運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021.12

《運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021.12》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021.12（26頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021.12 運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案 第一章 1.運動控制劃分為兩大類： (1)位置變化問題其特征是被控對象空間位置發(fā)生改變，我們稱之為第一類運動控制問題。 (2)周期式旋轉(zhuǎn)速度變化問題由于某一類物理量〔如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)矩等〕而迫使電機轉(zhuǎn)速隨負載的變化而變化，以知足溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)矩等恒定的目的。我們把這類運動控制問題稱為第二類運動控制問題。 2.第一類運動控制問題 1〕一維運動一維運動形式分為兩類：一是直線運動，二是旋轉(zhuǎn)運動；此外，還能夠是兩類基本運動的復(fù)合。 2〕二維運動把兩個一維直線運動平臺相互垂直搭接在一起，就組成了一個二維運動平臺。分為質(zhì)

2、點運動，復(fù)合運動，輪廓運動 3〕三維運動第一類為空間點對點的移動，能夠是直線移動，可以以是旋轉(zhuǎn)運動；第二類為復(fù)合移動，是在三個運動軸根據(jù)一定的復(fù)合比例所做的運動；第三類為空間輪廓線運動 3.運動控制系統(tǒng)的軸 1)運動軸 通常，我們把一個定義在直線段上移動的物體或者根據(jù)預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的物體定義為運動軸。軸一般分為兩類：線性軸和旋轉(zhuǎn)軸。 2)線性軸 線性軸的定義為：只要初始位置和結(jié)束位置，而且軸的當(dāng)前實際位置一定是在其初始位與結(jié)束位之間。 3)旋轉(zhuǎn)軸 一個周期式的旋轉(zhuǎn)軸做圓周運動，其起始點是0°，完成一個循環(huán)之后，又重新回到0°。這種情況也稱為模軸。 4.運動控制系統(tǒng)有

3、下面部分構(gòu)成：運動控制器、驅(qū)動執(zhí)行器、運動反應(yīng)單元等。 運動控制器主要由三大要素構(gòu)成：軌跡生成器、插補器與控制回路。 5.運動控制系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng)是一個控制某些機器位置、速度、力或者壓力的系統(tǒng)。例如，一套基于運動控制系統(tǒng)的電氣機械系統(tǒng)是由運動控制器〔系統(tǒng)的大腦〕、驅(qū)動器〔接收來自運動控制器的弱電指令信號，并且把相關(guān)指令信號變換成高電壓/大電流的功率信號〕、電機〔其作用是把電能轉(zhuǎn)換為機械能〕、反應(yīng)裝置〔其作用是把受控信號反應(yīng)到運動控制器，運動控制器根據(jù)設(shè)定與反應(yīng)信號給出需要做出的調(diào)節(jié)量，直到系統(tǒng)到達期望的結(jié)果為止。 運動控制： 運動控制器：運動控制器就是根據(jù)期望的途徑或者軌跡，計算并且

4、產(chǎn)生輸出命令，控制驅(qū)動放大器驅(qū)動執(zhí)行器，進而完成相應(yīng)的任務(wù)。運動控制器的復(fù)雜性是根據(jù)任務(wù)的復(fù)雜性而變化的，就伺服電機控制而言，典型的運動控制器通常由三個部分組成：軌跡生成器、插補器及控制回路。 軌跡生成器：軌跡生成器根據(jù)所希望的目的位、最大速度、加速度、減加速度及抖動計算移動途徑的各個段設(shè)置特征點，并確定移動的三個主要階段——加速度階段、恒速度階段和減加速度階段花費了多少時間。插補器：根據(jù)由軌跡生成器生成的設(shè)置特征點準確地計算出其空間位置。插補器的結(jié)果送給控制回路。 控制回路：根據(jù)所期望位置/速度與實際位置/速度之間的偏差，計算出誤差信號。步序發(fā)生器：根據(jù)所期望的運動途徑準確地產(chǎn)生數(shù)字步序

5、指令脈沖。 第二章 1.什么是插補？常用的插補算法有哪兩種？答：插補是在一條已知起點和終點的曲線上進行數(shù)據(jù)點的密化。通常采用的形式有一次插補、二次插補或三次插補。 插補算法有：直線插補、圓弧插補、拋物線插補、樣條插補、基準脈沖插補和數(shù)據(jù)采樣插補。常用的插補算法有直線插補和圓弧插補。 2.點位控制、直線控制和輪廓控制各有什么特點？點位控制：點位控制是實現(xiàn)從一個位置到另一個位置的準確控制。這種控制形式運動需求描繪簡單，控制容易。負載速度從零開場，加速到設(shè)定速度，穩(wěn)定運行，然后減速至停止，起動加速和停止減速都是平滑的。直線控制：直線控制是不僅要實現(xiàn)一個位置到另一個位置的準確移動和定位，而且能

6、實現(xiàn)平行于坐標軸的直線運動或控制兩個坐標軸實現(xiàn)斜線運動。 輪廓控制：輪廓控制不僅能實現(xiàn)從起點到終點的運動，而且能控制每一點的速度和位移量，強調(diào)走過的詳細位置及精度。 3.已知啟動點是10，結(jié)束點是110，max10/sω=，2max20/sα=，求梯形曲線各特征點 時間。 解：梯形曲線如下列圖所示： maxmax/10/200.5saccdecttωα==== 11010100endstartθθθ=-=-=maxmaxmax1000.52100.59.5221020.59.50.510.5accdectotalaccdectttstttts θω= --=-?=-==++

7、=++= 4．已知加速時間和減速時間各為0.5s，最大速度時間為7.5s，ωmax=10/s°,αmax=220/s°，求啟動點和結(jié)束點？ 5．已知θstart=20°，θend=24°，ωmax=10/s°，αmax=220/s°，求出梯形曲線的特征點？答：maxmax/tαω==decacct=10/20=0.5send24204startθθθ=-=-= stttdecacc1.02/2//maxmax-=--=ωθ 由于時間不可能是負值，因而改變的是加速和減速時間 2 max122 acctθ α=，)/(tmaxαθ=acc=0.447smaxt=—0.347s 可

8、見，速度不可能到達最大值，梯形曲線變化為三角形曲線。 7．已知起點坐標為(2,3)A，終點坐標為(9,6)B，請使用逐點比擬法，計算插補經(jīng)過，寫出流程表。 答：步數(shù)=7+3=10,Xe=9,Ye=6 13．運動控制器的硬件組成方式有哪幾種？ 答：有6種，包括基于微處理器MCU的技術(shù)，基于專用集成電路的技術(shù)，基于PC的技術(shù)，基于DSP的技術(shù)，基于可編程邏輯控制器的技術(shù)，基于多核處理器的技術(shù)。 14．基于MCU的運動控制器的特點是什么？ 答：以8位或16位的MCU單片機技術(shù)為核心，再配以存儲器電路，編碼器信號處理電路及D/A、A/D電路，這類電路整體方案比擬簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)一些簡單的

9、控制算法，具有一定的靈敏性，能提供簡單的人機界面管理。基于MCU技術(shù)的運動控制器主要目的對象還是簡易型運動控制對象。 15．基于PC的運動控制器的特點是什么？ 答：PC系統(tǒng)的硬件體系構(gòu)造具有開放性，模塊化，可嵌入的特點，為廣大用戶通過開發(fā)應(yīng)用軟件給數(shù)控系統(tǒng)追加功能和實現(xiàn)功能個性化提供了保證。PC的運動控制器的缺點是與專用運動控制系統(tǒng)相比實時性差，可靠性也不如專用運動系統(tǒng)高，對實際編程者的水平要求較高，尤其要利用PC進行高性能運動控制算法開發(fā)。PC的運動控制系統(tǒng)合適中高檔，多用處的運動系統(tǒng)對象。 16．基于DSP的運動控制器的特點是什么？ 答：DSP芯片擁有高速運算能力，它使復(fù)雜算法的實

10、時性得到有效保證。 17．運動控制器的軟件架構(gòu)是什么？ 答：運動控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)體系，其四大部分為主監(jiān)視進程、人機交互進程、運動控制進程和運動驅(qū)動進程。 第三章 1．執(zhí)行器的作用是什么？ 答：運動控制系統(tǒng)詳細完成運動的基本元件。 2．執(zhí)行器的分類有哪些？各自的特點是什么？ 答：1〕根據(jù)動力來源分：電動執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器和新型微機電執(zhí)行器。 2〕根據(jù)運動部件構(gòu)造特征分：缸類執(zhí)行器、馬達類執(zhí)行器。 3〕根據(jù)運動軌跡特征分：直線型執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)型執(zhí)行器〔位移式、周期式、往復(fù)式〕4〕新型執(zhí)行器：壓電執(zhí)行器、記憶合金執(zhí)行器、電致聚合分子執(zhí)行器等。 3．缸類執(zhí)行器的運動特點是

11、什么？ 答：實現(xiàn)直線往復(fù)運動或擺動。 4．馬達類執(zhí)行器的特點是什么？ 答：實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動。 5．新型執(zhí)行器有哪些類型？ 答：根據(jù)新型執(zhí)行器的主要驅(qū)動方式及其對應(yīng)材料分，有電力型執(zhí)行器〔靜電/壓電/電致伸縮/凝膠/電流變體〕、磁力型執(zhí)行器〔磁力/磁致伸縮〕、熱力型執(zhí)行器〔SMA/雙金屬/熱氣動〕、光能型執(zhí)行器和化學(xué)型執(zhí)行器等；根據(jù)驅(qū)動材料與驅(qū)動構(gòu)造的關(guān)系分，有機械微構(gòu)造型和可變形微構(gòu)造型。 6．執(zhí)行器的設(shè)計原則是什么？執(zhí)行器的設(shè)計步驟是什么？ 執(zhí)行器的設(shè)計原則是：在系統(tǒng)運動功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計出構(gòu)造簡單的執(zhí)行器。 經(jīng)典的執(zhí)行器設(shè)計步驟為：①選擇機械傳動連接形式，確定轉(zhuǎn)動慣量；

12、②確定運動方程式和運動軌跡曲線；③計算選擇適宜的電機和驅(qū)動功率單元〔驅(qū)動器〕。 第四章 1．不可逆PWM直流調(diào)速控制器主電路的特點是什么？試利用時序圖進行分析。 答：簡單的不可逆PWM變換器的主電路原理圖如下列圖所示。該電路采用全控式電子晶體管，開關(guān)頻率可達20kHz甚至更高，電源電壓Us一般由不可控整流電源提供，采用大電容器C濾波，二極管VD在晶體管VT關(guān)斷時釋放電感儲能為電樞回路續(xù)流。下面分析其運行特點。 當(dāng)前位置：文檔視界運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021.12 運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021.12 當(dāng)前位置：文檔視界運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021.12 運動控制系統(tǒng)習(xí)題答案2021

13、.12 圖3H型可逆PWM變換電路波形 1)正向運行狀態(tài) 當(dāng)正向運行時，UAB的特點是正脈沖電壓的寬度大于負脈沖的寬度，如圖3(a)所示〔注意，負載電流不是輕載〕。 (1)當(dāng)0≤t 解：maxmaxminmin1500 150/min10 nnDnrnD=?===NNNNN1015 0.11(1)15001015 nsDnDsnsnDn???= ?===?--??-? 5．一個直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍D=10，N1500r/minn=，要求20%s≤，請問系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？假設(shè)開環(huán)速降是100r/min，試求開環(huán)放大倍數(shù)。 6．假如某一個直流調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍

14、數(shù)是15，額定速降是8r/min，若把開環(huán)放大倍數(shù)加大至40，那么這個系統(tǒng)的速降是多少？在一樣的靜差率要求下，系統(tǒng)的調(diào)速范圍變?yōu)槎嗌伲? 7．假如某直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20，開環(huán)速降op240r/minn?=，額定轉(zhuǎn)速N1500r/minn=，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減小到5%，試計算并講明開環(huán)放大倍數(shù)的變化。解：當(dāng)s=10%時， N1N215000.1 8.33/min (1)20(10.1) 15000.05 3.95/min (1)20(10.05)clclnsnrDsnsnrDs??===--??===-- 1122 240 1127.818.33 240

15、 1159.913.95 opclopclnKnnKn?=-=-=??= -= -=?，可見，在調(diào)速范圍保持不變的情況下，靜差率減小，開環(huán) 放大倍數(shù)增大。 11．在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了限制電流，能夠采取何種措施？ 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了限制電流，能夠添加電流負反應(yīng)限流電路，如下列圖所示 14．試比擬速度、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的速度單閉環(huán)系統(tǒng)的性能?！仓饕獜撵o態(tài)性能、動態(tài)性能、快速性、抗干擾能力方面考慮?！尝僬{(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能: 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，整個系統(tǒng)成為一個無靜差的系統(tǒng)。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)

16、節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，整個系統(tǒng)成為一個無靜差系統(tǒng)。 ②動態(tài)限流性能: 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，將電流限制在Idm內(nèi)。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，將電流限制在Idcr-Idbl內(nèi)。 ③啟動的快速性:在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在啟動/制動經(jīng)過中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器在最大電流Idm附近進行PI調(diào)節(jié)，時間最短，提高了啟動/制動的快速性。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，在啟動/制動經(jīng)過中，當(dāng)電流大于截止電流Idcr時，電流調(diào)節(jié)器起作用，并不是在最大電流附近進行調(diào)節(jié)，啟動/制動的快速性較差。 ④抗負載擾動的性能：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，負

17、載擾動在轉(zhuǎn)速外環(huán)中，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因而只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，負載擾動立即引起電流變化，當(dāng)電流大于截止電流Idcr時，電流調(diào)節(jié)器起作用，能夠進行調(diào)節(jié)。⑤抗電源波動的性能：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動能夠通過電流反應(yīng)得到比擬及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反應(yīng)回來，抗電源波動的性能大有改善。在電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量較遠，調(diào)節(jié)作用遭到多個環(huán)節(jié)的延滯，因而單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電源電壓擾動的性能要差一些。 第五

18、章 2．恒壓頻比變頻控制是屬于哪類控制技術(shù)？恒壓頻比的詳細方法是什么？答：恒壓頻比變頻控制是屬于標量控制。 其詳細方法是：1〕基速下面。采用電動勢頻率比為恒值的控制方式，由于感應(yīng)電動勢難以 直接控制，通常取定子相電壓等于相電動勢，即s1U f常數(shù)。 2〕基速以上。在基頻以上調(diào)速時，頻率從f1N向上升高，由于定子電壓Us絕對不可能超過額定電壓UsN，最多只能保持Us=UsN，這將迫使磁通與頻率成反比降低，相當(dāng)于直流電機弱磁升速的情況。 3．變頻控制的標量控制方法的另一種方式是什么？ 答：變頻控制的標量控制方法的另一種方式是可控轉(zhuǎn)差頻率控制法。 7．結(jié)合變頻器，講明變頻器的使用方式

19、有哪幾種？試畫出變頻器主回路與控制回路的框圖。變頻器的使用分為下面兩個重點。1)變頻器硬件的接線 它有下面四種工作形式可選擇： (1)變頻器屏幕按鍵操作形式，即手動工作形式；(2)I/O端子控制形式，即外控形式；(3)標準信號模擬量控制形式； (4)標準總線工作形式，通過RS232或者RS485總線控制。2)變頻器工作形式的選擇 變頻器作為通用驅(qū)動設(shè)備，除了接線根據(jù)相應(yīng)的形式外，主要還要對變頻器的各個功能寄存器進行設(shè)定，使之符合形式要求。 13．講明變頻器的保護措施有哪些？ 具有完善的故障診斷和保護功能〔過壓、欠壓、過流、過載、缺相等故障的檢測與顯示等〕第六章 1．位置隨動系

20、統(tǒng)要解決的主要問題是什么？試比擬位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的異同。 答：①位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)對位置指令〔給定量〕的準確跟蹤。隨動系統(tǒng)一般稱伺服系統(tǒng)。 ②位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的一樣點： 兩者的控制原理一樣，它們都是反應(yīng)控制系統(tǒng)，即通過對系統(tǒng)的輸出量與給定量進行比擬，組成閉環(huán)控制。 ③位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相異點： 調(diào)速系統(tǒng)的給定量是恒值，不管外界擾動情況怎樣，希望輸出能夠穩(wěn)定，因而系統(tǒng)的抗擾性能顯得特別重要。位置隨動系統(tǒng)中的位置指令是經(jīng)常變化的，是一個隨機變量，要求輸出量準確跟蹤給定量的變化，輸出響應(yīng)的快速性、靈敏性、準確性成了位置隨動系統(tǒng)的主要特征。位置隨動系統(tǒng)

21、在構(gòu)造上往往比調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜一些。位置隨動系統(tǒng)能夠在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個位置環(huán)，位置環(huán)是位置隨動系統(tǒng)的主要構(gòu)造特征。 6．伺服驅(qū)動器的工作形式有幾種？怎樣選擇設(shè)定轉(zhuǎn)矩工作形式、接線方式和寄存器？ 答：位置控制方式、速度控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式和全閉環(huán)控制方式4中工作形式。 見書P.186 7．伺服驅(qū)動器的保護有哪些？各自的用處是什么？ 答：主要保護項目有：控制電源欠電壓、過電壓，主供電回路欠電壓、過電流，接地錯誤，電機或驅(qū)動器發(fā)熱、過載，制動回路過載，編碼器故障，模擬量過載，電機識別故障等。8．請講明伺服驅(qū)動器的使用方式有哪幾種？ 答：伺服驅(qū)動器的使用通常需要關(guān)注兩點：外部接線和內(nèi)部寄存器設(shè)置。伺服驅(qū)動一般有四種工作形式：位置、速度、轉(zhuǎn)矩和全閉環(huán)。形式確定后，相對應(yīng)的外部接線就確定了，內(nèi)部寄存器可以根據(jù)相應(yīng)的設(shè)置。對于主回路、輸出控制電機回路和編碼器的接線都是一樣的，區(qū)別在于控制回路?？刂苹芈方泳€要與寄存器的設(shè)置結(jié)合起來?？刂菩问酱_實定意味著參數(shù)設(shè)定要與外部控制回路接線一致，否則就無法正常工作。伺服驅(qū)動器內(nèi)部寄存器參數(shù)的設(shè)置不僅與驅(qū)動器的控制形式有關(guān)，還與信號輸入方式有關(guān)。