《机床数控技术》_许德章 习题及答案 第六章答案.docx

第六章 数控机床伺服系统 6-1 试对开环、半闭环、闭环伺服系统进行综合比较，说明它们的机构特点和应用场合。 答：开环控制：只有输出信号，没有反馈信号来校正误差。适用于对精度不高、负载变化和干扰影响小的应用。 闭环控制：通过实时比较反馈信号和指令信号来校正输出，具有高精度、稳定性好、能抵御负载变化和干扰的特点。适用于对精度要求高、稳定性和抗干扰能力要求强的应用。 半闭环控制：结合了开环和闭环控制的特点，引入反馈信号但不直接用于调整输出。适用于对精度要求较高、负载变化和干扰影响较小的应用。 6-2 伺服系统由哪些部分组成，数控机床对伺服系统的要求有哪些？ 答：数控机床伺服系统一般由4部分组成：驱动控制器、伺服电动机（M）、数控机床机械装置和反馈检测装置。数控机床对伺服系统的要求为调速范围要宽，低速能输出大转矩；快速响应且无超调；稳定性要好，可靠性要高。 6-3 简述反应式步进电动机的工作原理，并说明开环步进伺服系统如何进行移动部件的位移量、速度和方向控制的。 答：反应式步进电动机工作原理为：基于定子产生的电磁力吸引转子偏转而进行转矩输出。开环步进伺服系统进行移动部件的位移量、速度和方向控制，通常包含以下几个关键步骤：1、位置控制：首先，确定所需的目标位置和相对位移量。通过控制信号，将脉冲序列发送给步进电机驱动器，驱动器会将脉冲转换为电流信号，控制步进电机的旋转。每个脉冲都会使步进电机转动一个固定的角度，从而实现位置的微小变化。 2、速度控制：为了控制部件的移动速度，可以通过调整脉冲序列的频率来改变步进电机的转速。增加脉冲频率可以增加转动速度，减小脉冲频率则会降低转动速度。 3、方向控制：在开环步进伺服系统中，改变正反转方向可以通过改变脉冲序列的顺序来实现。根据脉冲序列的不同排列方式，可以使步进电机以不同的方向旋转。 6-4 什么是步距角，反应式步进电动机的步距角与哪些因素有关，步距角与脉冲当量之间的关系是什么？ 答：步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角，其大小等于错齿的角度。错齿角度的大小取决于转子上的齿数和磁极数；转子齿数和磁极数越多，步距角越小，步进电动机的位置精度越高，其结构也越复杂。 步距角与脉冲当量之间的关系是，脉冲当量是控制器输出的每个脉冲所对应的角度，通常以度或弧度表示。可以通过调整脉冲当量大小来控制电机的运动，从而实现更精细的位置控制。具体而言，脉冲当量越小，则每个脉冲所转动的角度越小，步进电机的控制精度和分辨率就会更高；反之，如果脉冲当量越大，则步进电机的运动将更快，但控制精度可能会降低。 6-5 若数控机床的脉冲当量δ=0.05mm，快进时步进电动机的工作频率f=2500Hz，请计算快速进给速度。 答：快速进给速度为 6-6 步进电动机的环形脉冲分配器和功率放大器分别有哪些形式，各自有何特点？ 答：环形脉冲分配器分为硬件式和软件式两种。硬件式使用门电路和逻辑电路构成，根据步进电动机的相数和控制方式设计。软件式由计算机软件控制。功率放大器分为单电压功率放大器、高低电压功率放大器、斩波恒流功率放大器和调频调压功率放大器。其中，单电压功率放大器只需一个电源电压供给，适用于低功率、低速度、低精度的步进电机应用。高低电压功率放大器具备高压和低压两个输出电压，可根据需求切换使用。斩波恒流功率放大器能够保持稳定的电流输出，在高负载和高速度应用中性能良好。调频调压功率放大器是高级类型，可以根据步进电机特性调整输出频率和电压，实现最佳驱动效果。 6-7 提高步进伺服系统精度的措施有哪些？分别说明它们的工作原理。 答：要提高步进伺服系统精度，可以采取以下措施： 使用微步驱动器：将步进脉冲细分为更小的微步，增加分辨率和平滑度。 使用闭环控制系统：引入编码器反馈装置，实时校正位置，提高控制精度。 增加驱动电流和电压：提高输出力矩和动态响应能力。 优化机械结构：加强刚性、减少传动间隙，降低振动和变形。 优化控制算法：选择和调整合适的算法，实现精确的位置和速度控制。 6-8 直流伺服电动机有哪几种？试说明它们的工作原理。 答：永磁式直流伺服电动机的工作原理：永磁式直流伺服电动机是使用永磁体作为励磁源的直流电动机。它的转子上安装有永磁体，可以产生稳定的磁场。当电机通电时，电流通过定子绕组产生旋转磁场，与永磁体的磁场相互作用，使得电机产生转矩。控制器根据反馈信号监测和调整电机的位置和速度，通过调节驱动电流的大小和方向来控制电机的运动。 励磁式直流伺服电动机的工作原理：励磁式直流伺服电动机在转子上添加一个励磁绕组。这个励磁绕组通过外部电源提供励磁电流，产生一个额外的磁场。当电机通电时，电流通过定子绕组产生旋转磁场，与励磁绕组的磁场叠加，从而产生转矩。控制器根据反馈信号监测和调整电机的位置和速度，通过调节励磁电流和驱动电流的大小和方向来