术路线是在IEC 61131-3为基 础的编程环境丅，建立标准的运动控制应用功能块

库 这样做的原委是: 让运动控制软件的开发平台独立于运动控制的硬件 让运动

控制的软件具有良好的鈳复用性 让运动控制软件在开发、安装和维护等各个阶段 ，

都能满足运动 控制功能块的标准化要求 特别是该规范的第四部分创造性地规范

了多轴协调运动控制的 理论基础和功能性，并详尽规定了各种相关的功能块经过

多年 的努力，现在已经有了很好的实现既有集合机器人、CNC(数 控机床)和

通用运动控制的工程软件平台，也有硬软件一体化的 PLC系列产品还有许多实际

应用运动控制规范的智能装备。 通过运动控制功能块 实现与硬件无关的开发 从软

件的角度 从硬件角度封装/信息和代码隐藏 输入 模块名 输出 I/F Sercos Drive

61131-3为机械部件的运动控制提供一种良好的架構 PLCopen为运动控制提供功能

块库最显著的特点是: 极大增强了运动控制应用软件的可复用性，从而减少了开

发、 培训和技术支持的成本 只要采鼡不同的控制解决方案就可按照实际要求实

现运动控 制应用的可扩可缩 功能块库的方式保证了数据的封装和隐藏，进而使之

能适应不 同嘚控制系统架构譬如说集中的运动控制架构、分布式的运 动控制架

构，或者既有集中又有分散的集成运动控制架构 它不但服务于当前的運动控制技

术而且也能适应今后的或正 在开发的运动控制技术 所以我们说，IEC

与 PLCopen的运动控制规范的 紧密结合提供了理想的机电一体化的解決方案

PLCopen运动控制规范概述PLCopen制定运动控制功能库标准PLCopen国际组织专

门制定了运用于智能制造的运动控制库现已成为国际公认的运动控制规范。有兴

趣请登录www.plcopen.org查阅 运动控制库 名称 发布时间 第1部分 运动控制库

动控制的协调 2008年12月 第5部分 回零功能 2006年4月 第6部分 液压驱动扩展

2011年11月2011年3月的噺版本中，将第一、第二部分合并称为《运动控制功能块》

PLCopen运动控制规范的基本内容基本上，每个规范都包含了3部分: 定义状态机

定义单軸和多轴运动控制的功能块的基本集合 规定符合规则和语句运动控制规范

AXIS_REF用作定义输入和输出变量AXIS_REF是一个导出数据类 这些变量在

AXIS_REF内使用，作为该型Var_In_Out所有的制 功能块的输入和输出参数。可

以用其它造厂这种数据类型用来指向 功能块对这些参数进行修改，也可接收一个

运動控制 :定义为调节或者管理动作根本机制的能力根据 Horak 的运动控制 理论:“ 正常控制是指中枢神经系统运用现有及以往的信息将神经能转化為动能 并使之完成有效的的功能活动 。

运动控制只要以下三种方式 :

1. 反射性运动 :反射性运动形式固定,反应迅速不受控制主要在脊柱水平控 淛完成。

2. 模式化运动 :模式化运动有固定的运动形式,有节奏和连续性的运动,受意 识控制 主观意识只要控制运动的开始与结束, 运动是由中枢模式调控器调控。 3. 意向性运动 :意向性运动是指整个运动过程都受主观意识控制,是有目的的

控制,需通过运动学习来掌握,随着不断进行运动而趨于灵活,并获得运动技 巧

脊髓是完成躯体运动最基本的反射中枢 。 来自四肢和躯干的各种感觉冲动经 脊髓上行纤维束传达到高位中枢, 进荇高级综合分析, 同时高位中枢的活动通过 脊髓的下行纤维束,支配脊髓神经元的活动

有 神经支配的骨骼肌, 如受到外力牵拉使其伸长时, 能产苼反射效应, 引

起受牵拉的肌收缩,称为牵张反射 .

(1) 腱反射 (位相性牵张反射 )

指快速牵拉肌腱时发生的牵张反射 。

特点 :腱反射是单突触射

意义 :腱反射的减弱或消失, 常提示反射弧的传入、 传出通路或脊髓反射中枢

的损害或中断;腱反射的亢进,则常提示高位中枢的病变 。

(2)肌紧张 (紧张性牵張反射 )

概念:指缓慢而持续地牵拉肌腱时所引起的牵张反射

特点 :肌紧张属于多突触反射 。

意义 :对抗肌肉的牵拉以维持身体的姿势,是一切躯體运动的基础

如果破坏肌紧张的反射弧,可出现肌张力的减弱或消失,表现为肌肉松弛, 因而无法维持身体的正常姿势 。

当肌受到牵拉时, 首先興奋肌梭的感受装置发动牵张反射, 引起受牵拉的肌收缩 以对抗牵拉, 当牵拉力量进一步加大时, 则可兴奋腱器官使牵张反射受抑制, 以 避免被牵拉的肌受到损伤

(二 ) 屈肌反射与对侧伸反射

概念:在脊动物的皮肤接受伤害性刺激时,受刺激一侧的肢体出现屈曲反应, 关节的屈肌收缩而伸肌馳缓,称为屈肌反射

意义:使肢体离开伤害性刺激,具有保护性意义 。

概念 :如果受到伤害性刺激较强时,则受刺激一侧肢体屈曲的同时,对侧肢体 出現伸直的反射活动

意义 :对侧肢体的伸直,防止歪倒,以维持身体姿势的平衡 。

节间反射 :指脊髓某一节段神经元发出的轴突与邻近节段的神经え发 生联系,通过上、下节段之间神经元的协同活动而发生的反射

如:刺激脊动物腰背皮肤,可引起后肢发生一系列节奏性骚爬动作, 称为 骚爬反射 。

概念 :指人和动物的脊髓与高位中枢之间离断后反射活动能力暂时丧

失而进入无反应状态的现象

主要表现 :横断面以下脊髓所支配的骨骼肌紧张性减弱甚至消失, 外周血 管扩张,血压降低,出汗被抑制,直肠和膀胱中粪、尿潴留等。

③ 人类发生脊休克恢复后,排便排尿反射由原先嘚潴留变为失禁

如果引起某一肌的伸肌反射 (伸肌兴奋) , 则与其拮抗的肌 (屈肌) 松弛, 称交互抑制 。

是指偏瘫患者的健侧肢体用力做随意的抗阻收缩时, 引起的患侧肢体不 随意的紧张性活动(其关节运动多为共同运动形式) ,其原因是失去上位中枢对 运动的随意控制所释放的反应,是较为原始的异常张力性反射

共同运动是指肢体在做随意运动时只能做多个关节的同时运动, 不能做 单个关节的分离运动。 共同运动是脊髓水平的運动形式, 它的启动可由意志支配, 但其运动形式不能受主观意志支配共同运动包括了随意性和不随意性两个方 面,其形成机制与脊髓的节间反射有关。

共同运动和痉挛既有区别又有联系 共同运动是脊髓水平的运动模式, 而痉挛是 脊髓水平的一种反射(牵张反射) ,大多数的偏瘫患者即使没有明显的过度肌紧 张, 但仍不能完成分离运动。 由于两者肌群的反应强度比较一致, 使动作模式固 定, 但其中动作模式都不以独立的症状表现出来, 而是交叉重叠 并且大多偏瘫 患者的肌痉挛影响了选择性运动或分离运动的进行。 因此, 康复治疗手段就在于 打破痉挛模式,促进分離运动的出现

脑干对肌紧张和姿势反射的控制

一、脑干对肌紧张的调节

(一 ) 脑干网状结构

① 抑制肌紧张和肌运动的区域,称为抑制区 (范围较尛 ) ;

②加强肌紧张和肌运动的区域,称为易化区 (范围较大 ) 。

上述易化系统和抑制系统对肌紧张的影响,可用去大脑强直实验加以说明:在动物中脑仩下丘之间切断脑干,动物出现伸肌过度紧张现象,表现为四

肢伸直、头尾昂起、脊柱挺硬,称为去大脑强直

二、脑干对姿势反射的控制

是指頭部空间位置的改变以及头部与躯干的相对位置发生改变时, 将反射性地引 起躯干和四肢肌紧张性的改变 。

颈部扭曲时,颈部关节韧带或肌受刺激时对四肢肌紧张性的调节反射

紧张性迷路反射是内耳椭圆囊和球囊的传入冲动对躯体伸肌紧张性的调节反射 即仰卧位时全身伸肌紧張,俯卧位时四肢屈肌紧张 。

四肢着地就会挺着不动(伸肌紧张) 刺激足跖部皮肢及牵拉骨间肌就可引起该 种反应 。

通过压迫刺激手掌或手指腹侧,引起手指屈曲内收活动,称为抓握反射 (二) 翻正反射

正常动物可保持站立姿势, 若将其推倒则可翻正过来, 这种反射称为翻正 反射

2. 静力 -动力反射

(1)保 持运动中身体的平衡和矫正身体位置反射 (2)头和眼旋转 反射

高级中枢对骨骼肌运动的控制

一、大脑皮质对骨骼肌活动的控制

如将动物兩侧迷路破坏,通过视觉,头部仍可保持正常位置的反射。

指为了抗重力和保持平衡而对全身肌紧张进行不间断地调整的反应活动 (1)降落伞反應:人在垂直位置后急剧下落,则四肢外展、伸展、足趾展开, 呈现与地面扩大接触的准备状态。

(2)防御反应:指在水平方向急速运动时产生的平衡反应

(3)倾斜反应:让被试者在支持面上取某种姿势,当改变支持面的倾斜角度时 而诱发出躯体的姿势反应称为倾斜反应。

二、基底神经节与小腦对骨骼肌运动的控制

三、自主神经对括约肌的控制

运动控制障碍在上运动神经元 UMN 性神经瘫痪的患者中十分常见,但往往容 易忽视和误导其病理生理的核心是动态畸形(肌肉失神经控制而导致的肌肉 力量失衡)和静态畸形(长期活动障碍导致肌肉及结缔组织的继发性挛缩和骨 关节畸形) 。康复治疗包括通过物理治疗、作业治疗、神经溶解技术、矫形器、 神经骨科手术等,改善 UMN 控制能力或促进中枢神经功能重塑、纠正肌禸张 力和力量失衡、纠正异常的肢体生物力学缺陷、提高患者的实际活动能

上运动神经元 UMN 综合征指由于神经中枢本身或传导系统发生损傷或病变, 下运动神经元功能过度释放,出现肌肉痉挛或过度活跃,同时往往合并有拮抗 肌的软弱和低张力,导致肌肉活动失平衡,表现为运动时肢體难以发动、调节 和维持精确的动作,严重时导致运动失能。长期运动控制障碍可继发性导致肌 肉萎缩以及肌腱和关节挛缩,也可发生骨化肌燚和骨关节畸形,加重运动功能 障碍,影响患者的身体活动本文从运动控制入手,介绍 UMN 综合征与运动 功能障碍的关联。

UMN 综合征在开始时主要是肌肉的神经控制失常, 而并没有外周骨关节、 肌肉 和结缔组织的形态损害对于瘫痪的患者而言,肌肉张力提高是低位神经中枢 的代偿性改变,洇此有一定的积极意义。康复治疗不是以全部纠正肌肉张力过 高为目标,治疗的关键目标是恢复肢体功能活动而不是单纯的肌肉张力肢体 所发生的病理改变是由于制动、失神经支配、疼痛等因素造成的继发性损害, 包括肌肉萎缩、结缔组织挛缩、骨质增生 /疏松、关节软骨变性,甚至发生骨关 节畸形。运动控制障碍的病理生理特征可以归纳为两类 (1)动态畸形,指肌肉痉 挛或过度活跃,同时拮抗肌相对软弱无力,肌肉功能失衡,导致关节活动受限 或不能这类畸形在睡眠、麻醉或治疗后可以在短时间内显著减轻。 (2)静态畸 形,长期动态畸形后,肌肉、韧带、关节囊等結构发生的挛缩畸形或骨性畸形, 从而导致活动障碍这类畸形不会受外界或内部的干预而在短时间内改善。动 态畸形是静态畸形的前提,静態畸形加重了动态畸形的功能障碍动态畸形的 治疗要点是抑制主动肌的过度活动或痉挛,增强拮抗肌肌力,恢复肌力平衡。 而静态畸形则是鉯改善或纠正畸形组织的力学特性为核心由于治疗原则的差 异,在治疗前应该对这些功能障碍的类型有明确的结论。理解运动控制障碍与 動态畸形和静态畸形的关系及其相应的治疗措施,是提高 UMN 综合征的康复 治疗效果的关键

2.1肌力、肌肉张力和感觉评估这些评估有一定价值,已經在学术界广泛使用, 对于 UMN 综合征的患者局部感觉和肌肉功能评估有明确的价值。但是这些检 查往往难以反映 UMN 病变患者运动控制障碍的整体程度

2.2身 体活动状态评估国内学者已经比较熟悉 Rivermead 运动指数等。而

Motricity 指数和躯干控制试验也是经过验证可性度良好的指标评估的具体方 法如丅。

2.2.1Motricity 指数患者取坐位,分别测试手臂和腿的活动手臂:(1)捏:用拇 指和食指捏起 2.5cm 的立方体。 (2)从 90℃开始主动屈肘运动 (3)从贴近胸壁开 始进行肩外展。 腿:(4)踝背屈:从踝跖屈开始主动踝背伸 (5)伸膝:从屈膝 90°开始主动伸膝。 (6)屈髋:一般从 90℃开始。评分:试验 (1):0分:无运动 11分:开始有动作(有任何手指或拇指的活动) 。 19分:可捏住立方体,但不可 以抗重力捏持 22分:可捏住立方体,可抗重力,但不能对抗轻度的牵拉。 26分:可捏住立方体,并对抗牵拉,但比对側弱 33分:正常捏持。试验 (2)~(6): 0分:无运动 9分:可触及肌肉收缩,但无关节活动。 14分:可见运动,但 不能达到全关节活动范围,或不能抗重力 19分:可抗重力進行全关节范围的

2.2.2躯干控制试验 患者取卧位。完成 4个动作:(1)向患侧翻身 (2)向非受累 侧翻身。 (3)从卧位到坐位 (4)坐位保持平衡(坐床边) 。评分:0分:不能独立 完成 12分:能够进行,但不是靠患肢肌肉动作,而是依靠某种物体由非受累 侧的肢体辅助完成。 25分:能够独立完成总分 (10+(2) +(3)+(4)=100分。 2.3步行评估 功能步行量表已经在国内介绍和使用 更简便的方法是计算额定距 离(2-20m )的步行时间,或计算额定时间(2-12min )的步行距离。额定距离 步行可以采用折返方式即采用 5m 距离折返,完成 10m 行走其测试可靠性良 好,与平衡功能、步态测定、下肢力量等相关均良好。步态分析中步速是最敏 感的指标一般采鼡 10m 步行作为测定步速的方法。要注意较长时间的步行可 以有疲劳因素参与额定时间步行可以采用 2,6,12min ,其中 6min 是最常用的 方式。

2.4上肢活动分析 目湔较多采用的是 Brunnstrom-Fugl-Meyer 评估插钉试验有 多种,包括 9孔插钉试验或 10孔插钉试验均已经得到肯定。

2.6生物力学分析和评估现代临床生物力学分析是运动學动力学、动态肌电图 (EMG ) 的手段, 分析患者运动控制障碍程度的最可靠的方法 , 但是需要特殊的 设备和场地 也可以采用简单目测结合体检的方法, 同样可以得出接近的结论, 但是比较难以精确定量评估。

3.常见障碍及康复策略

目前临床较普遍地采用偏瘫肢体模式和脊髓损伤肢体模式,或汾类为痉挛性瘫 痪和迟缓性瘫痪但是患者的实际情况往往难以和典型的瘫痪模式一致。因此 本文力图以部位为纲,阐述控制障碍的表现,并介绍康复治疗的基本原则和策

3.1上肢运动控制障碍

3.1.1肩内收 /内旋 临床表现为患侧肩关节紧靠在胸壁(肩关节内收) ,通常伴屈 肘和前臂旋前紧靠在湔胸 (肩关节内旋) 。 为此严重限制上肢的活动范围和功能 动作,同时可造成腋窝、胸壁和上臂内侧的皮肤损害和护理困难在进行肩关

节被动牽伸时常可导致疼痛。关键的内收内旋肌包括:胸大肌、大圆肌、背阔 肌、肩胛下肌、三角肌前束需要应用动态 EMG 鉴定是动态痉挛还是静态攣 缩。注意拍 X 线片排除骨性畸形及骨化性肌炎(发生率约 3%-10%) 可以采用 颈丛诊断性神经阻滞注射 (利多卡因) , 确定功能障碍的性质, 并指导必要的手 術。胸大肌张力一般都增高,而大圆肌和背阔肌则不一定如果治疗性牵伸运 动引起显著疼痛,可以考虑酚或无水酒精的神经阻滞治疗。由于仩述肌肉肌腱 很短,肌肉和肌腱移行部分也很短,因此难以进行肌腱结合部松解和肌腱 H 形 延长手术对于功能严重受限保守治疗无效的患者,可鉯进行其中一两块肌肉 的松解,甚至切断。

3.1.2屈肘 屈肘肌的痉挛一般都超过伸肘肌屈肘动作使上肢可以缩短和延长, 以拿取或摆放物体,并帮助將手向面部的移动。屈曲畸形将导致上肢活动明显 受限,严重者还可以导致肘窝皮肤损害在诊断上要注意与骨性畸形鉴别。动 态畸形更为哆见参与屈肘的肌肉包括:肱二头肌、肱肌、肱桡肌。动态和静 态畸形可以同时存在在屈肘动作时这三块肌肉容易发生显著的协同运动。屈 肘动态畸形时,肱桡肌酚注射的效果较好如果肱二头肌是主要因素,酚注射 肱二头肌运动点或肌皮神经也可使用,但是要注意肌皮神经是混合神经,可能 有局部感觉减退的副作用。肱肌的痉挛最轻,必要时可追加酚注射由于屈肘 畸形一般为静态与动态畸形同时存在,所以在酚注射后一般要给予系列石膏固 定于尽可能的伸直位,每 3-5d 逐步增加伸直角度。石膏固定期间可暂时解开石 膏, 进行伸肌训练 非训练时和夜间仍然保持在石膏固定状态。 脑外伤后 12-15个月,如果神经功能改善已经停顿,而畸形仍然严重时,可进行肱二头肌肌腱 延长术肱桡肌在无主动收缩活动時可实施近端切断术。对于因异位骨化导致 活动受限者(发生率 4%) ,在骨化组织成熟后,可以外科切除脑外伤后如果 合并骨折或脱位,异位骨化发苼率可以高达 89%。尺神经往往受到压迫,手术 时必须注意尺神经转移

3.1.3前臂旋前或旋后畸形 旋前畸形远多于旋后畸形。旋前或旋后障碍时,日常 苼活活动会受到限制常见的原因是旋前圆肌和旋前方肌痉挛。但也可有静态 畸形(挛缩和异位骨化) 可用动态 EMG 检查进行鉴别。正中神经阻滯也可用 于鉴别诊断肱二头肌痉挛时可产生前臂旋后畸形,可进行肌皮神经或肱二头 肌运动点神经阻滞治疗。酚阻滞注射可用于旋前肌或旋后肌运动点,也可以在 肘关节以上的桡神经进行阻滞,使旋前肌痉挛缓解旋前圆肌可手术转移到伸 指肌,以降低旋前肌痉挛,并增加伸指肌力。酚注射或手术后都需要系列石膏 固定牵伸固定要包括腕肘关节,注意防止屈肘畸形。

3.1.4腕屈 /伸畸形 屈腕畸形明显多于伸腕畸形 屈腕肌十汾强大, 所以屈腕畸形 可以十分显著,严重限制手的功能。桡侧腕屈肌的痉挛显著,而尺侧腕屈肌可 因为肘部尺神经受压(屈曲畸形、过分牵伸等)洏处于软弱状态治疗前应该 明确桡侧和尺侧腕屈肌的状态。同时也需要明确腕伸肌的状态在腕伸肌肌力 正常时,仍然有可能由于腕屈肌嘚严重痉挛而限制伸腕动作。腕关节 E 线片可 显示腕关节是否有骨折或脱位要注意腕管压力和腕正中神经的 EMG 测定, 以防治腕管综合症。屈指畸形往往合并存在尺神经和桡神经是混合神经,酚 注射一般不适用于神经干阻滞,但可以酌情用于运动点阻滞。目前更好的药物 是肉毒毒素紸射在神经功能改善已经停顿之后,可以考虑手术肌腱延长或松 解。

3.1.5握拳畸形 手指紧紧握拳,手掌可发生皮肤破损和感染,而难以护理手的

活动基本丧失。肌肉痉挛包括指浅屈肌、指深屈肌、指总屈肌等手内肌的过 度活跃也很常见,但往往为前臂屈指肌群的作用所掩盖。在治療时不要忽视手 内肌的作用手掌皮肤和关节有时也参与畸形的形成。在确定关键肌肉时要十 分仔细,要对诸手指逐一进行评估,以明确治疗目标拇指内收及手指鹅颈样 畸形提示手内肌痉挛。鉴定手内肌是痉挛还是关节挛缩还可采用:(1)将掌指 关节置于屈曲 90%,被动屈曲远端指间关节,鉯牵伸手内肌 (2)被动牵伸掌 指关节至中立位,再屈曲指间关节。同样牵伸手内肌如果是手内肌痉挛,则 在掌指关节伸直位的指间关节屈曲度將小于掌指关节屈曲时。如果两种位置的 指间关节活动度相等,则考虑关节囊挛缩在掌指关节伸直时,嘱患者主动屈 掌,如果见远端指间关节哃时屈曲,提示屈指浅肌十分无力或瘫痪,而由屈指 深肌代偿。在掌指关节伸直位时,伸展指间关节是伸指总肌的作用,而屈指是 屈指浅肌的作用而在掌指关节屈曲 90%时伸指是手内肌的作用。指间关节伸 直时, 手内肌的作用是屈掌指关节 尺、 桡神经阻滞有助于协助痉挛肌肉定位。 在治疗上,合并感觉障碍的患者可以采用神经干酚阻滞,而感觉正常者则需要 选择酚运动点阻滞或肉毒毒素注射注射前必须采用动态 EMG 或诊断性阻滞, 以明确靶肌肉。注射后必须采用系列石膏固定对于神经阻滞治疗无效或困难 的患者,肌腱松解、延长手术治疗仍可有良好的效果。

3.1.6屈拇指畸形 患者的拇指常屈曲在手掌内,从而丧失抓握功能和对指功能 与拇指活动关联的诸肌肉都可能由于痉挛而导致屈拇指畸形。需要采鼡动态 EMG 检测和诊断性神经阻滞来加以鉴别 由于相关的肌肉较复杂, 肌群质量较 小,采用肉毒毒素注射比较简便易行。顽固的动态畸形或静态畸形的患者可选 择手术治疗

3.2下肢运动控制障碍 。

3.2. 1足内翻和足下垂 足内翻和足下垂是中枢神经损伤患者最常见的下肢病理

姿势,表现为足下垂和向内倾斜经常合并有足趾卷屈。患者常合并足外侧疼 痛,特别是在第五跖骨基底部步行时足初触地部位由正常的足后跟改变为足 前蔀, 重力主要由足外侧缘承担。 足内翻和下垂通常在步态的支撑相持续存在, 导致踝关节不稳, 并进而影响全身平衡 在支撑相早期和中期由于踝背伸障碍, 导致胫骨前向移动受限,从而促使支撑相末期膝关节过伸,以代偿胫骨前移不 足。由于膝关节过伸,足前进推动的力量降低,使关节做功显著下降足内翻 和下垂摆动相时常导致地面廓清能力降低。闭链运动体系的远端关节对整个体 系的影响最大踝关节的改变将影响膝、髋、腰、头,甚至肩的姿态。因此患 者纠正足内翻是改善步态的第一要素相关的肌肉包括:胫前肌、胫后肌、趾 长屈肌、腓肠肌、比目鱼肌、拇趾长伸肌和腓骨长肌。其中腓肠肌、比目鱼肌 和趾长屈肌活动时间延长与足下垂关系最为密切腓肠肌和比目鱼肌并非总是 表现一致,治疗时要加以注意。足内翻则通常由于胫前肌和胫后肌以及腓肠肌 和比目鱼肌过分活跃所致有时与拇趾长伸肌过度活动也有关联。如果胫前肌 和胫后肌都与足内翻有关,治疗时必须要明确何为主要因素两种技术可以用 于鉴别:(1)步态运动学分析。 (2)胫神经利多卡因诊断性阻滞治疗时如果只 缓解腓肠肌和比目鱼肌痉挛,使踝关节背伸增加,而趾长屈肌仍然保持痉挛状 态,就有可能加重足趾屈曲畸形。此外在跖屈肌痉攣矫正之后,随着患者步行

增加,有可能合并跖筋膜炎

3.2.2足外翻 表现为步行时足向外侧倾斜,支撑相足内侧触地。可以导致舟骨部 位胼胝生成和足内侧疼痛 步行时身体重心主要落在踝内侧。 踝背伸往往受限, 同样影响胫骨前向移动,增加外翻常见于骨骼发育尚未成熟的年轻患者。楿 关的肌肉包括:腓骨长肌、腓骨短肌、趾长屈肌、腓肠肌、比目鱼肌过度活跃 或痉挛胫前肌、胫后肌活动降低或肌力下降也可以有关。治疗可以采用肉毒 毒素痉挛肌注射腓骨短肌运动点石炭酸(酚)注射也可以采用。腓骨长肌一 般不采用酚注射,以免注射时损伤腓神经(感觉运動混合神经)

3.2.3拇趾过伸 患者步行时脚拇趾背伸,常伴有足内翻。动态肌电图可显示腓肠 肌群过度活跃,而胫前肌活动减弱摆动相拇趾长伸肌加强活动,以代偿足下 垂。可以采用酚注射拇趾长伸肌运动点,或肉毒毒素注射

3.2.4膝关节僵直 膝关节僵直指步态摆动前期和摆动初期的关节屈曲角度

3.2.5膝关节屈曲 患者在支撑相和摆动相都保持屈膝姿势。 患者在支撑相时必须 使用代偿机制以稳定膝关节 由于患者在摆动相末期不能伸膝, 致使步长缩短。 腘绳肌、股四头肌、腓肠肌、比目鱼肌的动态肌电图常显示月国绳肌内侧头比 外侧头活跃,腓肠肌通常过分活跃,特别是茬摆动相步态动力学研究常可见 伸膝受限伴髋关节屈曲增加。 治疗:酚注射坐骨神经运动支和月国绳肌运动点 肉毒毒素注射也可以应用,泹由于肌肉较大,所以注射的剂量需要较大。腓肠 肌运动点酚或肉毒毒素注射比较容易

3.2.6髋关节内收(剪刀步态)患者在摆动相时髋关节内收,导致剪刀样步态。 患者足支撑面积缩小,致使平衡困难,同时影响摆动相地面廓清和肢体前向运 动必须要明确原因在于原发机制(内收肌痉挛)还昰代偿机制(屈髋肌力不 足) 。 可以作内收肌诊断性封闭, 以明确关键原因, 然后采用酚或肉毒毒素注射 3.2.7髋关节屈曲长期卧床患者十分常见,主要表现为支撑相髋关节屈曲,特别 在支撑相中、后期(髋关节应该在此期后伸) 。如果畸形为单侧,对侧步长将缩 短髂腰肌、耻骨肌、臀大肌、股矗肌、棘旁肌的动态肌电图常见髂腰肌、股 直肌、髋内收肌过度活跃,而伸髋肌和棘旁肌减弱。膝关节常发生继发性屈曲 畸形,加重步态障碍可以采用肉毒毒素注射髂腰肌和股直肌,也可采用酚注 射股直肌运动点。治疗后必须进行屈髋肌牵伸和伸髋肌训练髋关节屈曲及其 继发性畸形不仅影响步态,严重时还影响护理、二便、甚至坐轮椅。因此治疗 可以用于不具备步行条件的患者,以改善其生活和护理质量

2-1 简述直鋶电动机的调速方法。 答：直流调速系统常以（调压调速）为主

必要时辅以（弱磁调速） ，以（扩大调速范围） 实现（额定转速以上調速） 。

2-2 直流调压调速主要方案有（G-M 调速系统V-M 调速系统，直流 PWM 调速

系统） 2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉動

答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能电流上升，整流器输出电压小

于反电动势时电感放能，电流下降整流器输出电壓为脉动电压，时而大于反

电动势时而小于从而导 致了电流脉动。 当电感较小或电动机轻载时电流上

升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时 电感已放能完毕、电流已衰

减至零，而下一个相却尚未触发于是形成电流断续。

2-4 看 P14 图简述 V-M 调速系统的最大失控时间

答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为α1在 t2>t1 时刻，控

制电压发生变 化但此时晶闸管已导通，故控制电压的变化对它已不起莋用

只有等到下一个自然换向点 t3 时刻到来时，控制电压才能将正在承受正电压的

另一对晶闸管在触发延迟角α2 后导通t3-t2 即为失控时间，朂大失控时间即

速系统存在的问题 答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不可逆行性。 整流器晶闸管对

过电压过电流的敏感性導致的电动机的运行不可靠性 整流器晶闸管基于对其

门极的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。 2-6 简述不可逆 PWM 变换器 （无制动电鋶通路与有制动电流通路） 各个工作

状态下的导通器件和 电流通路 2-7 调速时一般以电动机的（额定转速）作为最高转速。 2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态性能指标） 答：一个调速系统的调速范围，是指（在最低转速时还能满足所需静差率的转速

可调范围） 2-9 简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。 答：在闭环系统中每

增加（或减少）一点负载，就相应地提高（或降低）一点电樞电压 使电动机

在新的机械特性下工作。因此闭环系统的静特性本质上就是无数开环机械特性上

各取 一个相应的工作点连接而成的 2-10 简述比例反馈控制的规律。 答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静

差）的控制系统； 反馈控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动垺从给定） ；

反馈系统的精度依赖于（给定和反馈检测的精度） 。 2-11 简述积分控制规律 答：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速運

行实现无静差调速。 2-12 比例调节器和积分调节器有何不同 答：比例调节器的输出只取决于（输

入偏差的现状） ，而积分调节器的输出則包含了（输入 偏差量的全部历史） 2-13 简述比例积分控制规律 答：比例部分能（迅速响应控制作用） ，积分

部分则（最终消除稳态偏差） 2-14 微机控制的调速系统有什么特点？ 答： （信号离散化信息数字化） 。 2-15 旋转编码器分为哪几种各有什么特点？ 答：绝对式编码器：常鼡语检测

转角信号若需要转速信号，应对转角微分 增量式编码器：可直接检测转速

信号。 2-16 数字测速方法有哪些精度指标 答： （分

辨率，测速误差率） 2-17 采用旋转编码器的数字测速方法有（M ，T M/T） 。 2-18 为什么积分需限幅 答：若没有积分限幅，积分项可能很大将产生较夶

2-19 简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点。 答：电流

负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 KpKsR导致当 Id=Idcr 时，

楿 当 于 把 理 想 空 载 转 速 提 高 到

7. 调速范围静差率和额定速降之间的关系式（开环和闭环） ：D_=(nN/△

8. 转速反馈控制直流调速系统的 K 定义式及表达式：K=KpKsα/Ce

1.V-M 调速-系统原理图： 2.（无制动和有制动）直流 PWM 变换器-电动机-电

路原理图： 3.转速负反馈直流调速系统-系统原理图： 4.转速负反馈直流调速

系统-静态结构图： 5.转速负反馈直流调速系统-动态结构图： 6.带电流截止负

反馈的闭环直流调速系统-静态结构图： 1.有制动电流通路的不可逆 PWM 变換

器-直流电动机系统各工作状态下的电压和电流波形： 2.带电流截止负反馈比例

控制闭环直流调速系统-静特性：

一、可以作为填空题或简答題的

3-1 为了实现（电流的实时控制和快速跟随） ，希望电流调节器（不要）进入

饱和状态因此， 对于静特性来说只有（转速调节器的饱囷与不饱和两种情

3-2 当两个调节器都不饱和且稳态时，它们的输入偏差电压分别为（0）

3-3 当 ASR 输出（达到限幅值 Uim*） ，转速外环呈（开环状态） 转速变化

对转速环（不会）产 生影响，双闭环系统变成一个（电流无静差的单电流闭环

调节系统） 稳态时，Id （=）Idm

3-4 电流限幅值 Idm 取决于（电动机的容许过载能力和系统要求的最大加速

3-5 简述采用两个 PI 调节器分别形成内外闭环的效果。 答： 双闭环直流调速

系统的静特性在负载電流小于 Idm 时表现为转速无静差 此时转速负反 馈起

主要调节作用。当负载电流达到 Idm 时对应于转速调节器为饱和输出 Uim*，

此时电流调 节器起主要调节作用系统表现为电流无静差，起到过电流的自动

3-6 简述 ASR 的退饱和条件 答：当 ASR 处于饱和状态时，若实际转速大于

给定转速则反饋电压大于给定电压，使偏差 电压小于零则 ASR 反向积分，

从而退饱和返回线性调节状态。 3-7 简述转速电流负反馈控制电流调速系统

起动过程63 3-8 简述双闭环直流调速系统起动过程的特点。 （饱和非线性控

制；转速超调；准时间最优控制）

3-9 双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括（抗负载扰动；抗电网电压扰动）

3-10 简述双闭环直流调速系统中转速调节器的作用。 答：作为主导调节器在

转速动态过程中，使转速赽速跟随给定电压变化稳态时减小转速 误差，采用

PIR 可实现无静差 对负载变化其抗扰作用。 其输出限幅值决定电动机允许最

3-11 简述双闭环矗流调速系统中电流调节器的作用 答：作为内环调节器，在

转速调节过程中使电流紧紧跟随给定电流变化。 对电网电压波动起及时抗擾

作用 在转速动态过程中，保证获得电动机最大允许电流从而加快动态过程。

当电动机过载或堵转时 限制电枢电流最大值， 起快速嘚自动保护作用 一

旦故障消失， 系统立即自动恢复正常

3. 电流反馈系数：β=Ui*m/Idm 1. 转速电流反馈控制直流调速系统-系统原理图：

2. 转速电流反馈控制直流调速系统-稳态结构图： 3.转速电流反馈控制直流调速

系统-动态结构图： 1.时间最优的理想过渡过程： 2.双闭环直流调速系统静特

一、可鉯作为填空题或简答题的

4-1 直流 PWM 可逆调速系统中当电动机停止时，电枢电压瞬时值（）零是（正

负脉宽相等的交 变脉冲电压） ，故（电流吔是交变的） 称为（高频微振电

流） ，其平均值为（） 不能产生（平 均转矩） 。

4-2 高频微振电流对电机有何影响 答：消除电机正反向時的静摩擦死区，起

动力润滑作用同时也增大了电机的损耗。

四象限运行-示意图： 2.桥式可逆 PWM 变换器电路-原理图： 3.桥式可逆 PWM

调速系统主电蕗-原理图：

一、可以作为填空题或简答题的

5-1 简述矢量控制的基本思想 答： 将逆变器和交流电动机视为一体， 以在

电机内产生圆形旋转磁場为目标来控制变频器工 作

5-2 异步电动机变压变频调速系统中，基频以下调速采用（恒压频比）控制称

为（恒转矩）调 速；基频以上采鼡（保持电压不变）控制，称为（近似的恒功

率调速） 为什么？略 5-3 六拍式逆变器控制的异步电动机正六边形定子磁链

的大小与（直流侧電压 Ud）成正比而 与（电源角频率）成反比。在基频以下调速时应（保持正六边形定子磁链的最大值恒定） 。若 直流侧电压 Ud 恒定则ω1 樾小时，△t 越大势必导致（|Ψs （k ）|）增大。因此要保持 正六边形定子磁链不变，必须使 Ud/ω1 为常数这意味着在变频的同时必须调节直鋶电压 Ud， 造成了控制的复杂性有效的方法是（插入零矢量） 。 5-4 简述转差频率控制的基本思想 答：保持（气隙磁通φm 不变）的前提下，通过控制（转差频率ωs ）来控制（转矩） 5-5 转差频率控制变压变频调速系统通过（最大转差频率）间接限制（了最大的允许电流） 。 5-6 与直鋶调速系统相似转差频率控制变压变频调速系统起动过程分为（转矩上升）（恒转矩 、 升速）与（转速调节）三个阶段：在恒转矩升速階段， （ASR ）不参与调节相当于（转速开环） ， 在正反馈内环作用下保持（加速度恒定） ；转速超调后，ASR （退出饱和） 进入（转速调節阶 段） ，最后达到稳态 5-7 简述转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统起动过程。 答：转矩上升阶段： 恒转矩升速阶段： 转速调节： ②、公式和特性 1.公式略 1.异步电动机等效电路图：

2. 交-直-交电压源型 PWM 变频器主电路： （各个元件作用需知） 3.转速开环变压变频调速系统-系统原悝图： 4.转速闭环转差频率控制变压变频调速系统-系统原理图： 1.异步电动机调压调速机械特性： 2.异步电动机转子串阻调速机械特性： 3.异步电動机变压变频调速机械特性： 4.异步电动机变压变频调速控制特性：

一、可以作为填空题或简答题的

6-1 异步电动机的动态数学模型是一个（高階、非线性、强耦合）的（多变量）系统 6-2 异步电动机的动态数学模型由（磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程）组成。 6-3 异步电动機每个绕组的磁链是（自感磁链）和（互感磁链）之和

6-4 绕组间的互感分为哪几类？ 答：定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的互感洇其位置固定，故为常值 定子任一相与转子任一相之间的互感，因其相对位置变化故为（角位移）的函数。

6-5 为什么说异步电动机的三楿原始数学模型不是物理对象最简洁的描述 答：由异步电动机三相数学模型的约束条件（。 。）可知对于无中性线 Y/Y 联结绕组的电 动機，三相变量中只有两相是独立的 6-6 不同坐标系中电动机模型等效的原则是： （在不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等）

6-7 三相绕组可鉯用（互相独立的两相正交对称绕组）等效代替，等效的原则是（） 6-8 坐标变换有（3/2 变换及其反变换）和（2r/2s 变换及其反变换） 。

6-9 异步电动機通过坐标变换简化其数学模型时 若以静止正交坐标为变换方向， 定转子绕组的 变换方式有何不同 答：异步电动机定子绕组是静止的，

因此只要进行（3/2 变换）即可而转子绕组是旋转的， 因此必须通过（3/2 变换）及（2r/2s 变换） 才能变换到（静止两相正交坐标系） 。

6-10（3/2 变换）将（按 2π/3 分布的三相绕组）等效为（互相垂直的两相绕组） 消除了（定 子三相绕组间）以及（转子三相绕组间）的相互耦合，减小了狀态变量的维数简化了定转子 的自感矩阵。

6-11（2r/2s 变换）将（相对运动的定转子绕组）等效为（相对静止的等效绕组） 消除了（定 转子绕組间夹角对磁链和转矩的影响） 。

6-12（2r/2s 变换）将非线性耦合矛盾从磁链方程转移到电压方程没有改变对象的（非线性耦 合程度。 ）

6-13（2s/2r 变换）是用（旋转绕组）代替（原来静止的定子绕组） 并使等效的转子绕组与等 效的定子绕组（重合） ，且保持（严格同步） 等效后定转孓绕组间（不存在）相对运动。

6-14（静止正交坐标系动态数学模型）—>（旋转正交坐标系动态数学模型）转速为（） 6-15 旋转正交坐标系的优點在于（增加了一个输入量ω1，提高了系统控制的自由度） 二、公式和特性 1.异步电动机三相动态数学模型：磁链方程+电压方程+转矩方程+運动方程+约束条件：

1、恒转矩负载的特性：负载转矩TL 的大小恒定，与ωm 或n 无关 恒功率负载的特性：负载转矩与转速成反比，而功率为常數

2、触发装置GT 的作用：把控制电压Us 转换成触发脉冲的触发延迟角a ，用以 控制整流电压达到变压调速的目的。

3、晶闸管整流器运行中存茬的问题：1）晶闸管是单向导电的它不允许电流反向，给电动机的可逆运行带来困难2）晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短的时间内损坏晶闸管3）晶闸管的可控性是基于对其门极的移相触发控制，在较低运行时会引起电网电压的畸变被称为“电力公害”。

4、电力公害：在较低速运行时晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数变差并在交流侧產生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变叫做电力公害。

5、稳态是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态

6、电能反馈问題：当电动机工作在回馈制动状态时，将动能变为电能回馈给直流电源但由于二极管整流器的单向导电性，电能不能通过整流装置送回茭流电网只能向滤波电容充电，这就是电能回馈问题

7 转速闭环控制的好处：减小转速降落，降低静差率扩大调速范围。

8、反馈控制嘚基本规律：1）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统2）反馈控制系统的作用是抵抗扰动，服从给定3）系统的精度依赖于給定和反馈检测的精度

9、积分控制的优点：积分控制可使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速

10、比例调节器的输出囷积分调节器的输出的区别：比例调节器的输出取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史

11、有静差调速系统：对于比例控制的调速系统，该传递函数无积分环节故存在扰动引起的稳态误差，称作有静差调速系统

12、无静差调速系统：对于积分控制或比例积分控制的调速系统，该传递函数具有积分环节所以由阶跃扰动引起的稳态误差为0，称作无静差调速系统

编码器如何获得转速方向：为了获得转速的方向，可增加一对发光与接收装置使两对发光与接收装置错开光栅节距的1/4，则两组脉冲序列A 和B 的楿位相差π/2正转时A 相超前B 相，反转时B 相超前A 相

14、M 法测速：在一定的时间Tc 内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1，用以计算这段时间内的转速称作M 法测速

15、T 法测速：是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速。

16、模拟调节器的数字化：在微机数字控制系统中当采样频率足够高时，可以先按模拟系统的设计方法设计调节器然后再离散化，得到数字控制器的算法这就是模拟调节器的数字化。

17、电流截止负反馈：为了解决转速反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题引入电流负反馈，可以使它不超过允许值但这种莋用只应在启动和堵转时存在，这样的当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈。

18、双闭环直流调速系统启动过程的特点：1）饱和非线性控制2）转速超调3）准时间最优控制

19、转速调节器的作用：1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很赽地跟随给定电压U*n变化稳态时可减少转速误差，如果采用PI 调节器则可实现无静差。2）对负载变化起抗扰作用3）其输出限幅值决定电动機允许的最大电流

20、电流调节器的作用：1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压U*i变化2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流从而加快动态过程4）当电动机过载甚至堵轉时， 限制电枢电流的最大值起快速的自动保护作用。一旦故障消失系统立即自动恢复正常。

21、工程设计方法的基本思路：1）先选择調节器的结构以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度2）再选择调节器的参数以满足动态性能指标的要求。

22、改变直流电动机旋转方向的方法：改变电枢电压的极性或者改变励磁磁通的方向

23、无环流逻辑控制环节DLC 的任务：当需要切换到正组VF 工作时，封锁反组触发脉沖而开放正组脉冲；当需要切换到反组VR 工作时封锁正组而开放反组

2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点

答：调压调速，弱磁調速转子回路串电阻调速，变频调速特点略。

2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构

答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管彡相交流电经过整流滤波后送 往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比来调节直流 PWM 变换 器输出电压大小，二极管起续流莋用

2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？

2-4 为什么直流 PWM 变换器-电动机系统比 V-M 系统能够获得更好的动态性能

答：直流 PWM 变换器和晶闸管整流裝置均可看作是一阶惯性环节。其中直流 PWM 变换器的时 间常数 Ts 等于其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc） 而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大 失控时間的一半（1/（2mf ）。因 fc 通常为 kHz 级而 f 通常为工频（50 或 60Hz） 为一周内 ） ，m 整流电压的脉波数通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换器时间常数通常比晶閘管整流装置时 间常数更小从而响应更快，动态性能更好

2-5 在直流脉宽调速系统中， 当电动机停止不动时 电枢两端是否还有电压？电蕗中是否还有电 流为什么？

答：电枢两端还有电压因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流 PWM 变换器的输出电樞回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在

2-6 直流 PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果

答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电 压

2-7 直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什麼

答：不是。因为若开关频率非常高当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升 至负载电流时就已经开始下降了，从而導致平均电流总小于负载电流电机无法运转。 2-8 泵升电压是怎样产生的对系统有何影响？

答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态時由于二极管整流器的单向导电

性，使得电 动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网而只

能向滤波电容充电，造成電 容两端电压升高 泵升电压过大将导致电力电子开

关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量或采用泵升电 压限制电路。

2-9 在晶闸管整鋶器-电动机开环调速系统中为什么转速随负载增加而降低？

答：负载增加意味着负载转矩变大电机减速，并且在减速过程中反电动勢减

小，于是电 枢电流增大从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡电机不

再减速，保持稳定故负载 增加，稳态时电机转速会較增加之前降低。

2-10 静差率和调速范围有何关系静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例

答：D=（nN/△n ） （s/（1-s ）静差率是用来衡量调速系統在负载变化下转速

的稳定度的， ） 而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落

2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间囿何关系为什么必须同时提才有

答：D=（nN/△n ） （s/（1-s ）。因为若只考虑减小最小静差率则在一定静态

允许的最 小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义

2-12 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速

为什么？如果给 定电压不变调節转速反馈系数是否能够改变转速？为什么

如果测速发电机的励磁发生了变 化，系统有无克服这种干扰的能力（已验证）

答：转速单閉环调速系统增加了转速反馈环节（由转速检测装置和电压放大器构

成） ，可获得比 开环调速系统硬得多的稳态特性从而保证在一定静差率下，

能够提高调速范围 改变给定电压能改变电动机转速。因为改变给定电压则改

变实际转速反馈电压与给定电压的 偏差从而改变電力电子变换器的输出电压，

即改变电动机的电枢电压改变了转速。 调节转速反馈系数而不改变给定电压

能改变转速因为改变转速反饋系数则改变实际转速反 馈电压，而给定电压不

变则电压偏差改变，从而电力电子变换器输出电压改变即电动机电 枢电压

改变，转速妀变 若测速发电机励磁发生变化，则反馈电压发生变化当给定

电压一定时，则电压偏差发生变 化从而转速改变。故系统无克服测速發电机

励磁发生变化干扰的能力

2-13 为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中当

积分调节器的输 入偏差电压△U=0 時，调节器的输出电压是多少它决定于哪

答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出，从而克服了

比例调节器 必須要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存

在静差的根本原因 当积分调节器的输入偏差电压为零时，调节器输出电壓应

为一个恒定的积分终值它取决于 输入偏差量在积分时间内的积累，以及积分

2-14 在无静差转速单闭环调速系统中转速的稳态精度是否還受给定电源和测

速发电机精度的 影响？为什么

答：仍然受影响。因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零因

此若给點电 源发生偏移，或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变

系统仍会认为是给定或转 速发生改变，从而改变转速以达到电壓偏差为零。

2-15 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中当下列参数发生变化时系统是否

有调节作用？为 什么（已验证） （1）放大器的放夶系数 Kp。 （2）供电电

网电压 Ud （3）电枢电阻 Ra。 （4）电动机励磁电流 If （5）转速反馈

答： （1）有。假设 Kp 减小则控制电压减小，则电力电子變换器输出减小

则电动机转速下 降；而电动机转速下降，则反馈电压减小则偏差电压增大，

则控制电压增大则转速上升。 （2）有鈈解释。 （3）有不解释。 （4）

有不解释。 （5）没有不解释。 2-16 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中突减负载后又进入稳定运行状態，

此时晶闸管整 流装置的输出电压 Ud 较之负载变化前是增加、减少还是不变

在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速 n 和整流装置的输出电压 Ud

是增加、减 少还是不变（已验证）

答： （1）Ud 减小。因负载减小转速上升，反馈电压增加给定电压一定，

偏差电压减小 控制电压减小，故输出电压减小 （2）n 不变，Ud 增加转

速负反馈调速系统转速仅取决于给定电压，故不变；略

2-17 闭环调速系统有哪些基夲特征？它能减少或消除转速稳态误差的实质是什

3-1 在恒流起动过程中电枢电流能否达到最大值 Idm？为什么

答：不能。因为恒流升速过程Φ电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，是一个线性渐 增的斜坡扰动量而电流闭环采用的 PI 调节器对斜坡扰动无法消除静差，故 Id 略低于 Idm

3=2 由于机械原因，造成转轴堵死分析双闭环直流调速系统的工作状态。 （未验证） 答：电动机堵转则转速恒为零在一定的给定下，偏差电压相当大从而使 ASR 迅速达到饱 和，又电动机转速由于转轴堵死无法提升故 ACR 无法退饱和，因此系统处于 ASR 饱和状态

3=3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变增加转速负反馈系数 α，系统稳定后转速反馈 电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？（已验证）

答：转速反饋系数 α 增加则转速反馈电压 Un 增加，给定电压 Un*则转速偏差电压减小， 则 ASR 给定电压 Ui*减小则控制电压 Uc 减小，则转速 n 减小；转速 n 减小则轉速反馈电压 Un 减小，直到转速偏差电压为零；故稳态时转速反馈电压 Un 不变且实际转速 n 减小。

3-4 双闭环直流调速系统调试时遇到下列情况會出现什么现象？（未通过验证求姐） （1）电流反馈极性接反。 （2）转速极性接反

答： （1）由于电流环的正反馈作用，电枢电流将持續上升转速上升飞快，电动机飞车

（2）由于转速环的正反馈作用，ACR 无法退饱和电动机转速持续恒流上升。

答： （1）调节电流反馈系數 β=0.3； （2）调节转速反馈系数 α=0.01

3=6 在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速应调节什么参数？改变转速 调节器的放夶倍数 Kn 行不行（= =|||）改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行？改变转 速反馈系数 α 行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数

答：通常可以调节给定电压。改变 Kn 和 Ks 都不行因为转速电流双闭环直流调速系统对前 向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可鉯改变 α，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。 若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数 β。3=7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运荇时两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多 少？为什么

答：输入偏差电压皆是零。因为系统无静差 则 ASR 输出电压 Ui*=Ui=βId=

3-8 在双闭环系統中，若速度调节器改为比例调节器或电流调节器改为比例调节器，对系统的 稳态性能影响如何

答：速度调节器对阶跃扰动的静差由 0 變为 1/（1+Kn） ，或电流调节器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/（1+Kc） 而对斜坡扰动的静差变得更大。

3-9 从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭 环直流调速系统： （1）调速系统的静态特性 （2）动态限流性能。 （3）起动的快速性 （4）抗负載扰动的性能。 （5）抗电源电压波动的性能 答： 3-10 根据 ASR 和 ACR 的作用，回答（均为 PIR）（已验证） ：

（1）双闭环系统在稳定运行中如果电流反饋信号线断开，系统仍能正常工作吗 （2）双闭环系统在额定负载下稳定运行时，若电动机突然失磁最终电动机会飞车吗？ 答： （1）稳態时转速不变电流减小。 （2）不会飞车而是停转。

5-1 对于恒转矩负载为什么调压调速的调速范围不大？电机机械特性越软调速范围越夶吗 答：带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为 0

5=2 异步电动机变频调速时为何要电压协调控制？在整個调速范围内保持电压恒定是否可 行？为何在基频以下时采用恒压频比控制，而在基频以上保持电压恒定 答：因为定子电压频率变囮时，将导致气隙磁通变化影响电动机工作。 在整个调速范围内若保持电压恒定，则在基频以上时气隙磁通将减少，电动机将出力鈈 足；而在基频以下时气隙磁通将增加，由于磁路饱和励磁电流将过大，电动机将遭到破坏 因此保持电压恒定不可行。 在基频以下時若保持电压不变，则气隙磁通增加由于磁路饱和，将使励磁电流过大破 坏电动机，故应保持气隙磁通不变即保持压频比不变，即采用恒压频比控制；而在基频以上 时受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制，电压不能随之升高故保持电压恒定。

5-3 异步电动机变频调速時基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什 么所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定若鈈是，那么恒功率和恒转 矩调速究竟是指什么 答：在基频以下调速，采用恒压频比控制则磁通保持恒定，又额定电流不变故允许输絀 转矩恒定，因此属于恒转矩调速方式 在基频以下调速，采用恒电压控制则在基频以上随转速的升高，磁通将减少又额定电流 不变，故允许输出转矩减小因此允许输出功率基本保持不变，属于恒功率调速方式 恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出转矩恒定， 而是额定电流下允许输出的功 率或允许输出的转矩恒定

5=4 基频以下调速可以是恒压频比控制，恒定子磁通 φms 、恒气隙磁通 φm 和恒转孓磁通 φmr 的控制方式从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。 答：恒压频比控制最容易实现其机械特性基夲上是平行下移，硬度也较好能满足一般调 速要求，低速时需适当提高定子电压以近似补偿定子阻抗压降。 恒定子磁通 φms 、恒气隙磁通 φm 和恒转子磁通 φmr 的控制方式均需要定子电压补偿控制 要复杂一些。恒定子磁通 φms 和恒气隙磁通 φm 的控制方式虽然改善了低速性能泹机械特性还 是非线性的，仍受到临界转矩的限制 恒转子磁通 φmr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳

5-5 瑺用的交流 PWM 有三种控制方式，分别为 SPWM、CFPWM 和 SVPWM论述它们的基本特征及各 自的优缺点。 答：略

5-6 分析 CFPWM 控制中，环宽 h 对电流波动与开关频率的影響 答：略。

5-7 三相异步电动机 Y 联结能否将中性点与直流侧参考点短接？为什么

答：不宜。因为当电动机发生故障或不正常运行时其中性点可能会有不平衡电流流过

5=8 当三相异步电动机由正弦对称电压供电，并达到稳态时可以定义电压相量 U 、电流相量 I 等，用于分析三相異步电动机的稳定工作状态5.4.5 节定义的空间矢量 us、is 与相量有何区 别？在正弦稳态时两者有何联系？ 答：空间矢量位置固定（如空间矢量 uAO 凅定在 A 相绕组轴线上） 但大小随时间变化； 而相量大小是不变的（如有效值相量其大小即为稳态时的有效值） ，但位置随相角变化 稳態时，空间矢量相当于一种相角固定的瞬时值相量

5=9 采用 SVPWM 控制， 用有效工作电压矢量合成期望的输出电压 由于期望输出电压矢量是连续 鈳调的，因此定子磁链矢量轨迹可以是圆，这种说法是否正确为什么？ 答：不正确尽管期望输出电压矢量是连续的，然而其作用时間是断续的因此定子磁链矢 量只能是断续的。

5-10 总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律若 Us=f（ω1，Is ）设置不当会产生什么影 响？一般说来正反馈系统是不稳定的，而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环系 统却能稳定，为什么 答：

2015年西门子杯全国大学生笁业自动化挑战赛 ITEM3运动控制赛项 样题

(经专家组出题会议讨论发布)

●对象 1、旋转运动定位与同步

两个圆盘,一大一小,前后放置。

●对象 2、直线運动定位与同步

两条同步带,一长一短形成内外圈,由电机带动

●对象 3、模拟缠绕打标装置

其中,对象 1用于分赛区竞赛,对象 2、 3用于总决赛竞赛,其中对象 3的任务作为附 加赛题。附加任务在规定赛题在参赛队伍水平相当无法决出名次时启用

以上示意图仅为说明题目难度与复杂度水岼,实际对象可能会有局部增、减。

1. 分赛区竞赛任务要求:

将其中一个转盘实现定位, 从当前位置到达指定的起始位置, 然后再转运定位到新的指 萣位置 要求在上位机软件界面上设置相应的按钮, 在起始位置定位时, 可通过按钮实现点 动就位。

主动轮从起始位置随机转运一定角度或圈數停止, 从动轮转相同的角度或圈数并跟踪到 相同位置

主、从动轮模拟时钟、分钟指针,一个转一圈,另一个转 30度,直到重新重合后,再 反向运行。

主动轮与从动轮相差一个随机角度静止 主动轮以一定角速度转动, 当主、 从轮上标志 重合时,从动轮跟踪主动轮以相同的速度转动。

主、從动轮重合就位主动轮从静止到指定速度按要求的加速度升、降速度,从动轮同 步跟踪。主动轮的运动变化包括加、 减速及正反转,其速度曲线由专家组现场抽签决定,现 场公布

以上任务形式,请参考动画演示

2. 总决赛竞赛任务要求:

对转动轴施加负载,负载的变化由 PLC 程序控制。负载變化曲线未知,由专家组现场 确定依据转动轴的速度曲线判断控制效果。

内、外圈上的标志从随机位置开始运动,实现两者重合

内外圈转動时,实现内、外圈上标志在水平时的直线跟踪,以及两端的角速度跟踪。 以上任务形式,请参考动画演示

运用现场提供的电机、同步带、转動轴、收放卷、传感器、胶卷等零部件,自行设计并 实现在收放卷缠绕过程中,模拟实现匀速打标的操作。

任务形式,请参考动画演示

以上所囿任务,要求在 WINCC 操作界面上设计按钮、旋钮、数显等部件,实现就位、 启动、停止等操作功能。

参赛队伍在理解被控对象的基础上,完成:

参赛队伍向大赛组委会提交工程方案设计文件后方可参加初赛

方案设计主要内容包括,但不限于(参赛队伍可自行发挥) :

(1)系统分析,包括甲方需求分析、对象特性分析、安全分析等;

(2)控制系统设计,包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择及理由

方案设计文件参考模板见《 2015年西门子杯全國大学生工业自动化挑战赛运动控制型 赛项方案设计文件》 。

工程现场实施包括以下 3部分内容:

(1)控制方案组态,人机界面组态,关键变量曲线组態

(2)自控系统调试,完成控制系统投运和控制器参数整定;

(3) 自控系统交工验收, 向甲方提交已实施的方案, 接受甲方对控制系统性能的评估 四、评汾原则

每项任务的各分解动作完成成功得分, 完成不成功则不得分。 以各项任务得分汇总后的 总分作为本环节的分数

对学生所提交的控制方案 (三个对象) 和程序代码为依据, 通过与专家答辩的形式进行。 由专家根据方案水平与答辩水平进行主观打分各位专家的汇总总分作为此環节的分数。

由客观环节与主观环节两个部分按权值汇总后作为竞赛评比的依据

专家组可根据现场表现,增设单项奖,以表彰获奖队伍在某項领域特别突出的能力。 五、比赛环境

本赛项运动控制功能只能在 S120中实现,不能以其它型号的 T-PLC 、 SIMOTION 控

1. 控制系统设备清单:

●西门子小型运动控制系统, S120双轴变频系统一套,包括控制单元、整流模块、 逆变 /变频模块

●STARTER 运动控制组态软件(组委会提供下载)

●WINCC 人机界面组态软件(参赛队自备)

2. 对控對象(实物)清单:

●带刻度圆盘大、小各一个

●带标志的大、小同步带各一根

大赛组委会将在 6月中旬开放部分分赛区实验室供参赛队伍熟悉设備, 详情见后续大赛 通知

本题目为样题, 主要为说明竞赛任务的范围与难度水平, 供参赛队参考。 各参赛队可根 据任务描述准备程序、调试題目中未说明的尺寸、参数等, 需要参赛队所设计的方案能够 适应其变化。

在正式比赛期间, 专家组将公布任务的细则, 样题中的一部分题目将莋为竞赛的规定完 成项目,由参赛队在准备的程序基础上进行参数和代码的调整,并展示实际运行效果 在完成规定项目后,专家组将在样题基礎上增、减任务,或增、减零部件,要求参赛队 员在规定时间内在, 针对新的任务和部件环境以团队形式完成。 新增题目的复杂度与难度由 现场所有参赛队伍的平均表现来确定 针对新的变化, 在方案设计、 制订过程中指导教师可 以参与指导。现场实施调试过程,需参赛队员自行完成,指导教师不得动手

建议学生认真学习 S120中的运动控制功能, 包括定位、 同步、 逻辑控制与 PID 控制等。

同时,参赛队员应具备一定的 PLC 逻辑控制程序開发能力

运动控制系统课程设计(论文)撰写规范化要求

运动控制系统课程设计（论文）撰写规范化要求

为进一步统一、规范运动控制系统課程设计（论文）的格式，保证课程设计（论文）的质量便利信息系统的收集、存储、利用、交流、传播，参照《中华人民共和国标准科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式》和《中华人民共和国文后参考文献著录规则》的相关规定特制订本要求。

课程设计（論文）是作者作为毕业与申请获得学士学位的重要依据必须是作者本人独立完成的设计或研究成果，应具有自身的系统性和完整性课程设计（论文）应提供较先进的科技信息，其内容应有所发现、有所先进、有所创新而不是重复、模仿抄袭前人的工作。课程设计（论攵）应采用最新颁布的汉语简化文字、符合《出版物汉字使用管理规定》由作者在计算机上输入、编排、打印。主体部分字数要求为6000字咗右课程设计（论文）内容应正确、严谨、文字简练、层次分明、说理透彻，数据真实可靠

设计或论文须用A4(210×297mm) 标准大小的白纸单面打茚（8页左右）。页边距按以下标准设置：上边距为：30mm ；下边距25mm ；左边距和右边距为：25mm ；装订线：10mm 左；页眉：16mm ；页脚：15mm 。

页眉从目录页开始到论文最后一页均需设置。页眉内容：左对齐为“运动控制系统课程设计（论文）”右对齐为各章章名。打印字号为小5号宋体页眉之下有一条下划线。

从设计或论文主体部分（引言或绪论）开始用阿拉伯数字连续编页，页码位于每页页脚的中部

从目录页起可用羅马字母单独编页。

设计或论文字体为小四号宋体字间距设置为标准字间距，行间距设置为固定值20磅

3.1 设计或论文章、节的编号

按阿拉伯数字分级编号(见5.2.1) 。

3.2 设计或论文的构成（按学位论文中先后顺序排列）

引言（或绪论）(见5.3)

封面格式详见《运动控制系统课程设计任务书及報告规范要求》依次列示如下内容： 重庆大学本科学生课程设计（论文）（小二号黑体，居中）

设计或论文题名（二号黑体居中）

指導教师：（××××××××三号黑体，居中）

学生：××××××××（三号黑体，居中）

专业：××××××××（三号黑体，居中）

班级：（三號黑体，居中）

详见《运动控制系统课程设计任务书及报告规范要求》

详见《运动控制系统课程设计任务书及报告规范要求》。

设计或論文应有目录页目录页由设计或论文的章、节、条、附录、题录等的序号、名称和页码组成，另起一页编排章、节、小节分别按相应偠求标出。层次格式为：

目录（三号黑体居中）

1.×××××(四号宋体，居左)

1.1××××（小四号黑体，居左）

1.1.1××××（小四号宋体，居左）

主體部分的编写格式由引言(绪论) 开始，以结论结束主体部分必须由另页开始。一级标题之间换页二级标题之间空行。

设计或论文各章应囿序号层次格式为：

1××××（三号黑体，居中）

×××××××× (内容用小四号宋体)

1.1××××（小三号黑体，居左）

××××××××（内容用小四号宋体）

1.1.1××××（四号黑体，居左）

××××××××（内容用小四号宋体）

①××××（用与内容同样大小的宋体）

1）××××（用与内容同样大小的宋体）

a ．××××（用与内容同样大小的宋体）

5.2.2 图、表、公式、算式

设计或论文中的图、表、公式、算式等，一律用阿拉伯数字分別依序编排序号序

号分章依序编码，其标注形式应便于互相区别可分别为：图2.1、表3.2、式（3.5）等

设计或论文一律用阿拉伯数字连续编页碼。页码由引言（或绪论）的首页开始作为第1页。页码必须统一标注每页页脚中部

设计或论文的附录依序用大写正体英文字母A 、B 、C 、……编序号，如：附录A 附录中的图、表、式、参考文献等另行编序号，与正文分开也一律用阿拉伯数字编码，但在编码前冠以附录序碼如：图A1；表B2；式(B3)；文献[A5]等。

引言（或绪论）简要说明研究工作的目的范围、相关领域的前人工作和知识空白、理论基础和分析、研究设想、研究方法和实验设计、预期结果和意义等。一般教科书中有的知识在引言中不必赘述。

设计或论文的正文是核心部分占主要篇幅，可以包括：调查对象、实验和观测方法、仪器设备、材料原料、实验和观测结果、计算方法和编程原理、数据资料、经过加工整理嘚图表、形成的论点、导出的结论、完成的设计等

设计应条理清晰，层次分明推导正确，结论可靠；论文必须实事求是客观真切，准确完备合乎逻辑，层次分明简练可读。设计或论文中引用别人的观点、结果及图表与数据必须注明出处在参考文献中一并列出。

圖包括曲线图、构造图、示意图、图解、框图、流程图、记录图、布置图、地图、照片、图版等

图应具有“自明性”，即只看图、图题囷图例不阅读正文，就可理解图意

每一图应有简短确切的题名，连同图号置于图下图题采用中文宋体五号。图中标注采用中文必偠可采用全英文标注。必要时应将图上的符号、标记、代码，以及实验条件等用最简练的文字，横排于图题下方作为图例说明（图唎说明可用中文）。

曲线图的纵横坐标必须标注“量、标准规定符号、单位”此三者只有在不必要标明（如无量纲等）的情况下方可省畧。坐标上标注的量的符号和缩略词必须与正文中一致

照片图要求主题和主要显示部分的轮廓鲜明，便于制版如用放大缩小的复制品，必须清晰反差适中。

图如是引用其它文献或对其它文献资料加工所得则应在图题下或图例说明下注明

表一般采用三线表（有合计时采用四线表），表的编排一般是内容和测试项目由左至右横读，数据依序竖排表应有自明性。表应编排序号（见5.2.2）

每一表应有简短確切的题名，表题采用中文宋体五号连同表号置于表上。必要时应将表中的符号、标记、代码，以及需要说明事项以最简练的文字，横排于表题下作为表注。表注应编排序号(见5.4.4) 并将附注文字置于表下。

表的各栏均应标明“量或测试项目、标准规定符号、单位”呮有在无必要标注的情况下方可省略。表中的缩略词和符号必须与中文中一致。

表内同一栏的数字必须上下对齐表内不宜用“同上”、“同左”和类似词，一律填入具体数字或文字表内“空白”代表未测或无此项，“……”代表未发现“0”代表实测结果确为零。如數据已绘成曲线图可不再列表。

5.4.3 数学、物理和化学式

正文中的公式、算式或方程式等应编程排序号(见5.2.2) 并用“公式编辑器”进行编辑，序号标注于该式所在行(当有续行时应标注于最后一行) 的最右边。

较长的式另行居中横排，如式必须转行时只能在+,-,×,÷,处转行。上下式尽可能在等号“=”处对齐

小数点用“.“表示。大于999的整数和多于三位数的小数一律用半个阿拉伯数字符的小间隔分开，不用千位撇小于1的数应将0列于小数点之前。

设计或论文中对某一问题、概念、观点等的简单解释、说明、评价、提示等如不宜在正文中出现，可采用加注的形式

注应编排序号，注的序号以同一页内出现的先后次序单独排序用①、②、③依次标示在需加注处，以上标形式表示

紸的说明文字以序号开头。注的具体说明文字列于同一页内的下端与正文之间用一左对齐、占页面1/4宽长度的横线分隔。

设计或论文中以任何形式引用的资料均须标出引用出处，并以参考文献形式统一

编号（见参考文献5.6）在引用处以上标形式表示。

计量单位必须采用《Φ华人民共和国法定计量单位》并遵照《中华人民共和国法定计量单位使用方法》执行。单位名称和符号的书写方式一律采用国际通用苻号

符号和缩略词应遵照国家标准的有关规定执行，如无标准可循可采纳本学科或本专业的权威性机构或学术团体所公布的规定；也鈳以采用全国自然科学名词审定委员会编印的各学科词汇的用词。

设计或论文的结论或结果是最终的总体的结论，结论应该准确、完整、明确、精练

参考文献应是设计或论文作者亲自考察过的对自己的设计或论文有参考价值的文献，引用的中外文资料参考文献应具有權威性，要注意引用最新的文献格式要求参考《重庆大学学报（自然科学版）投稿新要求》。

6.1 下列内容包括在附录中

① 正文中过长的公式推导与证明过程可以在附录中依次给出；

② 与正文紧密相关的非作者自己的分析证明及工具用表格等；

③ 在正文中无法列出的实验数據、程序等；

④ 设计或论文使用的缩写及程序说明等。

6.2 附录与正文连续编页码