南阳理工学院课程考试
参考答案与评分标准
考试课程：伺服运动控制 学年学期：2011-2012-2 试卷类型：B 考试时间：2012-05-28
一、填空题：（每空1分，共20分）
1. 在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。
2. 数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 3. 伺服控制系统有多种反馈比较原理与方法，包括脉冲比较、相位比较和幅值比较。 4. 旋转变压器常用作于数控机床的检测装置，但其测量精度较低（高/低）。 5. 步进电机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成正比。
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，常用于测角（位移）的检测元件有电位计、差动变压器、微同步器、自整角机、旋转变压器等。
8. 一块通过恒定电流的半导体（或导体）薄块，在与电流垂直方向上加上磁场时，运动的电子产生偏移，在薄块的两个侧面就产生一个电势差，这种现象称为霍尔效应。 9. 变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变同步（同步/异步）转速，从而实现交流电动机调速的一种方法。
10. 矢量控制是把交流电动机解析成与直流电动机一样，根据磁场及其正交的电流的乘积就是转矩这一最基本的原理，从理论上将电动机定子侧电流分解成建立磁场的励磁分量和产生转矩的转矩分量的两个正交矢量来处理，然后分别进行控制。
11. 直流伺服电机的调速方式主要有：改变电枢电压、变磁通量和在电枢回路中串联调节电阻R。
12. 如果选择磁尺、光栅、光电编码器等元件作为机床移动部件移动量的检测装置，检出的位置反馈信号是数字脉冲信号。由此构成的伺服系统称为脉冲比较伺服系统。 13. 幅值比较伺服系统的位置检测元件应工作在幅值工作方式。
14. 台达ASDA-AB系列伺服驱动器的操作模式主要有三种：位置模式、速度模式和扭矩模式。
15. 旋转变压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. 步进电动机主要用于开环控制系统，不能用于闭环控制系统。
（√）2. 在数控机床位置进给控制中，为了加工出光滑的零件表面，不允许出现位置超调。
（√）3. 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。
（√）4. 机床的轮廓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
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移动和定位的过程中仍需要不断加工。。
（√）5. 连续控制的要求是：精确定位，并随时控制进给轴伺服电机的转向和转速。。
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） （A）1．步进电机控制信号的脉冲频率越高，动态转矩也就 。
A 越小 B 越大 C 没有影响 D 可能大也可能小
（B）2. 反馈补偿型的步进电动机伺服系统，这种系统基本上解决了步进电动机丢失脉冲的问题，但是这种系统从控制方式来看 真正意义上的闭环控制。
A 是 B 不是 C 不确定 D 等同于
（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
（C）4. 使用测速电机作为检测装置，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 （D）5. PWM调速方式称为（ ）。
A 变电流调速 B 变电压调速 C 变频调速 D 脉宽调速
四、简答题：（每题5分，共30分）
1. 对伺服系统的基本要求是什么？ 参考答案：(1)稳定性好；（1分）(2)快速相应并无超调；（1分）(3)准度高；（1分）(4)低速时大转矩，调速范围宽。（2分）
2. 怎样利用旋转变压器的鉴相工作方式进行角位移的测量？
参考答案：在鉴相型工作方式下，旋转变压器的两相正交定子绕组分别加上幅值相等、频率相同而相位相差90度的正弦励磁电压，（2分）即：V1=Vmsinωt；V2=Vmcosωt。这两相励磁电压在转子绕组中产生的感应电动势为：u3?nVmcos(?t??1)，可知，转子绕组感应电动势的相位严格地按转子转角θ1的正弦(或余弦)规律变化，（2分）其频率和励磁电压频率相同（幅值不变）。因此，可利用鉴相器线路检测旋转变压器转子绕组中感应电动势的相位来测量出转子相对于定子的转角θ1，即被测位移的大小。（1分）
3. 请写出莫尔条纹的主要特点。 参考答案：
(1)移动规律：条纹的移动量、移动方向与光栅尺的位移量、位移方向具有对应关系。（1分） （1分）
(2)放大作用：莫尔条纹的间距W对光栅的栅距ω有放大作用。 （1分） (3)光栅透光的强弱及光敏元件输出的电压按正弦规律变化。 （1分） (4)平均效应：莫尔条纹对光栅栅距的局部误差具有误差平均作用。 （2分） 4. 步进控制系统主要由哪几部分组成？各部分功能是什么？
参考答案：步进电机开环控制系统主要由步进控制器、功率放大器及步进电机组成。（2分）步进控制器是由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正、反转控制门等组成。主要用于步进电机转速、转角、转向等控制；（2分）功率放大器主要用于驱动信号的功率放大，提高其驱动能力。（1分）
5. 分析下面驱动电路的功能？
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参考答案：图中所示是步进电动机单相的单电压功放电路。L、RL是步进电机的绕组电感和绕组电阻；（2分）晶体管VT可以看成一个无触点开关；二极管V和电阻Rd组成放电回路，以防止晶体管VT关断瞬间绕组反电势造成管子击穿。（1分）R为限流电阻，保证通电后电流稳态值为额定值,同时还可以起到减小过渡时间的作用。（1分）电容C为加速电容，动态时，利用它的旁路作用，使电机绕组电流上升加快，改善电流波形的前沿。（1分） 6. 根据下图说明脉冲加减器的基本功能是什么？ -XSJCLKQJCLKS45171211142U1:AU1:BQ9U3:ARRKQ615KQ10132U4:A(A)313U3:C108974111741117400AU4:A174042$AU3:B461427400U2:AQ71211JCLKU2:BQ957400+XSJCLK51R37411113RKQ615S4KQ1074111 参考答案：脉冲加减器是脉冲-相位变换器的关键部分，他完成向基准脉冲中加入或抵消脉冲的作用。（3分）当有正指令脉冲来时，使基准脉冲序列中加入一个脉冲；当有负指令脉冲来时，使基准脉冲序列中扣减一个脉冲。（2分） 五、分析与计算题：（每题15分，共30分） 1.一台五相步进电动机，采用五相十拍脉冲分配方式，转子有200个齿，脉冲频率为f=1000Hz，丝杠导程为t=10mm，减速装置的传动比i=10。求：（1）写出一个循环的通电顺序；（2）求步进电动机步距角；（3）求步进电动机转速；（4）求步进电机的脉冲当量。
参考答案：
（1）电机正转时，一个循环的通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 电机反转时，一个循环通电顺序为：A→AE→E→ED→D→DC→C→CB→B→BA→A （2分） 或：AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
（2）根据步距角的计算公式： ?b?齿距齿距360???拍数KmKmz 其中，K=2，m=5，z=200，因此有：
?b?360?360???0.18?Kmz2?5?200
（3分）
（3）根据步进电机的速度计算公式：
?n?b?f?60?2?
60f2?kmz?60f(r/min)2?Kmz
其中，f=1000Hz，K=2，m=5，z=200，因此有：
n?
60f60?1000??30(r/min)（5分）Kmz2?5?200
（4）根据步进电机的脉冲当量计算公式： ???bt360t
360i?Kmz?360i
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其中，t=10mm，K=2，m=5，z=200，i=10，因此有：
??360Kmz?t360i?3602?5?200?10360?10?0.0005
（5分） 2.利用以下台达伺服驱动器如何构建一个交流伺服控制系统？请画出系统框图，说明伺服驱动器的各接口该连接何种信号？并写出调试的基本步骤。 参考答案：
计算机RS232PLC交流驱动器交流伺服电机（1）
（5分）
（2）各接口连接信号可参照右图。
（5分）
（3）a.连接硬件；b.设置驱动器的控制模式。调整参数，将控制模式设定为所需模式，更改后须重新上电开机。C.上位机编程和PLC编程；d.系统调试。（5分）
五、计算与思考题（每题15分，共30分） 29、若一台BF系列四相反应式步进电动机，其步距角为1.8°/0.9°,试问：（1）1.8°/0.9°表示什么意思？（2）转子齿数为多少？（3）写出四相八拍运行方式的一个通电顺序。（4）在A相测得的电源频率为400Hz时，其每分钟的转速为多少？
答案要点：（1）（2分）此步进电机的全部方式的步距角是1.8°，半步方式的步距角为0.9°。
（4分）?360?（2）3601?kmz?2*4*z?0.9?z?50，即50个齿。（四相八拍） ?360?3602?kmz?1*4*50?1.（四相四拍）8 （3）（3分）四相八拍：A?AB?B?BC?C?CD?D?DA （4）（6分）f=400*4Hz=1600Hz
四相四拍：n?1.8?*f*60360??480r/min ?四相八拍：n?0.9*f*60360??240r/min
评卷