机电一体化系统设计基础课程作业解答（二）
一、填空题
1．低频分量高频分量
2．固有频率阻尼能力
3．相对阻尼系数
4．固有频率
5．变频信号源脉冲分配器功率放大器
6．最大动态转矩降低
7．线性直流伺服放大器脉宽调制放大器
8．电源频率磁极对数转差率
9．电液比例阀电液伺服阀
10．定位精度定位时间
二、简答题
1．如何提高伺服系统的响应速度？
伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。

（1）提高系统的固有频率，减小阻尼。

增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。

（2）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。

2．步进电机是如何实现速度控制的？
步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。

其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。

因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。

3．试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。

脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。

利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。

4．交流伺服电机有哪些类型？交流伺服驱动的主要特点是什麽？
交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。

交流伺服驱动的主要特点有：（1）调速范围大；（2）适合大、中功率伺服系统；（3）运行平
稳，转速不受负载变化的影响；（4）输出转矩较大，而转矩脉动小。

三、分析题
1．分析传感器的误差对输出精度的影响
传感器位于反馈通道，误差的低频分量影响系统的输出精度和系统的稳定性，因此传感器应有较高的精度；而误差的高频分量不影响输出精度，可以允许传感器及放大电路有一定的高频噪声。

2．分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。

对于开环步进电机位置控制系统，由于无检测装置，不对位置进行检测和反馈，齿轮减速器的传动误差（误差的高频分量）和回程误差（误差的低频分量）将直接影响工作台的输出精度。

四、计算题
1．如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为m ＝50kg ，工作台与导轨间的摩擦系数f ＝0.1，负载力为F W ＝1000N ，丝杠直径为D ＝16mm ，导程为t s ＝4mm ，齿轮减速比为i ＝5，工作台的最大线速度为v ＝0.04m/s ，试求：（1）折算到电机轴上的负载力矩；
（2）电机轴的转速；（3）电机所需功率。

解：（1）折算到电机轴上的负载力矩
摩擦负载力 F f ＝mgf ＝50×10×0.1＝50N
外负载力 F w ＝1000N
电机上的负载力矩为
Nm
F F t i T f W s m 191.07
.01)501000(2104511)(213=⋅+⋅⨯⋅=⋅+⋅⋅=-πη
π （2）电机轴的转速
min /3000/50004
.004.05r s r t v i n s ==⨯=⋅= （3）电机所需功率
()LP LP m n T P 5.2~5.1=
取系数为2，则
W 120502191.0222=⨯⨯⨯⨯=⋅=ππn T P m
2．如图所示的开环步进电机位置控制系统，已知负载力F =2000N ，工作台长L =400mm ，往复精度为02.0±mm ，丝杠导程6mm ，直径d ＝32mm ，步进电机的步距角为α＝︒5.1，试确定齿轮减速比i 。

解：步进电机的每转脉冲数
2405
.1360360==︒
=αs n 脉冲/转 根据工作台定位精度的要求，选用脉冲当量
δ=0.02mm/脉冲
设传动比为i ，每个脉冲对应工作台的位移为
s
s in t =
δ 则 25.124002.06=⨯==
s s n t i δ。