第6章 伺服系统技术
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伺服系统培训课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解伺服系统的基本概念,掌握其工作原理和组成结构。
2. 学生能掌握伺服系统中关键参数的计算方法,如转速、扭矩、精度等。
3. 学生了解不同类型伺服系统的特点及其适用场合。
技能目标:1. 学生能运用所学知识分析和解决实际伺服系统应用中的问题。
2. 学生具备设计简单伺服系统的能力,能根据需求选择合适的组件并进行调试。
3. 学生能熟练使用相关工具和设备进行伺服系统的安装、调试和维护。
情感态度价值观目标:1. 培养学生关注工程技术发展的意识,激发对伺服系统及其应用的兴趣。
2. 培养学生严谨、细致、负责的工作态度,增强团队协作和沟通能力。
3. 培养学生具备安全意识,遵循相关操作规程,确保伺服系统应用的安全可靠。
本课程针对高年级学生,结合学科特点,注重理论与实践相结合,以实际应用为导向。
课程目标旨在使学生掌握伺服系统的基础知识,具备实际操作和问题解决能力,同时培养良好的职业素养和安全意识。
通过课程学习,为学生未来在自动化、机器人等相关领域的发展奠定基础。
二、教学内容1. 伺服系统概述:介绍伺服系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。
- 教材章节:第一章 伺服系统概述- 内容列举:伺服系统的定义、分类、工作原理。
2. 伺服系统组成与原理:分析伺服系统的组成结构,讲解各部分功能及相互关系。
- 教材章节:第二章 伺服系统的组成与原理- 内容列举:驱动器、执行器、反馈元件、控制器等组成部分及其工作原理。
3. 伺服系统关键参数计算:学习伺服系统中转速、扭矩、精度等关键参数的计算方法。
- 教材章节:第三章 伺服系统关键参数计算- 内容列举:转速与扭矩的计算、精度分析、系统稳定性分析。
4. 伺服系统类型及特点:介绍不同类型伺服系统的特点、优缺点及适用场合。
- 教材章节:第四章 伺服系统类型及特点- 内容列举:步进伺服系统、交流伺服系统、直流伺服系统等。
5. 伺服系统应用与案例分析:分析伺服系统在实际应用中的案例,提高学生的问题解决能力。
数控技术第二版课后答案HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成,它的工作流程是什么?答:数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工数控机床的组成及各部分基本功能答:组成:由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备:实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置:接受来自输入设备的程序和数据,并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统:接受数控装置的指令,驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置:检测速度和位移,并将信息反馈给数控装置,构成闭环控制系统。
机床本体:用于完成各种切削加工的机械部分。
.什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床?三者如何区别?答:(1)点位控制数控机床特点:只与运动速度有关,而与运动轨迹无关。
如:数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
(2)直线控制数控机床特点:a.既要控制点与点之间的准确定位,又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能,以及主轴转速控制功能。
如:简易数控车床和简易数控铣床等。
(3)连续控制数控机床(轮廓控制数控机床):对刀具相对工件的位置,刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能,适用于连续轮廓、曲面加工。
.数控机床有哪些特点?答:a.加工零件的适用性强,灵活性好;b.加工精度高,产品质量稳定;c.柔性好;d.自动化程度高,生产率高;e.减少工人劳动强度;f.生产管理水平提高。
适用范围:零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等.按伺服系统的控制原理分类,分为哪几类数控机床?各有何特点?答:(1)开环控制的数控机床;其特点:a.驱动元件为步进电机;b.采用脉冲插补法:逐点比较法、数字积分法;c.通常采用降速齿轮;d. 价格低廉,精度及稳定性差。
第5章 位置检测装置习题及答案1.伺服系统中常用的位置检测装置有几种?各有什么特点?答:伺服系统中常用的位置检测装置有:旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器和光栅,各检测装置的特点如下:旋转变压器:又称同步分解器,是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件,是一种旋转式的小型交流电动机,在结构上和二相绕线式异步电动机相似,由定子和转子组成,分有刷和无刷两种。
其特点是坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、成本低,是数控系统中较为常用的位置传感器;感应同步器:感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线式感应器,相当于一个展开的多级旋转变压器。
踏实利用滑尺上的励磁绕组和定尺上的感应绕组之间相对位置的变化而产生电磁耦合的变化,从而发出相应的位置信号来实现位移检测的,其特点为:精度高,工作可靠,抗干扰能力强,维修简单、寿命长,测量距离长,工艺好、成本低、便于成批生产;脉冲编码器:脉冲编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种。
数控机床主要使用光电式脉冲编码器。
光电式脉冲编码器按编码方式又分为绝对值式和增量式两种,常用的为增量式脉冲编码器,其优点是结构简单、成本低、使用方便,缺点是有可能由于噪声或其它外界的干扰产生计数误差,若因停电、刀具破损而停机,事故排除后不能再找到事故发生前执行部件的正确位置;光栅:在高精度数控机床和数显系统中,常使用光栅作为位置检测装置。
它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲,反馈给CNC或数显装置来实现闭环控制的。
计量光栅分为圆光栅和长光栅两种。
圆光栅用于测量转角位移,长光栅用于测量直线位移,由于激光技术的发展,光栅制作的精度有了很大的提高,现在光栅精度可以达到微米级甚至亚微米级。
2. 旋转变压器由哪些部分组成?其检测的基本原理如何?答:旋转变压器又称同步分解器,是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件,是一种旋转式的小型交流电动机,在结构上和二相绕线式异步电动机相似,由定子和转子组成,分有刷和无刷两种,结构如下图所示:有刷式旋转变压器的结构无刷式旋转变压器结构示意图1-转轴 ; 2-轴承 ; 3-机壳; 4-转子铁心; 5-定子铁心6-端盖 ; 7-电刷 ;8-集电环旋转变压器是根据互感原理工作的。
第六章10.一般说来,如果增大幅值穿越频率ωc的数值,则动态性能指标中的调整时间t s( B )A.增大B.减小C.不变D.不定11.已知f(t)=a+bt,则它的拉氏变换式为( B )A.as +b B.2sbsa+ C. bsas+2D. asbs+311. 复合控制器必定具有( D )A. 顺序控制器B. CPUC. 正反馈D. 前馈控制器13. 一般说来,如果增大幅值穿越频率ωc的数值,则动态性能指标中的调整时间t s( B )A. 产大B. 减小C. 不变D. 不定10.一般来说,引入微分负反馈将使系统动态性能指标中的最大超调量( B )A.增加B.减小C.不变D.不定11.在采样—数据系统中,执行实时算法程序所花费的时间总和最好应小于采样周期的( A )A.0.1B.0.2C.0.5D.0.86.步进电机一般用于( A )控制系统中。
A.开环B.闭环C.半闭环D.前馈11.PD称为( B )控制算法。
A.比例B.比例微分C.比例积分D.比例积分微分13.如果增加相位裕量φm,则动态性能指标中的最大超调量σ%为( C )。
A.增大B.不变C.减小D.不能确定10.若考虑系统抑制干扰的能力,选择采样周期的一条法则是:采样速率应选为闭环系统通频带的【D 】A.5倍B.8倍C.10倍D.10倍以上11.在数控系统中,软伺服系统的系统增益K a为【B 】A.(2~5)1/s B.(8~50)1/s C.(50~100)1/s D.(120~150)1/s 10.若考虑对系统响应速度的影响,采样-数据系统中的采样周期应选为系统最小时间常数的【 A 】A.(O.1~1)倍B.2倍C.5倍D.10倍11.在串联校正的比例-积分-微分(PID)控制器中,I的作用是【 C 】A.改善稳定性B.加快系统响应速度C.提高无静差度D.增大相位裕量10.在最佳阻尼比条件下,伺服系统的自然频率w n唯一取决于【 C 】A.速度环开环增益B.电动机机电时间常数C. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之比D. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之积11在伺服系统中,若要提高系统无静差度,可采用串联【A 】A.PI校正B.P校正C.PD校正D.D校正7.PID控制器中,P的作用是【 A 】A.降低系统稳态误差B.增加系统稳定性C.提高系统无静差度D.减小系统阻尼7.采样一数据系统中,若考虑系统的抑制干扰能力时,采样速率应为闭环系统通频带的【A 】A .10倍以上B.5倍 C .2倍 D.(0.1~1)倍8.PID控制器中,P的含义是【D 】A.前馈 B.微分 C.积分 D.比例(2011 07)9.在软伺服系统中,一般认为速度环的闭环增益最好为系统的 【 】A.0.1倍B.2~4倍C.5倍D.10倍1.PID 控制器中,I 的作用是 【 A 】A .提高系统误差精度B .增加系统通频带C .加快系统调整时间D .减小系统伺服刚度2.要求系统响应应以零稳态误差跟踪输入信号可采用 (C ) A.前馈控制器B.PI 控制器C.复合控制器D.反馈控制器3.一般说来,如果增大自然频率ωn 的数值,则动态性能指标中的调整时间t s 将 ( B ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定4. 在伺服系统中,若要提高系统无静差度,可采用串联 【 A 】 A.PI 校正 B.P 校正 C.PD 校正 D.D 校正5. 伺服系统的输入可以为(B )A.模拟电流B.模拟电压C.控制信号D.反馈信号 6. 伺服系统一般包括控制器、受控对象、比较器和(D )等部分A.换向结构B.转化电路C.存储电路D.反馈测量装置 7. 下列那一项是反馈控制系统( )A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.工业机器人8. PD 称为( B )控制算法。
选择题试题库第1章机电一体化的基本概念1、对于机电一体化系统的涵义,至今还有不同的认识。
但对机电一体化的本质特性认为是一个①计算机系统②机械系统③传感系统④电气系统2、接口有三个基本功能,它们是①变换、放大、传递②变换、放大、转换③变换、放大、控制④变换、放大、处理3、机电一体化技术是各种技术相互渗透的结果,下列技术不属于其主要相关技术的是①机械技术②检测传感技术③自动控制技术④多媒体技术4、机电一体化系统由许多要素或子系统组成,各子系统之间要能顺利地进行物质、能量和信息的传递和交换,必须在各要素或子系统的相接处具备一定的连接部件,这个连接部件就称为①传感检测单元②执行单元③驱动单元④接口5、机电一体化技术的发展前景应从如下方面考虑,说法错误的是①从性能上②从功能上③从层次上④从高技术的水平上6、机电一体化技术是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术。
是一门集机械技术、电子技术、信息技术、计算机及软件技术、自动控制技术及其他技术互相融合而成的多学科交叉的综合技术。
机电一体化的概念是哪国学者提出的?①中国②美国③德国④日本第2章精密机械传动与支承技术在机电一体化系统中的应用1、爬行是影响进给精度的主要因素。
为了提高进给精度,必须消除爬行现象,主要应采取措施,不正确的是①提高传动系统的刚度②尽量缩短传动链,减小传动件数和弹性变形量。
③减少摩擦力的变化④提高临界速度2、机电一体化进给传动系统,由于齿轮传动级数的增加,会使齿隙和静摩擦增加,传动效率降低,故传动级数一般不超过几级。
① 1 ② 2 ③ 3 ④ 43、机电一体化系统的惯量大,会使系统的固有频率下降,产生谐振;但系统的惯量增大也有利于①提高伺服精度②提高响应速度③扩大伺服带宽④改善低速爬行4、移动工作台的惯量折算到旋转丝杠上的转动惯量是①②③④5、齿轮传动比的分配中,遵循“前大后小”原则的是①最小等效转动惯量原则(小功率传动装置)②最小等效转动惯量原则(大功率传动装置)③质量最小原则(小功率传动装置)④质量最小原则(大功率传动装置)6、齿轮传动比的分配中,传动比分配的结果为各分传动比相等,其遵循的原则是①最小等效转动惯量原则(小功率传动装置)②最小等效转动惯量原则(大功率传动装置)③质量最小原则(小功率传动装置)④质量最小原则(大功率传动装置)7、消除间隙的齿轮传动机构中,下列调整法中能实现自动补偿的是①直齿圆柱偏心轴套②直齿圆柱锥度齿轮③直齿圆柱双片薄片齿轮错齿④斜齿圆柱轴向垫片8、滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法中,广泛采用双螺母预紧方式,下列预紧法中最精密的是①双螺母垫片调隙式②双螺母螺纹调隙式③双螺母齿差调隙式9、同步带标记“800 DI H 300”,其中“800”表示①800mm ②长度代号为800 ③节线长度为800 mm10、谐波齿轮减速器的最大特点,下列说法错误的是①传动比大②承载能力小③传动精度高④齿侧间隙小11、滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧方案中,便于调整且精度最高的方案是A. 双螺母螺纹预紧B. 双螺母齿差预紧C. 双螺母垫片预紧12、滚珠的工作圈(或列)数由试验可知:第一、第二和第三圈(或列)分别承受轴向载荷的A. 20%、30%、50%B. 30%、20%、50%C. 50%、30%、20%13、数控机床要求在什么进给运动下不爬行,有高的灵敏度。
伺服系统课程设计一、教学目标本课程的目标是让学生掌握伺服系统的基本原理、组成和应用。
通过学习,学生应能理解伺服系统的的工作原理,熟练运用伺服系统解决实际问题。
知识目标:1. 理解伺服系统的定义和工作原理;2. 掌握伺服系统的组成及各类元件的作用;3. 了解伺服系统在工程中的应用。
技能目标:1. 能够分析伺服系统的性能指标;2. 能够设计简单的伺服控制系统;3. 能够对伺服系统进行调试和维护。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对新技术的敏感度和好奇心;2. 使学生认识到伺服系统在现代工业中的重要性;3. 培养学生热爱科学、勇于探索的精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括伺服系统的定义、原理、组成、性能指标及应用。
具体包括以下几个方面:1.伺服系统的定义和工作原理;2.伺服系统的组成元件及其作用;3.伺服系统的性能指标及其分析方法;4.伺服系统在工程中的应用案例。
三、教学方法为了提高教学效果,本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行授课。
具体包括:1.讲授法:用于讲解伺服系统的基本概念、原理和性能指标;2.案例分析法:通过分析实际应用案例,使学生更好地理解伺服系统的组成和作用;3.实验法:学生进行伺服系统实验,让学生亲自动手操作,提高其实际应用能力;4.讨论法:学生进行小组讨论,培养学生的团队合作能力和解决问题的能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学,我们将准备以下教学资源:1.教材:《伺服系统原理与应用》;2.参考书:包括伺服系统相关的研究论文和书籍;3.多媒体资料:包括课件、实验视频等;4.实验设备:伺服控制系统实验装置。
通过以上教学资源的支持,我们将努力提高本课程的教学质量,帮助学生更好地掌握伺服系统的知识。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果,本课程将采用多种评估方式相结合的方法。
评估方式包括平时表现、作业、考试等。
1.平时表现:通过观察学生在课堂上的参与度、提问回答等情况,评估其对伺服系统的理解和掌握程度。
第一章概论1,什么是系统?〔P2〕从广义上说,系统可以定义为两个或两个以上组成的相互依存、相互作用,共同完成某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一整体的总称。
在工程领域,系统可以是电、机械、液压、气动、热、生物以及医学的,或者是这些系统的某种组合。
2,什么是机电一体化系统?〔P3〕机电一体化系统是按照机电一体化方法设计出来的机械与电子严密结合的产品或制造系统。
即,机电一体化系统应包括机电一体化产品和机电一体化制造系统。
3,机电一体化的所谓“4A革命〞是指什么?〔P3〕工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、社会效劳自动化。
4,典型的机电一体化系统有哪几种形式?〔P4-11〕典型的机电一体化系统有7中形式:(1)机械手关节伺服系统(2)数控机床(3)工业机器人(4)自动引导车(5)顺序控制系统(6)数控自动化制造系统(7)微机电系统5,机器人按照控制水平可以分为哪三种类型?哪一类机器人运动控制水平最高?〔P5〕第一类为点位控制机器人;第二类为连续路径控制机器人;第三类为控制类型机器人。
控制路径机器人代表最高运动控制水平。
6,什么是顺序控制系统?分为哪几类?〔P8〕顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统。
根据如何开场和终结操作,顺序可分为两类:(1)当某一事件发生时,开场或完毕操作的称为事件驱动顺序控制;(2)在某一时刻或一定时间间隔之后,开场或完毕操作的称为时间驱动顺序控制。
7,何谓FMS?〔P9〕FMS是将计算机数控机床,工业机器人以及自动导引车连接起来的系统,称为柔性制造系统。
8,机电一体化系统中,机械受控模块的作用是什么?〔P12〕机械受控模块代表系统的机械构造,又称执行模块。
其主要功能是承载传递力和运动。
机械受控模式的输入由驱动模式和环境参数定义的条件一起提供。
输出由测量模式接收,并转换为相对的电信号。
9,机电一体化系统构造包含哪几个模块?简述各模块的作用〔P12-13〕典型的机电一体化系统构造包含:(1)机械手控模块机械受控模块代表系统的机械构造,通常包含机械传动、支承和支座等。
第六章6.1 有一台交流伺服电动机,若加上额定电压,电源频率为50Hz,极对数P=1,试问它的理想空在转速是多少?n0=60*f/p=60*50/1=3000r/min理想空在转速是3000 r/min6.2何谓“自转”现象?交流伺服电动机时怎样克服这一现象,使其当控制信号消失时能迅速停止?自转是伺服电动机转动时控制电压取消,转子利用剩磁电压单相供电,转子继续转动.克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计的很大,使电动机在失去控制信号,即成单相运行时,正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>1的地方.当速度n 为正时,电磁转矩T为负,当n为负时,T为正,即去掉控制电压后,单相供电似的电磁转矩的方向总是与转子转向相反,所以是一个制动转矩.可使转子迅速停止不会存在自转现象6.3有一台直流伺服电动机,电枢控制电压和励磁电压均保持不变,当负载增加时,电动机的控制电流、电磁转矩和转速如何变化?当副在增加时, n=U c/K eΦ-RT/K e K tΦ2电磁转矩增大,转速变慢,根据n=U c/K eΦ-R a I a/K e Φ控制电流增大.6.4有一台直流伺服电动机,当电枢控制电压Uc=110V时,电枢电流I a1=0.05A,转速n1=3000r/min;加负载后,电枢电流I a2=1A, 转速n2=1500r/min。
试做出其机械特性n=f (T)。
电动机的电磁转矩为T=BI a NLD/2,n300015000.05A6.5n0=3000r/min;当n0=120Uc/πNBLD6.6细不变,式中的BI a Nl/2紧思维常数,故转矩T与直径D近似成正比.电动机得直径越大力矩就越大.6.7 为什么多数数控机床的进给系统宜采用大惯量直流电动机?因为在设计.制造商保证了电动机能造低速或阻转下运行,在阻转的情况下,能产生足够大的力矩而不损坏,加上他精度高,反应快,速度快线性好等优点.因此它常用在低俗,需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件.6.8 永磁式同步电动机为什么要采用异步启动?因为永磁式同步驶电动机刚启动时,器定子长生旋转磁场,但转子具有惯性,跟不上磁场的转动,定子旋转时而吸引转子,时而又排斥转子,因此作用在转子的平均转矩为零,转子也就旋转不起来了.6.9 磁阻式电磁减速同步电动机有什么突出的优点?磁阻式电磁减速同步电动机无需加启动绕组,它的结构简单,制造方便.,成本较低,它的转速一般在每分钟几十转到上百专职践踏是一种常用的低速电动机.6.10 一台磁组式电磁减速同步电动机,定子齿数为46,极对数为2,电源频率为50Hz,转子齿数为50,试求电机的转速。
——《机电一体化设计基础》——课后习题及知识点整理考试大纲1.考试的目的与作用;机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。
学生的考试成绩是对其学习水平评价的重要因素之一,通过复习考试,可以巩固学生所学机电一体化系统设计的基本理论,加深对机电一体化系统各组成部分的结构以及设计方法的认识;教师通过考试可以考核学生对所学知识点的掌握程度,找出共性问题;另外,通过考试还可以检查教学效果,为今后进一步提高机电一体化系统设计课程的教学质量,促进课程建设提供重要的参考依据。
2.考核内容与考核目标;理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系。
了解机电一体化系统的设计方法。
了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。
掌握机电一体化系统中机械、传感检测、伺服驱动、控制等基本结构要素的技术特点,掌握典型装置的技术原理和使用方法。
了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法,学会设计简单的机电一体化产品。
3.主要参考书;刘武发等编,机电一体化设计基础,化学工业出版社,2007张建民等编著. 机电一体化系统设计(第三版).高等教育出版社,2007.74.课程考试内容与教材的关系;根据教学大纲选用教材,根据大纲要求确定考核内容。
5.分章节的考核知识点;第1章绪论机电一体化的定义,机电一体化的基本结构要素,机电一体化的相关的关键技术。
第2章机电一体化系统设计基础机电一体化设计流程,产品的设计过程,调试过程,接口设计和可靠性设计。
第3章典型机电一体化产品规划和概念设计。
数控机床的概念设计。
第4章机电一体化系统中的机械系统设计机械设计特点,齿轮传动比的确定方法与分配方法,调整齿轮侧隙的措施;谐波齿轮传动、同步带传动的结构、特点及传动比的计算,联轴器选择;滚珠丝杠副的选则预紧计算;滚动导轨、塑料导轨的特点及选用;支承机构的特点。
第5章机电一体化中的检测系统设计传感器的组成、分类和性能指标,各种传感器的基本原理及应用特点。