伺服运动控制试卷A南阳理工学院带答案

填空题：（每空1分，共20分）
1.伺服系统主要研究内容是机械运动过程中涉及的力学、机械学、动力驱动、伺服参数检测和控制等方面的理论和技术问题。

2.伺服系统的作用是接收来自控制装置的指令信号，驱动移动部件跟随指令运动，并保证动作的快速和准确。

3.半闭环伺服控制系统是指系统检测装置检测的不是系统最终的输出量，而是与系统输出具有对应关系的量来构成反馈。

4.光栅由光源、透镜、光栅和光敏元件构成，其中光栅包括：标尺光栅和指示光栅。

5.步进电机的角位移量和指令脉冲的个数成正比，转向与通电相序有关。

它没有累积误差，具有良好的跟随性。

6.无刷直流电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。

7.在伺服系统中，常用于速度检测的元件有直流测速机、交流测速机和光电编码器等。

8.霍尔效应用于位置识别就是将电流恒定，则输出霍尔电压唯一随B变化。

9.变频调速常分为基频以下调速和基频以上调速两个调速范围，其中，前者属恒转矩调速，后者属恒功率调速。

10.Clarke变换是将三相平面坐标系向两相平面直角坐标系进行的转换。

11.交流伺服驱动器的输入电源包括：主回路电源和控制回路电源两部分。

12.相位比较伺服系统常用的检测元件是旋转变压器和感应同步器。

13.脉冲比较伺服系统中脉冲的比较通常采用可逆计数器。

14.目前步进电机环形分配器有硬件环形分配器和软件环形分配器两种形式。

15.感应同步器的信号处理有鉴相型和鉴幅型两种方式。

二、判断题：（每题2分，共10分）（说明：认为陈述正确的在括号内打“√”；否则在括号内打“×”）
（√）1.步进电动机具有快速启停、精确步进以及能直接接收数字量的特点。

（√）2.交流伺服电机由于结构简单、成本低廉、无电刷磨损、维修方便，被认为是一种理想的伺服电机。

（╳）3.机床的点位控制是不仅实现由一个位置点到另一个位置点的精确移动，而且在移动和定位的过程中仍需要不断加工。

（╳）4.旋转变压器只能用于线位移的测量。

（╳）5.步进电动机主要用于开环控制系统，不能用于闭环控制系统。

三、单选题：（每题2分，共10分）（说明：将认为正确答案的字母填写在每小题的括号内）
（B）1．一般步进电动机的运行频率比启动频率。

A．低 B 高 C 相等 D 大小关系不确定
（D）2.以下哪一项不是对伺服系统的基本要求。

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A 稳定性好
B 精度高
C 快速响应无超调
D 高速，转矩小
（A）3.通过以下哪种方式可以进一步减小步进电机的步距角，从而提高其走步精度。

A 细分
B 提高频率
C 减小电源电压
D 改变控制算法
（B）4.使用感应同步器作为位置检测装置，从而构成位置闭环的控制系统属于何种控制方式。

A 开环
B 闭环
C 半闭环
D 前馈
（A ）5.无刷直流电动机的换相状态由以下什么因素决定。

A 转子的位置
B 位置传感器的安装位置
C 电机的电流
D 电机的电压
四、简答题：（每题5分，共30分）
1.怎样区别进给伺服系统和主轴伺服系统？
参考答案：进给伺服系统：完成各坐标轴的进给运动，具有定位和轮廓跟踪功能，是数控机床中要求最高的伺服控制系统。

（3分）主轴伺服系统：实现主轴的旋转运动，提供切削过程中的转矩和功率。

主要是一个速度控制系统。

（2分）
2.怎样利用旋转变压器的鉴幅工作方式进行角位移的测量？
参考答案：在鉴幅型工作方式下，旋转变压器的两相正交定子绕组分别加上相位相等、频率相同而幅值不同的励磁电压，（2分）即：V1=-V1m sin ωt ，V2=V2m sin ωt ，V1m=Vmcos ，V2m=Vmsin 。

这两相励磁电压在转子绕组中产生的感应电动势为：
（1分）
可见，旋转变压器转子绕组感应电动势的幅值严格地按转子转角θ的变化而变化。

若θ=Ф，则E2＝0。

实际应用中，可根据转子绕组感应电动势的大小(即励磁幅值)，不断修改定子绕组励磁信号的Ф，使其跟踪θ的变化，以测量角位移θ。

（2分）
3.提高光栅分辨精度的措施有哪些？
参考答案：措施1：提高刻线精度；增加刻线密度（有局限性，刻线密度不能超过200条线/mm ）。

（3分）措施2：采用倍频的方法获得高的分辨精度。

（2分）
4.什么是步进电机的串行控制方式？什么是步进电机的并行控制方式？
参考答案：具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间，具有较少的连线，所以在这种系统中，驱动电源中必须含有环形分配器。

（3分）用微型计算机系统的多个端口直接去控制步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。

（2分）
5.三相永磁无刷直流电动机与一般的永磁有刷直流电动机相比，在结构上有什么不同之处？
参考答案：
① 用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极；（2分）
② 用具有三相绕组的定子取代转子电枢；（1分）
③ 用逆变器和转子位置检测器组成电子换向器，取代有刷直流电动机的机械换向器和电刷。

（2分）
6.根据下图说明脉冲比较电路中脉冲分离的作用是什么?
参考答案：在使用可逆计数器进行脉冲比较时，指令脉冲F 和反馈脉冲Pf 到来的时刻可能错开或重叠。

如果二者同时进入可逆计数器，则会出现信号的竞争而产生误操作。

因此不允许这样的情况出现，必须在F 和Pf 进入可逆计数器之前先进行脉冲分离处理。

（3分） 脉冲分离的方法：若加、减脉冲同时到来时，则由硬件逻辑电路保证先作加法计数，然后经过几个时钟周期的延时再作减法计数。

这样，可保证两路计数脉冲信号均不会丢失。

（2分）
t sin )sin(nV cos nV in s nV u m 213ω⋅θ-ϕ=θ+θ=共4页 第2页
U2:A U2:B
U2:C U2:D
U3:A
U4:A 0U4:B
U5:A 0U5:B
U6U7CEXT REXT
C2R21&
U1ff-fp+
fp-
ff+
五、分析与计算题：（每题15分，共30分）
1.若一台三相反应式步进电动机，其步距角为1.2°/0.6°,试问：（1）1.2°/0.6°表示什么意思？（2）转子齿数为多少？（3）写出三相六拍运行方式正反转的通电顺序。

（4）在A 相测得的电源频率为500Hz 时，求三相三拍和三相六拍每分钟的转速为多少？（15分） 答案要点：
（1）此步进电机的全部方式的步距角是1.2°，半步方式的步距角为0.6°。

（3分）
（2） （3分） （3）A C A C BC B A B A →→→→→→三相六拍正转： A BA B C B C A C A →→→→→→三相六拍反转： （4分） （4）三相三拍：
三相六拍： （5分）
2.利用以下百格拉步进电机伺服驱动器如何构建一个步进电机控制系统：（1）请画出系统框图；（2）说明步进驱动器的各接口该连接何种信号（任选一种工作方式）？（3）并写出调试的基本步骤。

（15分）
答案要点：
（1）计算机PLC 步进驱动器步进电机
RS232 （4分）
（2）PULSE ：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。

DIR ：方向信号输入端。

CW ：正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。

CCW ：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。

RESET ：复位信号。

READY ：输入报警信号。

U 、V 、W 接电机动力线，PE 是地；
个齿。

（三相六拍），即100100z 6.0z
*3*2360k mz 3601=→===θ （三相三拍）2.1001*3*1360
k mz 3602===θ
min /r 50100*3*260*005k mz 60*f n ===min /r 100100*3*160*005k mz 60*f n
===共4页 第3页
L 、N 、PE 接驱动器电源。

（5分）
PULSE ＋与CW ＋，PULSE －与CW －，DIR ＋与CCW ＋，DIR －与CCW －对应同一个接口，按控制方式不同给出两种定义名称；可以用两相脉冲输出（CW/CCW ）方式进行控制，也可以用（PULSE+DIR ）方式控制。

上位机的控制信号可以高电平有效，也可以低电平有效。

当高有效时，把所有控制信号的负端连在一起作为信号地，低有效时，把所有控制信号的正端连在一起作为信号公共端。

（2分）
（3）调试基本步骤是：a.选择工作方式，进行硬件接线；b.PLC 和计算机编程；c.系统调试 （4分）
STEP1
ON 1 2 3 4PULES.SYS
CURR.RED
STEP2
PACER W
WD3-007PE
N
L
PE
U
V
DC-
DC+
READY-
READY+RESET-RESET+DIR-/CCW-DIR+/CCW+PULSE-/CW-PULSE+/CW+MOT.CURR
FLT
TEMP
RDY
C 40F E
D 2138
A
9B
7
6
5
共4页 第4页。