伺服運(yùn)動(dòng)控制試卷與答案南陽(yáng)理工學(xué)院

南陽(yáng)理工學(xué)院課程考試參考答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)考試課程：伺服運(yùn)動(dòng)控制試卷類型：A學(xué)年學(xué)期：2011-2012-2考試時(shí)間：2012-05-28一、填空題：（每空1分，共20分）1?伺服系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容是機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中涉及的力學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、伺服參數(shù)檢測(cè)和控制等方面的理論和技術(shù)問(wèn)題。2?伺服系統(tǒng)的作用是接收來(lái)自控制裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件跟隨指令運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確。半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)檢測(cè)裝置檢測(cè)的不是系統(tǒng)最終的輸出量，而是與系統(tǒng)輸出具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的量來(lái)構(gòu)成反饋。4?光柵由光源、透鏡、光柵和光敏元件構(gòu)成，其中光柵包括：標(biāo)尺光柵和指示光柵。5?步進(jìn)電機(jī)的角位移量和指令脈沖的個(gè)數(shù)成正比，轉(zhuǎn)向與通電相序有關(guān)。它沒(méi)有累積誤差，具有良好的跟隨性。6.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線路三部分組成。7?在伺服系統(tǒng)中，常用于速度檢測(cè)的元件有直流測(cè)速機(jī)、交流測(cè)速機(jī)和光電編碼器等。8.霍爾效應(yīng)用于位置識(shí)別就是將電流恒定，則輸出霍爾電壓唯一隨B變化。9?變頻調(diào)速常分為基頻以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速兩個(gè)調(diào)速范圍，其中，前者屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，后者屬恒功率調(diào)速。Clarke變換是將三相平面坐標(biāo)系向兩相平面直角坐標(biāo)系進(jìn)行的轉(zhuǎn)換。交流伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入電源包括：主回路電源和控制回路電源兩部分。相位比較伺服系統(tǒng)常用的檢測(cè)元件是旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。脈沖比較伺服系統(tǒng)中脈沖的比較通常采用可逆計(jì)數(shù)器。目前步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器有硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種形式。感應(yīng)同步器的信號(hào)處理有鑒相型和鑒幅型兩種方式。二、 判斷題：（每題2分，共10分）（說(shuō)明：認(rèn)為陳述正確的在括號(hào)內(nèi)打“廠；否則在括號(hào)內(nèi)打“X”）（"）1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有快速啟停、精確步進(jìn)以及能直接接收數(shù)字量的特點(diǎn)。（V）2?交流伺服電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、無(wú)電刷磨損、維修方便，被認(rèn)為是一種理想的伺服電機(jī)。（X）3?機(jī)床的點(diǎn)位控制是不僅實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置點(diǎn)到另一個(gè)位置點(diǎn)的精確移動(dòng)，而且在移動(dòng)和定位的過(guò)程中仍需要不斷加工。（X）4.旋轉(zhuǎn)變壓器只能用于線位移的測(cè)量。X）5?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，不能用于閉環(huán)控制系統(tǒng)。三、 單選題：（每題2分，共10分）（說(shuō)明：將認(rèn)為正確答案的字母填寫(xiě)在每小題的括號(hào)內(nèi)）（B）1.一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率比啟動(dòng)頻率 。A.低B高C相等D大小關(guān)系不確定（D）2.以下哪一項(xiàng)不是對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求。A穩(wěn)定性好B精度高C快速響應(yīng)無(wú)超調(diào)D高速，轉(zhuǎn)矩小（A） 3?通過(guò)以下哪種方式可以進(jìn)一步減小步進(jìn)電機(jī)的步距角，從而提高其走步精度。A細(xì)分B提高頻率C減小電源電壓D改變控制算法（B） 4?使用感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)裝置，從而構(gòu)成位置閉環(huán)的控制系統(tǒng)屬于何種控制方式。A開(kāi)環(huán)B閉環(huán)C半閉環(huán)D前饋（A）5?無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換相狀態(tài)由以下什么因素決定。A轉(zhuǎn)子的位置B位置傳感器的安裝位置C電機(jī)的電流D電機(jī)的電壓四、簡(jiǎn)答題：（每題5分，共30分）怎樣區(qū)別進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)？參考答案：進(jìn)給伺服系統(tǒng)：完成各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，具有定位和輪廓跟蹤功能，是數(shù)控機(jī)床中要求最高的伺服控制系統(tǒng)。（3分）主軸伺服系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，提供切削過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩和功率。主要是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。（2分）怎樣利用旋轉(zhuǎn)變壓器的鑒幅工作方式進(jìn)行角位移的測(cè)量？參考答案：在鑒幅型工作方式下，旋轉(zhuǎn)變壓器的兩相正交定子繞組分別加上相位相等、頻率相同而幅值不同的勵(lì)磁電壓，（2分）即：Vl=-Vlmsin?t,V2=V2msinst,Vlm=Vmcos,V2m=Vmsin。這兩相勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：U3=nV]Sine+nVQCOS0=nVmsin（9一0）-sinot （1分）可見(jiàn)，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值嚴(yán)格地按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角e的變化而變化。若e=①，則E2=o。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。磩?lì)磁幅值），不斷修改定子繞組勵(lì)磁信號(hào)的①，使其跟蹤e的變化，以測(cè)量角位移e。（2分）提高光柵分辨精度的措施有哪些？參考答案：措施1：提高刻線精度；增加刻線密度（有局限性，刻線密度不能超過(guò)200條線/mm）。（3分）措施2：采用倍頻的方法獲得高的分辨精度。（2分）什么是步進(jìn)電機(jī)的串行控制方式？什么是步進(jìn)電機(jī)的并行控制方式？參考答案：具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源之間，具有較少的連線，所以在這種系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電源中必須含有環(huán)形分配器。（3分）用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多個(gè)端口直接去控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路的方法稱為并行控制。（2分）三相永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與一般的永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)相比，在結(jié)構(gòu)上有什么不同之處？參考答案：用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極；（2分）用具有三相繞組的定子取代轉(zhuǎn)子電樞；（1分）用逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器組成電子換向器，取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向器和電刷。（2分）根據(jù)下圖說(shuō)明脈沖比較電路中脈沖分離的作用是什么?參考答案：在使用可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖比較時(shí)，指令脈沖F和反饋脈沖Pf到來(lái)的時(shí)刻可能錯(cuò)開(kāi)或重疊。如果二者同時(shí)進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器，則會(huì)出現(xiàn)信號(hào)的競(jìng)爭(zhēng)而產(chǎn)生誤操作。因此不允許這樣的情況出現(xiàn)，必須在F和Pf進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器之前先進(jìn)行脈沖分離處理。（3分）

脈沖分離的方法：若加、減脈沖同時(shí)到來(lái)時(shí)，則由硬件邏輯電路保證先作加法計(jì)數(shù)，然后經(jīng)過(guò)幾個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)再作減法計(jì)數(shù)。這樣，可保證兩路計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)均不會(huì)丟失。（2分）fp+ff-fp-ff+fp+ff-fp-ff+五、分析與計(jì)算題：（每題15分，共30分）1?若一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其步距角為1.2°/0.6°，試問(wèn)：（1）1.2°/0.6°表示什么意思？（2）轉(zhuǎn)子齒數(shù)為多少？（3）寫(xiě)出三相六拍運(yùn)行方式正反轉(zhuǎn)的通電順序。（4）在A相測(cè)得的電源頻率為500Hz時(shí)，求三相三拍和三相六拍每分鐘的轉(zhuǎn)速為多少？（15分）答案要點(diǎn)：3分）3分）1）此步進(jìn)電機(jī)的全部方式的步距角是1.2°，半步方式的步距角為0.63分）3分）⑵切=器=1*3*7=0.6Tz=100'即100個(gè)齒。（三相六拍）360。kmz360360。kmz3601*3*100=1?2（三相三拍）3）三相六拍正轉(zhuǎn)：ATABTBTBCTCTCATA三相六拍反轉(zhuǎn)：ATACTCTCB三相六拍反轉(zhuǎn)：ATACTCTCBTBTBATA4）三相三拍三相六拍f*60 500*60n= =—kmz1*3*100=100r/minf*60 500*60n= =kmz2*3*100=50r/min4分）（5分）1）請(qǐng)畫(huà)出系2.利用以下百格拉步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器如何構(gòu)建一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)：統(tǒng)框圖；（2）說(shuō)明步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的各接口該連接何種信號(hào)（任選一種工作方式）？（3）并寫(xiě)出調(diào)試的基本步驟。1）請(qǐng)畫(huà)出系答案要點(diǎn)：1）4分）1）4分）（2）PULSE:脈沖信號(hào)輸入端，每一個(gè)脈沖的上升沿使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。DIR：方向信號(hào)輸入端。CW：正轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。CCW：反轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。RESET：復(fù)位信號(hào)。READY:輸入報(bào)警信號(hào)。U、V、W接電機(jī)動(dòng)力線，PE是地；L、N、PE接驅(qū)動(dòng)器電源。 （5分）PULSE+與CW+,PULSE—與CW-,DIR+與CCW+,DIR—與CCW—對(duì)應(yīng)同一個(gè)接口，按控制方式不同給出兩種定義名稱；可以用兩相脈沖輸出（CW/CCW）方式進(jìn)行控制，也可以用（PULSE+DIR）方式控制。上位機(jī)的控制信號(hào)可以高電平有效，也可以低電平有效。當(dāng)高有效時(shí)，把所有控制信號(hào)的負(fù)端連在一起作為信號(hào)地，低有效時(shí)，把所有控制信號(hào)的正端連在一起作為信號(hào)公共端。 （2分）（3）調(diào)試基本步驟是：a.選擇工作方式，進(jìn)行硬件接線；b.PLC和計(jì)算機(jī)編程；c.系統(tǒng)調(diào)試（4分）—PULSE+/CW