运动控制系统习题答案
第一章
1. 运动控制划分为两大类：
(1) 位置变化问题其特征是被控对象空间位置发生改变，我们称之为第一类运动控制问题。
(2) 周期式旋转速度变化问题由于某一类物理量（如温度、压力、流量、转矩等）而迫使电机转速随负载的变化而变化，以满足温度、压力、流量、转矩等恒定的目的。我们把这类运动控制问题称为第二类运动控制问题。
2. 第一类运动控制问题
1）一维运动一维运动形式分为两类：一是直线运动，二是旋转运动；此外，还可以是两类基本运动的复合。
2）二维运动把两个一维直线运动平台互相垂直搭接在一起，就组成了一个二维运动平台。分为质点运动，复合运动，轮廓运动
3）三维运动第一类为空间点对点的移动，可以是直线移动，也可以是旋转运动；第二类为复合移动，是在三个运动轴按照一定的复合比例所做的运动；第三类为空间轮廓线运动
3. 运动控制系统的轴
1) 运动轴
通常，我们把一个定义在直线段上移动的物体或者按照预定旋转方向旋转的物体定义为运动轴。轴一般分为两类：线性轴和旋转轴。
2) 线性轴
线性轴的定义为：只有初始位置和结束位置，而且轴的当前实际位置一定是在其初始位与结束位之间。
3) 旋转轴
一个周期式的旋转轴做圆周运动，其起始点是0°，完成一个循环之后，又重新回到0°。这种情况也称为模轴。
4. 运动控制系统有以下部分构成：运动控制器、驱动执行器、运动反馈单元等。
运动控制器主要由三大要素构成：轨迹生成器、插补器与控制回路。
5. 运动控制系统：运动控制系统是一个控制某些机器位置、速度、力或者压力的系统。例如，一套基于运动控制系统的电气机械系统是由运动控制器（系统的大脑）、驱动器（接收来自运动控制器的弱电指令信号，并且把相关指令信号变换成高电压/大电流的功率信号）、电机（其作用是把电能转换为机械能）、反馈装置（其作用是把受控信号反馈到运动控制器，运动控制器依据设定与反馈信号给出需要做出的调节量，直到系统达到期望的结果为止。
运动控制：
运动控制器：运动控制器就是根据期望的路径或者轨迹，计算并且产生输出命令，控制驱动放大器驱动执行器，从而完成相应的任务。运动控制器的复杂性是依据任务的复杂性而变化的，就伺服电机控制而言，典型的运动控制器通常由三个部分组成：轨迹生成器、插补器及控制回路。
轨迹生成器：轨迹生成器依据所希望的目标位、最大速度、加速度、减加速度及抖动计算移动路径的各个段设置特征点，并确定移动的三个主要阶段——加速度阶段、恒速度阶段和减加速度阶段花费了多少时间。 插补器：按照由轨迹生成器生成的设置特征点精确地计算出其空间位置。插补器的结果送给控制回路。
控制回路：根据所期望位置/速度与实际位置/速度之间的偏差，计算出误差信号。 步序发生器：按照所期望的运动路径精确地产生数字步序指令脉冲。
第二章
1. 什么是插补？常用的插补算法有哪两种？ 答：插补是在一条已知起点和终点的曲线上进行数据点的密化。通常采用的形式有一次插补、二次插补或三次插补。
插补算法有：直线插补、圆弧插补、抛物线插补、样条插补、基准脉冲插补和数据采样插补。常用的插补算法有直线插补和圆弧插补。
2. 点位控制、直线控制和轮廓控制各有什么特点？ 点位控制：点位控制是实现从一个位置到另一个位置的精确控制。这种控制模式运动需求描述简单，控制容易。负载速度从零开始，加速到设定速度，稳定运行，然后减速至停止，起动加速和停止减速都是平滑的。 直线控制：直线控制是不仅要实现一个位置到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线运动或控制两个坐标轴实现斜线运动。
轮廓控制：轮廓控制不仅能实现从起点到终点的运动，而且能控制每一点的速度和位移量，强调走过的具体位置及精度。
3. 已知启动点是10，结束点是110，max 10/s ω=，2max 20/s α=，求梯形曲线各特征点
时间。
解：梯形曲线如下图所示：
max max /10/200.5s acc dec t t ωα====
11010100end start θθθ=-=-= max max max 1000.52100.59.5221020.59.50.510.5acc dec total acc dec t t t s t t t t s
θω=
--=-⨯=-==++=++=
4．已知加速时间和减速时间各为0.5 s ，最大速度时间为7.5 s ，ωmax =10 /s °, αmax =220 /s °，求启动点和结束点？
5．已知θstart = 20°，θend = 24°，ωmax =10 /s °，αmax =220 /s °，求出梯形曲线的特征点？ 答：max max /t αω==dec acc t =10/20=0.5s end 24204start θθθ=-=-=
s t t t dec acc 1.02/2//max max -=--=ωθ
由于时间不可能是负值，因此改变的是加速和减速时间
2
max 122
acc t θ
α=，)/(t max αθ=acc =0.447s m ax t = —0.347s
可见，速度不可能达到最大值，梯形曲线变化为三角形曲线。
7．已知起点坐标为(2, 3)A ，终点坐标为(9, 6)B ，请使用逐点比较法，计算插补过程，写出流程表。
答：步数=7+3=10,Xe=9,Ye=6
13．运动控制器的硬件组成方式有哪几种？
答：有6种，包括基于微处理器MCU 的技术，基于专用集成电路的技术，基于PC 的技术，基于DSP 的技术，基于可编程逻辑控制器的技术，基于多核处理器的技术。
14．基于MCU 的运动控制器的特点是什么？
答：以8位或16位的MCU 单片机技术为核心，再配以存储器电路，编码器信号处理电路及D/A 、A/D 电路，这类电路整体方案比较简单，可以实现一些简单的控制算法，具有一定的灵活性，能提供简单的人机界面管理。基于MCU 技术的运动控制器主要目标对象还是简易型运动控制对象。
