将机电一体化产品或系统中完成某一功能的检测传感元件、执行元件和控制器作成机电一体化的功能模块，如果控制器具有可编程的特点，则该模块就成为柔性模块。
3.取代设计方法
取代设计又称为机电互补设计方法。该方法的主要特点是利用通用或专用电子器件取代传统机械产品中的复杂机械部件，以便简化结构，获得更好的功能和特性。
4.融合设计方法
融合设计方法是把机电一体化产品的某些功能部件或子系统设计成该产品所专用的。用这种方法可以使该产品各要素和参数之间的匹配问题考虑得更充分、更合理、更经济、更能体现机电一体化的优越性。融合法还可以简化接口，使彼此融为一体。
5.系统整体优化设计方法
系统整体设计法是以优化的工艺为主线，以控制理论为指导，以计算机应用为手段，以系统整体最佳为目标的一种综合设计方法。 第2章 机电传动控制的数学模型
2-1 简述机电传动控制的数学建模的意义以及其数学模型的种类。
答：l.数学模型的概念及其建立意义 数学模型是系统动态特性的数学描述。由于系统从初始状态向新的稳定状态过渡过程中，系统中的各个变量都要随时间而变化，因而在描述系统动态特性的数学模型中不仅会出现这些变量本身，而且也包含这些变量的各阶导数，所以，系统的动态特性方程式就是微分方程式，它是表示系统数学模型的最基本的形式。
在研究与分析一个机电控制系统时，不仅要定性地了解系统的工作原理及特性，而且还要定量地描述系统的动态性能。通过定量的分析与研究，找到系统的内部结构及参数与系统性能之间的关系。这样，在系统不能按照预先期望的规律运行时，便可通过对模型的分析，适当地改变系统的结构和参数，使其满足规定性能的要求。另外，在设计一个系统的过程中，对于给定的被控对象及其控制任务，可以借助数学模型来检验设计思想，以构成完整的系统。这些都离不开数学模型。
2描述机电控制系统静、动态特性的数学模型常用的模型有：时域模型、复数域模型和频域模型。
2-2 简述传递函数的物理含义与作用。
答：传递函数是在零初始条件下定义的。控制系统的零初始条件有两方面的含义：
(1) 指输入量是在t≥0时才作用于系统，因此，在t=0时输入量及其各阶导数均为零；
(2) 指输入量加于系统之前，系统处于稳定的工作状态，即输出量及其各阶导数在t=0时的值也为零，现实的工程控制系统多属此类情况。
因此，传递函数可表征控制系统的动态性能，并可用来求解出输入量给定时系统的零初始条件响应。
2-3 求图2-34所示电路网络的传递函数。
?? C1 C2 e R (a) L C L u i i 1 1 R i 2 2 R u0 (b) L R2 R1 0 u 2 C ui C 1 0 u R C2 ui C 1 (c) (d)
图2-34 习题3图
2-4 求图2-35所示机械平移系统的传递函数，并画出它们的动态结构框图。
x 0( t) x 0( t) k1 f k2 M k k2 k1 F i(t ) F i(t ) M 2 f2 M 1 f1 (a) (b)
图2-35 习题4图 第3章 机电传动系统的驱动电动机 3-1 直流电动机是如何转动起来的？
答：电枢由原动机驱动在磁场中旋转，电枢线圈的两根有效边便切割磁力线，感应出电动势。线圈随电枢铁心在转动时，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下是另一个方向。但由于电刷A总是同与N极下的一边相连的换向片接触，而电刷B总是同与S极下的一边相连的换向片接触，因此在电刷上就出现一个极性不变的电动势或电压。
在电刷AB之间加上直流电压U，电枢线圈中的电流流向为：N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向。这样两个有效边中受到的电磁力的方向一致，电枢开始转动。通过换向器可以实现线圈的有效边从一个磁极（如N极）转到另一个磁极下（如S极）时，电流的方向同时发生改变，从而电磁力或电磁转矩的方向不发生改变。电磁转距是驱动转距，其大小也为：T=KTΦIa。电动机的电磁转距T必须与机械负载转矩T1及空载损耗转距T0相平衡。即T=T1+ T0。另外当电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势E，这个电动势的方向与电流或外加电压的方向相反，称之为反电动势。其大小为：E=kEΦn方向与Ia相反。
3-2 一台直流电动机，磁路饱和。当电机负载后，电刷逆电枢旋转方向移动一个角度。试分析在此种情况下电枢磁动势对气隙磁场的影响。
答：略。
3-3 试分析在下列情况下，直流电动机的电枢电流和转速有何变化（假设电机不饱和）。
（1）电枢端电压减半，励磁电流和负载转矩不变； （2）电枢端电压减半，励磁电流和输出功率不变； （3）励磁电流加倍，电枢端电压和负载转矩不变； （4）励磁电流和电枢端电压减半，输出功率不变；
（5）电枢端电压减半，励磁电流不变，负载转矩随转速的平方而变化。
答：由公式n?RU?aIa，T?Cm?NIa可分析。 Ce?Ce?3-4 单相异步电动机主要分为哪几种类型，简述罩极电动机的工作原理。
答：根据获得旋转磁场方式的不同，单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。
罩极电动机的定子一般都采用凸极式的，工作绕组集中绕制，套在定子磁极上。在极靴表面的1/3～1/4处开有一个小槽，并用短路铜环把这部分磁极罩起来，故称罩极电动机。短路铜环起了起动绕组的作用，称为起动绕组。罩极电动机的转子仍做成笼型，如图3-24(a)所示。
Φ1Φ3Φ1.Φ2.Φ3Un..2Eφ.Φ`2.I2
图3-24单相罩极电动机
(a)绕组接线图；(b)相量图
?当工作绕组通人单相交流电流后，将产生脉动磁通，其中一部分磁通?1，
???不穿过短路铜环，另一部磁通?2则穿过短路铜环。由于?1与?2都是由工作绕
???组中的电流产生的，故?1与?2同相位并且?1??2由脉动磁通?2在短路环中产
???。
生感应电动势E2它滞后?290。由于短路铜环闭合，在短路铜环中就有滞后于E2?为?角的电流I2产生，它又产生与I2?同相的磁通?'2，它也穿链于短路环，因此
??罩极部分穿链的总磁通为?3??2??'2，如图3-24(b)所示。由此可见，未罩极
??部分磁通?1与被罩极部分磁通?3，不仅在空间而且在时间上均有相位差，因此它们的合成磁场将是一个由超前相转向滞后相的旋转磁场(即由未罩极部分转向罩极部分)，由此产生电磁转矩，其方向也为由未罩极转向罩极部分。
3-5三相异步电动机起动时，如果电源一相断线，这时电动机能否起动?如绕组一相断线，这时电动机能否起动，Y联结和△联结情况是否一样，如果运行中电源或绕组一相断线，能否继续旋转，有何不良后果?
??答： 电源一相断线，电动机无论是Y 接线或△接线，均成为单相运行，就相当于一台单相异步电动机，它产生脉动磁动势，而脉动磁动势可分解成大小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁动势，由于起动初瞬，转子是静止的，两个旋转磁动势以相同的速率截切转子绕组，产生相应的感应电动势、电流和电磁转矩，显然两个转矩大小相等、方向相反，其合成总转矩为零，故无起动转矩，电动机不能起动。
如果绕组一相断线，对Y 接电动机仍为单相运行，故也不能起动。而△接线电动机却成为两面相运行，它产生旋转磁动势，旋转磁动势有起动转矩，故能起动。
如果运行中电源或绕组一相断线，即使成单相运行，电动机仍能按原方向旋转（只要此时的电磁转矩仍大于负载转矩），因为这时两个旋转磁动势中必有一
n?ns??1?1n1个与原来转向相同，它对转子的转差率为，而另一个
?n1?n?1???n1，由于s?s, 因此由相反方向旋转磁动势所产生的有功分量
?'x?sxTIcos?em2s222电流很小（漏抗所致），这使它所产生的电磁转矩减小，则s????Tem?Tem，结果转子总转矩减小，若它仍大于负载转矩，则转子就沿原方向旋转。
上述各种情况， 对电机都不利，若成单相运行，无法起动，呈堵转状态，
电流急剧增大而会烧坏绕组。若运行中缺相，电机虽能继续旋转（若此时电磁转矩仍大于负载转矩），由于反向电磁转矩作用的结果，使总转矩减小（出力减小），若负载转矩不变，电机就处于过载状态，绕组过热，时间长同样会烧毁绕组。 3-6试比较单相异步电动机和三相异步电动机的Tem-s曲线，着重就以下各点比较：(1)当s=O时的转矩；(2)当s=1时的转矩；(3)最大转矩；(4)在有相同转矩时的转差率；(5)当1 3-7什么叫自转现象?两相伺服电机如何防止自转? 答：交流伺服电机一般是两相交流电机，由定子和转子两部分组成。交流伺服电机的转子有笼形和杯形两种，无论哪一种转子，它的转子电阻都做得比较大，其目的是使转子在转动时产生制动转矩，使它在控制绕组不加电压时，能及时制动，防止自转。交流伺服电机的定子为两相绕组，并在空间相差90°电角度。两个定子绕组结构完全相同，使用时一个绕组作励磁用，另一个绕组作控制用。 当控制电压和励磁电压的幅值相等时，控制二者的相位差也能产生旋转磁场。与普通两相异步电动机相比，伺服电机有较宽的调速范围；当励磁电压不为零，控制电压为零时其转速也应为零；机械特性为线性并且动态特性较好。为达到上述要求，伺服电机的转子电阻应当大，转动惯量应当小。 3-8直流伺服电机的励磁电压下降，对电机的机械特性和调节特性有何影响? 答：机械特性是指在控制电枢电压保持不变的情况下，直流伺服电机的转速n随转矩变化的关系。当电枢电压为常值时，式(3-30)可写成 n?n0?kTem (3-31) 式中，n0?URake ，k?kekT。