùn)動控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？畫出控制系統(tǒng)框圖。答：數(shù)字式運(yùn)動控制系統(tǒng)一般采用雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用微機(jī)控制，全數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)脈沖觸發(fā)、轉(zhuǎn)速給

25、定和檢測，并采用數(shù)字PI算法，由軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)框圖如下所示。7-2運(yùn)動控制系統(tǒng)的數(shù)字控制器與模擬控制器比較有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：模擬系統(tǒng)具有物理概念清晰、控制信號流向直觀等優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)入門，但其控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路和所用的器件上，因而電路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件的性能、溫度等因素的影響。以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)（簡稱數(shù)字控制系統(tǒng)）硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響；其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改起來靈活方便。7-3增量式PID控制器與位置式PID控制器各

26、有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：位置式PID控制的輸出與整個(gè)過去的狀態(tài)有關(guān)，用到了誤差的累加值；而增量式PID的輸出只與當(dāng)前拍和前兩拍的誤差有關(guān)，因此位置式PID控制的累積誤差相對更大；增量式PID控制輸出的是控制量增量，并無積分作用，因此該方法適用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶積分部件的對象，如步進(jìn)電機(jī)等，而位置式PID適用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不帶積分部件的對象，如電液伺服閥。由于增量式PID輸出的是控制量增量，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，誤動作影響較小，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身有記憶功能，可仍保持原位，不會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作，而位置式的輸出直接對應(yīng)對象的輸出，因此對系統(tǒng)影響較大。7-4什么是現(xiàn)場總線？常用的現(xiàn)場總線有哪些？答：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)

27、備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。目前流行的主要有FF、Profibus、CAN、LonWorks、WorldFIP等。7-5 Profibus現(xiàn)場總線的主站與主站、主站與從站是以什么方式進(jìn)行通信的？答：Profibus總線存取協(xié)議規(guī)定主站之間的令牌傳遞方式和主站與從站之間的主從方式。令牌程序保證了每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間框內(nèi)得到總線存取權(quán)即令牌，在Profibus中，令牌只在各主站之間通信時(shí)使用。主從方式允許主站在得到總線存取令牌時(shí)可與從站通信，每個(gè)主

28、站均可向從站發(fā)送或索取信息，通過該方法可實(shí)現(xiàn)以下幾種系統(tǒng)配置方式：（1）純主站一從站系統(tǒng)（主一從機(jī)制）、（2）純主站一主站系統(tǒng)（令牌傳遞機(jī)制）、（3）混合系統(tǒng)7-6試總結(jié)運(yùn)動控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展趨勢。答：當(dāng)前運(yùn)動控制器已經(jīng)從以單片機(jī)或微處理器作為核心的運(yùn)動控制器和以專用芯片(ASIC)作為核心處理器的運(yùn)動控制器, 發(fā)展到了基于嵌入式計(jì)算的開放式、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動控制器。基于網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)和嵌入式結(jié)構(gòu)的通用運(yùn)動控制器逐步成為自動化控制領(lǐng)域里的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。運(yùn)動控制網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步向速度更快、抖動更小、容錯(cuò)性更好、傳輸距離更遠(yuǎn)和高可靠性的方向發(fā)展, 以求實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)化控制的情況下仍能進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)劃、高速實(shí)時(shí)多軸插補(bǔ)、誤差補(bǔ)償和更復(fù)雜的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)計(jì)算, 使得運(yùn)動控制精度更高、速度更快、運(yùn)動更加平穩(wěn);并使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加開放, 能根據(jù)用戶的應(yīng)用要求進(jìn)行客制化的重組, 設(shè)計(jì)出個(gè)性化的運(yùn)動控制器。這將是今后運(yùn)動控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的方向。