运动控制系统(第4版)第1章 绪论

绪论0.1飞行控制系统简史1912年美国的Eimper Sperry和他的儿子Lawrence Sperry制成了世界上第一台自动驾驶仪。

该装置由两个双自由度陀螺、磁离合器以及用空气涡轮驱动的执行机构组成，用它可保持飞机稳定平飞。

早期飞机的自动控制就是用自动驾驶仪稳定飞机的角运动。

二次大战期间，美国制造了功能完善的电气式自动驾驶仪，其敏感元件是电动陀螺，采用电子管放大器和电动舵机。

二次大战后期，德国制造了V-1（飞航式）和V-2（弹道式）导弹，这种全自动飞行武器上的自动驾驶仪不仅可以稳定导弹飞行，而且更重要的是与弹上或地面其他装置耦合完成战斗任务。

二次大战后，飞机自动驾驶仪逐渐与机上其他装置耦合以控制航迹（定高或自动下滑），它既能稳定飞机，又能全面地控制飞机，直至全自动着陆。

50年代前自动驾驶仪主要用于运输机和轰炸机的平飞。

歼击机突破音障及飞行包线扩大后，飞机自身稳定性恶化，要求在机上安装飞行控制系统以改善飞机的稳定性。

于是从50年代起，歼击机安装上了阻尼器，利用速率陀螺测出飞机的振荡角速度，采用反馈控制增加飞机自身的阻尼，来阻止飞机的振荡，以消除飞机高空高速飞行时，由于阻尼性差而引起的机头摆动。

在阻尼器的基础上，引入更多的反馈，形成了增稳系统，它不仅能改善阻尼而且能改善飞机静稳定性。

由于阻尼、增稳系统在一定程度上削弱了飞机操纵反应的灵敏度，为解决稳定性与操纵性的矛盾，在50年代中期又出现了控制增稳系统。

这种系统除了反馈以外，还引入前馈。

控制增稳系统除具有增稳功能外，还增加了一个与机械操纵链并行工作的电气操纵链，因此它不仅改善了飞机的稳定性，还改善了操纵性。

60年代控制增稳系统全权限地操纵飞机时，它就发展成为电传操纵系统。

这时机械操纵系统已完成它的历史使命而退居到备用，甚至被取消的地位。

电传飞行控制系统在50年代就已出现，但由于电子、电气设备的可靠性不如机械系统，所以当时并未付诸使用。

60年代末随着电子技术的发展和集成电路的广泛使用，另外余度技术和容错技术的应用也逐渐成熟，使飞行控制系统在安全可靠性方面能与机械系统相比甚至有所超过。

《运动控制系统》课程教学大纲Motion Control Systems适用于四年制本科电气工程及其自动化专业学分：2.5 总学时：40 理论学时：36 实验/实践学时：4 /0一、课程作用与目的本课程（运动控制系统）是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课，在学生学习过多门专业基础课的基础上开设，是对电气工程及其自动化本科阶段所学知识的总结和提高。

课程涵盖知识的内容多，范围广，难度大，实用性强，能够培养学生对知识融会贯通的能力，提高学生综合应用理论知识解决实际问题的能力。

二、课程基本要求1. 第一篇（直流调速系统）重点在于掌握以直流电动机为对象组成的运动控制系统，包括单闭环调速系统、多环调速系统、可逆调速系统和直流脉宽调速系统的基本组成和控制规律、静态、动态性能分析及工程设计方法；2. 第二篇（交流调速系统）重点在于掌握以交流电动机为对象组成的运动控制系统，包括调压调速系统、串级调速系统和变频调速系统的基本组成、工作原理和性能特点及系统设计方法；并了解国内国际自动控制领域的前沿科技。

三、教材及主要参考书1. 使用教材《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》（第四版），机械工业出版社，阮毅.2010.2. 参考书[1]李宁.运动控制系统. 北京:高等教育出版社,2004[2]宋书中. 交流调速系统. 北京:机械工业出版社,2002[4]王成元. 现代电机控制技术. 北京:机械工业出版社,2009四、教学内容第一章绪论主要内容：运动控制系统的组成，运动控制系统的历史与发展，转矩控制规律，生产机械的负载转矩特性。

重点和难点：转矩控制规律。

第二章转速反馈控制的直流调速系统主要内容：直流调速的基本类型，直流调速系统用的可控直流电源，反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，动态分析和设计，比例积分控制规律和无静差调速系统。

重点和难点：掌握反馈控制系统的稳态和动态分析与设计。

第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统主要内容：双闭环直流调速系统的组成，静特性，数学模型和动态性能分析，调节器1的工程设计方法，按工程设计方法设计双闭环系统调节器，按离散控制系统设计数字控制器。

《运动控制系统》教学大纲课程代码：ABJD0420课程中文名称：运动控制系统课程英文名称：MotionContro1System课程类型：限选课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时适用专业：自动化专业先修课程：自动控制原理电力电子学电机与拖动基础等一、课程简介本课程的目的是综合运用自动控制元件、电力电子技术和自动控制原理等专业基础知识，通过学习运动控制系统的相关知识，使学生掌握运动控制系统的组成和控制规律；使学生掌握静动态特性以及控制系统的工程设计方法；使学生掌握分析、研究和设计各类运动控制系统的能力。

本课程秉承理论与实际相结合的理念，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计问题，以转矩和磁链（或磁通）控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序深入，论述系统的静动态性能。

着重培养学生的系统综合分析能力和解决工程实际问题的能力。

通过课程的学习，使学生掌握现代交、直流电动机控制理论和基本方法，获得运动控制系统的分析和设计计算能力。

二、教学基本内容和要求1 .绪论一运动控制系统基本知识课程教学内容：运动控制系统的组成、分类、主要应用领域及其发展历史，转矩与磁链控制规律，课程特点及学习意义。

课程的重点、难点：运动控制系统的组成部分。

课程教学要求：掌握运动控制系统的定义、结构、及其分类；理解运动控制的必要性；理解转矩与磁链控制规律；了解运动控制的主要应用领域；了解运动控制系统的发展历史及趋势2 .闭环控制的直流调速系统课程教学内容：直流调速系统用的可控直流电源；V-M系统的特殊问题；脉宽调制变换器及调速系统的特殊问题；反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计；反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计；比例积分控制规律和无静差调速系统；电压反馈、电流补偿控制的调速系统。

课程的重点、难点：反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计；反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计课程教学要求：掌握直流电动机的调速方法和调速系统结构特点；理解反馈控制规律；掌握晶闸管触发整流环节、PWM控制与变换器环节的数学模型；掌握闭环直流调速系统的静特性和稳态性能指标；掌握转速反馈控制直流调速系统的稳态结构图和稳态参数计算；掌握带电流截止反馈环节的调速系统静特性3 .转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法课程教学内容：转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性，∙双闭环调速系统的数学模型及其动态性能分析；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器；转速超调的抑制一转速微分负反馈；弱磁控制的直流调速系统课程的重点、难点：双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器的工程设计方法课程教学要求：掌握转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性；掌握转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型与动态性能分析；掌握控制系统的动态性能指标和调速系统中调节器的工程设计方法4 .直流调速系统的数字控制课程教学内容：微型计算机数字控制的主要特点；微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；数字测速；数字P1调节器课程的重点、难点：微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件设计课程教学要求：了解微型计算机数字控制的主要特点；掌握微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；掌握M/T数字测速方法；理解数字P1调节器的设计方法及其饱和限幅作用5 .可逆直流调速系统和位置随动系统课程教学内容：可逆直流调速系统；位置随动系统。

第1章 绪论1. 什么是运动控制? 电力传动又称电力拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。

运动控制系统是将电能转变为机械能的装置，用以实现生产机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其它应用的要求。

2. 运动控制系统的组成：现代运动控制技术是以电动机为控制对象，以计算机和其它电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真或计算机辅助设计为研究和开发的工具。

3. 运动控制系统的基本运动方程式：第2章 转速反馈控制的直流调速系统1. 晶闸管-电动机（ V-M ）系统的组成：纯滞后环节，一阶惯性环节。

2. V-M 系统的主要问题：由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况。

3. 稳态性能指标：调速范围D 和静差率s 。

D =n N s∆n N (1−s) ，额定速降 ∆n N ，D =n maxn min ，s =∆n N n 04. 闭环控制系统的动态特性；静态特性、结构图？5. 反馈控制规律和闭环调速系统的几个实际问题，积分控制规律和比例积分控制规律。

积分控制规律：⎰∆=t0n c d 1t U U τ 比例积分控制规律：稳态精度高，动态响应快6. 有静差、无静差的主要区别：比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

比例积分放大器的结构：PI 调节器7. 数字测速方法：M 法测速、T 法测速、M/T 法测速。

8. 电流截止负反馈的原理：采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。

电流截止负反馈的实现方法：引入比较电压，构成电流截止负反馈环节9. 脉宽调制：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的。

10. 直流蓄电池供电的电流可反向的两象限直流斩波调速系统,已知:电源电压Us=300V,斩波器占空比为30%,电动机反电动势E=100V,在电机侧看,回路的总电阻R=1Ω。

电力拖动自动控制系统--运动控制系统第4版_思考题答案_2电力拖动自动控制系统--运动控制系统第4版_思考题答案习题解答(供参考)习题二2.2 系统的调速范围是1000~100rmin，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少, 解:系统允许的静态速降为2.04rpm。

2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为，最低转速特性为，带额定负载时的速度降落，且在不同转速下额定速降不变，试问系统能够达到的调速范围有多大,系统允许的静差率是多少,解:1)调速范围均指额定负载情况下)2) 静差率2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。

相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。

采用降压调速。

当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。

如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少,, 解:0.1478Vrpm2.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。

已知直流电动机，主电路总电阻•min/r,求:(1)当电流连续时，在额定负载下的转速降落为多少,(2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率SN多少,(3)若要满足D=20,s?5%的要求，额定负载下的转速降落又为多少?解:2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压、比例调节器放大系数、晶闸管装置放大系数、反馈系数γ=0.7。

求:(1)输出电压Ud;(2)若把反馈线断开，Ud为何值,开环时的输出电压是闭环是的多少倍,(3)若把反馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压Uu 应为多少,解:(1)(开环输出电压是闭环的22倍2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min，要求系统的静差率，那么系统允许的静态速降是多少,如果开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大,解: 1)2)2.8 某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min，如果将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少,在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍,解:如果将开环放大倍数提高到30, 则速降为:在同样静差率要求下，D可以扩大倍2.9 有一V-M调速系统:电动机参数PN=2.2kW, UN=220V, IN=12.5A, nN=1500 r/min，电枢电阻Ra=1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置内阻Rrec=1.0Ω,触发整流环节的放大倍数Ks=35。

工业机器人课后答案【篇一：工业机器人技术习题答案.pdf】>一、填空1、自由度2、操作机、控制器、示教器、末端执行器、操作机、控制器、示教器3、点位运动（ptp）、连续路径运动（cp）、cp4、正向二、选择1、d2、d 三、判断2、示教再现机器人、感知机器人、智能机器人3、日系、欧系二、选择1、d2、d3、c 三、判断第一章绪论第二章工业机器人的机械结构和运动控制第三章手动操纵工业机器人一、填空 1、机器人轴、基座轴、基座轴、外部轴 2、工具 3、点动二、选择1、d2、d 三、判断表手动移动机器3-6 人要领一、填空 1、示教、程序、再现 2、跟踪 3、离线编程二、选择1、b 2、d 3、d三、判断四、综合应用表4-6第四章初识工业机器人的作业编程直线轨迹作业示教第五章搬运机器人的作业编程一、填空 1、龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人 2、吸附式、夹钳式、仿人式 3、机器人控制柜、示教器、气体发生装置、气吸附手爪二、选择1、d2、d三、判断1、√2、√3、√四、综合应用略取式、组合式 3、第六章码垛机器人的作业编程一、填空 1、龙门式码垛机器人、摆臂式码垛机器人 2、吸附式、夹板式、抓操作机、机器人控制柜、示教器、真空发生装置、气体发生装置4、一进一出、一进两出、两进两出二、选择1、a2、a三、判断一、填空 1、关节式 2、c型、伺服3、弧焊、示教器、焊枪、操作机、弧焊电源4、双、双、h 二、选择1、b2、d3、d 四、综合应用略第七章焊接机器人的作业编程三、判断（2）略2、1、√ √ 3、√ 四、综合应用（1）表 7-圆弧轨迹作业13 示教【篇二：工业机器人考点大全--习题答案】p class=txt>答：工业机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程动作来完成各种任务并具有编程能力的多功能机械手。

智能机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。

运动控制系统电子教案运动控制系统1《运动控制系统》教案运动控制系统绪论(1学时)教学目的、建议：本节主要了解课程的性质、任务、特点以及自动控制系统中的一些基本概念教学方式：使用多媒体课件。

教学设计：最初接触这一门课程，首先介绍课程的性质、解决任务、工程中的地位以及本课程的特点。

讲解清楚教材的特点，选用教材的依据以及教师的讲解思路。

初步使学生建立起本门课程的知识框架，用实际的工程事例激发学生的学习兴趣。

一、课程的性质、任务、特点、分类及工程应用性质：理论与课堂教学紧密结合的、自动化专业学生必修课程的专业技术课。

任务：研究自动控制系统的掌控规律、研究交直流的各种变频方式。

特点：1）综合性弱:牵涉至的课程较多电子技术、变流、电拖、自控原理等；2）实践性弱:与工程实际二者联系；3）通用性强:研究系统的控制规律，如社会、经济、生物等。

1、2、3、4章直流调速运动控制系统交流调速6、7、8章控制系统的分类过程控制系统、计算机控制系统工程应用实例：机床的控制、家用电器、电力拖动实验三个共8学时，其中6学时为必搞实验，2学时为Suippes实验。

其特点：实践性弱，时间挤占较长。

二、讲课方式：多媒体讲解、黑板上讲解、课堂讨论、自学。

讲授方法存有：传统式、启发式、逆向式、讨论式、探究式，展现最新科学技术等方式。

三、参考文献：孙树朴等，《电力电子技术》，中国矿大出版社，2000，北京。

张明达，《电力拖动自动控制系统》，冶金工业出版社，1983，北京。

贺益康等《电力电子技术》，浙江大学出版社；四、考核方式：笔试70分，实验10分，科技论文10分，作业及课堂整体表现10分后，科技活动奖励5分后。

五、电力拖动自控系统一般概念（自动控制原理中已经学过）1、开环系统2运动控制系统2）闭环系统增设了控制及反馈装置，利用量测的参数做为意见反馈信息量，与原先预设的指令相比较，以顺利完成自动调节作用。

3）综合自动化掌控4）系统的性能指标一）系统的稳定性。

阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。

4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。

a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。

5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。

6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。

直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。

3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。

改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。

5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。

6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。

7、静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。

8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。

12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。