《运动控制系统》吴贵文（习题参考答案）

性，因此，其多位数输出型，一般均选用串行输出或总线型输出。 5-5 数字测速方法有几种？各有什么优缺点？

答：（1）M法测速，在一定的时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1，用以计算这段时间内的转速。低速时测量精度较差，适合测量较高的转速。

（2）T法测速，通过测量旋转编码器输出信号的周期来推算电动机的转速，所以又称周期法。高速时测量精度较差，适合测量较低的转速。

（3）M/T法测速，将M法和T法的优点结合起来，它无论在高速或低速时都具有较高的分辨能力和检测精度。 5-6 什么是电子齿轮功能？

答：电子齿轮是一个对位置输入脉冲信号进行分频（或倍频）的电路，给定信号（脉冲数）要通过电子齿轮后，才转变为位置指令，目的是通过电子齿轮变比的设置，使系统满足用户对控制分辨率（角度/脉冲）的要求。

5-7 三相隐极同步电动机的参数为：额定电压UN?380V，额定电流IN?23A，额定频率

fN?50Hz，额定功率因数cos??0.8（超前），定子绕组Y形联结，电动机极对数np?2，

同步电抗xc?10.4?，忽略定子电阻。

（1）求该同步电动机运行在额定状态时的电磁功率Pem、电磁转矩Te、转矩角?、转子磁动势在定子绕组产生的感应电动势Es、最大转矩Temax；

（2）若电磁转矩为额定值，功率因数cos??1，求电磁功率Pem、定子电流Is、转矩角?、转子磁动势在定子绕组产生的感应电动势Es、最大转矩Temax。

解：（1）额定相电压 Us?UN3?3803V?220V

由cos??0.8，可得??36.87?，sin??0.6。 感应电动势

Es?(Ussin??INxc)2?(Uscos?)2?(220?0.6?23?10.4)2?(220?0.8)2V?410.81V 转矩角

??????arctan电磁功率 Pem?Ussin??INxc220?0.6?23?10.4???arctan?36.87??27.76?

Uscos?220?0.83UsEs3UsEs3?220?410.81sin??sin???sin27.76?W?12143W xdxc10.4Pem?3UsEs12143sin??N?m?77.34N?m ?mxc2??1500/60电磁转矩 Te??m

最大转矩 Temax?3UsEs3?220?410.81?N?m?166.05N?m ?mxc(2??1500/60)?10.4 （2）此时，电磁转矩为额定值Te?77.34N?m，转速不变，则电磁功率也不变

Pem?12143W，cos??1，sin??0。

UsIscos??3?220?Is?1?12143W，得因为忽略定子电阻，所以Pem?P1?3Is?18.4A。

??????arctanUssin??Isxc220?0?23?10.4???arctan?0??89.74?

Uscos?220?1 Es?Pemxc12143?10.4?V?191.35V

3Ussin?3?220?sin89.74?3UsEs3?220?191.35?N?m?77.345N?m ?mxc(2??1500/60)?10.4 Temax?

6-1 全闭环位置伺服系统与半闭环位置伺服系统相比有什么优点？

答：全闭环位置伺服系统将机械传动机构也包括到了位置控制回路中，就使得机械传动结构的误差也可以通过闭环控制得到减小，因此控制精度比半闭环位置伺服系统更高。 6-2 位置随动系统有哪些特点？

答：1）输出量（被控量）为位移，而不是转速。 2）输入量是不断变化的（而不是恒定量），系统主要要求输出量能按一定精度跟随输入量的变化，以跟随性能为主。而调速系统主要要求输出量保持恒定，能抑制负载扰动对转速的影响，以抗扰性能为主。

3）功率放大器及控制系统都必须是可逆的，使伺服电动机可以正、反两个方向转动，并消除正或负的位置偏差。而调速系统可以有不可逆系统。

4）位置随动系统的外环为位置环，而速度环、电流环为内环。

6-3 位置随动系统的性能用哪些指标衡量？

答：1）稳态位置跟随误差。 2）定位精度与速度控制范围。 3）最大快移速度。 4）伺服刚度。

6-4 伺服系统的执行电动机有哪几种？

答：直流伺服电动机（小惯量和宽调速）、交流伺服电动机（异步和永磁同步）、直线电动机。

6-5 数控插补算法有哪几类？

答：就目前普遍应用的算法而言，插补可以分为两大类：脉冲增量插补和数据采样插补。

6-6 某伺服系统框图如图6-15所示，计算3种输入下的系统给定误差：

1?1(t)； 2t*???1(t)； （2）m2（1）?m?*2（3）?*m?(1?t?t)?1(t)。

θm*+-500s(0.1s+1)θm

图6-15 习题6-6图

解：该伺服系统为I型系统，且开环增益Kh=500，所以

（1）输入为阶跃信号，系统跟随误差为零。

（2）输入为斜坡信号，且v=1/2，则系统跟随误差

e?v0.5??0.001 Kh500 （3）输入为抛物线信号，系统跟随误差为无穷大。

7-1数字式运动控制系统由哪几部分组成？画出控制系统框图。

答：数字式运动控制系统一般采用双闭环系统结构，采用微机控制，全数字电路实现脉冲触发、转速给定和检测，并采用数字PI算法，由软件实现转速、电流调节，控制系统框图如下所示。

7-2运动控制系统的数字控制器与模拟控制器比较有哪些优点？

答：模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，便于学习入门，但其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而电路复杂、通用性差，控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响。以微处理器为核心的数字控制系统（简称数字控制系统）硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响；其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律，而且更改起来灵活方便。

7-3增量式PID控制器与位置式PID控制器各有何优缺点？

答：①位置式PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到了误差的累加值；而增量式PID的输出只与当前拍和前两拍的误差有关，因此位置式PID控制的累积误差相对更大；②增量式PID控制输出的是控制量增量，并无积分作用，因此该方法适用于执行机构带积分部件的对象，如步进电机等，而位置式PID适用于执行机构不带积分部件的对象，如电液伺服阀。③由于增量式PID输出的是控制量增量，如果计算机出现故障，误动作影响较小，而执行机构本身有记忆功能，可仍保持原位，不会严重影响系统的工作，而位置式的输出直接对应对象的输出，因此对系统影响较大。 7-4什么是现场总线？常用的现场总线有哪些？

答：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。目前流行的主要有FF、Profibus、CAN、LonWorks、WorldFIP等。

7-5 Profibus现场总线的主站与主站、主站与从站是以什么方式进行通信的？

答：Profibus总线存取协议规定主站之间的令牌传递方式和主站与从站之间的主从方式。令牌程序保证了每个主站在一个确切规定的时间框内得到总线存取权即令牌，在Profibus中，令牌只在各主站之间通信时使用。主从方式允许主站在得到总线存取令牌时可与从站通信，每个主站均可向从站发送或索取信息，通过该方法可实现以下几种系统配置方式：（1）纯主站一从站系统（主一从机制）、（2）纯主站一主站系统（令牌传递机制）、（3）混合系统 7-6试总结运动控制系统中网络控制的发展趋势。 答：当前运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器, 发展到了基于嵌入式计算的开放式、网络化运动控制器。基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产

品之一。运动控制网络将进一步向速度更快、抖动更小、容错性更好、传输距离更远和高可靠性的方向发展, 以求实现在网络化控制的情况下仍能进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算, 使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳;并使系统的结构更加开放, 能根据用户的应用要求进行客制化的重组, 设计出个性化的运动控制器。这将是今后运动控制网络技术发展的方向。