工业机器人工作站系统集成设计项目4任务2【思考与练习】答案.pdf

思考与练习答案 1.简述步进电动机的工作原理，并写出步进电动机的优缺点（优缺点各至少三条）。答：步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械位移（角位移或线位移）的机电执行元件，它的机械位移与输入的数字脉冲有着严格的对应关系，即一个脉冲信号可以使步进电动机前进一步。步进电动机的主要优点是：（1）能直接实现数字控制，数字脉冲信号经环形分配器和功率放大后可直接控制步进电动机，无需任何中间转换。（2）控制性能好，位移量与脉冲数成正比，可用开环方式驱动而无需反馈。能快速而方便地启动、反转和制动。速度与脉冲频率成正比，改变脉冲频率就可以在较宽的范围内调节速度。（3）无电刷和换向器。（4）抗干扰能力强，在负载能力范围内，步距角和转速不受电压大小、负载大小和波形的影响，也不受环境条件如温度、电压，冲击和振动等影响，仅与脉冲频率有关。（5）无累积定位误差。每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。（6）具有自锁能力（磁阻式）和保持转矩（永磁式），可重复堵转而不损坏。（7）机械结构简单、坚固耐用，并且相对于同等规格的伺服电机，价格便宜很多。步进电动机也存在缺点，主要有以下几个方面：（1）运动增量或步距角是固定的，在步进分辨率方面缺乏灵活性。（2）采用普通驱动器时效率低，相当大一部分输入功率转为热能耗散掉。（3）在单步响应中有较大的超调量和振荡。（4）承受惯性负载的能力较差。（5）开环控制时摩擦负载增加了定位误差（误差不积累）。（6）输出功率较小，因为步进电动机在每一步运行期间都要将电流输入或引出电动机，所以对于需要大电流的大功率电机来说，控制装置和功率放大器都 会变得十分复杂、笨重和不经济。所以步进电动机的尺寸和功率都不大。（7）转速不够平稳。（8）运行时有时会发生振荡现象，需要加入阻尼机构或采取其它特殊措施。（9）目前主要用于开环系统中，闭环控制时所用元件和线路比较复杂。（10）不能把步进电动机直接接到普通的交直流电源上运行，必须配备驱动器（包括环形分配器），而驱动器成本较高。2.简述伺服电动机的工作原理，并写出伺服电动机的优缺点（优缺点各至少三条）。答：（1）直流伺服电动机 直流伺服电动机是一种进行运动控制的电机，如图 4 21 所示，它的转子的机械运动受输入电信号控制，并作快速反应。直流伺服电动机的工作原理、结构和基本特性与普通直流电动机 没有原则区别，但是为了满足控制系统的需求，在结构和性能上做了一些改进，具有如下特点：采用细长的电枢以便降低转动惯量，其惯量大约是普通直流电动机的1/31/2。具有优良的换向性能，在大的峰值电流冲击下仍能确保良好的换向条件。机械强度高，能够承受住巨大的加速度造成的冲击力作用。电刷一般都安放在几何中性面，以确保正、反转特性对称。（2）交流伺服电动机 交流伺服电动机也一种进行运动控制的电机，常用的交流伺服电动机主要是两相伺服电动机，它的转子主要有鼠笼转子和非磁性空心杯转子两种。其定子绕组是两相绕组，使用的是两相交流电源。定子的两相绕组分别称为励磁绕组和控制绕组，很多情况下它们具有相同的匝数，但有时也可能具有不同的匝数。两相绕组在空间相差 90电角度。与普通驱动用微型异步电动机相比，两相伺服电动机具有下列特点：调速范围大。伺服电动机的转速随着控制电压的改变能在宽广的范围内连续调节，而普通异步电动机稳定运行的区域较小；在运行范围内，伺服电动机的机械特性和调节特性接近线性关系。这与两 相伺服电动机的转子电阻大有关；当控制电压为 0 时，伺服电动机应立即停转，也就是无“自转”现象，而普通异步电动机在运转以后，即使在单相电压下仍可继续运转；快速响应，机电时间常数小。两相伺服电动机采用细长的转子，转子惯量小，转子电阻大，使堵转转矩高，起动转矩高，起动速度快，从而满足时间常数小的要求。