运动控制系统第七章新版

1、在第三伺服系统、生产实践中，伺服系统有很广泛的应用，如轧机轧辊基准的自动控制、CNC机床的位置控制和加工轨迹控制、舵的自动操作、炮和雷达的自动跟踪、航天设备的自动驾驶、机器人的运动控制等。随着机电一体化技术的发展，伺服系统已成为现代工业、国防和高科技领域不可缺少的设备，是运动控制系统的重要组成部分。伺服，即“待机”和“服从”，广义伺服系统是用于精确跟踪或再现过程的反馈控制系统，也称为伺服系统。狭义伺服系统的受控量(输出量)是负载机器空间位置的线或角度位移，当位置定量(输入量)变化时，系统的主要任务是快速准确地再现输出量，也称为位置跟踪系统。、第7章伺服系统、伺服系统的特性和构成伺服系统的基本要

2、求、特征1伺服系统的基本要求伺服系统的功能是快速准确地再现输出，伺服系统的基本要求如下：(1)具有高稳定性的伺服系统在给定输入和外部干扰的短切换过程后，可以实现新的平衡状态，或恢复到原始平衡状态。(2)高精度伺服系统的精度要求高位置精度，与精密加工数控机床一样，遵循输出杨怡给定值的精度。(3)动态响应快速动态响应是伺服系统的重要动态性能指标，系统可能足够快，没有超驰，甚至没有超驰。(4)抗干扰能力强，有多种干扰效果的情况下，系统输出不动态变化，恢复时间快，振动次数少，没有振动。1 .伺服系统包括四个部分：伺服电动机、电源驱动器、控制器和传感器。除位置传感器外，还可能需要电压、电流和速度传感器。

3、位置伺服系统结构图，1。伺服电动机和电源驱动器、伺服电动机是在低功耗伺服系统中使用永磁直流伺服电动机、直流无刷伺服电动机、永磁交流伺服电动机等永磁伺服电动机的伺服系统的执行机制。对于大功率或大功率，还可以使用电励磁直流或交流伺服电动机。2 .伺服系统控制器控制器是伺服系统的关键元素，它根据位置偏差信号，经过必要的控制算法，生成电源驱动器的控制信号。位置传感器，1。电位器2。基于电磁刘涛原理的位置传感器3。光电编码器4。磁编码器，光电开关通常是分割成发射器和接收器的位置检测设备。在工作状态下，发射器发射调制的光，接收被检测到的物体的反射或阻挡时，接收器的入射光强度发生变化，引起输出电流的变化，通

4、过信号处理改变输出开关状态，可以达到检测目的。光电开关属于输入与输出之间没有电磁连接的非接触位置传感器。与接触式测量相比，光电开关寿命长，抗电磁干扰能力强。根据封装方式，光电开关可以分为自包含、光纤、远场类型。根据扫描方式，光电开关可以分为双反射、色散、镜面反射、槽、光纤和远光开关。光电开关最初主要用于工业自动化中检测物体是否存在，近几年应用包括水平检测、水平控制、产品数量、宽度判别、速度检测、固定长度剪切、孔识别、信号延迟、自动门检测、停止点检出、安全保护、安全警告、远程，(1)光源光电开关在首次使用白炽灯作为光源后使用红外线LED。当LED以非干涉光源照射10m20m时，光斑直径大于20

5、cm，并且能量已经很分散，倾向于使用激光作为光源。激光以能量集中力投出500米外，耀斑直径仍是只有100毫米的强相干光源。(2)强度现在光电开关倾向于使用专用集成电路(ASIC)提高强度。采用ASIC的光纤交换机可以满足快速响应速度、高达10 kHz、冲击、防震、防震、符合EMC标准、小型化、低成本、大规模生产等要求。但是光电子开关裴珉姬维修、参数设置仍需手动进行，一旦更换，就要重新手动设置和校准。因此，通常将光纤交换机安装在易于操作的位置，但不是最佳位置，安装空间也不能太小，从而限制了机械结构、形状和体积的最佳设计。对象检测传感器和接口电路，光电传感器使用光电组件作为检测元件，首先将测量出的

6、光的变化转换为信号的变化，然后使用光电组件进一步将光信号转换为电信号。控制系统可以选择反射传感器、反射传感器等传感器作为通道输入检测传感器。射击式光电传感器(1)对射光开关传感器的原理、射光开关内部原理、发射器的光被调制、调制的LED发射器仅发射一定频率的红外线，接收器的放大器只对该频率的信号作出反应，有效地排除白光等干扰因素。表面反射光传感器镜反射光开关(参见图2-8)将发光器和折射器结合在一起。发射器发射的光线从另一侧的镜子反射，当无障碍光线被阻挡时，发射器发射的光线通过反射镜反射回接收器，并从接收器输出一种状态(例如，继电器节点关闭)。接收器在有阻挡光的障碍物时输出其他状态(例如，分离中

7、继节点)。反射开关、位置感应传感器和接口电路动作的限制可以通过光电接近开关和孔开关控制，从而在物体移动到位时自动停止。2.2.1分布式光电接近开关传感器(1)分布式光电接近开关传感器工作原理、霍尔接近开关和接口电路(1)霍尔开关原理和特性霍尔开关集成传感器属于主动磁/电转换设备，是基于霍尔效应原理利用先进集成电路封装技术和组装工艺制造的磁感应传感器，可以将磁输入信号作为实际应用的电信号轻松地应用到系统中。霍尔开关集成传感器具有长寿命、非接触磨损、无火花干涉、无转换抖动、高工作频率、良好的温度特性、适应恶劣环境等优点。霍尔开关电路由稳压器、霍尔座、差动放大器、施密特触发器、开关输出水平等5部分组

8、成。霍尔效应、通过薄板的电流I时，在与电流和磁场垂直的方向生成emf。这种现象称为霍尔效应，这种emf称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。位移传感器和功率放大器光电位移传感器(1)位移传感器的定义位移传感器是测量传感器，它利用各种组件检测对象的物理变化量，并将该变化量转换为距离，从而测量从传感器到对象的距离位移。根据使用组件分为光学位移传感器、线性接近传感器、超声波位移传感器等。图2-15光电位移传感器原理，使用2比例光电二极管或位置检测元件作为传感器的光学元件。探测物体反射的泛光灯在接收元件上成像。这个影像位置是根据侦测到的物体的距离而变化的三角测量原理检测出来的。(2)位移传感器原理

9、和分类光学位移传感器位置传感器PSD方法，光源发出的光通过镜头聚集并照射到物体上。物体发出的反射光通过光的镜头集中在一维空间探测元件(PSD)上。对象的位置(与测量仪器的距离)发生变化时，图像在PSD上的位置会发生变化。变更PSD的两个输出平衡会变更PSD的影像位置，并再次变更PSD的两个输出平衡。将这两种输出计算为A，b，A/(AB)，加工适当的电缆系数k和剩余误差c时，由线性接近传感器超声波位移传感器、光电位移传感器组成的光电传感器通常由投影、受光部、增量部、控制部、电源组成，可以根据其配置状态分为以下类别：(1)放大器分离(2)放大器内置(3)电源内置(4)光纤、光电位移传感器的基本要求

10、、背景抑制BGS(背景抑制BGS)背景抑制意味着检测抑制物体的背景；前景抑制前景色抑制(FGS)前景抑制表示检测抑制比正常检测距离近的对象。背景和前景抑制原理、如果通常检测传输带对象，则可以选择背景抑制BGS和前景抑制FGS这两个功能中的任何一个。背景BGS抑制不会撷取设定距离更远的背景(传输区)。前景FGS抑制不会比较为检测较小分段差异(BGS、FGS)而设置的距离(或灯光少于指定数量的对象)，如下所示：不容易受到检测到的对象的颜色影响(BGS、FGS)。不容易受背景对象(BGS)影响。可选光电位移传感器，位移传感器有许多实际应用所需的参数。其参数包括：(1)分辨率(2)线性(3)温度特性(

11、4)响应时间，激光位移传感器快速公路包装平整度测量，光电编码器的工作原理，光电编码器分类1绝对光电编码器，光电编码器安装图，通常，具有相同分辨率精度的增量编码器比绝对编码器便宜得多。增量光电编码器主要用于速度测量。增量编码器可以根据轴的旋转位移输出脉冲列，将电荷耦合器件CCD和激光测量控制系统、激光光纤和通信、光纤总线控制网络、系统测量系统激光扫描检测系统与集激光技术、光学技术、计算机技术、精密机械技术、电子技术集成到集成光电系统中由激光、棱镜、镜子-镜头、光电接收器、信号处理电路、单片机、键盘和数字显示器组成。光电接收器的信号输出，将LX2-V系列通过检测头放在电阻上方和下方，以检测电阻位置

12、。根据激光束中断区域的变化，检测双馈电阻或错误位置的电阻。通过测量、活塞直径LS系列，可以测量活塞的外径，直到第二微米。两组扫描头可安装在所有生产线上。7.2伺服系统的跟随性能，1 .检测故障2系统故障，7.3伺服系统控制对象的数学模型，根据伺服电动机的种类，伺服系统可以分为直流和交流两类。下面是对两个伺服系统控制对象(伺服电动机、驱动器、机械传动等)的数学模型的分析。7.3.1直流伺服系统控制对象的数学模型，直流伺服电动机的数学模型和速度控制电动机的非本质差异假设气隙磁通量是恒定的，那么直流伺服电动机的状态方程为，e刘涛电动势，Te电磁力矩，机械传动机构的状态方程为，直流伺服系统控制对象结构

13、图，常用交流伺服电动机包括三相异步电动机、永磁同步电动机和磁阻步进电动机。矢量转换、磁通方向和电流闭环控制与电流控制的直流电动机相同，与异步电动机无关，并以三相异步伺服电动机为例进行了分析。，异步电动机指向转子磁链方向的数学模型是，使用转子磁链闭环控制，转子磁链达到正常状态时，转子磁链等于常数，电机极代数=1，对象的数学模型考虑了电流闭环控制后角度和速度的关系，7.4伺服系统设计，单回路位置伺服系统APR位置调节器UPE驱动单元SM DC伺服电动机BQ位置传感器图7-5直流伺服系统控制对象结构图7-8、简化的直流伺服系统控制对象传递函数、传递函数(7-14)、单定位环控制直流伺服系统结构、简化

14、系统的开环传递函数、(7-16)、系统的开环传递函数鸟鸣图双环伺服系统，电流闭环控制具有抑制，制动电流，加速电流的响应过程。对于交流伺服马达，电流封闭回路还具有允许励磁和扭矩元件解耦的转换物件，并取得了等效的直流马达模型。因此，可以直接设计位置调节器，以电流的闭环控制为基础配置位置伺服系统，位置调节器的极限是电流的最大值，图7-11是双环位置伺服系统结构图，图中的直流伺服系统为例，交流伺服系统也是有效的，并且必须对伺服电动机和驱动器进行相应的更改。双环位置伺服系统，图7-11双环位置伺服系统，忽略负载扭矩，图7-6电流闭环控制对象的传递函数为，APR为传递函数为，双环位置伺服系统结构图，系统的

15、开环传递函数为系统的特性方程，APR为为了保证中频频带、系统稳定性，为了系统的稳定裕度，必须保证中频频带宽度h、高频频带、系统的特定抗干扰能力。如果APR仍然使用PI调节器，则根据位置反馈添加差分负反馈，从而在动态性能方面存在一些差异，但不会影响系统稳定性，如图7-15所示。3 .基于三环伺服系统、调速系统，再设置一个位置控制回路，构成三环控制位置伺服系统。其中，位置调节器APR是定位环的补偿装置，输出限制值确定电动机的最大速度。图7-15三环位置伺服系统，DC速度闭环控制系统根据一般类型II系统设计，图7-16是速度环路结构图，开环传递函数与，图7-16速度环路结构图，第2章不同，速度以每个

16、速度表示，传递函数中参数的物理意义相同，但参数值对于交流伺服电动机，假设磁链是恒定的，矢量控制系统简化结构如图7-17所示。其中，速度调节器ASR使用PI调节器，、图7-17矢量控制系统结构图、开环传递函数与、式(7-33)的结构相同。因此，在直流和交流伺服系统中，包括旋转速度闭环传递函数(7-33)、旋转和旋转速度传递函数、构成定位环的控制对象，然后应用设计方法(见图7-18)。位置环的控制对象结构图，位置闭环控制结构图，位置闭环控制对象的传递函数，位置闭环控制结构图图图7-19所示，其中APR是位置调节器。开环传递函数，其中，位置调节器的传递函数是图7-19位置闭环控制结构图，控制对象在前通道中具有集成链接，因此，作为相位信号输入时，APR使用p调节器实现稳态非稳态，系统的开环传递函数可以用代替。其中是调节器的比例系