【正文】 制原理分類按自動(dòng)控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。機(jī)電一體化對(duì)伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是什么？機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)要求具有精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、負(fù)載能力強(qiáng)和工作頻率范圍大等基本要求，同時(shí)還要求體積小、重量輕、可靠性高和成本低等。試分析直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理。直流伺服電動(dòng)機(jī)主要由磁極、電樞、電刷及換向片結(jié)構(gòu)組成（如圖63所示）。其中磁極在工作中固定不動(dòng)，故又稱定子。定子磁極用于產(chǎn)生磁場(chǎng)。在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，磁極采用永磁材料制成，充磁后即可產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。在他勵(lì)式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，磁極由沖壓硅鋼片疊成，外繞線圈，靠外加勵(lì)磁電流才能產(chǎn)生磁場(chǎng)。電樞是直流伺服電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，故又稱轉(zhuǎn)子，它由硅鋼片疊成，表面嵌有線圈，通過電刷和換向片與外加電樞電源相連。圖 63 直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖64 電樞等效電路直流伺服電動(dòng)機(jī)是在定子磁場(chǎng)的作用下，使通有直流電的電樞（轉(zhuǎn)子）受到電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)使，帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。通過控制電樞繞組中電流的方向和大小，就可以控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度。當(dāng)電樞繞組中電流為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)則靜止不動(dòng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式主要有兩種：一種是電樞電壓控制，即在定子磁場(chǎng)不變的情況下，通過控制施加在電樞繞組兩端的電壓信號(hào)來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；另一種是勵(lì)磁磁場(chǎng)控制，即通過改變勵(lì)磁電流的大小來改變定子磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。采用電樞電壓控制方式時(shí)，由于定子磁場(chǎng)保持不變，其電樞電流可以達(dá)到額定值，相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也可以達(dá)到額定值，因而這種方式又被稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。而采用勵(lì)磁磁場(chǎng)控制方式時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行條件下磁場(chǎng)已接近飽和，因而只能通過減弱磁場(chǎng)的方法來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于電樞電流不允許超過額定值，因而隨著磁場(chǎng)的減弱，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，但輸出轉(zhuǎn)矩下降，輸出功率保持不變，所以這種方式又被稱為恒功率調(diào)速方式試分析直流伺服電機(jī)與交流伺服電機(jī)在控制上有什么不同？直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。常用的變流技術(shù)是什么？各有什么用途？交流調(diào)壓器——把固定交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。比較直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境差別。直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。與直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，交流伺服電動(dòng)機(jī)不需要電刷和換向器，因而維護(hù)方便和對(duì)環(huán)境無要求；此外，交流電動(dòng)機(jī)還具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積和重量較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；尤其是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。了解伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有什么意義，習(xí)、慣性稱呼機(jī)械特性硬的含義是什么？如果直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較平緩，則當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化較小，這時(shí)稱直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬。有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵(lì)磁繞組，測(cè)得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r/min，已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒，求： 1）步進(jìn)電機(jī)的步距角； 2）脈沖電源的頻率。三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=100,雙拍制通電，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為120r/min，輸入脈沖頻率為多少?步距角為多少?1簡(jiǎn)述交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制方案。（１）開環(huán)控制（2）無速度傳感器的矢量控制（3）帶速度傳感器矢量控制（4）永磁同步電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制1試分析三相SPWM的控制原理。在PWM型逆變電路中，使用最多的是圖643a的三相橋式逆變電路，其控制方式一般都采用雙極性方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角波載波uc，三相調(diào)制信號(hào)U ru, U rv 和, U rw的相位依次相差1200。U、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來說明。當(dāng)Uru uc時(shí)，給上橋臂晶體管V1以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂晶體管V4以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)N’的輸出電壓UUN’= Ud/2。當(dāng)Uru uc時(shí)，給V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V1以關(guān)斷信號(hào)，則UUN’=Ud／2。V1和V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1（V4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中原來電流的方向和大小來決定，和單相橋式逆變電路雙極性SPWM控制時(shí)的情況相同。V相和W相的控制方式和U相相同。UUN’、UVN’和Uwn’ 的波形如圖643b所示?？梢钥闯?，這些波形都只有177。Ud兩種電平。像這種逆變電路相電壓（uUN’、uVN’和uWN’）只能輸出兩種電平的三相橋式電路無法實(shí)現(xiàn)單極性控制。圖中線電壓UUV的波形可由UUN’ ― UVN’得出?？梢钥闯觯?dāng)臂1和6導(dǎo)通時(shí)，UUV = Ud，當(dāng)臂3和4導(dǎo)通時(shí)，UUV =―Ud，當(dāng)臂1和3或4和6導(dǎo)通時(shí)，Uuv=0，因此逆變器輸出線電壓由+Ud、Ud、0三種電平構(gòu)成。負(fù)載相電壓UUN可由下式求得uUN=uUN’UUN39。+UVN39。+UWN39。3（618）從圖中可以看出，它由（177。2/3）Ud，（177。1/3）Ud和0共5種電平組成。(a)(b)圖643三相SPWM逆變電路及波形在雙極性SPWM控制方式中，同一相上下兩個(gè)臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是互補(bǔ)的。但實(shí)際上為了防止上下兩個(gè)臂直通而造成短路，在給一個(gè)臂施加關(guān)斷信號(hào)后，再延遲△t時(shí)間，才給另一個(gè)臂施加導(dǎo)通信號(hào)。延遲時(shí)間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。這個(gè)延遲時(shí)間將會(huì)給輸出的PWM波形帶來影響，使其偏離正弦波。1分析影響直流伺服電機(jī)的影響因素。（1）驅(qū)動(dòng)電路對(duì)機(jī)械特性的影響（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩擦對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響（3）負(fù)載變化對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響1變流技術(shù)有哪幾種應(yīng)用形式？舉出各種變流器的應(yīng)用實(shí)例。變流技術(shù)按其功能應(yīng)用可分成下列幾種變流器類型：整流器——把交流電變?yōu)楣潭ǖ模ɑ蚩烧{(diào)的）直流電。逆變器——把固定直流電變成固定的（或可調(diào)的）交流電。斬波器——把固定的直流電壓變成可調(diào)的直流電壓。交流調(diào)壓器——把固定交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。周波變流器——把固定的交流電壓和頻率變成可調(diào)的交流電壓和頻率。1什么是PWM？直流PWM調(diào)壓比其它調(diào)壓方式有什么優(yōu)點(diǎn)？斬波器調(diào)壓控制直流伺服電機(jī)速度的方法又稱為脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）直流調(diào)速。如圖所示為脈寬調(diào)速原理示意圖。將圖631a中的開關(guān)S周期性地開關(guān)，在一個(gè)周期T內(nèi)閉合的時(shí)間為τ，則一個(gè)外加的固定直流電壓U被按一定的頻率開閉的開關(guān)S加到電動(dòng)機(jī)的電樞上，電樞上的電壓波形將