第一篇：10機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 試題

2010學(xué)年第二學(xué)期《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)》期末考試試卷

姓名：

年級(jí)： 級(jí) 專業(yè) 成績： 函授站 ：珠海函授站

所讀學(xué)校： □首大、□昆工

層次：□高起專

□專升本

速度。

10．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是把輸入的電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)換成（）的控制電機(jī)。11．步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)頻率和電脈沖數(shù)獲得所需轉(zhuǎn)速，改變（）得到所需的轉(zhuǎn)向。12．步進(jìn)電機(jī)接受一個(gè)電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度叫（）。

13．步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過角度與輸入脈沖頻率成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速與拍數(shù)成（）比。

14． PWM功率放大器的基本原理是：利用大功率器件的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定

一、單項(xiàng)選擇題。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。（每小題1分，共10分）1.齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨傳動(dòng)級(jí)數(shù)()。

A.增加而減小 B.增加而增加 C.減小而減小 D.變化而不變

2．機(jī)電一體化系統(tǒng)中，根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動(dòng)作這一功能的是()。

A．機(jī)械本體

B．動(dòng)力部分

C．控制器

D．執(zhí)行機(jī)構(gòu) 3．將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件是()。

A．旋轉(zhuǎn)變壓器

B．交流伺服電動(dòng)機(jī)

C．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

D．光電編碼盤

4．在下列電機(jī)中，()既可通過閉環(huán)實(shí)現(xiàn)速度或位置控制，又可作步進(jìn)方式運(yùn)行，且電機(jī)轉(zhuǎn)速不受負(fù)載影響，穩(wěn)定性高。

A．步進(jìn)電機(jī)

B.直流伺服電機(jī)

C．交流同步伺服電機(jī)

D．籠型交流異步電機(jī)

5．如果三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組為U、V、W，其通電順序?yàn)閁V?VW?WU?UV，則這種分配方式為()。

A．三相三拍

B．三相四拍

C．三相六拍

D．雙三拍

6．某三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有40個(gè)磁極，采用三相單三拍供電，步距角為()。

A.1.50 B.30 C.60 D.90

7．一臺(tái)三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，采用三相單三拍方式通電時(shí)，步距角為 1.50，則其轉(zhuǎn)子齒數(shù)為()。

A.40 B.60 C.80 D．100 8.直流測速發(fā)電機(jī)輸出的是與轉(zhuǎn)速()。

A.成正比的交流電壓 B.成反比的交流電壓 C.成正比的直流電壓 D.成反比的直流電壓 9.某光柵的條紋密度是100條/mm，光柵條紋間的夾角?=0.001弧度，則莫爾條紋的寬度是()。

A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 10．在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，控制總線的功能是()。

A.確切指定與之通信的外部硬件

B．確定總線上信息流的時(shí)序

C．在計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)

D.連接控制電源

二、填空題（每小題1分，共15分）

1．機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和（）技術(shù)相互融合的產(chǎn)物。

2.無論傳遞功率大小如何，按“等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則來確定的各級(jí)傳動(dòng)比，從高速級(jí)到低速級(jí)，其傳動(dòng)比是逐級(jí)增大的，而且級(jí)數(shù)越多，總等效慣量越（）。

3．在多級(jí)傳動(dòng)中，為了減小傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)比的分配應(yīng)遵守（）原則。

4．在小功率傳動(dòng)鏈中，為使總的質(zhì)量最小，各級(jí)傳動(dòng)比分配應(yīng)遵守（）原則。5.諧波齒輪傳動(dòng)是利用行星輪系傳動(dòng)原理，組成它的三個(gè)基本構(gòu)件是柔輪、剛輪和（）。6．摩擦對(duì)伺服系統(tǒng)的影響主要有：引起動(dòng)態(tài)滯后、降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度、導(dǎo)致系統(tǒng)誤差和（）。

7．對(duì)于執(zhí)行裝置，選擇較大的傳動(dòng)比可使系統(tǒng)的（）增大，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。8．電氣伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括（）、交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)。

9．在伺服系統(tǒng)中，通常采用（）原則選擇總傳動(dòng)比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)

（）的方波電壓，通過對(duì)方波脈沖的控制，改變輸出電壓的平均值。15．交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率、磁極對(duì)數(shù)和（）有關(guān)。

三、簡答題（共10題，每小題3分，共30分）1．為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度?

2．影響機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的主要因素有哪些？

3．轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些影響？

4．為減小機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，可采用哪些結(jié)構(gòu)措施？

5．簡述伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要要求。

6．如何提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度？

7．伺服電動(dòng)機(jī)的作用是什么？伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)具備的基本要求是什么？

8．試述直流電機(jī)伺服系統(tǒng)中脈寬調(diào)制放大器的基本工作原理。

9．步進(jìn)電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)速度控制的？

10．簡述A／D、D／A接口的功能。

四、分析題。（共兩小題，共15分）

1．如圖所示的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制伺服系統(tǒng)，試分析齒輪減速器的傳動(dòng)誤差對(duì)工作臺(tái)輸出精度的影響。（7分）

6．試分析比較液壓馬達(dá)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)的不同特點(diǎn)。（8分）

五、計(jì)算題（共3小題，每小題10分，共30分）

1.如圖，已知雙波諧波齒輪的柔輪齒數(shù)Z1=200, 剛輪齒數(shù)Z2=202，波發(fā)生器的轉(zhuǎn)速nH=600r/min。試求：(1)剛輪固定時(shí)柔輪的轉(zhuǎn)速n1；(2)柔輪固定時(shí)剛輪的轉(zhuǎn)速n2。

2．如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為m=50kg負(fù)載力為F1＝1000N，最大加速度為10m/s2，絲杠直徑為d＝20mm，導(dǎo)程t＝4mm，齒輪減速比為i=5，總效率為?=30％，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。

3．如圖所示的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)，已知負(fù)載為F＝1000N，工作臺(tái)長L=500mm，往復(fù)精度為±0．0lmm，絲杠導(dǎo)程ts=8mm，直徑d＝20mm，步進(jìn)電機(jī)的步距角為??1.8?。，試確定齒輪減速比i。

第二篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動(dòng)機(jī)）等五個(gè)子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動(dòng)、輸送）功能；③儲(chǔ)存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法通常有：機(jī)電互補(bǔ)法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強(qiáng)度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達(dá)到上述要求，主要從以下幾個(gè)方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向支承、動(dòng)（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副的傳動(dòng)和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第三篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(試題和答案)

一、填空題1．滾珠絲桿中滾珠的循環(huán)方式有、兩種。2．機(jī)電一體化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括、、、3．在伺服系統(tǒng)中，在滿足系統(tǒng)工作要求的情況下，首先應(yīng)保證系統(tǒng)的，并盡量高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

4．.實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電環(huán)形分配的三種常用方法是、、。5．抑制電磁干擾的常用方法有屏蔽、、、、合理布局和軟件抗干擾技術(shù)。6．機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由______________、_____________、接口、__________________、_____________、______________等部分組成。

7．機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)類型大致可分為________________、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、________________。

二、簡答題

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)接口電路通常使用光電耦合器，光電耦合器的作用有哪些？

2、什么是三相六拍通電方式？

3、簡述PWM脈寬調(diào)速原理。

4、簡述香農(nóng)采樣定理。

5、什么叫傳感器？它是由哪幾部分組成的？

6、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用驅(qū)動(dòng)電路中功率放大電路有哪幾種類型?

三、計(jì)算題（共20分）（將本題答案寫在答題紙上）

（一）、（10分）三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=100,雙拍制通電，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為120r/min，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少?

（二）、(10分)光柵傳感器，刻線數(shù)為100線/mm，設(shè)細(xì)分時(shí)測得莫爾條紋數(shù)為400，試計(jì)算光柵位 移是多少毫米？若經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖仍為400，則光柵此時(shí)的位移是多少？測量分辨率是多少？

四、綜合分析題（共30分）

（一）、分析、說明如圖所示計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)變換與傳輸?shù)倪^程、原理。

（二）、伺服控制系統(tǒng)一般包括哪幾個(gè)部分？每部分能實(shí)現(xiàn)何種功能？

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一、填空題（每空1分，共20分）

1、內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)

2、性能指標(biāo)

系統(tǒng)功能

使用條件

經(jīng)濟(jì)效益

3、穩(wěn)定性4、1）采用計(jì)算機(jī)軟件分配器

2）小規(guī)模集成電路搭接的硬件分配器

3）專用模塊分配器

5、隔離

濾波 接地

6、機(jī)械本體 動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

傳感器檢測部分

控制及處理部分

7、開發(fā)性設(shè)計(jì)

變參數(shù)設(shè)計(jì)

二、簡答（每題5分，共30分）

1.（1）能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞。（2）泄漏電流低，對(duì)于測量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路。

（3）共模抑制比高，能對(duì)直流和低頻信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測量。2.如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)，這種通電方式稱為單雙相輪流通電方式。如A→ AB→ B→ BC→C → CA→…

3.在一個(gè)周期T內(nèi)閉合的時(shí)間為τ，則一個(gè)外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關(guān)S加到電動(dòng)機(jī)的電樞上，電樞上的電壓波形將是一列方波信號(hào)，其高度為U、寬度為?，如右圖所示。電樞兩端的平均電壓為：

Ud?T1T0??Udt?TU??U

式中

?=?/T=Ud/U，(0

?為導(dǎo)通率（或稱占空比）。

當(dāng)T不變時(shí)，只要改變導(dǎo)通時(shí)間?，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當(dāng)?從0~T改變時(shí)，Ud由零連續(xù)增大到U。

4.采樣頻率大于2倍的信號(hào)頻率，才能正確復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。

5．傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量 的測量裝置。敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路。

6.單電壓、雙電壓、斬波恒流、恒流源

三、計(jì)算題（共20分）

（一）（10分）K=1;M=3, Z=100;α=360/1*3*100=1.2of=600Hz

（二）（10分）100：1=400：x=4 mm四細(xì)分：400：1=400：x=1mm分辨率：1÷400=2.5(μm)

四、綜合分析題（30分）

（一）（15分）采樣過程是用采樣開關(guān)（或采樣單元）將模擬信號(hào)按一定時(shí)間間隔抽樣成離散模擬信號(hào)的過程。因采樣后得到的離散模擬信號(hào)本質(zhì)上還是模擬信號(hào)，未數(shù)量化，不能直接送入計(jì)算機(jī)，故還需經(jīng)數(shù)量化，變成數(shù)字信號(hào)才能被計(jì)算機(jī)接受和處理。

量化過程（簡稱量化）就是用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由于計(jì)算機(jī)的數(shù)值信號(hào)是有限的，因此用數(shù)碼來逼近模擬信號(hào)是近似的處理方法。信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后經(jīng)其處理經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。

D/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置。模擬量輸出主要由D/A轉(zhuǎn)換器和輸出保持器組成。它們的任務(wù)是把微機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式，主要取決于輸出保持器的結(jié)構(gòu)形式。保持器一般有數(shù)字保持方案和模擬保持方案兩種。這就決定了模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式。

（二）（15分）略

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第四篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題_6答案

習(xí)題六答案

1、什么是伺服控制？為什么機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制往往是伺服控制？

伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度及動(dòng)力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動(dòng)控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)有哪幾種形式?各有什么特點(diǎn)？

（1）、按被控量參數(shù)特性分類

按被控量不同，機(jī)電一體化系統(tǒng)可分為位移、速度、力矩等各種伺服系統(tǒng)。其它系統(tǒng)還有溫度、濕度、磁場、光等各種參數(shù)的伺服系統(tǒng)（2）、按驅(qū)動(dòng)元件的類型分類

按驅(qū)動(dòng)元件的不同可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)類型的不同又可分為直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)控制伺服系統(tǒng)。（3）、按控制原理分類

按自動(dòng)控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。

3、機(jī)電一體化對(duì)伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是什么？

機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)要求具有精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、負(fù)載能力強(qiáng)和工作頻率范圍大等基本要求，同時(shí)還要求體積小、重量輕、可靠性高和成本低等。

4、試分析直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理。

直流伺服電動(dòng)機(jī)主要由磁極、電樞、電刷及換向片結(jié)構(gòu)組成（如圖6-3所示）。其中磁極在工作中固定不動(dòng)，故又稱定子。定子磁極用于產(chǎn)生磁場。在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，磁極采用永磁材料制成，充磁后即可產(chǎn)生恒定磁場。在他勵(lì)式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，磁極由沖壓硅鋼片疊成，外繞線圈，靠外加勵(lì)磁電流才能產(chǎn)生磁場。電樞是直流伺服電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，故又稱轉(zhuǎn)子，它由硅鋼片疊成，表面嵌有線圈，通過電刷和換向片與外加電樞電源相連。

圖 6-3 直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)

圖6-4 電樞等效電路

直流伺服電動(dòng)機(jī)是在定子磁場的作用下，使通有直流電的電樞（轉(zhuǎn)子）受到電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)使，帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。通過控制電樞繞組中電流的方向和大小，就可以控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度。當(dāng)電樞繞組中電流為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)則靜止不動(dòng)。

直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式主要有兩種：一種是電樞電壓控制，即在定子磁場不變的情況下，通過控制施加在電樞繞組兩端的電壓信號(hào)來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；另一種是勵(lì)磁磁場控制，即通過改變勵(lì)磁電流的大小來改變定子磁場強(qiáng)度，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。

采用電樞電壓控制方式時(shí)，由于定子磁場保持不變，其電樞電流可以達(dá)到額定值，相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也可以達(dá)到額定值，因而這種方式又被稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。而采用勵(lì)磁磁場控制方式時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行條件下磁場已接近飽和，因而只能通過減弱磁場的方法來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于電樞電流不允許超過額定值，因而隨著磁場的減弱，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，但輸出轉(zhuǎn)矩下降，輸出功率保持不變，所以這種方式又被稱為恒功率調(diào)速方式

5、試分析直流伺服電機(jī)與交流伺服電機(jī)在控制上有什么不同？

直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。

6、常用的變流技術(shù)是什么？各有什么用途？

交流調(diào)壓器——把固定交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。

7、比較直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境差別。

直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。

與直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，交流伺服電動(dòng)機(jī)不需要電刷和換向器，因而維護(hù)方便和對(duì)環(huán)境無要求；此外，交流電動(dòng)機(jī)還具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積和重量較小，結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；尤其是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。

8、了解伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有什么意義，習(xí)、、慣性稱呼機(jī)械特性硬的含義是什么？

如果直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較平緩，則當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化較小，這時(shí)稱直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬。

9、有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵(lì)磁繞組，測得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r/min，已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，求： 1）步進(jìn)電機(jī)的步距角； 2）脈沖電源的頻率。

10、三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=100,雙拍制通電，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為120r/min，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少?

11、簡述交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制方案。

（１）開環(huán)控制

（2）無速度傳感器的矢量控制

（3）帶速度傳感器矢量控制

（4）永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制

12、試分析三相SPWM的控制原理。

在PWM型逆變電路中，使用最多的是圖6-43a的三相橋式逆變電路，其控制方式一般都采用雙極性方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角波載波uc，三相調(diào)制信號(hào)U ru

, U rv 和, U rw的相位依次相差1200。U、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來說明。當(dāng)Uru > uc時(shí)，給上橋臂晶體管V1以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂晶體管V4以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓UUN’= Ud/2。當(dāng)Uru < uc時(shí)，給V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V1以關(guān)斷信號(hào)，則UUN’=Ud／2。V1和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中原來電流的方向和大小來決定，和單相橋式逆變電路雙極性SPWM控制時(shí)的情況相同。V相和W相的控制方式和U相相同。UUN’、UVN’和Uwn’ 的波形如圖6-43b所示?？梢钥闯?，這些波形都只有±Ud兩種電平。像這種逆變電路相電壓（uUN’、uVN’和uWN’）只能輸出兩種電平的三相橋式電路無法實(shí)現(xiàn)單極性控制。圖中線電壓UUV的波形可由UUN’ ― UVN’得出。可以看出，當(dāng)臂1和6導(dǎo)通時(shí)，UUV = Ud，當(dāng)臂3和4導(dǎo)通時(shí)，UUV =―Ud，當(dāng)臂1和3或4和6導(dǎo)通時(shí)，Uuv=0，因此逆變器輸出線電壓由+Ud、-Ud、0三種電平構(gòu)成。負(fù)載相電壓UUN可由下式求得

uUN?uUN’?UUN'?UVN'?UWN'

3（6-18）

從圖中可以看出，它由（±2/3）Ud，（±1/3）Ud和0共5種電平組成。

(a)

(b)

圖6-43三相SPWM逆變電路及波形

在雙極性SPWM控制方式中，同一相上下兩個(gè)臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是互補(bǔ)的。但實(shí)際上為了防止上下兩個(gè)臂直通而造成短路，在給一個(gè)臂施加關(guān)斷信號(hào)后，再延遲△t時(shí)間，才給另一個(gè)臂施加導(dǎo)通信號(hào)。延遲時(shí)間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。這個(gè)延遲時(shí)間將會(huì)給輸出的PWM波形帶來影響，使其偏離正弦波。

13、分析影響直流伺服電機(jī)的影響因素。

（1）驅(qū)動(dòng)電路對(duì)機(jī)械特性的影響

（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩擦對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響（3）負(fù)載變化對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響

14、變流技術(shù)有哪幾種應(yīng)用形式？舉出各種變流器的應(yīng)用實(shí)例。

變流技術(shù)按其功能應(yīng)用可分成下列幾種變流器類型：

整流器——把交流電變?yōu)楣潭ǖ模ɑ蚩烧{(diào)的）直流電。

逆變器——把固定直流電變成固定的（或可調(diào)的）交流電。

斬波器——把固定的直流電壓變成可調(diào)的直流電壓。

交流調(diào)壓器——把固定交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。

周波變流器——把固定的交流電壓和頻率變成可調(diào)的交流電壓和頻率。

15、什么是PWM？直流PWM調(diào)壓比其它調(diào)壓方式有什么優(yōu)點(diǎn)？

斬波器調(diào)壓控制直流伺服電機(jī)速度的方法又稱為脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）直流調(diào)速。如圖所示為脈寬調(diào)速原理示意圖。

將圖6-31a中的開關(guān)S周期性地開關(guān)，在一個(gè)周期T內(nèi)閉合的時(shí)間為τ，則一個(gè)外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關(guān)S加到電動(dòng)機(jī)的電樞上，電樞上的電壓波形將是一列方波信號(hào)，其高度為U、寬度為?，如圖6-31b所示。電樞兩端的平均電壓為：

Ud?T1T0??Udt?TU??U

（6-17）

式中

?=?/T=Ud/U，(0

?為導(dǎo)通率（或稱占空比）。

當(dāng)T不變時(shí)，只要改變導(dǎo)通時(shí)間?，就可以改變電樞兩端的平均電壓Ud。當(dāng)?從0~T改變時(shí)，Ud由零連續(xù)增大到U。實(shí)際電路中，一般使用自關(guān)斷電力電子器件來實(shí)現(xiàn)上述的開關(guān)作用，如GTR、MOSFET、IGBT等器件。圖6-3中的二極管是續(xù)流二極管，當(dāng)S斷開時(shí)，由于電樞電感的存在，電動(dòng)機(jī)的電樞電流可通過它形成續(xù)流回路。

16、交流變頻調(diào)速有哪幾種類型，各有什么特點(diǎn)？

（１）開環(huán)控制

開環(huán)控制的通用變頻器三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖6-25所示。

圖6-25 開環(huán)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

VVVF-通用變頻器 IM-異步電動(dòng)機(jī)

該控制方案結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。但是，由于是開環(huán)控制方式，其調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性并不是十分理想。尤其是在低速區(qū)域電壓調(diào)整比較困難，不可能得到較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。異步電動(dòng)機(jī)存在轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷力矩變化而變動(dòng)，即使目前有些變頻器具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能及轉(zhuǎn)矩提升功能，也難以達(dá)到0.5%的精度，所以采用這種V/F控制的通用變頻器異步機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速適用于一般要求不高的場合，例如風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械。

圖6-26 矢量控制變頻器的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

VVVF-矢量變頻器

（2）無速度傳感器的矢量控制

無速度傳感器的矢量控制變頻器異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖6-26所示。對(duì)比圖6-25圖，兩者的差別僅在使用的變頻器不同。由于使用無速度傳感器矢量控制的變頻器，可以分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測、控制，自動(dòng)改變電壓和頻率，使指令值和檢測實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了矢量控制。雖說它是開環(huán)控制系統(tǒng)，但是大大提升了靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。轉(zhuǎn)速精度約等于0.5%，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。

如果生產(chǎn)要求不是十分高的情形下，采用矢量變頻器無傳感器開環(huán)異步電機(jī)變頻調(diào)速是非常合適的，可以達(dá)到控制結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高的實(shí)效。

（3）帶速度傳感器矢量控制

帶速度傳感器矢量控制變頻器的異步電機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖6-27所示。

圖6-27 異步電機(jī)閉環(huán)控制變頻調(diào)速

PG-速度脈沖發(fā)生器

矢量控制異步電機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速是一種理想的控制方式。它具可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即甚低速亦能運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá)100:1或1000:1；可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行精確控制；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度甚快；電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好等優(yōu)點(diǎn)

17、什么是SPWM？SPWM信號(hào)是數(shù)字信號(hào)形式還是模擬信號(hào)形式？

在PWM型逆變電路中，使用最多的是圖6-43a的三相橋式逆變電路，其控制方式一般都采用雙極性方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角波載波uc，三相調(diào)制信號(hào)U ru

, U rv 和, U rw的相位依次相差1200。U、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來說明。當(dāng)Uru > uc時(shí)，給上橋臂晶體管V1以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂晶體管V4以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓UUN’= Ud/2。當(dāng)Uru < uc時(shí)，給V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V1以關(guān)斷信號(hào)，則UUN’=Ud／2。V1和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中原來電流的方向和大小來決定，和單相橋式逆變電路雙極性SPWM控制時(shí)的情況相同。V相和W相的控制方式和U相相同。UUN’、UVN’和Uwn’ 的波形如圖6-43b所示?？梢钥闯觯@些波形都只有±Ud兩種電平。像這種逆變電路相電壓（uUN’、uVN’和uWN’）只能輸出兩種電平的三相橋式電路無法實(shí)現(xiàn)單極性控制。圖中線電壓UUV的波形可由UUN’ ― UVN’得出?？梢钥闯?，當(dāng)臂1和6導(dǎo)通時(shí)，UUV = Ud，當(dāng)臂3和4導(dǎo)通時(shí)，UUV =―Ud，當(dāng)臂1和3或4和6導(dǎo)通時(shí)，Uuv=0，因此逆變器輸出線電壓由+Ud、-Ud、0三種電平構(gòu)成。負(fù)載相電壓UUN可由下式求得

uUN?uUN’?UUN'?UVN'?UWN'

318、用SPWM進(jìn)行交流變頻調(diào)速所對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？

實(shí)施SPWM的基本要求

1、單極性SPWM法]（1)調(diào)制波和載波：曲線①是正弦調(diào)制波，其周期決定于需要的調(diào)頻比kf，振幅值決定于ku,曲線②是采用等腰三角波的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于ku=1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同(即單極性)。

調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖音的間隔寬度，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。

（2)單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)完全截止；而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載ZL的便是正、負(fù)交替的交變電流。

2、雙極性SPWM法(1)調(diào)制波和載波：

調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于kf，振幅決定于ku,中曲線①，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與ku=1時(shí)正弦波的振幅值相等。

調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線電壓(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)時(shí)，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。

(2)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過負(fù)載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。

19、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是什么電機(jī)？它的驅(qū)動(dòng)電路的功能是什么？

伺服電機(jī)。環(huán)形分配，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大。

20、試分析半橋逆變電路的工作原理

半橋逆變電路原理如圖6-36a所示，它有兩個(gè)導(dǎo)電臂，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)可控元件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，使得兩個(gè)電容的聯(lián)結(jié)點(diǎn)為直流電源的中點(diǎn)。

設(shè)電力晶體管Vl和V2 基極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏和反偏，且二者互補(bǔ)。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，其工作波形如圖6-36b所示。輸出電壓波形u0 為矩形波，其幅值為Um =Ud /2輸出電流i0 波形隨負(fù)載阻抗角而異。設(shè)t2 時(shí)刻以前V1 導(dǎo)通。t2 時(shí)刻給V1關(guān)斷信號(hào)，給V2 導(dǎo)通信號(hào)，但感性負(fù)載中的電流i0 不能立刻改變方向，于是VD2 導(dǎo)通續(xù)流。當(dāng)t3時(shí)刻i0 降至零時(shí)VD2 截止，V2 導(dǎo)通，i0 開始反向。同樣，在t4 時(shí)刻給V2 關(guān)斷信號(hào)，給V1 導(dǎo)通信號(hào)后，V2 關(guān)斷，VD1 先導(dǎo)通續(xù)流，t5 時(shí)刻V1 才導(dǎo)通。

當(dāng)V1 或 V2 導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；而當(dāng)VD1 或 VD2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓反方向，負(fù)載中電感的能量向直流側(cè)反饋，既負(fù)載將其吸收的無功能量反饋回直流側(cè)。反饋回的能量暫時(shí)儲(chǔ)存在直流側(cè)電容中，直流側(cè)電容起到緩沖這種無功能量的作用。二極管VD1、VD2是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，同時(shí)起到使負(fù)載電流連續(xù)的作用，VD1、VD2被稱為反饋二極管或續(xù)流二極管。

第五篇：第六章 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題匯總

第六章

10.一般說來，如果增大幅值穿越頻率ωc的數(shù)值，則動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中的調(diào)整時(shí)間ts(B)A.增大 B.減小 C.不變 D.不定 11.已知f(t)=a+bt，則它的拉氏變換式為(B)A.as+b B.as?bs2 C.bs?as2 D.as?bs3

11.復(fù)合控制器必定具有（D)

A.順序控制器

B.CPU

C.正反饋

D.前饋控制器 13.一般說來，如果增大幅值穿越頻率ωc的數(shù)值，則動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中的調(diào)整時(shí)間ts(B)A.產(chǎn)大

B.減小

C.不變

D.不定

10.一般來說，引入微分負(fù)反饋將使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中的最大超調(diào)量(B)A.增加

B.減小

C.不變

D.不定

11.在采樣—數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，執(zhí)行實(shí)時(shí)算法程序所花費(fèi)的時(shí)間總和最好應(yīng)小于采樣周期的（A)A.0.B.0.2

C.0.5

D.0.8 6.步進(jìn)電機(jī)一般用于（A）控制系統(tǒng)中。A.開環(huán)

A.比例 B.閉環(huán)

C.半閉環(huán)

D.前饋

11.PD稱為（B）控制算法。

B.比例微分

C.比例積分

D.比例積分微分

13.如果增加相位裕量υm，則動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中的最大超調(diào)量σ%為（C）。A.增大

B.不變 C.減小

D.不能確定

10．若考慮系統(tǒng)抑制干擾的能力，選擇采樣周期的一條法則是：采樣速率應(yīng)選為閉環(huán)系統(tǒng)通頻帶的【 D 】

A．5倍 B．8倍 C．10倍 D．10倍以上 11．在數(shù)控系統(tǒng)中，軟伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)增益Ka為【 B 】

A．(2～5)1／s

B．(8～50)1／s

C．(50～100)1／s

D．(120～150)1／s

10．若考慮對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)速度的影響，采樣－數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的采樣周期應(yīng)選為系統(tǒng)最小時(shí)間常數(shù)的 【 A 】

A．(O.1～1)倍 B．2倍 C．5倍 D．10倍 11．在串聯(lián)校正的比例－積分－微分(PID)控制器中，I的作用是 【 C 】 A．改善穩(wěn)定性B．加快系統(tǒng)響應(yīng)速度 C．提高無靜差度 D．增大相位裕量

10.在最佳阻尼比條件下，伺服系統(tǒng)的自然頻率wn唯一取決于

【

C

】

A.速度環(huán)開環(huán)增益

B.電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)

C.速度環(huán)開環(huán)增益與電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)之比

D.速度環(huán)開環(huán)增益與電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)之積

11在伺服系統(tǒng)中，若要提高系統(tǒng)無靜差度，可采用串聯(lián)

【 A

】

A.PI校正

B.P校正

C.PD校正

D.D校正 7．PID控制器中，P的作用是 【 A 】

A．降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差 B．增加系統(tǒng)穩(wěn)定性 C．提高系統(tǒng)無靜差度 D．減小系統(tǒng)阻尼

7．采樣一數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，若考慮系統(tǒng)的抑制干擾能力時(shí)，采樣速率應(yīng)為閉環(huán)系統(tǒng)通頻帶的【 A 】

A.10倍以上 B．5倍 C.2倍 D.(0.1～1)倍 8．PID控制器中，P的含義是

【 D 】 A.前饋

B.微分

C.積分

D.比例(2011 07)9.在軟伺服系統(tǒng)中，一般認(rèn)為速度環(huán)的閉環(huán)增益最好為系統(tǒng)的 A.0.1倍

B.2～4倍

C.5倍

D.10倍

【 】

1．PID控制器中，I的作用是 【 A 】

A．提高系統(tǒng)誤差精度 B．增加系統(tǒng)通頻帶 C．加快系統(tǒng)調(diào)整時(shí)間 D．減小系統(tǒng)伺服剛度 2.要求系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)以零穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤輸入信號(hào)可采用（C）A.前饋控制器 B.PI控制器

C.復(fù)合控制器

D.反饋控制器

3.一般說來，如果增大自然頻率ωn的數(shù)值，則動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中的調(diào)整時(shí)間ts將(B)A.增大

B.減小

C.不變

D.不定

4.在伺服系統(tǒng)中，若要提高系統(tǒng)無靜差度，可采用串聯(lián)

【

A 】

A.PI校正

B.P校正

C.PD校正

D.D校正 5.伺服系統(tǒng)的輸入可以為

A.模擬電流

A.換向結(jié)構(gòu) B.模擬電壓

C.控制信號(hào)

D.反饋信號(hào)

6.伺服系統(tǒng)一般包括控制器、受控對(duì)象、比較器和（D）等部分

B.轉(zhuǎn)化電路

C.存儲(chǔ)電路

D.反饋測量裝置

（）

D.工業(yè)機(jī)器人 7.下列那一項(xiàng)是反饋控制系統(tǒng)

A.順序控制系統(tǒng)

B.伺服系統(tǒng)

C.數(shù)控機(jī)床

（B）

8.PD稱為（B）控制算法。A.比例

B.比例微分

C.比例積分 D.比例積分微分 9.已知f(t)=δ（t）+3，則它的拉氏變換式為

A.1+ 3s

(A)

B.1s?3s

C.1s

D.1s3

(B)D.不起作用

10.位置環(huán)采用PI控制器,伺服系統(tǒng)對(duì)參考輸入做到了

A.一階無靜差

B.二階無靜差

C.三階無靜差

二、簡答題

1、按照系統(tǒng)信號(hào)傳遞方式，伺服系統(tǒng)有哪幾種類型?（2011）

答：模擬式伺服系統(tǒng)、參考脈沖系統(tǒng)、采樣——數(shù)據(jù)系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)）（模擬電壓、參考脈沖信號(hào)、二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)）

2、閉環(huán)伺服系統(tǒng)由哪幾部分組成?(2011)答: 控制器、受控對(duì)象、比較器和反饋測量裝置等部分 3．半閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義及特點(diǎn)是什么? 答:（1）伺服系統(tǒng)中，當(dāng)位置傳感器安裝在伺服電動(dòng)機(jī)軸上，用以間接測量工作臺(tái)的位移時(shí)，這種間接測量的系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。

（2）特點(diǎn)：可以避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)非線性引起系統(tǒng)產(chǎn)生極限環(huán)和爬行振蕩，比全閉環(huán)系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)，可節(jié)省投資。

4．在實(shí)際系統(tǒng)中，數(shù)字PID控制器的兩種實(shí)現(xiàn)方式是什么?

答 ：（1）在雙傳感器系統(tǒng)中，PI由微處理器位置控制器實(shí)現(xiàn)，D的作用由測速機(jī)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)；

（2）在單個(gè)位置傳感器的系統(tǒng)中，PID由微型機(jī)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。5．全閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義及特點(diǎn)是什么?

答：伺服系統(tǒng)中，當(dāng)位置傳感器安裝于輸出軸（工作臺(tái)）上時(shí)，傳感器直接測量工作臺(tái)移動(dòng)，這種直接測量的系統(tǒng)統(tǒng)稱為全閉環(huán)系統(tǒng)。

特點(diǎn)：對(duì)輸出進(jìn)行直接控制，可以獲得十分良好的控制精度。但受機(jī)械傳動(dòng)部件的非線性影響嚴(yán)重，只有在要求高精度的場合，才使用全閉環(huán)系統(tǒng)。

2002 6.復(fù)合控制器

答：在反饋控制器的基礎(chǔ)上附加一個(gè)前饋控制器，二者的組合稱為復(fù)合控制器。它的作用是使系統(tǒng)能以零穩(wěn)定誤差跟蹤已知的輸入信號(hào)。7.伺服系統(tǒng)的剛度

答：伺服系統(tǒng)的剛度定義為輸出軸的單位位置誤差做承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。8．閉環(huán)技術(shù)

答：將反饋控制技術(shù)與傳感器相結(jié)合，可構(gòu)成閉環(huán)測量系統(tǒng)。9.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

19．采樣——數(shù)據(jù)系統(tǒng)

答：采樣——數(shù)據(jù)系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)參與閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)，其輸入往往是由上位機(jī)生成并經(jīng)過精插補(bǔ)的參考指令，輸出是轉(zhuǎn)軸的角位移或工作臺(tái)的線位移。

三、計(jì)算題

1、解：

（2011）

2.最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸近特性如圖所示。試求開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)。解：由對(duì)數(shù)幅頻漸近特性可知：

22某直流電機(jī)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如題22圖所示，已知：TM?JRaKvKtKf=0.05s，Ra=4Ω，KvKt=0.1N2m／A，Kf=O.1V2s／rad，Kp=10V／rad，求：（1）Td=0.002 N2m時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差θessT；

（2）伺服剛度KR。

?r（s）???e(s)Kp?Ra?T（ds）KvKt?（s）?1Kt1sTms?1?（s）

22．某伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如題22圖所示，已知：Kp=60V／rad，Kf=O.24V2s／rad，Kn=2.5310V／V，Kt=7.1N2m／A 求：(1)系統(tǒng)增益Kv：(2)伺服剛度KR。

330．已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如題30圖所示。

???(1)若K1=25，Kf=0，求階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量?％(定義：?％=e

調(diào)節(jié)時(shí)間ts(取△=±0．05)．

‘

（2）當(dāng)K1=25，欲使系統(tǒng)為最佳阻尼，確定Kf的值。

1??2?100%)和

四、簡單應(yīng)用題

答：

五、綜合應(yīng)用題

1、（2011）

解：

P208

26．某位置反饋系統(tǒng)如題26圖所示，已知：電動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)T=0.2s，K1=0.1V／()，K2=400(r／min)／V，K3=0．5。／(r．min?1.s)，求：。

(1)?=0時(shí),系統(tǒng)的最大超調(diào)量?%和調(diào)整時(shí)間ts(按△=±2％計(jì)算)；(2)欲使系統(tǒng)具有最佳阻尼比，增設(shè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋校正，確定?的值；(3)校正后，系統(tǒng)的開環(huán)增益K及單位速度輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。

26．控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如題26圖所示，已知G(s)=，Gc(s)=Ts+l(1)當(dāng)T=0時(shí)，試確定系統(tǒng)的自然頻率ωn，阻尼比ξ和最大超調(diào)量σ%；(2)欲希望系統(tǒng)成為最佳阻尼比狀態(tài)，試確定T值；

(3)校正后，系統(tǒng)的開環(huán)增益和單位速度輸人時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差essv。

2005

2004

2003 26.某伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，其中Kp、Ti均為正數(shù)，試確定使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，Kp、Ti取值的條件。

30.已知控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

①選擇K1和K2，使系統(tǒng)性能滿足：σ％≤20%和ts=1.8s。②求系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系數(shù)Kp、Kv和Ka。

32.設(shè)單位反饋系統(tǒng)如圖所示，已知T1=0.5s,T2=0.05s，為使系統(tǒng)獲得最大的相應(yīng)裕量υm，試確定此時(shí)的K值及相應(yīng)的υm值。

浙江省2003

23.二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示： 設(shè)k1=0.4,k2=1.0,T1=1 1）求系統(tǒng)固有頻率，阻尼比； 2）求系統(tǒng)增益ks； 3）求系統(tǒng)靈敏度k。

26.繪出由感應(yīng)同步器等組成的工作臺(tái)閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖。

2002 32.某控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，圖中GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)=

K1s(Ts+1)2 =

2S(0.1s+1)2

(1)確定Kp和Td的值，以使系統(tǒng)性能同時(shí)滿足：

在單位拋物線(恒加速度)函數(shù)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差essa≤0.2，幅值穿越(截止)頻率ωc=5

s1(2)計(jì)算系統(tǒng)在上述取值條件下的相位裕量?m。32.(1)開環(huán)傳函

G(s)=Gc(s)Gp(s)=(2)確定Kp和Td

2Kp(1?Tds)s(Ts?1)2?2Kp(1?Tds)S(0.1s?1)2

由essa=1Ka?12Kp?0.2?Kp?2.5 取Kp=2.5

51?（5Td）251?(0.5)22 在?c?5?1/s時(shí)，|Gc(j?c)||Gp(j?c)|?1即 1+25T2d??1

25(1?0.25)?Td?1.1s

.s)

?Gc(s)?Kp(1?TdS)?2.5(1?11(3)相應(yīng)的?m

?tg?1Td?c?tg?1T?c?tg?11.1?5?tg?10.1?5?79.7?26.6???53.1?

30.二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。

設(shè)K1=0.1, K2=10,T1=0.5s(1)求系統(tǒng)對(duì)r(t)的階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量σ%及調(diào)節(jié)時(shí)間ts(取△=±5%);(2)求系統(tǒng)增益Ks及伺服剛度KR;(3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess。30.(1)G(s)=pK1K2s(T1S?1)1型 Ｋv=limsG(s)?K1K2?1,Ｋ

s?0=limG(s)??，s?02n2n ?(s)?G(s)1?G(s)?T1sK1K22?s?2

?s?K1K2?2??ns?? ??n?K1K2T1?2 ??1/T12?n?22

(2)性能指標(biāo)

???1??2 ?%?e?100%??0.707?4.3%

ts=3??n?31?3s

(3)系統(tǒng)增益與伺服剛度 Ks=Kv=K1K2=1，KR=K1=0.1

（4）essr= essn=-

26.某二階系統(tǒng)如圖所示

(1)求系統(tǒng)對(duì)r(t)階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量σ%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。

(2)求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的穩(wěn)態(tài)誤差ess。

26.(1)求閉環(huán)傳函及誤差表達(dá)式 CR(s)R(s)??(s)?0.2?10s(s?2)?0.2?10?s22.11?Kp?1Kv?0?1

0.1K1??0.10.1??1?ess?essr?essn?1?1?0

?s?n22?2s?2?2??ns??2n??n?2,??22

CN(s)N(s)??N(s)?10(s?2)s2?2s?2 C(s)=CR(s)+CN(s)=?(s)R(s)??N(s)N(s)

?ss(s?2)2 E(s)=R(s)-C(s)=[1-?(s)]R(s)-?N(s)N(s)(2)求?%及ts

???1??2R(s)?10(s?2)s2N(s)

?2s?2?2s?2?0.707?1?0.7072 ?% ts=?e?100%?e?100%?4.3%

3??n?3s

(3)求ess

二階系統(tǒng)ai>0閉環(huán)穩(wěn)定 R(s)=1s?1s2,N(s)?0.1s

Ess=lim

1110(s?2)0.1?(?)?lims???1?1?02ss2ss?0s2?2s?2s?0s?2s?2ss(s?2)3.某二階系統(tǒng)如圖所示：

1)求該系統(tǒng)的固有頻率ωn，阻尼比ζ；

2)求系統(tǒng)對(duì)r(t)為單位階躍響應(yīng)時(shí)的最大超調(diào)量σ%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts

1.已知一階系統(tǒng)H(s)=

100.1s?1，試?yán)L出如圖輸入時(shí)，系統(tǒng)的輸出示意圖。

1.某單位負(fù)反饋系統(tǒng)，受控對(duì)象為G(s)=

GC(s)=kp(1+1?s8(s?2)(s?4)，今加入PI串聯(lián)控制器)，欲使系統(tǒng)滿足截止頻率ωc=1弧度/s，相位裕量Φm=90°，試確定kp,τ值。