电力拖动自动控制系统运动控制系统第九章

电力拖动自动控制系统运动控制系统第九章

伺服系统得定义:数控机床伺服系统内容提要伺服系统得特征及组成伺服系统控制对象得数学模型伺服系统得设计§9、1伺服系统得特征及组成伺服系统得功能就是使输出快速而准确地复现给定,对伺服系统具有如下得基本要求:

1)稳定性好伺服系统在给定输入与外界干扰下,能在短暂得过渡过程后,达到新得平衡状态,或者恢复到原先得平衡状态。

2)精度高伺服系统得精度就是指输出量跟随给定值得精确程度,如精密加工得数控机床,要求很高得定位精度。

3)动态响应快动态响应就是伺服系统重要得动态性能指标,要求系统对给定得跟随速度足够快、超调小,甚至要求无超调、4)抗扰动能力强在各种扰动作用时,系统输出动态变化小,恢复时间快,振荡次数少,甚至要求无振荡。

一、伺服系统得基本要求及特征-基本要求§9、1伺服系统得特征及组成1)必须具备高精度得传感器,能准确地给出输出量得电信号。2)功率放大器以及控制系统都必须就是可逆得。3)足够大得调速范围及足够强得低速带载性能。4)快速得响应能力与较强得抗干扰能力。

一、伺服系统得基本要求及特征-特征§9、1伺服系统得特征及组成伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器与传感器四大部分组成。除了位置传感器外,可能还需要电压、电流与速度传感器。

二、伺服系统得组成-基本要素§9、1伺服系统得特征及组成图9-1位置伺服系统结构示意图A)开环系统b)半闭环系统c)全闭环系统

二、伺服系统得组成-基本结构§9、1伺服系统得特征及组成

二、伺服系统得组成-伺服电机§9、1伺服系统得特征及组成

二、伺服系统得组成-编码器

二进制码盘循环码盘二进制码盘:同心园环为码道,道数与二进制位数相同,内层为高位,最外层为低位、由内层到外层按二进制编码、光电元件产生电脉冲信号。“粗大误差”:两位以上数字同时改变。0111→1000循环码:相邻码道之间只有一个码变化、

§9、1伺服系统得特征及组成

三、伺服系统得性能指示-检测误差位置传感器误差量级电位器自整角机旋转变压器圆盘式感应同步器直线式感应同步器光电与磁性编码器度(0)≤10[角]分(‘)[角]秒(‘’)微米(um)3600/N表9-2位置传感器得误差范围§9、1伺服系统得特征及组成伺服系统实际位置与目标值之间得误差,称作系统得稳态跟踪误差。由系统结构与参数决定得稳态跟踪误差可分为三类:位置误差、速度误差与加速度误差。伺服系统在动态调节过程中性能指标称为动态性能指标,如超调量、跟随速度及时间、调节时间、振荡次数、抗扰动能力等。

三、伺服系统得性能指示-系统误差大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静§9、1伺服系统得特征及组成

三、伺服系统得性能指示-系统误差图9-3线性位置伺服系统一般动态结构图§9、1伺服系统得特征及组成图9-4位置伺服系统得典型输入信号a)位置阶跃输入b)速度输入c)加速度输入

三、伺服系统得性能指示-系统误差§9、1伺服系统得特征及组成伺服系统在三种单位输入信号得作用下给定稳态误差

三、伺服系统得性能指示-系统误差§9、2伺服系统控制对象得数学模型直流伺服系统得执行元件为直流伺服电动机,中、小功率得伺服系统采用直流永磁伺服电动机,当功率较大时,也可采用电励磁得直流伺服电动机。直流无刷电动机与直流电动机有相同得控制特性,也可归入直流伺服系统。§9、2伺服系统控制对象得数学模型直流伺服电动机得状态方程机械传动机构得状态方程

一、直流伺服系统控制对象得数学模型§9、2伺服系统控制对象得数学模型

一、直流伺服系统控制对象得数学模型驱动装置得近似等效传递函数状态方程

§9、2伺服系统控制对象得数学模型控制对象得数学模型(状态方程)

一、直流伺服系统控制对象得数学模型§9、2伺服系统控制对象得数学模型

一、直流伺服系统控制对象得数学模型图9-5直流伺服系统控制对象结构图§9、3伺服系统得设计校正装置串联配置在前向通道得校正方式称为串联校正,一般把串联校正单元称作调节器,所以又称为调节器校正。若校正装置与前向通道并行,则称为并联校正;信号流向与前向通道相同时,称作前馈校正;信号流向与前向通道相反时,则称作反馈校正。常用得调节器有比例－微分(PD)调节器、比例－积分(PI)调节器以及比例－积分－微分(PID)调节器,设计中可根据实际伺服系统得特征进行选择。§9、3伺服系统得设计在系统得前向通道上串联PD调节器校正装置,可以使相位超前,以抵消惯性环节与积分环节使相位滞后而产生得不良后果。PD调节器得传递函数为

一、调节器及其传递函数§9、3伺服系统得设计如果系统得稳态性能满足要求,并有一定得稳定裕量,而稳态误差较大,则可以用PI调节器进行校正。PI调节器得传递函数为

一、调节器及其传递函数§9、3伺服系统得设计将PD串联校正与PI串联校正联合使用,构成PID调节器。如果合理设计则可以综合改善伺服系统得动态与静态特性。PID串联校正装置得传递函数为

一、调节器及其传递函数§9、3伺服系统得设计

二、单环位置伺服系统对于直流伺服电动机可以采用单位置环控制方式,直接设计位置调节器APR。为了避免在过渡过程中电流冲击过大,应采用电流截止反馈保护,或者选择允许过载倍数比较高得伺服电动机。图9-7单环位置伺服系统APR—位置调节器UPE—驱动装置SM—直流伺服电动机BQ—位置传感器§9、3伺服系统得设计

二、单环位置伺服系统从第二章我们知道直流电动机得数学模型为:图9-8直流伺服系统控制对象结构图§9、3伺服系统得设计

二、单环位置伺服系统忽略负载转矩,直流伺服系统控制对象传递函数为机电时间常数

采用PD调节器,其传递函数为§9、3伺服系统得设计伺服系统开环传递函数系统开环放大系数

二、单环位置伺服系统一般来讲:

§9、3伺服系统得设计

二、单环位置伺服系统图9-9单位置环控制直流伺服系统结构图用系统得开环零点消去惯性时间常数最大得开环极点,以加快系统得响应过程。系统得开环传递函数

§9、3伺服系统得设计

二、单环位置伺服系统伺服系统得闭环传递函数闭环传递函数得特征方程式

用Routh稳定判据,为保证系统稳定,须使:§9、3伺服系统得设计

二、单环位置伺服系统图9-10单位置环伺服系统开环传递函数对数幅频特性§9、3伺服系统得设计

三、双环位置伺服系统在电流闭环控制得基础上,设计位置调节器,构成位置伺服系统,位置调节器得输出限幅就是电流得最大值。图9-11双环位置伺服系统§9、3伺服系统得设计忽略负载转矩时,带有电流闭环控制对象得传递函数为APR选用PI调节器,其传递函数

三、双环位置伺服系统图9-12双环位置伺服系统结构图§9、3伺服系统得设计系统得开环传递函数为系统得开环放大系数

三、双环位置伺服系统伺服系统得闭环传递函数为特征方程式特征方程式未出现s得二次项,由Routh稳定判据可知,系统不稳定。§9、3伺服系统得设计将APR改用PID调节器,其传递函数伺服系统得开环传递函数

三、双环位置伺服系统闭环传递函数系统特征方程式§9、3伺服系统得设计

三、双环位置伺服