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运动控制参考答案运动控制参考答案运动控制是指通过控制系统对机械设备或工业机器人的运动进行精确控制的过程。
在现代工业中，运动控制技术被广泛应用于各种自动化设备和生产线中，以提高生产效率和质量。
本文将介绍一些常见的运动控制问题，并给出相应的参考答案。
一、速度控制问题速度控制是运动控制中的基本问题之一。
在实际应用中，常常需要根据特定的要求对机械设备进行速度调节。
例如，生产线上的传送带需要根据生产节奏来调整速度，以确保产品的顺利运输。
在这种情况下，可以采用PID控制算法来实现速度控制。
PID控制算法是一种经典的控制方法，通过不断调整控制器的输出信号，使得被控对象的输出值与期望值尽可能接近。
二、位置控制问题位置控制是指对机械设备的位置进行准确控制。
在很多应用中，需要将机械设备移动到特定的位置，以完成一系列操作。
例如，工业机器人需要准确地抓取和放置物体，这就需要对机器人的位置进行控制。
在这种情况下，可以采用闭环控制方法来实现位置控制。
闭环控制是指通过不断测量被控对象的输出值，并与期望值进行比较，从而调整控制器的输出信号，使得被控对象的输出值逐渐接近期望值。
三、力控制问题力控制是指对机械设备施加特定的力或压力进行控制。
在某些应用中，需要对机械设备施加特定的力或压力，以保证操作的安全性和稳定性。
例如，自动化装配线上的螺栓拧紧机需要根据螺栓的规格和要求施加特定的扭矩力。
在这种情况下，可以采用力传感器来测量施加在机械设备上的力，并通过闭环控制方法来实现力控制。
四、轨迹规划问题轨迹规划是指对机械设备的运动轨迹进行规划和控制。
在某些应用中，需要将机械设备按照特定的轨迹进行移动，以完成复杂的操作。
例如，自动化焊接机器人需要按照预定的轨迹进行焊接操作。
在这种情况下，可以采用插补控制方法来实现轨迹规划。
插补控制是指通过对机械设备的位置进行插值计算，从而实现平滑的运动轨迹。
总结：运动控制是现代工业中的重要技术之一。
通过对机械设备的速度、位置、力和轨迹进行精确控制，可以提高生产效率和质量。
自动控制原理第六章课后习题答案（免费）线性定常系统的综合6－1 已知系统状态方程为：()100102301010100x x u y x•-⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=--+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭= 试设计一状态反馈阵使闭环系统极点配置为－1，－2，－3.解: 由()100102301010100x x u y x•-⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=--+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=可得:(1) 加入状态反馈阵()012K k k k =,闭环系统特征多项式为:32002012()det[()](2)(1)(2322)f I A bK k k k k k k λλλλλ=--=++++-+--+-(2) 根据给定的极点值,得期望特征多项式:*32()(1)(2)(3)6116f λλλλλλλ=+++=+++(3) 比较()f λ与*()f λ各对应项系数,可得:0124,0,8;k k k ===即:()408K =6－2 有系统：()2100111,0x x u y x•-⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭= （1） 画出模拟结构图。
（2） 若动态性能不能满足要求，可否任意配置极点？ （3） 若指定极点为－3，－3，求状态反馈阵。
解(1) 模拟结构图如下:(2) 判断系统的能控性；0111c U ⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦满秩，系统完全能控，可以任意配置极点。
(3)加入状态反馈阵01(,)K k k =,闭环系统特征多项式为:()2101()det[()](3)22f I A bK k k k λλλλ=--=+++++ 根据给定的极点值,得期望特征多项式:*2()(3)(3)69f λλλλλ=++=++比较()f λ与*()f λ各对应项系数,可解得:011,3k k ==即:[1,3]K =6－3 设系统的传递函数为：(1)(2)(1)(2)(3)s s s s s -++-+试问可否用状态反馈将其传递函数变成：1(2)(3)s s s -++若能，试求状态反馈阵，并画出系统结构图。
自动控制原理习题详解（下册 夏超英主编 科学出版社）第六章 习题解答6-1证明RC 无源超前校正环节111,111s Ts s z T Ts s p s Tαααα+++==>+++ 最大超前相角为1arcsin 1m αϕα-=+采用半对数坐标时最大超前相角所对应的频率位于两个转折频率的中间或等于零、极点乘积的平方根，即m ω==解：RC 无源超前校正环节的频率特性为1,11j j z T j p j Tωωααωω++=>++ 相频特性为()arctan arctan T Tωωϕωα=-根据三角函数的基本公式有2222()arctanarctan 1T T T T T T ωωωαωαϕωωαωα--==++ 从0d d ϕω=推出220T T d T dtωαωαω-⎛⎫ ⎪+⎝⎭=即()()220T T T ααω--=得极值的必要条件m ω==证毕。
6-2某单位反馈控制系统的设计指标为调节时间0.1s t ≤秒，超调量%16%σ≤，斜坡输入下的稳态误差0.05ssv e ≤。
（a ）试问系统开环频率特性的低频段需要满足什么要求？中频段需要满足什么要求？（b ）在s 平面内绘制出能满足设计要求的系统主导极点所在的区域。
解：（a ）从静态特性考虑，斜坡输入下的稳态误差0.05ssv e ≤，要求开环传递函数至少有1个积分环节，速度误差系数20v k >，即开环频率特性的低频段的斜率为20dB dec -，在低频段特性或它的延长线上()26L dB ω≥，或者开环传递函数至少有2个积分环节，开环频率特性的低频段的斜率为40dB dec -。
从动态特性考虑，系统中频段特性斜率为20dB dec -且占据一定的中频宽度，调节时间0.1s t ≤秒，超调量%16%σ≤，要求0.5ξ≥， 3.50.135n ξω≥=，取0.5ξ=，则70n ω≥，转换成对中频段特性对幅值穿越频率和相角裕度的要求为5552c arctgarctg ωωγ≥==≥==（b ）在s 平面内绘制出满足设计要求的系统主导极点的区域如下图所示。
6—2 简述异步电动机在下面四种不同的电压—频率协调控制时的机械特性并进行比较：1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；（2) 基频以下电压—频率协调控制时异步电动机的机械（3）基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性；（4）恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性；答：恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性:当s很小时,转矩近似与S成正比，机械特性是一段直线，s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，Te = f（s)是对称于原点的一段双曲线。
基频以下电压—频率协调控制时异步电动机的机械特性：恒压频比控制的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，当转矩增大到最大值以后,转速再降低，特性就折回来了。
而且频率越低时最大转矩值越小，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。
恒Eg /ω1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Φrm = Constant，从而改善了低速性能,但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制.恒 Er /ω1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性,按照转子全磁通Φrm 恒定进行控制，而且，在动态中也尽可能保持Φrm 恒定是矢量控制系统的目标，基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性：当角频率提高时,同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变。
基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。
恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性：恒流机械特性的线性段比较平，而最大转矩处形状很尖.恒流机械特性的最大转矩值与频率无关，恒流变频时最大转矩不变，但改变定子电流时，最大转矩与电流的平方成正比。
6-3 如何区别交—直—交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器？它们在性能上有什么差异?答:根据中间直流环节直流电源性质的不同,直流环节采用大电容滤波是电压源型逆变器。
它的直流电压波形比较平直，理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或梯形波。
运动控制技术习题答案运动控制技术习题答案运动控制技术是现代工业生产中不可或缺的一项技术。
它通过对机械设备的运动进行精确控制，使生产过程更加高效、稳定和安全。
然而，学习运动控制技术并不是一件容易的事情，需要掌握一定的理论知识和实践经验。
在学习过程中，习题是一种常见的训练方式，可以帮助学生巩固所学的知识，提高解决问题的能力。
下面是一些运动控制技术习题的答案，供大家参考。
1. 什么是运动控制技术？答：运动控制技术是指通过对机械设备的运动进行精确控制，实现生产过程的自动化和智能化。
它包括运动控制系统的设计、运动控制器的选择、运动控制算法的开发等方面的内容。
2. 运动控制系统由哪些组成部分构成？答：运动控制系统主要由运动控制器、执行器、传感器和人机界面组成。
运动控制器负责控制执行器的运动，传感器用于获取执行器的位置和状态信息，人机界面用于操作和监控运动控制系统。
3. 运动控制系统中常用的传感器有哪些？答：常用的传感器包括编码器、光电开关、压力传感器等。
编码器用于测量执行器的位置和速度，光电开关用于检测物体的存在和位置，压力传感器用于测量液体或气体的压力。
4. 运动控制系统中常用的执行器有哪些？答：常用的执行器包括伺服电机、步进电机、液压缸等。
伺服电机和步进电机可以通过电信号控制其转动角度或位置，液压缸则通过液压力来控制其运动。
5. 运动控制系统中常用的控制算法有哪些？答：常用的控制算法包括位置控制、速度控制和力控制等。
位置控制算法通过控制执行器的位置来实现精确的运动控制，速度控制算法通过控制执行器的速度来实现精确的运动控制，力控制算法通过控制执行器的力来实现精确的运动控制。
6. 运动控制系统中的PID控制算法是什么？答：PID控制算法是一种常用的控制算法，它通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对系统的控制。
比例参数用于调节系统的响应速度，积分参数用于消除系统的静差，微分参数用于抑制系统的震荡。
7. 运动控制系统中的位置环和速度环有什么作用？答：位置环用于控制执行器的位置，速度环用于控制执行器的速度。
6-2 简述异步电动机在下面四种不同的电压-频率协调控制时的机械特性并进行比较：1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；
（2）基频以下电压—频率协调控制时异步电动机的机械
（3）基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性；
（4）恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性；
答：恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性：当s很小时，转矩近似与S成正比，机械特性是一段直线，s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，Te = f（s）是对称于原点的一段双曲线。
基频以下电压-频率协调控制时异步电动机的机械特性：恒压频比控制的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。
而且频率越低时最大转矩值越小，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。
恒Eg /ω1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Φrm = Constant，从而改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。
恒 Er /ω1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通Φrm 恒定进行控制，而且，在动态中也尽可能保持Φrm 恒定是矢量控制系统的目标，
基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性：当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变。
基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。
恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性：恒流机械特性的线性段比较平，而最大转矩处形状很尖。
恒流机械特性的最大转矩值与频率无关，恒流变频时最大转矩不变，但改变定子电流时，最大转矩与电流的平方成正比。
6-3 如何区别交-直-交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器它们在性能上有什么差异
答：根据中间直流环节直流电源性质的不同，直流环节采用大电容滤波是电压源型逆变器。
它的直流电压波形比较平直，理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或梯形波。
直流环节采用大电感滤波是电流源型逆变器。
它的直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或梯形波。
在性能上却带来了明显的差异，主要表现
1）无功能量的缓冲在调速系统中，逆变器的负载是异步电机，属感性负载。
在中间直流环节与负载电机之间，除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。
滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网。
因此，两类逆变器的区别还表现在采用什么储能元件（电容器或电感器）来缓冲无功能量。
（2）能量的回馈用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显
著特征，就是容易实现能量的回馈，从而便于四象限运行，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械。
（3）动态响应正由交-直-交电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变，所以
动态响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多。
（4）输出波形电压源型逆变器输出的电压波形为方波，电流源型逆变器输出的电流波形
为方波。
（5）应用场合
电压源型逆变器属恒压源，电压控制响应慢，不易波动，所以适于做多台电机同步运行时的供电电源，或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合。
采用电流源型逆变器的系统则相反，不适用于多电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求。
6-5 采用二极管不控整流器和功率开关器件脉宽调制（PWM）逆变器组成的交-直-交变频器有什么优点
答：具有如下优点
（1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。
采用全控型的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲进行控制，电路也简单，效率高。
（2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。
（3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，
系统的动态性能也得以提高。
（4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。
6-9在转差频率控制的变频调速系统中，当转差频率的测量值大于或小于实际值时，将给系统工作造成怎样的影响
答：在调速过程中，实际频率ω1 随着实际转速ω同步地上升或下降，有如水涨而船高，因此加、减速平滑而且稳定。
如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。
