《机电一体化系统设计》复习题2015

《机电一体化系统设计》复习大纲

第一章概论

本章知识要点：

1. 机电一体化系统的基本概念：系统、机电一体化、机电一体化系统和系统的数学模型

2. 典型机电一体化系统的几种形式：机械关节伺服系统、数控机床、工业机器人、自动引导车、顺序控制系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统、微机电系统

3. 典型机电一体化系统功能模块的构成：机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微计算机模块、软件模块、接口模块

4. 典型机电一体化系统组成模块的作用

5. 机电一体化系统设计依据与评价标准

6. 机电一体化系统的设计过程

第二章机械受控模块（重点章节）

本章知识要点：

1. 齿轮的分类及选用

2. 齿轮系传动比最佳分配条件及最小等效转动惯量原则

3. 齿轮副间隙的消除方法

4. 滚珠丝杠螺母副的结构类型

5. 滚珠丝杠螺母副间隙的消除及预紧方法

6. 滚珠丝杠螺母副的支撑形式

7. 谐波齿轮减速器的工作原理及结构

8. 谐波齿轮的传动特点

9. 谐波齿轮传动速比的计算

10. 轴系的组成和分类，轴系的技术要求

11. 导轨的用途及分类

12. 滚动导轨的结构、工作原理

13. 数学模型的物理意义

第三章测量模块（重点章节）

本章知识要点：

1. 机械量传感器的分类

2. 传感器的性能指标（工作特性、静态特性和动态特性）

3. 传感器的性能要求和改善措施

4. 位移传感器（旋转变压器、感应同步器、增量式光电编码器、光栅）的结构和工作原理

5. 速度传感器（直流测速发电机、码盘式转速传感器）的结构和工作原理

6. 加速度传感器的分类及特点

7. 力、转矩和压力传感器的结构和特点

8. 霍尔式电流传感器工作原理和特性

9. 信号调理电路

10.数据采集系统的分类和数据采集系统的主要组成

第四章电机及其驱动电路（重点章节）

本章知识要点：

1. 电动机的分类及特点

2. 直流电动机的结构与工作原理

3. 直流电动机的静态和动态特性

4. 直流电动机的驱动电路：线性直流功率放大器和PWM功率放大器的工作原理

5. 交流感应电动机的结构与工作原理

6. 交流感应电动机的机械特性

7. 交流变频调速（恒压频比调速和转差频率控制）的原理

8. 超声波电动机的工作原理及特点

9. 电动机的选择

第五章步进电动机运动控制系统（重点章节）

本章知识要点：

1. 步进电动机运动控制系统的组成

2. 步进电动机的分类及各自的工作原理

3. 步进电动机的特性及主要技术指标

4. 步进电动机驱动电路（单极性驱动电路、双极性驱动电路、斩波恒流驱动电路）的原理

5. 步进电动机细分驱动原理和细分驱动电路

6. 步进电动机脉冲分配器

7. 步进电动机DDA法运动控制原理

第六章闭环伺服控制系统

本章知识要点：

1. 闭环伺服系统组成方案

2. 闭环伺服系统的数学模型（电流环、速度环、位置环）

3. 闭环伺服系统的性能（静态性能、动态性能）分析及改进性能的措施

4. 模拟伺服系统的主要技术指标

5. 数字PID控制算法

6. 计算机控制的位置伺服系统的组成

第七章数控机器运动控制指令生成

本章知识要点：

1. 运动控制分类（点位控制、连续控制）

2. 插补的概念

3. DDA法插补原理和DDA法插补

4. 数据采样法插补原理

5. 直线与圆弧轨迹插补的实现

第八章顺序控制系统

本章知识要点：

1. 顺序控制系统的组成、工作原理

2. PLC的定义和顺序控制原理

3. PLC控制和通用计算机控制的区别

4. 常用PLC（西门子S7系列PLC、欧姆龙C系列PLC）及编程软件

5. 顺序逻辑表示法（布尔代数方程、梯形逻辑图）

6. 常用PLC编程指令

第二部分复习题练习

一、单项选择题

1. 直流测速发电机输出的是与转速【 C 】

A.成正比的交流电压

B.成反比的交流电压

C.成正比的直流电压

D.成反比的直流电压

2. 某4极（极对数为2）交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为

【 B 】

A.1450 r/min

B.1470 r/min

C.735 r/min

D.2940 r/min

3. 由计算机网络将计算机辅助设计、计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称

【D 】

A. 顺序控制系统

B. 自动导引车系统

C. 柔性制造系统

D. 计算机集成制造系统

4. 谐波齿轮演变来自于【D 】

A. 直齿锥齿轮传动

B. 蜗杆副传动

C. 斜齿锥齿轮传动

D. 行星齿轮传动

5. 某光栅条纹密度为100条/mm，光栅条纹的夹角为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度为【C 】

A. 0.1mm

B. 1mm

C. 2mm

D. 5mm

6. 利用几个传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这些单元输出的总和，这种测量技术被称

为【A 】

A. 平均技术

B. 开环技术

C. 差动技术

D. 闭环技术

7. 滚珠丝杆副的基本导程减少，可以

【 D 】

A. 加大螺旋升角

B. 提高承载能力

C. 提高传动效率

D. 提高精度

8. 某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相双三拍运行时步距角为

【 A 】

A. 3°

B. 6°

C. 1.5°

D. 7.5°

9. 某交流感应电动机，实际转速1350r/min，电源频率50Hz，则其极对数为

【 B 】

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

10. MEMS的意思是【A 】

A. 微机电系统

B. 柔性制造系统

C. 计算机集成制造系统

D. 微电子系统

11. 直流电动机机械特性的硬度与【D 】

A. 电枢电阻成反比

B. 反电动势系数成正比

C. 转矩系数成正比

D. 电枢电阻成正比

12. 低频信号可以通过，高频信号不能通过的滤波器是

【C 】

A. 高通滤波器

B. 带通滤波器

C. 低通滤波器

D. 带阻滤波器

13. 某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距1.5，应采用的通电方式为【C 】

A. 单拍制

B. 双拍制

C. 单双拍制

D. 细分电路

14. “机电一体化”含义是【 C 】

A. 以机为主加点电

B. 机械部与电子部合并

C. 机械与电子的集成技术

D. 以电淘汰机

15. 在机电一体化系统设计中，齿轮系常用于伺服系统传动机构中，作用是

【A 】

A. 减速，增矩

B. 增速，增矩

C. 增速，减矩

D. 减速，减矩

16. 某传感器是一种输出电压随转子转角变化的角位移测量装置，且仅能用来测量角位移。该传感

器为

【A 】

A. 旋转变压器

B. 感应同步器

C. 光栅

D. 磁栅

17. 易产生低速爬行现象的导轨是【C 】

A. 滚动导轨

B. 静压导轨

C. 滑动导轨

D. 气浮导轨

18. 机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机和负载之间经常需要【A 】

A. 匹配转矩和转速

B. 增加传动功率

C. 缩小传动功率

D. 维持转速恒定

19. 若从系统抑制干扰的能力考虑，采样速率应选为闭环系统通频带的

【D 】

A. 5倍

B. 10倍

C. 8倍

D. 10倍以上

20. PWM指的是【B 】

A. 机器人

B. 脉宽调制

C. 计算机集成系统

D. 可编程控制器

21. 若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用

【B 】

A. 莫尔条纹的作用

B. 细分技术

C. 数显表

D. 计算机数字处理

22. 交流感应电动机，对应s=1的转矩称【A 】

A. 堵转转矩

B. 最大转矩

C. 额定转矩

D. 负载转矩

23. 使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是【C 】

A. 双推－简支

B. 单推－单推

C. 双推－双推

D. 双推－自由

24. 与旋转变压器输出电压大小有关的因素是【A 】

A. 转子位置

B. 转子材料

C. 转子直径

D. 转子长度

25. 用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统称【D 】

A. 伺服系统

B. 自动引导车

C. 工业机器人

D. 数控系统

26. 若两平面之问的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。利用这一原理设计

出各种形式的滑动摩擦支承轴系为

【C 】

A. 液体静压支承

B. 气体静压支承

C. 液体动压支承

D. 气体动压支承

27. 三相交流感应电动机中，定子三相对称绕组中接入三相对称交流电源后，三相绕组中的电流在

定子与转子之间的气隙中产生的磁场是

【C 】

A. 脉动磁场

B. 静止磁场

C. 圆形旋转磁场

D. 无磁场

28. 在系统中负责处理由测量模块和接口模块提供信息的模块称【D 】

A. 软件模块

B. 通信模块

C. 驱动模块

D. 微计算机模块

29. 在满量程范围内由同一方向趋近同一个输入，连续几次测量所得输出之间的最大差值称【B 】

A. 可复现性

B. 重复性

C. 误差

D. 精度

30．齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是【D 】A．调整中心距法B．选择装配法

C．带锥度齿轮法D．压簧消隙结构

31. 在采样数据系统中，若考虑对系统响应速度的影响时，采样周期应选为系统最小时间常数的

【D 】

A.10倍

B.5倍

C.2 倍

D.（0.1~1）

32. SIMATIC S7-200 PLC的编程软件是【A 】

A.STEP7-Micro/WIN

B.CX-Programmer

C.ProTool

D.WINCC

33. 交流感应电动机正常工作时，其转差率s的范围为【B 】

A. 1＜s＜2

B. 0＜S＜1

C. -1＜s＜1

D. -1＜s＜0

34.DDA插补法称为【B 】

A. 逐点比较法

B. 数字微分分析法

C. 数字积分分析法

D. 数据采样插补法

35. 描写静态系统的数学模型是【A 】

A. 代数方程

B. 微分方程

C．状态空间方程 D. 逻辑方程

36. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过________ 决定转角位移的一种伺服电动机。

【 B 】

A. 脉冲的宽度

B. 脉冲的数量

C. 脉冲的相位

D. 脉冲的占空比

37. 测得码盘式转速传感器发出500个脉冲所用的时间为10s，码盘每转脉冲数为20，则转速为

【D 】

A. 25r/min

B. 30r/min

C. 50r/min

D. 150r/min

38. 步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域称

为

【C 】

A. 死区

B. 振荡区

C. 动稳定区

D. 平衡区

39. 输入和输出满足线性叠加原理的系统称为【A 】

A. 线性系统

B. 定常系统

C. 时变系统

D. 随机系统

40. 复合控制器的反馈控制是【A 】

A. 误差控制

B. 串级控制

C. 闭环控制

D. 开环控制

41. 按照预先规定的次序完成一系列操作的系统称【A 】

A.顺序控制系统

B.伺服系统

C.数控机床

D.工业机器人

42. 一般说，齿轮传动的总等效惯量随传动级数【A 】

A.增加而减小

B.增加而增加

C.减小而减小

D.变化而不变

43. 滚珠丝杠螺母副结构类型主要有两类：外循环插管式和【D 】

A.内循环插管式

B.外循环反向器式

C.内、外双循环

D.内循环反向器式

44. 某光栅的条纹密度是200条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.005孤度，则莫尔条纹的宽度是【D 】

A.100mm

B.20mm

C.10mm

D. 1mm

45. 以下传感器中测量的是相对角位移的是【C 】

A. 旋转变压器

B. 绝对式编码器

C. 增量式编码器

D. 都不正确

46. 加速度传感器的基本力学模型是【C 】

A. 质量-阻尼系统

B. 弹簧-阻尼系统

C. 质量-弹簧-阻尼系统

D. 都不正确

47. 直流电动机的反电动势与【C 】

A. 电枢电流成正比

B. 电枢电流成反比

C. 转子转速成正比

D. 转子转速正反比

48. PLC适合于【B 】

A. 数据采集为主

B. 顺序控制为主

C. 科学计算为主

D. 管理为主

49. 利用三次多项式样条函数生成控制指令加速度最大值在【A 】

A. 运动的起点和终点

B. 运动的中间点

C. 常加速度

D. 以上都不正确

50. 电动机中引入电流环后的伺服系统,下列叙述正确的是【A 】

A. 电流环实质上是转矩控制回路

B. 电流环可以稳定转速

C. 电流环可以等价成一个积分环节

D. 都不正确

51. 某光栅的条纹密度是l00条/mm，要用它测出1μm的位移，应采用的细分电路是【C 】

A．四倍频B．八倍频

C．十倍频D．十六倍

52. 下列操作中．可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是【C 】

A. 增大电枢电阻

B. 减小电枢电压

C．增大电枢电压 D. 减小电枢电阻

53. DDA法生成的直线、圆弧都是有一系列的组成。【C 】

A. 弧线

B. 抛物线

C．折线 D. 渐开线

54. PD控制器称为控制器。【B 】

A. 比例

B. 比例微分

C．比例积分 D. 积分微分

55. 直流测速电动机的输出是与转速【B 】

A. 成正比的交流电压

B. 成正比的直流电压

C．成反比的交流电压 D. 成正比的交流电流

56. 描写动态系统的数学模型是【B 】

A. 代数方程组

B. 微分方程组

C．逻辑方程组 D. 以上都正确

57. 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和等五个部分。

【D 】

A. 换向结构

B. 转换电路

C. 存储电路

D. 检测环节

58. PWM指的是。【C 】

A. 机器人

B. 计算机集成系统

C. 脉宽调制

D. 可编程控制器

59. 滚珠丝杠螺母副的精度根据使用范围及要求，可分为个等级。【C 】

A. 3

B. 5

C. 7

D.9

60. 压电式传感器产生的电荷极性为【D 】

A. 正电荷

B. 正电荷和负电荷

C. 负电荷

D. 正电荷或负电荷

二、多项选择

1. 伺服系统通常是一个闭环的位置控制系统，其输入信号可以是

【ABD 】

A. 模拟电压信号

B. 脉冲信号 C．开关量信号 D. 二进制数字信号

2. 下列选项中，属于超声波电动机特点的选项有

【BCD 】

A. 输出功率大

B. 动态响应快 C．运行无噪声 D. 低速大转矩

3. 以下选项中，能反映传感器工作特性的性能指标有

【ABC 】

A. 灵敏度

B. 量程

C. 分辨率

D. 可靠性

4. 以下选项中，属于谐波齿轮传动特点的选项有【ABCD 】

A. 小体积，大速比

B. 运动平稳

C．齿面磨损小 D. 可实现差速传动

5. 机电一体化的设计依据及评价指标包括【BCD 】

A. 系统功能

B. 使用条件

C. 性能指标

D. 社会经济效益

6. 机电一体化系统设计依据和评价标准大体上应包括。【ABCD 】

A. 系统功能

B.性能指标

C.使用条件

D.经济效益

7. 以下关于步进电动机叙述正确的是【ABD 】

A. 脉冲分配器可以由逻辑电路硬件实现

B. 脉冲分配器可以由软件实现

C. 步进电动机的转速由脉冲数决定

D. 步进电动机的转速由脉冲频率决定

8. 消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙的措施有【ABCD 】

A. 双螺母齿差式预紧

B. 双螺母垫片式预紧

C. 双螺母螺纹式预紧

D. 单螺母变导程预紧

9. 以下选项中，能反映传感器静态特性的性能指标有【ABD 】

A. 线性度

B. 重复性

C.最大超调量

D. 可复现性

10. 在实际应用中，可以提高传感器性能的技术有

ABCD 】

A. 差动技术

B. 平均技术

C. 闭环技术

D. 屏蔽、隔离抗干扰技术

11. 下列关于步进电动机驱动电路叙述正确的是【ABD 】

A. 双极性驱动电路适合于驱动混合式步进电动机

B. 单极性驱动电路适合于驱动反应式步进电动机

C. 驱动直流电动机的电路也能驱动步进电动机

D. 细分电路可以提高步进电动机的分辨率

12. 在机电一体化系统设计中，处理“机”和“电”的关系时所遵循的设计思想有【ABCD 】

A. 替代机械系统

B. 简化机械系统

C. 增强机械系统

D. 综合机械系统

13. 以下选项中，能反映传感器动态特性的性能指标有【BCD 】

A. 线性度

B. 最大超调量

C. 调整时间

D. 上升时间

14. 描写顺序控制的方法有【 ABCD 】

A. 梯形图

B. 顺序功能图

C. 流程图

D. 状态图

15. 以下选项中，能够测量速度的传感器有【 ACD 】

A. 测速发电机

B. 光栅

C. 码盘式转速传感器

D. 感应同步器

三、填空题

1. 直流电动机的驱动电路主要有线性直流功率放大器和脉宽调制（PWM）放大器。

2. 闭环伺服系统可分为三个控制环路：电流环，速度环及位置环。

3. 步进电动机的转速与输入的脉冲频率成正比。

4. FX系列PLC是（日本）三菱的产品。

5. 闭环伺服系统中的电流环以直流电动机的电枢电流作为反馈量，以实现对转矩的控制。

6. PID控制器中，I的作用是使系统增加一阶纯积分，从而提高系统一个无静差度。

7. PID控制器中，P的作用是增加开环增益，降低系统误差，增加系统通频带。

8. 直流伺服电动机的机械特性是指电枢电压恒定情况下，电动机转矩与转速

的关系。

9. 旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的测量装置。

10. 滚动轴承的精度分为B、C、D、E、G五级。其中 B 级精度最高。

11. 伺服系统的刚度是指输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩。

12. 两个动合触点串联，可以表示（逻辑）与的逻辑关系。

13. 输入和输出满足线性叠加原理的系统，称为线性系统。

14. 某光电编码器作为系统的位置反馈，若系统中丝杠的螺距为4mm，光电编码器的分辨率为

600脉冲/r，参考输入脉冲为1800脉冲/s，则该工作台的运动速度为

12mm/s。

15. 超声波电动机是利用压电陶瓷的逆压电效应产生的超声振动来驱动转子转动的。

16. 感应同步器是一种利用电磁感应原理来测量位移的检测装置。

17. 某五相步进电动机转子有36个齿，采用二相三相运行方式，则其步距角为 1 度。

18. 按滚珠的循环方式不同，滚珠丝杠螺母副有内循环和_外循环子___ ______两种结构。

19. 描述决定系统输入与输出之间的数学方程式，称为系统的数学模型。

20. SIMATIC S7-200 PLC是德国）西门子的产品。

21. 闭环伺服系统可分为三个控制环路：电流环，速度环及位置环。

22. PID控制器中D的作用是给系统提供阻尼，增加系统的稳定性。

23. 数控机床连续路径控制中，为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴

的位置和_速度____________，使它们同步协调到达目标点。

24. 某2对磁极交流感应电动机，空载转速为1200r/min，电源频率为50Hz，则空载转差率为0.2 。

25. 闭环伺服系统中的电流环以直流电动机的电枢电流作为反馈量，以实现对转矩的控制。

26. 能产生输出变化的被测变量的最小变化量称为传感器的阀值（死区）。

27. 在交流电动机的恒压频比调速过程中，电动机输出的最大转矩基本不变。

28. 某四极（p=2）交流电动机通以50H Z工频电时，转速为1350r/min，则该电动机的转差率为0.1 。

29. 霍尔式传感器是基于霍尔效应原理工作的传感器。

30. 滤波器的作用是抑制信号中的噪声水平。

填空题答案

1. 脉宽调制（PWM）

2. 位置环

3. 脉冲频率

4.（日本）三菱

5. 电枢电流

6. 无静差度

7. 开环增益

8. 转速

9. 转角 10. B

11. 负载转矩 12. （逻辑）与 13. 线性 14. 12mm/s 15. 逆压电

16. 电磁感应 17. 1 18. 外循环子 19. 数学模型 20. （德国）西门

21. 速度环 22. 稳定性 23. 速度 24. 0.2 25. 转矩

26. 阀值（死区） 27. 最大转矩 28. 0.1 29. 霍尔效应 30. 噪声水平

四、简答题

1. 典型的机电一体化系统包含哪些功能结构模块。

答：机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微机模块、软件模块和接口模块。

2.测量位移的传感器常用的有哪些?

答：感应同步器, 旋转变压器, 光栅,光电编码器, 电位器, 差动变压器, 涡流传感器

3. 试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。

4. 在实际应用中，可以提高传感器性能的技术有哪些？

5. 什么叫伺服系统？

6. 机电一体化系统结构中的驱动模块是指什么？在机电一体化系统中有什么作用?

答：机电一体化系统结构中的驱动模块是电动机及其驱动电路组成的技术模块。作用是提供驱动力，改变系统包含速度和方向的运动状态，产生所希望的运动输出。

7. 在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？

答：由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。采样/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。

模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。

8. 试简述光电式转速传感器的测量原理。

答：光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每

转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N，则可测出转速

9. 步进电动机的单、双极性驱动电路，各自的特点是什么？适用范围是什么？

10. 半闭环控制系统的定义及特点是什么？

11. 在PWM功放电路中，对放大器的开关频率有何要求？

答：⑴开关频率应尽可能高。

⑵开关频率必须比系统通频带大10倍以上。

⑶开关频率必须远大于各环节的共震频率。

⑷满足前三项的条件下，频率尽可能低。

12.在机电一体化系统设计时，应贯穿哪些设计思想？

答：（1）系统的设计思想

（2）机和电融和的设计思想

（3）注重创新的是设计思想

13. 机电一体化系统对传感器的性能有哪些要求？

14.如何控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向?

15. 采样一数据系统是计算机参与的闭环控制系统。计算机在采样一数据系统中起什么作用？

16. 阐述PID控制器中P、I、D的作用。

17. 闭环伺服系统中，电流环的主要作用是什么？

五、计算题

1.xy平面内由(1，－1)点以v=2的恒速运动到(9，1)点，设采样周期T为0.01s，试求出两点直线插补的递推计算式。

解：

2. 已知某三相反应式步进电动机的最大静态转矩T max为10Nm，转子的齿数为80。

（1）若采用单双六拍的工作方式，步距角为多少？启动转矩为多大？（0.75?8.66Nm ）（2）若要求电动机转速为750 r/min，采用单三拍工作方式，输入脉冲频率是多少？（3000Hz）

3. 下图为某数控工作台x方向的传动系统简图，已知电动机为三相反应式步进电动机，最大静态转矩T max为10Nm，转子的齿数为40，丝杠螺距P=4mm，齿轮的齿数z1=18，z2=30：（1）步进电动机若采用三相六拍的工作方式，步距角为多少？启动转矩为多大？（1.5?

8.66Nm ）

（2）步进电动机若采用三相六拍的工作方式，工作台能够移动的最小位移量是多少？0.01mm （3）当步进电动机以三相六拍的通电方式工作时，若工作台要求以V=3m/min速度移动时，控制脉冲的频率应为多少？此时步进电动机的转速为多少？5000Hz 1250r/min

4. 一台直流伺服电动机，保持额定电压为120V，电枢电阻200Ω，在额定负载转矩下运行时，电机转速为1000r/min，电枢电流为0.1A，求电机的理想空载转速是多少。该电机在额定电压下启动，启动电流是多少？1200r/min 0.6A

解：U N=120V，Ra=200Ω，I N=0.1A

n=（U N- Ra* I N）/Ke=1000（r/min）

计算得Ke=0.1

n0= U N/Ke=120/0.1=1200（r/min）

启动电流I d= U N /Ra=0.6 （A）

5.三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

解：f=n*mkZ/60=120*3*1*100/60=600H Z

a=360/(mkz)=360/(3*1*100)=1.2?

6. 刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？ 600mm 30r/min

7. 已知双波谐波齿轮减速器的柔轮齿数为Z r=200, 刚轮齿数为：Z g=202。试求：

（1）若刚轮固定时，传动比i Hr为多少？若波发生器的转速n H=600r/min。柔轮的转速n r为多少？

（2）若柔轮固定时，传动比i Hg为多少？若波发生器的转速n H=600r/min。刚轮的转速n g为多少？

解：（1）i Hr=Z r/（Z r-Z g）=200/(200-202)=-100

n r=n H*(Z r-Z g)/Z r=600*(200-202)/200=-6r/min

（2）i Hg=Z g/（Z g-Z r）=202/(202-200)=101

n g=n H*(Z g-Z r)/Z g=600*(202-200)/202=5.9r/min

8. 某他励直流电动机，电枢电阻R a为0.4Ω,额定电压U N为220V，额定电流I N为40A，额定转速n N为1000r/min，负载转矩为恒转矩负载，大小为额定转矩的一半，求此时电动机在额定电压下的转速n和电枢电流I a的大小。1038r/min 20A

9. 某直流电机电枢电阻R a=50Ω，做电动机使用时电枢加110V电压，空载电枢电流0.1A，空载转速3000r／min。(励磁保持额定状态)

（1）电机空载损耗功率为多少? 11W

（2）电机的反电动势系数为多少? 0.035v/r/min

（3）若电机做发电机用，转速保持2000 r/min，外接300Ω负载电阻，求其电枢电流? 0.2A 解：（1）空载损耗功率=U a*I0=110V*0.1A=11W

（2）反对电动势E=U a-I a R a=110-0.1*50=105V

反电动势系数K e=E/n=105/3000=0.035v/r/min

（3）U0=K e*n=0.035*2000=70V

电枢电流I a=U0/(R+R a)=70/(300+50)=0.2A

10. 有一采用三相三拍驱动方式的步进电机，其转子有160个齿，经一对齿轮减速（Z1=30,Z2=50）

带动导程为8mm的滚珠丝杠驱动工作台移动。工作台的最大移动速度Ｖmax＝1.5m/min。试问：电机的步距角、脉冲当量、最大工作频率各为多少？

10题图

11.三相交流感应电动机，电源频率50Hz,空载转速为980r/min。

（1）该电动机为几极，空载转差率是多少？

（2）若最大转矩（T max）时对应的转差率为0.1，则该电动机稳定运行的转速范围是多少？

（3）最大转矩时，转子绕组电势频率为多少？

解:

（1）该电动机的磁极对数为3，即6极空载s=0.2

（2）稳定运行的转速范围：900r/min~980r/min

（3）最大转矩时转子绕组的电势频率发f2=Sf=0.1*50=5HZ

六、分析题

1. 说明谐波齿轮传动装置的特点，分析在什么情况下可以作为增速、减速、差速传动机构。

谐波齿轮传动

1—刚轮2—柔轮3—波发生器

2. 下图是由光电编码器作为位置反馈元件的参考脉冲系统。

（1）简要分析该系统的工作原理。

（2）说明光电编码器的工作原理。

（3）如果参考脉冲频率f r=10kHz,丝杠导程p=5mm，光电编码器旋转一周输出N=5000个脉冲，则该工作台的移动速度是多少？ 0.6m/min

3. 某他励直流电动机，电枢电阻为0.4Ω，额定电压为220V，额定电流为40A，额定转速为1000r/min，负载转矩为恒转矩负载，大小为额定转矩的一半，分析此时电动机在额定电压下的转速和电枢电流的大小。 1039r/min 20A

4.考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为（0，0），终点坐标为（12，10），两轴速度限制分别为V xmax=±6，V ymax=±8，加速度限制分别为a xmax=±2，a ymax=±3。试设计三次多项式样条函数点位控制指令。

5. 考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标为（0，0），终点坐标为（16，8），采用三次多项式样条三次多项式样条函数点位控制指令完成上述运动。如果要求完成协调运动的最长时间为4，

则各轴的速度容许值的最小值和加速度容许值的最小值各为多少？