机电有机结合的分析与设计课件

第六章机电有机结合的分析与设计第六章机电有机结合的分析与设计1目录6.1概述

6.2机电有机结合之一----机电一体化系统的稳态设计考虑方法6.3机电有机结合之二----机电一体化系统的动态设计考虑方法6.3可靠性、安全性设计目录6.1概述26-1概述6-1概述3工作台电机执行元件驱动器信息处理系统（计算机）动力源传感器数控机床的基本构成工作台电机执行元件驱动器信息处理系统动力源传感器数控机床的基4机电有机结合的分析与设计课件5机电一体化系统设计过程是机电有机结合即机电参数相互匹配的过程。机电一体化系统设计过程是机电有机结合即6设计步骤：1、了解被控对象的特点和对系统的具体要求，制定出系统的控制方案；设计步骤：1、了解被控对象的特点和对系统的具体要求，制定出系7方案包括：系统主要元部件的种类各部分之间的联接方式系统的控制方式所需能源形式校正补偿方法信号转换的方式等。方案包括：系统主要元部件的种类82、进行稳态分析计算包括：使输出参数达到技术要求；执行元件的参数选择；功率（或转矩）的匹配及过载能力的验算；2、进行稳态分析计算包括：9主要元部件的选择与控制电路设计；信号的有效传递；各级增益的分配；各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施。主要元部件的选择与控制电路设计；103、确定系统的数学模型主要是设计补偿装置4、进行动态设计计算5、试验与调试3、确定系统的数学模型主要是设计补偿装置4、进行动态设计计算116-2机电有机结合之一机电一体化系统稳态设计的考虑方法6-2机电有机结合之一机电一体化系统稳态设计的12数控机床机械进给伺服传动系统模型MjnkniFjvjJi、Ti数控机床机械进给伺服传动系统模型MjnkniFjvjJi、T13一、负载分析1、确定系统负载系统负载包括：惯性负载外力负载弹性负载摩擦负载等一、负载分析1、确定系统负载142、负载的等效换算目的：将系统全部负载折算到电机轴上，以确定所选电机的最大输出。2、负载的等效换算目的：15系统由m个移动部件和n个转动部件组成Mj、Vj、Fj分别为第i移动部件的质量（kg）、运动速度（m/min)和所受的负载力（N）MjnkniFjvjJi、TiJi、ni、Ti分别为转动部件的转动惯量（kgm2)转速（r/min)和所受负载力矩（N.m）系统由m个移动部件和n个转动部件组成MjnkniFj16（1）求等效转动惯量J系统运动部件的动能总和为：等效到电机轴上的总动能为：（1）求等效转动惯量J系统运动部件的动能总和为：等效到电机轴17根据能量守恒定理E=Ek，则根据能量守恒定理E=Ek，则18工作台速度vj的计算：1）齿轮齿条传动m——齿轮模数Z——齿轮齿数n——齿轮转速工作台速度vj的计算：1）齿轮齿条传动m——齿轮模数192）丝杠传动：vj-------工作台的移动速度（m/min）L0------丝杠的基本导程（m）nj-------丝杠的转速（转/min）2）丝杠传动：vj-------工作台的移动速度（m/min20（2）等效力矩的计算T的计算系统在时间t内克服负载作的功的总和为：折算到电机轴的功为：（2）等效力矩的计算T的计算系统在时间t内克服负载作的21等效力矩为：等效力矩为：22例：设一进给系统如下图所示，电机从静止加速到1500r/min所需时间为30ms，求转换到电机轴上的等效转动惯量和等效力矩。JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60MA=300kgL0=6mm12FL=510.5NZ1Z2Z3Z4轴1,轴2丝杠JC电机JmJ(kg.cm2)0.11.60.23.20.04122.24nkn1n2例：设一进给系统如下图所示，电机从静止加速到1500r/mi231）等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm121）等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z424等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=625JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm1226系统的等效转动惯量为：=3.7525kg.cm2系统的等效转动惯量为：=3.7525kg.cm2272）等效力矩的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12FL=510.52）等效力矩的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=628=1.965(N.m)=1.965(N.m)29系统的等效力矩为：=2.09(N.m)系统的等效力矩为：=2.09(N.m)30二、执行元件的匹配选择尽量选用标准化商品；二、执行元件的匹配选择尽量选用标准化商品；31执行元件的选择步骤：1、确定执行元件的类型2、选择与被控对象及其负载相匹配的执行元件。执行元件的选择步骤：1、确定执行元件的类型32（1）系统执行元件的转矩匹配执行元件输出轴上总转矩包括：等效负载力矩[T]等效惯性负载力矩（1）系统执行元件的转矩匹配执行元件输出轴上总转矩包括：33电机轴上的总负载力矩为：

T∑=[T]

+T惯电机轴上的总负载力矩为：T∑=[T]+T惯34考虑到机械系统效率时，电机轴上的总负载力矩为：T’∑=T∑/

(---机械系统总的传动效率）考虑到机械系统效率时，电机轴上的总负载力矩为35若选择步进电机，为满足电机在带负载时能正常启动和定位停止，要求：若选择步进电机，为满足电机在带负载时能正常启36步进电机的启动力矩与最大静态转矩之间具有下列关系：步进电机相数345拍数36485100.50.8660.7070.7070.8090.951所选步进电机的最大静态转矩应为：步进电机的启动力矩与最大静态转矩之间具有下列关系：步进电机相37例如假设所选电机为三相六拍电机，步距角为0.750,Tmax≥2.5(N.m)查表3-8，选择型号为110BF004的步进电机。进行校验。例如假设所选电机为三相六拍电机，步距角为0.382、系统执行元件的功率匹配

（直流、交流伺服电机）P-------预选电机的估算功率Pnmax---电机的最高转速（r/min)max---电机的最高角加速度(rad/s)-------考虑电机、减速器等的功率系数式中：2、系统执行元件的功率匹配

（直流、交流伺服电机39验算（1）过热验算当负载力矩为变量时，应用等效法求其等效转矩Tdx,在电机激磁磁通近似不变时：t1、t2….时间间隔在此时间间隔内的负载力矩分别为T1、T2。。验算（1）过热验算t1、t2….时间间隔40所选电机的不过热条件为：nN---电机的额定转速（r/min)TN---电机的额定转矩(N.m)PN---电机的额定功率（W）Pdx---由等效转矩Tdx换算的电机功率所选电机的不过热条件为：nN---电机的额定转速（r/41（2）过载验算T∑max-----瞬时最大负载转矩TN-------电机的额定转矩K---------为电机的过载系数（2）过载验算T∑max-----瞬时最大负载转矩42三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配减速比主要根据负载特性、脉冲当量和系统的综合要求来选择确定。在设计中供参考用三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配减速比主要根据负载特性431、使加速度最大的选择方法TLF---负载转矩Tm---额定转矩JL---负载惯量Jm----电机转动惯量1、使加速度最大的选择方法TLF---负载转矩442、最大输出速度选择方法

f1---电机的粘性摩擦系数

f2---负载的粘性摩擦系数2、最大输出速度选择方法f1---电机的粘性摩擦系数453、满足基本传动系统的选择方法----步进电机步距角L0---丝杠螺距----系统脉冲当量3、满足基本传动系统的选择方法----步进电机步距角46四、检测传感装置、信号转换接口电路、

放大装置和电源等的匹配选择与设计四、检测传感装置、信号转换接口电路、

放大装置和47伺服系统的稳态设计包括：1）从系统应具有的输出能力及要求出发，选定执行元件和传动装置伺服系统的稳态设计包括：1）从系统应具有的输出能力及要求出发482）从系统的精度要求出发，选择和设计检测装置及信号的前向和后向通道2）从系统的精度要求出发，选择和设计检测装置及信号的前向和后49伺服系统的动态设计包括：设计适当的校正补偿装置；完善电源电路及其它辅助电路。伺服系统的动态设计包括：设计适当的校正补偿装置；501、检测传感装置的要求满足传感器的基本要求；信号的转换要迅速及时，信噪比大；装置的转动惯量尽量小；性能要稳定可靠等。1、检测传感装置的要求满足传感器的基本要求；512、信号转换电路的要求尽量选用商品化的集成电路要有足够的输入/输出通道要与传感器输出阻抗的匹配和与放大器的输入阻抗符合要求。2、信号转换电路的要求尽量选用商品化的集成电路524、伺服系统放大器的设计与选用1）输出阻抗小，效率高，时间常数小；2）应为执行元件的运行状态提供适宜条件；4、伺服系统放大器的设计与选用1）输出阻抗小，效率高，时间常533）放大器应有足够的线性范围，以保证执行元件的容量得以正常发挥；4）输入级的阻抗要大，以减轻检测传感装置的负荷；3）放大器应有足够的线性范围，以保证执行元件的容量得以正常发545）放大器应具有足够的放大倍数，其特性应稳定可靠，便于调整。5）放大器应具有足够的放大倍数，其特性应稳定可靠，便于调整。555、对伺服系统的电源的要求所有电源应具有足够的保护措施；要有为系统服务的自检电路、显示与操作装置。5、对伺服系统的电源的要求所有电源应具有足够的保护措施；56五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算步骤：1）绘制系统框图2）建立系统传递函数3）确定系统主振频率五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算步骤：1）绘制系统框571、半闭环控制方式电机工作台功放前置放大vi(t)+测速发电机滚珠丝杠i1i2i(t)位移检测器用滚珠丝杠出动工作台的伺服进给系统1、半闭环控制方式电机工作台功放前置vi(t)+测速发电机58电机工作台功放前置放大vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系统框图电机工作台功放前置vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)59系统的传递函数为：Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系统框图其中：K=KKAKm/i1系统的传递函数为：Vi(s)G1G2G3G4G7G5G6-+602、全闭环系统控制方式2、全闭环系统控制方式61系统的传递函数为：系统的传递函数为：623、工作台进给系统的主谐振频率3、工作台进给系统的主谐振频率63主谐振频率为式中：[J]m----系统等效到电机轴上的总转动惯量K-------机械传动系统的总扭转刚度主谐振频率为式中：[J]m----系统等效到电机轴上的总转动64机械传动系统的总扭转刚度K：系统的总扭转刚度的倒数等于各传动元件折算到电机轴的刚度的倒数之和机械传动系统的总扭转刚度K：系统的总扭转刚度65IIIIIIJ1----第I根轴上的转动惯量J0----除了第I根轴外系统其它传动部件等效到电机轴上的转动惯量IIIIIIJ1----第I根轴上的转动惯量66例：直流伺服电机驱动的全闭环系统如下图所示。2000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm1200prm微机速度环位置环检测传感器例：直流伺服电机驱动的全闭环系统如下图所示。2000N电67已知系统如下参数，求该机械系统的主谐振频率：直流伺服电机的转速n=1200(r/min)，转子转动惯量Jm=2×10-4(kgm2);齿轮箱减速比i=3,z1=17,z2=51,模数m=2，齿轮宽度B=15(mm),滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m,基本导程l0=12mm，丝杠转速ns=400r/min，工作台移动部件总质量W=2000N,最大进给速度为4.8m/min，已知系统如下参数，求该机械系统的主谐振频率：直流伺服电机的转682000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm2000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm69转动惯量的计算式：式中：d---转动体的直径(m)B—转动体的宽度(m)转动惯量的计算式：式中：d---转动体的直径(m)70齿轮箱减速比i=3,z1=17,z2=51,模数m=2，齿轮宽度B=15(mm)齿轮箱减速比i=3,z1=17,z2=51,模数m=2，齿轮71滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m72=2.599×10-3(kg.m2)=2.599×10-3(kg.m2)732000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm扭转刚度的计算：2000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm74扭转刚度的计算式式中：d---转动轴的直径(m)l---转动轴的变形长度(m)G---钢的弹性模量(G=8.1×1010Pa)扭转刚度的计算式式中：d---转动轴的直径(m)75设电机轴的输出直径dm=25mm,变形长为100mm设电机轴的输出直径dm=25mm,变形长为100mm76滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m77机械系统的总扭转刚度机械系统的总扭转刚度78机械传动系统的扭转刚度引起的主谐振频率为机械传动系统的扭转刚度引起的主谐振频率为796-3机电有机结合之二

-----机电一体化系统动态设计的考虑方法一、概述6-3机电有机结合之二

-----机电一体化系统动态设计80动态设计包括：1）选择系统的控制方式和校正形式；动态设计包括：1）选择系统的控制方式和校正形式；81机电伺服系统常用的控制方式有:反馈控制方式前馈和反馈相结合的复合控制方式机电伺服系统常用的控制方式有:反馈控制方式82机电伺服系统常用的校正方式有:机电伺服系统常用的校正方式有:83串联校正：Gc(s)G

(s)H(s)Xi(s)Xo(s)串联校正：Gc(s)G(s)H(s)Xi(s)Xo(s)84反馈校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G1(s)G3(s)反馈校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G85前馈校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)H(s)Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)N(s)Xi(s)H(s)前馈校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)86校正方式取决于系统中信号的性质、技术方便程度、可供选择的元件、其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）、经济性等诸因素。校正方式取决于系统中信号的性质、技术方便程度、872）设计校正装置有源校正无源校正Cui(t)uo(t)R1R2无源校正+CRi1(t)ui(t)uo(t)i2(t)a有源校正2）设计校正装置有源校正Cui(t)uo(t)R1R2无源校883）将校正装置有效地联接到稳态设计阶段所设计的系统中去，满足系统的各项动态指标。3）将校正装置有效地联接到稳态设计阶段所设计的系统中去，满足89工程上常用对数频率法即借助Bode图（对数频率特性图）和根轨迹法进行设计。工程上常用对数频率法即借助Bode图（对数频率特性图）90二、系统的调节方法系统三大特性：稳定性快速性准确性二、系统的调节方法系统三大特性：91频域性能指标：稳定性指标：稳态误差ess动态性指标：快速性指标：c稳定性指标：

(c)和Kg(g)频域性能指标：稳定性指标：稳态误差ess92开环增益越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12开环增益越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L()93起始段斜率越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12起始段斜率越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L(94穿越频率c越大，系统的快速性越好。①比②快速性差20L()/dB0-20-40c11/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)c21穿越频率c越大，系统的快速性越好。①比②快速性差20L(95相位裕量

(c)或幅值裕量Kg(g)越大，则系统的稳定性越好。

(c)-Kg0L()/dB0-20c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)

(rad/s)g-40该系统稳定。相位裕量(c)或幅值裕量Kg(g)越大，则系统的稳定96①比②稳定性好0-180°0°90°L()/dB()0-20c2

(c2)-90°-270°-60+20

(rad/s)

(c1)c112①比②稳定性好0-180°0°90°L()/dB()0971、PID调节器及其传递函数常用有源校正网络作为PID调节器。)11()(sTsTKsGdipc++=校正传函为：比例P微分I积分D1、PID调节器及其传递函数常用有源校正网络作为PID调节器98（1）比例调节（P）+R1ui(t)uo(t)aR2（1）比例调节（P）+R1ui(t)uo(t)aR299比例校正函数Bode图：-180°-90°0°

()L()dB0

(rad/s)K>0K<0比例校正函数Bode图：-180°-90°0°()L(100（2）PI调节+CR1ui(t)uo(t)aR2（2）PI调节+CR1ui(t)uo(t)aR2101PI校正函数Bode图（设KP=1）：0L()/dB-180°-90°0°()

(rad/s)PI校正装置：Kp＝11/TiPI校正函数Bode图（设KP=1）：0L()/dB-1102（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(t)uo(t)a（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(103PD校正Bode图（设KP=1）0-180°0°90°L()/dB()01/Td-90°-270°

(rad/s)PD校正装置PD校正装置PD校正Bode图（设KP=1）0-180°0°90°L(104（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2105PID校正Bode图：L()()0-2090o0o-90oPID校正Bode图：L()()0-2090o0o1062、PID调节作用分析（1）比例调节作用2、PID调节作用分析（1）比例调节作用1071）Kp>1开环增益加大，稳态误差减小；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)1）Kp>1开环增益加大，稳态误差减小；-180°-90°0108幅值穿越频率增大，系统的快速性提高-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)幅值穿越频率增大，系统的快速性提高-180°-90°0°109系统稳定程度变差；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)系统稳定程度变差；-180°-90°0°()L()0110只有原系统稳定裕量充分大时才采用比例控制。只有原系统稳定裕量充分大时才采用比例1112）Kp<1与Kp>1时，对系统性能的影响正好相反2）Kp<1与Kp>1时，对系统性能的影响正好相反112（2）PI调节的作用系统型次提高，稳态性能改善。相位裕量减小，稳定程度变差。0L()/dB未校正-180°-90°0°()1(c)未校正

(rad/s)cPI校正装置：Kp＝11/Ti已校正2(c)已校正（2）PI调节的作用系统型次提高，稳态性能改善。0L()/113（3）PD校正的作用：相位裕量增加，稳定性提高；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40（3）PD校正的作用：相位裕量增加，稳定性提高；0-180°114c增大，快速性提高；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40c增大，快速性提高；0-180°0°90°L()/dB115Kp＝1时，系统的稳态性能没有变化；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40Kp＝1时，系统的稳态性能没有变化；0-180°0°90°L116高频段增益上升，可能导致执行元件输出饱和，并且降低了系统抗干扰的能力。0-180°0°90°L()/dB()0未校正c

(c)未校正1/Td-90°-270°

(rad/s)已校正

('c)已校正'c-40高频段增益上升，可能导致执行元件输出饱和，并且降低了系统抗干117（4）PID校正的作用：在低频段，改善了系统的稳态性能；在中频段，有效地提高了系统的动态性能。由于含有微分作用，在要求响应快的系统或噪声比较大的系统不宜采用（4）PID校正的作用：在低频段，改善了系统的稳态性能；1183、速度反馈校正x0(t)t无控制机电伺服系统中电机的输出图P校正PI校正3、速度反馈校正x0(t)t无控制机电伺服系统中电机的输出图119为了改善电机的性能，常采用电流负反馈或速度负反馈。（如加入测速发电机进行速度反馈）为了改善电机的性能，常采用电流负反馈或速度负反馈120测速发电机的传递函数为：测速发电机的传递函数为：121二阶系统：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)闭环传递函数为：二阶系统：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)闭环传递函数122采用速度反馈校正后：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)TdsGc(s)+闭环传递函数为：采用速度反馈校正后：G0(s)R(s)C(s)_+E(s)T123校正前传递函数：超调量增加，系统的稳定程度增加，但快速性降低。校正后的传递函数：校正前传递函数：超调量增加，系统的稳定程度增加，124局部反馈校正的优点：1）反馈校正所用信号的功率水平较高，不需要放大；2）当|G(s)H(s)>>1时，局部反馈部分的等效传递函数为：可改善系统性能的目的。局部反馈校正的优点：1）反馈校正所用信号的功率水平较高，不需125三、机械结构弹性变形对系统的影响由传动装置的弹性变形而产生的振动，称为结构谐振（或机械谐振）；三、机械结构弹性变形对系统的影响由传动126当结构谐振频率落到系统工作带宽以内时，将导致系统产生自激振荡而无法工作，，或使机构损坏。当结构谐振频率落到系统工作带宽以内时，127闭环系统基本上不会受结构谐振的影响，但结构谐振对被控对象的实际运动还是有影响的。闭环系统基本上不会受结构谐振的影响，但1282、减小或消除结构谐振的措施主要是增加传动系统的刚度减小负载的转动惯量合理的结构布置。（1）提高传动刚度方法：2、减小或消除结构谐振的措施主要是增加传动系统的刚度（1）提129（2）提高机械阻尼采用粘性联轴器或在负载端设置液压阻尼器或电磁阻尼器。（2）提高机械阻尼采用粘性联轴器或在130（3）采用校正网络（4）应用综合速度反馈减小谐振（3）采用校正网络（4）应用综合速度反馈减小谐振1316-4可靠性、安全性设计一、可靠性设计1、可靠性的基本概念

是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。6-4可靠性、安全性设计一、可靠性设计132可靠性的概念包含产品的无故障性和耐久性两方面的含义可靠性的概念包含产品的无故障性和耐久性1332、保证产品可靠性的方法这是提高可靠性的最根本的方法；（1）提高产品的设计和制造质量2、保证产品可靠性的方法这是提高可靠性的最根本的方法；（1）134采取的方法有：裕度法主要对关键性的产品采用。1）裕度法2）自动控制法采取的方法有：裕度法主要对关键性的产品采用。1）裕度法135裕度法：KR-----可靠性储备系数Ylim----某一输出参数Y在极限条件下达到的极值Ymax---某一输出参数Y达到失效时的参数值当KR>1，称为具有可靠性储备裕度法：KR-----可靠性储备系数当KR>1，称为具有可靠136可靠性储备系数也可按下式计算：Y’为Y值不超过极限范围的概率为时的值可靠性储备系数也可按下式计算：Y’为Y值不超过极限范围的概率137自动控制使产品具有自适应、自调整、自诊断甚至自修复的功能。自动控制使产品具有自适应、自调整、自138应规定适当的环境条件、维护保养条件和操作规程，以保证产品在使用阶段的可靠性的问题。应规定适当的环境条件、维护保养条件和139（2）冗余技术又称为储备技术，它是利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。（2）冗余技术又称为储备技术，它是利140包括：工作冗余后备冗余包括：工作冗余141工作冗余：是一种两个或两个以上单元并行工作的并联模型。采用工作冗余时，只有当所有的单元都失效时系统才会失效；工作冗余：是一种两个或两个以上单元并142后备冗余又称非工作储备或待机储备。

采用后备冗余时，系统必须设置失效检测与转换装置。后备冗余又称非工作储备或待机储备。采用后备冗143设计时选择冗余方法的原则：1）失效检测和转换装置的可靠性绝对可靠，则选择后备冗余不绝对可靠，就宁可采用工作冗余法；设计时选择冗余方法的原则：1）失效检测和转换装置的可靠性1442）产品性能的要求必须由多个单元同时完成同一工作的，就不能采用工作冗余法；2）产品性能的要求必须由多个单元同时1453）环境条件和工作条件的影响如温升、系统电源的影响3）环境条件和工作条件的影响如温升、系统电源的影响1464）引起失效的可能原因冗余技术能大大提高由于随机原因引起的失效；但对由于应力所引起的失效无效。4）引起失效的可能原因冗余技术能大大147如果某一环境条件是使并联各单元失效的共同因素，则冗余单元也不可靠。如果某一环境条件是使并联各单元失效的共148通常机械系统常采用裕度法来提高可靠性；电气系统常采用冗余技术来提高可靠性。通常机械系统常采用裕度法来提高可靠性；1495）经济上的可行性和产品的体积和重量等因素。5）经济上的可行性和产品的体积和重量等因素。150（3）诊断技术任务：1）出现故障时，迅速确定故障的种类和位置；2）在故障尚未发生时，确定产品中有关元器件距离极限状态的程度，采用维护措施或进行自动调整，防止发生故障。（3）诊断技术任务：151诊断过程是：1、测试诊断对象，得出诊断信号2、将诊断信号分析得到异常信号3、将异常信号与标准信号进行分析4、确定故障的种类和故障位置诊断过程是：1、测试诊断对象，得出诊断信号1521）测试是在故障出现之前进行的在在故障发生之后进行的诊断测试故障监测1）测试是在故障出现之前进行的在在故障发生之后进行的诊断1532）征兆直接征兆间接征兆2）征兆直接征兆154直接征兆：在检测产品的输出参数时取得的异常性诊断信号。直接征兆：在检测产品的输出参数时取得的异155间接征兆：从那些与产品工作能力存在函数关系的间接参数中取出的异常性诊断信号。间接征兆：从那些与产品工作能力存在函1563）诊断将测试取得的诊断信号与设定的标准数据相比较，或利用事先确定的征兆与故障之间的对应关系，来确定故障的种类与部位。3）诊断将测试取得的诊断信号与设定的157

裕度法主要是一种改进硬件的措施；

自动控制法及冗余技术和诊断技术是用硬件、软件或两者结合来保证产品可靠性的措施。裕度法主要是一种改进硬件的措施；1583、干扰和抗干扰措施检测传感器整流电源供电干扰控制器I/O辐射干扰转换接口执行元件强电干扰辐射干扰接地干扰干扰渠道示意图3、干扰和抗干扰措施检测传感器整流电源供电干扰控制器I/O辐159（1）干扰源（1）干扰源160（2）抗干扰措施1）供电系统的抗干扰措施稳压、滤波、隔离在可靠性要求很高的地方，可采用不间断电源（UPS）（2）抗干扰措施1）供电系统的抗干扰措施稳压、滤波、隔离1612）接口电路的抗干扰措施首先采取吸收的方法，抑制其产生；然后采用隔离的方法，阻断其传导。2）接口电路的抗干扰措施首先采取吸收的方法，抑制其产生；162驱动接口的光电隔离措施驱动接口的光电隔离措施163差动式运算放大器抗干扰原理R2R3UiUp_+R1Ru输出信号U0差动式运算放大器抗干扰原理R2R3UiUp_R1Ru输出信号164近距离数字信号抗干扰接口电路近距离数字信号抗干扰接口电路1653）接地系统的抗干扰措施主要是切断接地环路①单点接地②并联接地③光电隔离通常采用的措施有：3）接地系统的抗干扰措施主要是切断接地环路①单点接地通常采166单点接地系统变送接口屏蔽层单点接地系统变送屏蔽层167并联接地系统CRT控制器打印机接口整流电流～并联接地系统CRT控制器打印机接口整流～1684、软件的可靠性技术措施包括：1）增加系统信息管理的软件；2）利用软件冗余，防止信息的输入/输出过程及传送过程中出错；（1）利用软件来提高系统的可靠性4、软件的可靠性技术措施包括：1）增加系统信息管理的软件；21693）编制诊断程序4）用软件进行系统调度3）编制诊断程序4）用软件进行系统调度170（2）提高软件的可靠性措施：1）程序分段和层次结构2）结构简单，易于修改和扩充，故障少；3）提高可测试性设计；（2）提高软件的可靠性措施：1）程序分段和层次结构2）结构简171二、安全性设计从工业安全角度来看，要减少生产事故的发生，在很大程度上寄希望发展机电一体化技术。二、安全性设计从工业安全角度来看，要减少生产事故的发生172（1）工业机器人产生事故的原因（1）工业机器人产生事故的原因173表现在：1）对机器人的可靠性还较低的认识不足2）机器人的运动与人有密切联系3）机器人的手臂在三维空间运动的，没有在整体上充分考虑安全保护措施。表现在：1）对机器人的可靠性还较低的认识不足174（2）工业机器人的安全措施1）安装安全栅2）安装监视器3）安装防越程装置4）安装警视灯5）安装紧急停止装置6）低速示教（2）工业机器人的安全措施1）安装安全栅175机电一体化机械设备的自动化还存在如下问题：1）由于机械设备的高度自动化和大型化，以及控制的软件化，不可能从外观上了解自动化机械的动作，操作者处理异常情况比较困难；机电一体化机械设备的自动化还存在如下问题：1）由于机械设备的1762）由于许多自动化机械与非自动化机械的混合使用，因而事故较多，难以制定对策，以确保安全；2）由于许多自动化机械与非自动化机械的混合使用，因而事故较多1773）异常情况的处理是由人来完成的，而自动化设备并未充分考虑人的存在，在排除故障是容易发生安全问题。3）异常情况的处理是由人来完成的，而自动化设备并未充分考虑人178第六章机电有机结合的分析与设计第六章机电有机结合的分析与设计179目录6.1概述

6.2机电有机结合之一----机电一体化系统的稳态设计考虑方法6.3机电有机结合之二----机电一体化系统的动态设计考虑方法6.3可靠性、安全性设计目录6.1概述1806-1概述6-1概述181工作台电机执行元件驱动器信息处理系统（计算机）动力源传感器数控机床的基本构成工作台电机执行元件驱动器信息处理系统动力源传感器数控机床的基182机电有机结合的分析与设计课件183机电一体化系统设计过程是机电有机结合即机电参数相互匹配的过程。机电一体化系统设计过程是机电有机结合即184设计步骤：1、了解被控对象的特点和对系统的具体要求，制定出系统的控制方案；设计步骤：1、了解被控对象的特点和对系统的具体要求，制定出系185方案包括：系统主要元部件的种类各部分之间的联接方式系统的控制方式所需能源形式校正补偿方法信号转换的方式等。方案包括：系统主要元部件的种类1862、进行稳态分析计算包括：使输出参数达到技术要求；执行元件的参数选择；功率（或转矩）的匹配及过载能力的验算；2、进行稳态分析计算包括：187主要元部件的选择与控制电路设计；信号的有效传递；各级增益的分配；各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施。主要元部件的选择与控制电路设计；1883、确定系统的数学模型主要是设计补偿装置4、进行动态设计计算5、试验与调试3、确定系统的数学模型主要是设计补偿装置4、进行动态设计计算1896-2机电有机结合之一机电一体化系统稳态设计的考虑方法6-2机电有机结合之一机电一体化系统稳态设计的190数控机床机械进给伺服传动系统模型MjnkniFjvjJi、Ti数控机床机械进给伺服传动系统模型MjnkniFjvjJi、T191一、负载分析1、确定系统负载系统负载包括：惯性负载外力负载弹性负载摩擦负载等一、负载分析1、确定系统负载1922、负载的等效换算目的：将系统全部负载折算到电机轴上，以确定所选电机的最大输出。2、负载的等效换算目的：193系统由m个移动部件和n个转动部件组成Mj、Vj、Fj分别为第i移动部件的质量（kg）、运动速度（m/min)和所受的负载力（N）MjnkniFjvjJi、TiJi、ni、Ti分别为转动部件的转动惯量（kgm2)转速（r/min)和所受负载力矩（N.m）系统由m个移动部件和n个转动部件组成MjnkniFj194（1）求等效转动惯量J系统运动部件的动能总和为：等效到电机轴上的总动能为：（1）求等效转动惯量J系统运动部件的动能总和为：等效到电机轴195根据能量守恒定理E=Ek，则根据能量守恒定理E=Ek，则196工作台速度vj的计算：1）齿轮齿条传动m——齿轮模数Z——齿轮齿数n——齿轮转速工作台速度vj的计算：1）齿轮齿条传动m——齿轮模数1972）丝杠传动：vj-------工作台的移动速度（m/min）L0------丝杠的基本导程（m）nj-------丝杠的转速（转/min）2）丝杠传动：vj-------工作台的移动速度（m/min198（2）等效力矩的计算T的计算系统在时间t内克服负载作的功的总和为：折算到电机轴的功为：（2）等效力矩的计算T的计算系统在时间t内克服负载作的199等效力矩为：等效力矩为：200例：设一进给系统如下图所示，电机从静止加速到1500r/min所需时间为30ms，求转换到电机轴上的等效转动惯量和等效力矩。JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60MA=300kgL0=6mm12FL=510.5NZ1Z2Z3Z4轴1,轴2丝杠JC电机JmJ(kg.cm2)0.11.60.23.20.04122.24nkn1n2例：设一进给系统如下图所示，电机从静止加速到1500r/mi2011）等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm121）等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4202等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12等效转动惯量的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=6203JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12204系统的等效转动惯量为：=3.7525kg.cm2系统的等效转动惯量为：=3.7525kg.cm22052）等效力矩的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=60L0=6mm12FL=510.52）等效力矩的计算JmZ1=20Z2=40Z3=30Z4=6206=1.965(N.m)=1.965(N.m)207系统的等效力矩为：=2.09(N.m)系统的等效力矩为：=2.09(N.m)208二、执行元件的匹配选择尽量选用标准化商品；二、执行元件的匹配选择尽量选用标准化商品；209执行元件的选择步骤：1、确定执行元件的类型2、选择与被控对象及其负载相匹配的执行元件。执行元件的选择步骤：1、确定执行元件的类型210（1）系统执行元件的转矩匹配执行元件输出轴上总转矩包括：等效负载力矩[T]等效惯性负载力矩（1）系统执行元件的转矩匹配执行元件输出轴上总转矩包括：211电机轴上的总负载力矩为：

T∑=[T]

+T惯电机轴上的总负载力矩为：T∑=[T]+T惯212考虑到机械系统效率时，电机轴上的总负载力矩为：T’∑=T∑/

(---机械系统总的传动效率）考虑到机械系统效率时，电机轴上的总负载力矩为213若选择步进电机，为满足电机在带负载时能正常启动和定位停止，要求：若选择步进电机，为满足电机在带负载时能正常启214步进电机的启动力矩与最大静态转矩之间具有下列关系：步进电机相数345拍数36485100.50.8660.7070.7070.8090.951所选步进电机的最大静态转矩应为：步进电机的启动力矩与最大静态转矩之间具有下列关系：步进电机相215例如假设所选电机为三相六拍电机，步距角为0.750,Tmax≥2.5(N.m)查表3-8，选择型号为110BF004的步进电机。进行校验。例如假设所选电机为三相六拍电机，步距角为0.2162、系统执行元件的功率匹配

（直流、交流伺服电机）P-------预选电机的估算功率Pnmax---电机的最高转速（r/min)max---电机的最高角加速度(rad/s)-------考虑电机、减速器等的功率系数式中：2、系统执行元件的功率匹配

（直流、交流伺服电机217验算（1）过热验算当负载力矩为变量时，应用等效法求其等效转矩Tdx,在电机激磁磁通近似不变时：t1、t2….时间间隔在此时间间隔内的负载力矩分别为T1、T2。。验算（1）过热验算t1、t2….时间间隔218所选电机的不过热条件为：nN---电机的额定转速（r/min)TN---电机的额定转矩(N.m)PN---电机的额定功率（W）Pdx---由等效转矩Tdx换算的电机功率所选电机的不过热条件为：nN---电机的额定转速（r/219（2）过载验算T∑max-----瞬时最大负载转矩TN-------电机的额定转矩K---------为电机的过载系数（2）过载验算T∑max-----瞬时最大负载转矩220三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配减速比主要根据负载特性、脉冲当量和系统的综合要求来选择确定。在设计中供参考用三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配减速比主要根据负载特性2211、使加速度最大的选择方法TLF---负载转矩Tm---额定转矩JL---负载惯量Jm----电机转动惯量1、使加速度最大的选择方法TLF---负载转矩2222、最大输出速度选择方法

f1---电机的粘性摩擦系数

f2---负载的粘性摩擦系数2、最大输出速度选择方法f1---电机的粘性摩擦系数2233、满足基本传动系统的选择方法----步进电机步距角L0---丝杠螺距----系统脉冲当量3、满足基本传动系统的选择方法----步进电机步距角224四、检测传感装置、信号转换接口电路、

放大装置和电源等的匹配选择与设计四、检测传感装置、信号转换接口电路、

放大装置和225伺服系统的稳态设计包括：1）从系统应具有的输出能力及要求出发，选定执行元件和传动装置伺服系统的稳态设计包括：1）从系统应具有的输出能力及要求出发2262）从系统的精度要求出发，选择和设计检测装置及信号的前向和后向通道2）从系统的精度要求出发，选择和设计检测装置及信号的前向和后227伺服系统的动态设计包括：设计适当的校正补偿装置；完善电源电路及其它辅助电路。伺服系统的动态设计包括：设计适当的校正补偿装置；2281、检测传感装置的要求满足传感器的基本要求；信号的转换要迅速及时，信噪比大；装置的转动惯量尽量小；性能要稳定可靠等。1、检测传感装置的要求满足传感器的基本要求；2292、信号转换电路的要求尽量选用商品化的集成电路要有足够的输入/输出通道要与传感器输出阻抗的匹配和与放大器的输入阻抗符合要求。2、信号转换电路的要求尽量选用商品化的集成电路2304、伺服系统放大器的设计与选用1）输出阻抗小，效率高，时间常数小；2）应为执行元件的运行状态提供适宜条件；4、伺服系统放大器的设计与选用1）输出阻抗小，效率高，时间常2313）放大器应有足够的线性范围，以保证执行元件的容量得以正常发挥；4）输入级的阻抗要大，以减轻检测传感装置的负荷；3）放大器应有足够的线性范围，以保证执行元件的容量得以正常发2325）放大器应具有足够的放大倍数，其特性应稳定可靠，便于调整。5）放大器应具有足够的放大倍数，其特性应稳定可靠，便于调整。2335、对伺服系统的电源的要求所有电源应具有足够的保护措施；要有为系统服务的自检电路、显示与操作装置。5、对伺服系统的电源的要求所有电源应具有足够的保护措施；234五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算步骤：1）绘制系统框图2）建立系统传递函数3）确定系统主振频率五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算步骤：1）绘制系统框2351、半闭环控制方式电机工作台功放前置放大vi(t)+测速发电机滚珠丝杠i1i2i(t)位移检测器用滚珠丝杠出动工作台的伺服进给系统1、半闭环控制方式电机工作台功放前置vi(t)+测速发电机236电机工作台功放前置放大vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系统框图电机工作台功放前置vi(t)+i1i2i(t)Vi(s)237系统的传递函数为：Vi(s)+G1G2G3G4G7G5G6-+-i(s)KAKKvsKr系统框图其中：K=KKAKm/i1系统的传递函数为：Vi(s)G1G2G3G4G7G5G6-+2382、全闭环系统控制方式2、全闭环系统控制方式239系统的传递函数为：系统的传递函数为：2403、工作台进给系统的主谐振频率3、工作台进给系统的主谐振频率241主谐振频率为式中：[J]m----系统等效到电机轴上的总转动惯量K-------机械传动系统的总扭转刚度主谐振频率为式中：[J]m----系统等效到电机轴上的总转动242机械传动系统的总扭转刚度K：系统的总扭转刚度的倒数等于各传动元件折算到电机轴的刚度的倒数之和机械传动系统的总扭转刚度K：系统的总扭转刚度243IIIIIIJ1----第I根轴上的转动惯量J0----除了第I根轴外系统其它传动部件等效到电机轴上的转动惯量IIIIIIJ1----第I根轴上的转动惯量244例：直流伺服电机驱动的全闭环系统如下图所示。2000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm1200prm微机速度环位置环检测传感器例：直流伺服电机驱动的全闭环系统如下图所示。2000N电245已知系统如下参数，求该机械系统的主谐振频率：直流伺服电机的转速n=1200(r/min)，转子转动惯量Jm=2×10-4(kgm2);齿轮箱减速比i=3,z1=17,z2=51,模数m=2，齿轮宽度B=15(mm),滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m,基本导程l0=12mm，丝杠转速ns=400r/min，工作台移动部件总质量W=2000N,最大进给速度为4.8m/min，已知系统如下参数，求该机械系统的主谐振频率：直流伺服电机的转2462000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm2000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm247转动惯量的计算式：式中：d---转动体的直径(m)B—转动体的宽度(m)转动惯量的计算式：式中：d---转动体的直径(m)248齿轮箱减速比i=3,z1=17,z2=51,模数m=2，齿轮宽度B=15(mm)齿轮箱减速比i=3,z1=17,z2=51,模数m=2，齿轮249滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m250=2.599×10-3(kg.m2)=2.599×10-3(kg.m2)2512000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm扭转刚度的计算：2000N电机IIIZ1=17Z2=51L0=12mm252扭转刚度的计算式式中：d---转动轴的直径(m)l---转动轴的变形长度(m)G---钢的弹性模量(G=8.1×1010Pa)扭转刚度的计算式式中：d---转动轴的直径(m)253设电机轴的输出直径dm=25mm,变形长为100mm设电机轴的输出直径dm=25mm,变形长为100mm254滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m滚珠丝杠直径d=60mm,长度l=2.16m255机械系统的总扭转刚度机械系统的总扭转刚度256机械传动系统的扭转刚度引起的主谐振频率为机械传动系统的扭转刚度引起的主谐振频率为2576-3机电有机结合之二

-----机电一体化系统动态设计的考虑方法一、概述6-3机电有机结合之二

-----机电一体化系统动态设计258动态设计包括：1）选择系统的控制方式和校正形式；动态设计包括：1）选择系统的控制方式和校正形式；259机电伺服系统常用的控制方式有:反馈控制方式前馈和反馈相结合的复合控制方式机电伺服系统常用的控制方式有:反馈控制方式260机电伺服系统常用的校正方式有:机电伺服系统常用的校正方式有:261串联校正：Gc(s)G

(s)H(s)Xi(s)Xo(s)串联校正：Gc(s)G(s)H(s)Xi(s)Xo(s)262反馈校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G1(s)G3(s)反馈校正：Gc(s)G2(s)H(s)Xi(s)Xo(s)G263前馈校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)H(s)Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)N(s)Xi(s)H(s)前馈校正：Gc(s)G2(s)Xo(s)G1(s)Xi(s)264校正方式取决于系统中信号的性质、技术方便程度、可供选择的元件、其它性能要求（抗干扰性、环境适应性等）、经济性等诸因素。校正方式取决于系统中信号的性质、技术方便程度、2652）设计校正装置有源校正无源校正Cui(t)uo(t)R1R2无源校正+CRi1(t)ui(t)uo(t)i2(t)a有源校正2）设计校正装置有源校正Cui(t)uo(t)R1R2无源校2663）将校正装置有效地联接到稳态设计阶段所设计的系统中去，满足系统的各项动态指标。3）将校正装置有效地联接到稳态设计阶段所设计的系统中去，满足267工程上常用对数频率法即借助Bode图（对数频率特性图）和根轨迹法进行设计。工程上常用对数频率法即借助Bode图（对数频率特性图）268二、系统的调节方法系统三大特性：稳定性快速性准确性二、系统的调节方法系统三大特性：269频域性能指标：稳定性指标：稳态误差ess动态性指标：快速性指标：c稳定性指标：

(c)和Kg(g)频域性能指标：稳定性指标：稳态误差ess270开环增益越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12开环增益越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L()271起始段斜率越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L()/dB0-20-40c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)12起始段斜率越大，系统的稳态误差越小；①比②稳态误差小0L(272穿越频率c越大，系统的快速性越好。①比②快速性差20L()/dB0-20-40c11/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)c21穿越频率c越大，系统的快速性越好。①比②快速性差20L(273相位裕量

(c)或幅值裕量Kg(g)越大，则系统的稳定性越好。

(c)-Kg0L()/dB0-20c1/Ti-180°-90°0°()

(rad/s)

(rad/s)g-40该系统稳定。相位裕量(c)或幅值裕量Kg(g)越大，则系统的稳定274①比②稳定性好0-180°0°90°L()/dB()0-20c2

(c2)-90°-270°-60+20

(rad/s)

(c1)c112①比②稳定性好0-180°0°90°L()/dB()02751、PID调节器及其传递函数常用有源校正网络作为PID调节器。)11()(sTsTKsGdipc++=校正传函为：比例P微分I积分D1、PID调节器及其传递函数常用有源校正网络作为PID调节器276（1）比例调节（P）+R1ui(t)uo(t)aR2（1）比例调节（P）+R1ui(t)uo(t)aR2277比例校正函数Bode图：-180°-90°0°

()L()dB0

(rad/s)K>0K<0比例校正函数Bode图：-180°-90°0°()L(278（2）PI调节+CR1ui(t)uo(t)aR2（2）PI调节+CR1ui(t)uo(t)aR2279PI校正函数Bode图（设KP=1）：0L()/dB-180°-90°0°()

(rad/s)PI校正装置：Kp＝11/TiPI校正函数Bode图（设KP=1）：0L()/dB-1280（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(t)uo(t)a（3）PD校正Gc(s)=-Kp(1+Tds)+CRui(281PD校正Bode图（设KP=1）0-180°0°90°L()/dB()01/Td-90°-270°

(rad/s)PD校正装置PD校正装置PD校正Bode图（设KP=1）0-180°0°90°L(282（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2（4）PID校正+C1R1ui(t)uo(t)aC2R2283PID校正Bode图：L()()0-2090o0o-90oPID校正Bode图：L()()0-2090o0o2842、PID调节作用分析（1）比例调节作用2、PID调节作用分析（1）比例调节作用2851）Kp>1开环增益加大，稳态误差减小；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)1）Kp>1开环增益加大，稳态误差减小；-180°-90°0286幅值穿越频率增大，系统的快速性提高-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)幅值穿越频率增大，系统的快速性提高-180°-90°0°287系统稳定程度变差；-180°-90°0°

()L()dB000-20-20-40-40未校正已校正

(c)

('c)c'c

(rad/s)系统稳定程度变差；-180°-90°0°()L()0288只有原系统稳定裕量充分大时才采用比例控制。只有原系统稳定裕量充分大时才采用比例2892）Kp<1与Kp>1时，对系统性能的影响正好相反2）Kp<1与Kp>1时，对系统性能的影响正好相反290（2）PI调节的作用系统型次提高，稳态性能改善。相位裕量减小，稳定程度变差。0L()/dB未校正-180°-90°0°()1(c)未校正

(rad/s)cPI校正装置：Kp＝11/Ti已校正2(c)已校正（2）PI调节的作用系统型次提高，稳态性能改善。0L()/291（3）PD校正的作用：相位裕量增加，稳定性提高；0-180°0°90°L()/dB()0未校正c