什么是伺服控制？为什么机电一体化系统的运动控制往往是伺服.doc

习题六及参考答案 6-1、什么是伺服控制？为什么机电一体化系统的运动控制往往是伺服控制？ 6-2、机电一体化系统的伺服驱动有哪几种形式?各有什么特点？ 6-3、机电一体化对伺服系统的技术要求是什么？ 6-4、试分析直流伺服电机的结构与工作原理。 6-5、试分析直流伺服电机与交流伺服电机在控制上有什么不同？ 6-6、常用的变流技术是什么？各有什么用途？ 6-7、比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别。 6-8、了解伺服电动机的机械特性有什么意义，习、、惯性称呼机械特性硬的含义是什么？6-9、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有24个齿，求：1）步进电机的步距角；2）脉冲电源的频率。 三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，输入脉冲频率为多少?步距角为多少?6-14、变流技术有哪几种应用形式？举出各种变流器的应用实例。 6-15、什么是PWM？直流PWM调压比其它调压方式有什么优点？ 6-16、交流变频调速有哪几种类型，各有什么特点？ 6-17、什么是SPWM？SPWM信号是数字信号形式还是模拟信号形式？ 6-18、用SPWM进行交流变频调速所对应的传统方法有哪些？各有什么特点？ 6-19、步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么? 6-20、试分析半桥逆变电路的工作原理 习题六答案 6-1、什么是伺服控制？为什么机电一体化系统的运动控制往往是伺服控制？ 伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统. 机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。 6-2、机电一体化系统的伺服驱动有哪几种形式?各有什么特点？ 1、按被控量参数特性分类 按被控量不同，机电一体化系统可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统。其它系统还有温度、湿度、磁场、光等各种参数的伺服系统 2、按驱动元件的类型分类 按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系统。 3、按控制原理分类 按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。 6-3、机电一体化对伺服系统的技术要求是什么？ 机电一体化伺服系统要求具有精度高、响应速度快、稳定性好、负载能力强和工作频率范围大等基本要求，同时还要求体积小、重量轻、可靠性高和成本低等。 6-4、试分析直流伺服电机的结构与工作原理。 直流伺服电动机主要由磁极、电枢、电刷及换向片结构组成（如图6-3所示）。其中磁极在工作中固定不动，故又称定子。定子磁极用于产生磁场。在永磁式直流伺服电动机中，磁极采用永磁材料制成，充磁后即可产生恒定磁场。在他励式直流伺服电动机中，磁极由冲压硅钢片叠成，外绕线圈，靠外加励磁电流才能产生磁场。电枢是直流伺服电动机中的转动部分，故又称转子，它由硅钢片叠成，表面嵌有线圈，通过电刷和换向片与外加电枢电源相连。 图 6-3 直流伺服电动机基本结构 图6-4 电枢等效电路 直流伺服电动机是在定子磁场的作用下，使通有直流电的电枢（转子）受到电磁转矩的驱使，带动负载旋转。通过控制电枢绕组中电流的方向和大小，就可以控制直流伺服电动机的旋转方向和速度。当电枢绕组中电流为零时，伺服电动机则静止不动。 直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。 采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式 6-5、试分析直流伺服电机与交流伺服电机在控制上有什么不同？ 直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动转矩和相对功率，易于控制及响应快等优点。尽管其结构复杂，成本较高，在机电一体化控制系统中还是具有较广泛的应用。 6-6、常用的变流技术是什么？各有什么用途？ 交流调压器——把固定交流电压变成可调的交流电压。 6