長(zhǎng)度和時(shí)間測(cè)量機(jī)械運(yùn)動(dòng)練習(xí)題

1、第7課時(shí) 長(zhǎng)度和時(shí)間測(cè)量 機(jī)械運(yùn)動(dòng)【知識(shí)整合】考點(diǎn)1：時(shí)間測(cè)量1測(cè)量工具：停表（秒表）、手表等2單位：基本單位：秒(s)；其他單位：時(shí)(h)、分(min)、毫秒(ms)時(shí) 分 秒 毫秒 微秒60時(shí) 分 秒 毫秒 微秒60 60 1000 1000【注意】估測(cè)時(shí)間，常用數(shù)脈搏跳動(dòng)次數(shù)的方法?？键c(diǎn)2：長(zhǎng)度測(cè)量1測(cè)量工具：刻度尺、米尺、皮卷尺、游標(biāo)卡尺、激光測(cè)距儀等2單位：基本單位：米(m)；其他單位：千米(km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(m)、納米(nm)千米 米 分米 厘米 毫米 微米 納米3進(jìn)率關(guān)系： 千米 米 分米 厘米 毫米 微米 納米10001000 10 10

2、10 1000 1000【易錯(cuò)點(diǎn)】“光年”不是時(shí)間單位，而是長(zhǎng)度單位，即光傳播一年所通過的路程。4刻度尺（1）三大特征：零刻度線、分度值和量程（2）使用方法：使零刻度線對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體的一端；尺的位置放正，使刻度尺的刻度線緊靠被測(cè)物體；讀數(shù)時(shí)，視線要正對(duì)刻度線，不可斜視；記錄時(shí)，既要記錄準(zhǔn)確值，又要記錄估計(jì)值，還應(yīng)注明測(cè)量單位?！咀⒁狻繙y(cè)量工具選取時(shí)，不是越精確越好，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要合理的選擇各種測(cè)量工具。5誤差：測(cè)得值和真實(shí)值之間的差異。【比較】測(cè)量誤差和測(cè)量錯(cuò)誤區(qū)別測(cè)量誤差測(cè)量錯(cuò)誤產(chǎn)生原因跟測(cè)量人讀取估計(jì)值不同有關(guān)；跟測(cè)量工具的精確程度有關(guān)不遵守測(cè)量?jī)x器的使用規(guī)則；讀取、記錄測(cè)量結(jié)果時(shí)粗心減

3、小或避免不可避免，只能減小。減小方法：采用多次測(cè)量求平均值；采用精確度更高的測(cè)量工具；運(yùn)用合理的實(shí)驗(yàn)方法采用正確的測(cè)量方法，就可以避免【易錯(cuò)點(diǎn)】為了減小誤差，采用多次測(cè)量取平均值時(shí)，平均值保留小數(shù)的位數(shù)仍應(yīng)反映測(cè)量的準(zhǔn)確程度（即與測(cè)量值保留小數(shù)的位數(shù)一致）。6間接測(cè)量：（1）累積法；（2）化曲為直法；（3）配合法；考點(diǎn)3：機(jī)械運(yùn)動(dòng)1定義：一個(gè)物體相對(duì)于另外一個(gè)物體位置的改變。2參照物：事先選定的一個(gè)物體?！咀⒁狻浚?）參照物選取時(shí)，要能夠使被研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)簡(jiǎn)單、清楚、容易描述；（2）不能選取研究對(duì)象作為參照物；（3）研究對(duì)象為多個(gè)時(shí)，應(yīng)選取同一個(gè)參照物。3運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性：研究物體時(shí)，參

4、照物選取的不同，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能不同。例如，正在行駛的列車，若選擇鐵軌兩旁的樹為參照物，列車是運(yùn)動(dòng)的 ，若選擇列車上的座椅為參照物，則列車是靜止的。4比較物體運(yùn)動(dòng)快慢的方法：（1）相同時(shí)間，比較路程；（2）相同路程，比較時(shí)間。5速度（1）定義：物體單位時(shí)間內(nèi)，所通過的路程（2）公式：（3）單位：基本單位：米/秒；其他單位：千米/時(shí)；1米/秒3.6千米/時(shí)6分類：勻速直線運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)【比較】勻速直線運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)區(qū)別勻速直線運(yùn)動(dòng)變速運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，速度的大小和方向不變運(yùn)動(dòng)過程中，速度變化求速度用求速度用求出路程s內(nèi)的平均速度【易錯(cuò)點(diǎn)】物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)樗俣葀保持不變，所以v與s和t無

5、關(guān)。【應(yīng)用探究】類型之一：長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量 本考點(diǎn)常見的題型有：（1）單位間的換算；（2）填寫合適的單位；（3）根據(jù)對(duì)生活的觀察與了解，進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓罍y(cè)。其中開放性的估測(cè)成為各地中考的趨勢(shì)，解答時(shí)一定要注重與生活實(shí)際相聯(lián)系，就會(huì)降低試題的估測(cè)難度?！纠?】（2007年天津）四位同學(xué)分別用同一把最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)量同一支鉛筆的長(zhǎng)度，記錄的數(shù)據(jù)如下，其中錯(cuò)誤的是（ ）A. 171.2mmB. 1.712dmC. 0.01712kmD. 0.1712m【解題分析】長(zhǎng)度的測(cè)量結(jié)果應(yīng)有三部分組成，即準(zhǔn)確值、估計(jì)值和測(cè)量單位。測(cè)量結(jié)果的倒數(shù)第二位，所在的位數(shù)，與刻度尺的分度值保持一致。故C選項(xiàng)錯(cuò)誤?！?/p>

6、標(biāo)準(zhǔn)解答】C【變式題】（2006年江西）如圖所示，用A、B兩把刻度尺測(cè)同一物體長(zhǎng)度，放置正確的是 刻度尺，其分度值是 ，該物體的長(zhǎng)度為 cm?？键c(diǎn)之二：機(jī)械運(yùn)動(dòng) 機(jī)械運(yùn)動(dòng)的試題鑒于初中學(xué)生的特點(diǎn)及知識(shí)基礎(chǔ)情況，常常以貼近初中學(xué)生所熟悉的學(xué)習(xí)或生活的實(shí)際問題設(shè)置情景。解決這類試題，一定要先確定參照物，然后將所要判斷物體的位置與參照物之間進(jìn)行比較，可得出正確的結(jié)論。中考常以填空、選擇題出現(xiàn)?！纠?】（2007年廣東）五一假期，小明與父母乘長(zhǎng)途汽車外出旅游，小明看見前面的小車與他的距離保持不變，后面的卡車離他越來越遠(yuǎn)如果以長(zhǎng)途汽車為參照物，小車是_的(選填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)，卡車是_的(選填“靜止

7、”或“運(yùn)動(dòng)”)小明爸爸說小明沒有動(dòng)，他所選的參照物是_類型之三：路程、時(shí)間、速度的計(jì)算 該考點(diǎn)的試題，近幾年各地中考試題多以取材于生活實(shí)際，如認(rèn)識(shí)交通標(biāo)志牌、認(rèn)識(shí)汽車上的速度計(jì)、“路程時(shí)間”圖像、“速度時(shí)間”圖像等。解題時(shí)，要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行公式變形，多角度、多方位的思考問題，突出知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，體會(huì)物理學(xué)的實(shí)用性?！纠?】（2007年徐州）小剛從家中出發(fā)到達(dá)彭城廣場(chǎng)后，沿原路返回家中，其中一半路程步行一半路程騎自自行車。路程與時(shí)間圖像如圖所示。則步行的是圖中_段，小剛家到彭城廣場(chǎng)的路程為_m，小剛騎車的速度為_ms?！窘忸}分析】題中為“路程時(shí)間”圖像，觀察路程坐標(biāo)可知，從O點(diǎn)到A點(diǎn)，恰好運(yùn)動(dòng)一半路

8、程，再觀察時(shí)間坐標(biāo)可知，OA段用時(shí)5min，AB段用時(shí)20min，說明前一段路程速度慢，即OA段為騎自行車，AB段為步行。根據(jù)速度計(jì)算公式可得，騎車速度為6m/s【標(biāo)準(zhǔn)解答】AB 1800 6【變式題】（2006年無錫）如圖是一個(gè)騎車者和一個(gè)跑步者的路程與時(shí)間的變化圖線，從圖中可以獲得的合理信息很多，請(qǐng)?jiān)賹懗鰞蓷l。信息一：騎車者的速度為5ms；信息二： ；信息三： ?！菊n時(shí)作業(yè)】一、選擇題1（2007年玉溪紅塔）如圖所示是利用每秒閃光10次的照相裝置分別拍攝到的四個(gè)小球的頻閃照片，其中哪幅照片表示小球在做勻速直線運(yùn)動(dòng)（ ）【測(cè)試要點(diǎn)】勻速直線運(yùn)動(dòng)的理解2（2007年泉州）2007年2月3日，我

9、國(guó)成功地將第四顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送入太空。該定位衛(wèi)星是一種地球同步衛(wèi)星，地球上的人覺得它在空中是靜止的，人們這時(shí)選擇的參照物是（ ） A.太陽(yáng) B.地球 C.月球 D.流星【測(cè)試要點(diǎn)】參照物3（2007年北京）下面是對(duì)日常生活中一些物體的質(zhì)量和長(zhǎng)度的估計(jì)，其中最接近實(shí)際的是（ ）A正常成年人的鞋子的長(zhǎng)度約為42cmB初中物理課本的長(zhǎng)度約為026mC一支普通鉛筆的質(zhì)量約為500gD一個(gè)普通雞蛋的質(zhì)量約為03kg【測(cè)試要點(diǎn)】長(zhǎng)度、質(zhì)量的估測(cè)4（2007年貴陽(yáng)）在物理學(xué)中我們是以 “單位時(shí)間內(nèi)物體通過路程的多少”來描述物體運(yùn)動(dòng)快慢的，而在文學(xué)作品中常常用一些成語(yǔ)來描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢，下面的成

10、語(yǔ)中與物理學(xué)描述運(yùn)動(dòng)快慢的方法最相近的是（ ）A離弦之箭 B風(fēng)弛電擎 C一日千里 D姍姍來遲【測(cè)試要點(diǎn)】速度定義的理解5（2007年上海）甲、乙兩小車運(yùn)動(dòng)的s-t圖像如圖所示，由圖像可知 ( )A 甲、乙兩車都做勻速直線運(yùn)動(dòng)。B 甲車的速度為10米/秒，乙車的速度為2米/秒。C 經(jīng)過6秒，甲、乙兩車相距2米。D 經(jīng)過5秒，甲、乙兩車通過的路程均為10米?！緶y(cè)試要點(diǎn)】“路程時(shí)間”圖像6。（2007年株洲）通常人的臂長(zhǎng)和步距都與身高成正比（用符號(hào)“”表示），在正常步行時(shí)手臂自然擺動(dòng)一次的時(shí)間與臂長(zhǎng)的平方根成正比。由此他猜想人的步行速度 v 與身高 h 之間可能存在如下的關(guān)系，你認(rèn)為他的下列猜想中正

11、確的是Avh2 B vh Cv D v1/ QUOTE 【測(cè)試要點(diǎn)】速度的計(jì)算公式二、填空題7（原創(chuàng)題）如圖所示,刻度尺進(jìn)行觀察的結(jié)果是：（1）零刻度線是否磨損_（選填“已磨損”或“沒磨損”），（2）量程是_厘米，（3）分度值是_厘米?！緶y(cè)試要點(diǎn)】刻度尺的三要素8（2007年寧德）我國(guó)古代為了傳遞信息，自周代起就形成郵騷制度，每到一驛站換人換馬接力傳遞，到宋代設(shè)金牌、銀牌、銅牌三種郵驛等級(jí)，其中“金牌”一晝夜傳遞500里（1 晝夜24h，1里0.5 km ) ，由此可推算出傳遞“金牌”的平均速度約為_km/h?！緶y(cè)試要點(diǎn)】速度的計(jì)算9（2007年無錫）2007年4月26日，由“淵源共生 和諧共

12、融的祥云”、“曾經(jīng)推動(dòng)世界文明發(fā)展的中國(guó)古代四大發(fā)明之一的紙卷軸”等元素完美融合而成的北京奧運(yùn)會(huì)火炬正式面世，如圖所示。火炬長(zhǎng)72 _ ，質(zhì)量為985 _ 。（填寫物理量單位）【測(cè)試要點(diǎn)】長(zhǎng)度、質(zhì)量的估測(cè)10（2007年廣州）沿長(zhǎng)廊AB方向鋪有30塊完整的相同的正方形地磚，如圖甲(1)小明用最小分度值是lmm的尺測(cè)量其中一塊地磚長(zhǎng)度如圖乙所示，則每塊地磚的長(zhǎng)度是 m(2)小明用停表測(cè)量自己從長(zhǎng)廊的A端走到B端所用的時(shí)間停表的讀數(shù)如圖丙所示，他所用的時(shí)間是 s(3)根據(jù)速度、路程和時(shí)間的關(guān)系v= ，算出小明的步行速度為 m/s 【測(cè)試要點(diǎn)】長(zhǎng)度測(cè)量、時(shí)間測(cè)量、速度的計(jì)算三、實(shí)驗(yàn)探究題11（200

13、6年徐州）一個(gè)小球從斜面滾下，用照相機(jī)每隔0.1s拍攝一次，記錄小球運(yùn)動(dòng)情況的照片如圖所示。則小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)用時(shí)_s，平均速度為_ms。小球整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度越來越_【測(cè)試要點(diǎn)】速度的計(jì)算12（2005年淮安）如圖所示為某輛賽車啟動(dòng)過程的頻閃照片，該賽車從賽道的起點(diǎn)處（車頭所對(duì)的零刻度線位置）由靜止開始出發(fā)，同時(shí)，照相機(jī)開始拍照，以后賽車沿直線向右運(yùn)動(dòng)的過程中，照相機(jī)每隔0.2s曝光一次。仔細(xì)觀察頻閃照片，如果賽車照此規(guī)律從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)1.0s到達(dá)E處.請(qǐng)你認(rèn)真思考后完成：（1）填寫表格中所缺的三個(gè)數(shù)據(jù)（不需要估讀）位置起點(diǎn)ABCDE時(shí)間/s00.20.40.60.81.0路程/m014（2

14、）分析在這段時(shí)間內(nèi)賽車通過的路程和時(shí)間的關(guān)系，可知路程和 成正比?！緶y(cè)試要點(diǎn)】長(zhǎng)度的測(cè)量四、計(jì)算題13（2007年鎮(zhèn)江）小星利用節(jié)假日到上海去看望奶奶，他來到鎮(zhèn)江火車站看到列車運(yùn)行時(shí)刻表的一部分如圖所示，他比較了特快T131和動(dòng)車組“和諧號(hào)”D413的運(yùn)行時(shí)間后，決定乘坐動(dòng)車組“和諧號(hào)”D413前往上海若兩列車均正常運(yùn)行，試問：往上海方向（里程：237km）車次到達(dá)時(shí)間（鎮(zhèn)江）開車時(shí)間（鎮(zhèn)江）終點(diǎn)站（上海）T13109：4309：4512：31D41310：0410：0611：53（1）動(dòng)車組“和諧號(hào)”D413比特快T131少運(yùn)行多少時(shí)間？（2）動(dòng)車組“和諧號(hào)”D413從鎮(zhèn)江到上海的運(yùn)行過程中

15、的平均速度為多少米秒？合多少千米時(shí)？【測(cè)試要點(diǎn)】時(shí)間、速度的計(jì)算14。（2007年泰州）在兵器工業(yè)中，子彈射出的速度是衡量槍械性能的指標(biāo)之一。有一種運(yùn)用“旋轉(zhuǎn)法”測(cè)子彈速度的方法，如圖所示。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定兩個(gè)間距為20cm的薄塑片，電動(dòng)機(jī)以300轉(zhuǎn)/秒勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槍械正對(duì)塑片水平射擊，子彈穿越時(shí)的阻力不計(jì)。對(duì)一般步槍測(cè)試，子彈在兩塑片之間飛行的這段咐間內(nèi)，塑片旋轉(zhuǎn)不超過兩圈?，F(xiàn)對(duì)子彈速度在200rn/s以上的某型號(hào)步槍進(jìn)行測(cè)試，子彈先后射穿兩塑片的彈孔位置如圖中A、B。求：（1）子彈在兩塑片之間飛行的這段時(shí)間內(nèi)，塑片可能轉(zhuǎn)過的角度。（2）子彈在兩塑片之間飛行的可能時(shí)間。（3）該型號(hào)步槍子彈飛

16、行的速度?！緶y(cè)試要點(diǎn)】速度的計(jì)算參考答案【應(yīng)用探究】【例1】【變式題】【解題分析】本題考查同學(xué)們?nèi)绾握_使用刻度尺的問題?？潭瘸呱嫌腥兀戳憧潭染€、分度值、量程。測(cè)量結(jié)果的記錄，需要包含三部分，準(zhǔn)確值、估計(jì)值和測(cè)量單位。【標(biāo)準(zhǔn)解答】A 1mm 2.20（2.152.25均可得分）【例2】【解題分析】判斷物體是運(yùn)動(dòng)的，還是靜止的，先要確定參照物。以長(zhǎng)長(zhǎng)途汽車為參照物，小車與長(zhǎng)途汽車之間位置沒有改變，則說明小車靜止，卡車遠(yuǎn)離長(zhǎng)途汽車，則說明卡車運(yùn)動(dòng)?！緲?biāo)準(zhǔn)解答】靜止 運(yùn)動(dòng) 小車【例3】【變式題】【解題分析】本題考查同學(xué)們對(duì)“st圖象”的理解，將兩個(gè)不同速度的研究對(duì)象“騎車者”和“跑步者”運(yùn)動(dòng)曲

17、線放到同一個(gè)圖象中，找出他們的區(qū)別。本題可以從時(shí)間、速度、路程的角度去觀察圖象，從中可以發(fā)現(xiàn)很多的信息。題目具有一定的開放性，這也是今后中考命題的趨勢(shì)?！緲?biāo)準(zhǔn)解答】騎車者比跑步者后運(yùn)動(dòng)10s；騎車者和跑步者都作勻速運(yùn)動(dòng)（其它說法合理同樣給分）【課時(shí)作業(yè)】1、【解析】閃光照片中，每相鄰的兩個(gè)黑點(diǎn)之間所經(jīng)歷的時(shí)間間隔相等，若相鄰黑點(diǎn)之間的距離也相等，則該物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)?！敬鸢浮緽2、【答案】B3、【解析】成年人的鞋子長(zhǎng)度約為23cm26cm，一支不同鉛筆的質(zhì)量約為十幾克，一個(gè)普通雞蛋的質(zhì)量約為0.05kg【答案】B4、【答案】C5、【答案】C6、【解析】根據(jù)題意可知，步距與升高h(yuǎn)成正比，手臂擺

18、動(dòng)一次的時(shí)間與成正比，而人走一步，通常手臂擺動(dòng)一次，即走一步所用的時(shí)間與成正比，所以速度v與成正比，即v與成正比?！敬鸢浮緾7、【解析】本題考查刻度尺的使用方法【答案】已磨損 10 0.18、【解析】根據(jù)題意可知，路程為250km，時(shí)間為24h，根據(jù)速度計(jì)算公式，可得“金牌”的平均速度為10.4km/h【答案】10.4（或10）9、【答案】cm g10、【答案】（1）0.6 （2）20 （3）s/t 0.911、【解析】圖中A、B、C、D均為小球的在不同時(shí)刻的位置情況，根據(jù)題意，每相鄰的兩個(gè)小球的時(shí)間間隔為0.1s，因此從A到D有3次間隔，故時(shí)間為0.3s，總路程為30cm，根據(jù)公式v=s/t

19、即可算出，此時(shí)的平均速度為1m/s，通過圖中還可以看出從A到D小球的間隔越來越大，而每個(gè)間隔的時(shí)間相等，我們知道時(shí)間相等時(shí)，路程越長(zhǎng)，速度越快，因此本題中小球運(yùn)動(dòng)過程中速度越來越快。【答案】0.3 1 快12、【解析】通過上圖，直接讀出賽車在C、D點(diǎn)的路程為9m和16m，通過前面四組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)它們之間存在規(guī)律，A點(diǎn)的路程為12，B點(diǎn)的路程為22，C點(diǎn)的路程為32，D點(diǎn)的路程為42，因此E點(diǎn)的路程應(yīng)該為52，即25m。分析表中數(shù)據(jù)，得知賽車做的是加速直線運(yùn)動(dòng)，因此路程和時(shí)間就不成正比。將這些數(shù)據(jù)繪制成“路程時(shí)間”圖象，如圖所示，發(fā)現(xiàn)該圖象和數(shù)學(xué)中的二次函數(shù)圖象非常類似，因此可以猜想路程和時(shí)間的平方

20、成正比。經(jīng)驗(yàn)證后，可得出結(jié)論?！敬鸢浮浚?）9、16、25；（2）時(shí)間的平方13、【答案】14、【答案】（1）60（2）根據(jù)題意，可得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為300r/s，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為60r所以轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間為（3）子彈運(yùn)動(dòng)的路程s20cm0.2m，時(shí)間t5.5610-4s根據(jù)速度計(jì)算公式vs/t360m/s附錄資料：不需要的可以自行刪除 永磁同步電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)PMSM的數(shù)學(xué)模型交流電機(jī)是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)的三相繞組分布在定子上，永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上。在永磁同步電機(jī)運(yùn)行過程中，定子與轉(zhuǎn)子始終處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永磁體與繞組，繞組與繞組之間相互影響，電磁關(guān)系十分復(fù)雜，再加上磁路飽和等非線

21、性因素，要建立永磁同步電機(jī)精確的數(shù)學(xué)模型是很困難的。為了簡(jiǎn)化永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，我們通常做如下假設(shè)：忽略電機(jī)的磁路飽和，認(rèn)為磁路是線性的；不考慮渦流和磁滯損耗；當(dāng)定子繞組加上三相對(duì)稱正弦電流時(shí)，氣隙中只產(chǎn)生正弦分布的磁勢(shì)，忽略氣隙中的高次諧波；驅(qū)動(dòng)開關(guān)管和續(xù)流二極管為理想元件；忽略齒槽、換向過程和電樞反應(yīng)等影響。永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型由電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程組成，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下：(l)電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電壓方程如下式所示:其中，Rs為定子電阻；ud、uq分別為d、q 軸上的兩相電壓；id、iq分別為d、q軸上對(duì)應(yīng)的兩相電流；Ld、Lq分別為直軸電

22、感和交軸電感；c為電角速度；d、q分別為直軸磁鏈和交軸磁鏈。若要獲得三相靜止坐標(biāo)系下的電壓方程，則需做兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的變換，如下式所示。(2)d/q軸磁鏈方程：其中，f為永磁體產(chǎn)生的磁鏈，為常數(shù)，而是機(jī)械角速度，p為同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)，c為電角速度，e0為空載反電動(dòng)勢(shì)，其值為每項(xiàng)繞組反電動(dòng)勢(shì)的倍。(3)轉(zhuǎn)矩方程：把它帶入上式可得:對(duì)于上式，前一項(xiàng)是定子電流和永磁體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱為永磁轉(zhuǎn)矩；后一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子突極效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩，稱為磁阻轉(zhuǎn)矩，若Ld=Lq，則不存在磁阻轉(zhuǎn)矩，此時(shí)，轉(zhuǎn)矩方程為：這里，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，。(4)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程：其中，是電機(jī)轉(zhuǎn)速，是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，是總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(包括電機(jī)慣

23、量和負(fù)載慣量)，是摩擦系數(shù)。直線電機(jī)原理永磁直線同步電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的一種演變，相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和動(dòng)子沿軸向剖開，然后將電機(jī)展開成直線，由定子演變而來的一側(cè)稱為初級(jí)，轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級(jí)。由此得到了直線電機(jī)的定子和動(dòng)子，圖1為其轉(zhuǎn)變過程。直線電機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)上是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的演變，在工作原理上也與旋轉(zhuǎn)電機(jī)類似。在旋轉(zhuǎn)的三相繞組中通入三相正弦交流電后，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣隙磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（又叫同步轉(zhuǎn)速）為： （1-1）其中，交流電源頻率，電機(jī)的極對(duì)數(shù)。如果用表示氣隙磁場(chǎng)的線速度，則有： （1-2）其中，為極距。當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)展開成直線電機(jī)形式以后，如果不考慮鐵芯兩端開斷引起

24、的縱向邊端效應(yīng)，此氣隙磁場(chǎng)沿直線運(yùn)動(dòng)方向呈正弦分布，當(dāng)三相交流電隨時(shí)間變化時(shí)，氣隙磁場(chǎng)由原來的圓周方向運(yùn)動(dòng)變?yōu)檠刂本€方向運(yùn)動(dòng)，次級(jí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)和初級(jí)的磁場(chǎng)相互作用從而產(chǎn)生電磁推力。在直線電機(jī)當(dāng)中我們把運(yùn)動(dòng)的部分稱為動(dòng)子，對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。這個(gè)原理和旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似，二者的差異是：直線電機(jī)的磁場(chǎng)是平移的，而不是旋轉(zhuǎn)的，因此稱為行波磁場(chǎng)。這時(shí)直線電機(jī)的同步速度為v=2f,旋轉(zhuǎn)電機(jī)改變電流方向后，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，同樣的方法可以使得直線電機(jī)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖1永磁直線同步電機(jī)的演變過程 圖2 直線電機(jī)的基本工作原理 對(duì)永磁同步直線電機(jī)，初級(jí)由硅鋼片沿橫向疊壓而成，次級(jí)也是由硅鋼片疊壓而成，并且在次級(jí)

25、上安裝有永磁體。根據(jù)初級(jí)，次級(jí)長(zhǎng)度不同，可以分為短初級(jí)-長(zhǎng)次級(jí)結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)初級(jí)-短次級(jí)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)部分可以是電機(jī)的初級(jí)，也可以是電機(jī)的次級(jí)，要根據(jù)實(shí)際的情況來確定?；窘Y(jié)構(gòu)如圖3所示，永磁同步直線電機(jī)的速度等于電機(jī)的同步速度： （1-3）圖3 PMLSM的基本結(jié)構(gòu) 矢量控制（磁場(chǎng)定向控制技術(shù)）矢量控制技術(shù)是（磁場(chǎng)定向控制技術(shù)）是應(yīng)用于永磁同步伺服電機(jī)的電流（力矩）控制，使得其可以類似于直流電機(jī)中的電流（力矩）控制。矢量控制技術(shù)是通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的。坐標(biāo)變換需要坐標(biāo)系，變化整個(gè)過程給出三個(gè)坐標(biāo)系：靜止坐標(biāo)系（a，b，c）：定子三相繞組的軸線分別在此坐標(biāo)系的a，b，c三軸上；靜止坐標(biāo)系（，）：在（

26、a，b，c）平面上的靜止坐標(biāo)系，且軸與a軸重合，軸繞軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度；旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）:以電源角頻率旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。矢量控制技術(shù)對(duì)電流的控制實(shí)際上是對(duì)合成定子電流矢量的控制，但是對(duì)合成定子電流矢量的控制的控制存在以下三個(gè)方面的問題：是時(shí)變量，如何轉(zhuǎn)換為時(shí)不變量？如何保證定子磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)之間始終保持垂直？是虛擬量，力矩T的控制最終還是要落實(shí)到三相電流的控制上，如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換？從靜止坐標(biāo)系（a，b，c）看是以電源角頻率旋轉(zhuǎn)的，而從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）上看是靜止的，也就是從時(shí)變量轉(zhuǎn)化為時(shí)不變量，交流量轉(zhuǎn)化為直流量。所以，通過Clarke和Park坐標(biāo)變換（即3/2變換），實(shí)現(xiàn)了對(duì)勵(lì)磁電流id

27、和轉(zhuǎn)矩電流iq的解耦。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）中，已經(jīng)成為了一個(gè)標(biāo)量。令在q軸上（即讓id=0），使轉(zhuǎn)子的磁極在d軸上。這樣，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）中，我們就可以象直流電機(jī)一樣，通過控制電流來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。且解決了以上三個(gè)問題中的前兩個(gè)。但是，id、iq不是真實(shí)的物理量，電機(jī)的力矩控制最終還是由定子繞組電流ia、ib、ic（或者定子繞組電壓ua、ub、uc）實(shí)現(xiàn)，這就需要進(jìn)行Clarke和Park坐標(biāo)逆變換。且解決了以上三個(gè)問題中的第三個(gè)。力矩回路控制的實(shí)現(xiàn)：圖中電流傳感器測(cè)量出定子繞組電流ia,ib作為clarke變換的輸入，ic可由三相電流對(duì)稱關(guān)系ia+ib+ic=0求出。clarke變換

28、的輸出i,i ，與由編碼器測(cè)出的轉(zhuǎn)角作為park變換的輸入，其輸出id與iq作為電流反饋量與指令電流idref及iqref比較，產(chǎn)生的誤差在力矩回路中經(jīng)PI運(yùn)算后輸出電壓值ud,uq。再經(jīng)逆park逆變換將這ud,uq變換成坐標(biāo)系中的電壓u ,u。SVPWM算法將u,u轉(zhuǎn)換成逆變器中六個(gè)功放管的開關(guān)控制信號(hào)以產(chǎn)生三相定子繞組電流。電流環(huán)控制交流伺服系統(tǒng)反饋分為電流反饋、速度反饋和位置反饋三個(gè)部分。其中電流環(huán)的控制是為了保證定子電流對(duì)矢量控制指令的準(zhǔn)確快速跟蹤。電流環(huán)是內(nèi)環(huán)，SVPWM控制算法的實(shí)現(xiàn)主要集中在電流環(huán)上，電流環(huán)性能指標(biāo)的好壞，特別是動(dòng)態(tài)特性，將全面影響速度、位置環(huán)。PI調(diào)節(jié)器不同于

29、P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn): P調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量; 而PI調(diào)節(jié)器輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān), 而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值, 它就能提供多少, 直到飽和為止。電流環(huán)常采用PI控制器，目的是把P控制器不為0 的靜態(tài)偏差變?yōu)?。電流環(huán)控制器的作用有以下幾個(gè)方面：內(nèi)環(huán)；在外環(huán)調(diào)速的過程中，它的作用是使電流緊跟其給定電流值（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出）；對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗干擾作用；在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中（起動(dòng)、升降速）中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流-即加速了動(dòng)態(tài)過程；過載或者賭轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。電流環(huán)的控制指標(biāo)主要是以跟隨性能為主的。在穩(wěn)態(tài)上，要求無靜差；在動(dòng)態(tài)上，不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值。雙閉環(huán)電機(jī)調(diào)速過程中所希望達(dá)到的目標(biāo)：起動(dòng)過程中: 只有電流負(fù)反饋, 沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后: 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主導(dǎo)作用; 電流負(fù)反饋僅為電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。雙閉環(huán)電機(jī)具體工作過程：根據(jù)檢測(cè)模塊得到的速度值和電流值實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)測(cè)量的實(shí)際轉(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，速度調(diào)節(jié)器的積分作用使速度環(huán)輸出增加，即電流