電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第九章演示文稿現在是1頁\一共有38頁\編輯于星期四優(yōu)選電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第九章現在是2頁\一共有38頁\編輯于星期四

伺服系統(tǒng)的定義:數控機床伺服系統(tǒng)現在是3頁\一共有38頁\編輯于星期四內容提要伺服系統(tǒng)的特征及組成伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型伺服系統(tǒng)的設計現在是4頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成伺服系統(tǒng)的功能是使輸出快速而準確地復現給定，對伺服系統(tǒng)具有如下的基本要求：

1)穩(wěn)定性好伺服系統(tǒng)在給定輸入和外界干擾下，能在短暫的過渡過程后，達到新的平衡狀態(tài)，或者恢復到原先的平衡狀態(tài)。

2)精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨給定值的精確程度，如精密加工的數控機床，要求很高的定位精度。

3)動態(tài)響應快動態(tài)響應是伺服系統(tǒng)重要的動態(tài)性能指標，要求系統(tǒng)對給定的跟隨速度足夠快、超調小，甚至要求無超調.4)抗擾動能力強在各種擾動作用時，系統(tǒng)輸出動態(tài)變化小，恢復時間快，振蕩次數少，甚至要求無振蕩。

一.伺服系統(tǒng)的基本要求及特征-基本要求現在是5頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成1)必須具備高精度的傳感器，能準確地給出輸出量的電信號。2)功率放大器以及控制系統(tǒng)都必須是可逆的。3)足夠大的調速范圍及足夠強的低速帶載性能。4)快速的響應能力和較強的抗干擾能力。

一.伺服系統(tǒng)的基本要求及特征-特征現在是6頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成伺服系統(tǒng)由伺服電動機、功率驅動器、控制器和傳感器四大部分組成。除了位置傳感器外，可能還需要電壓、電流和速度傳感器。

二.伺服系統(tǒng)的組成-基本要素現在是7頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成圖9-1位置伺服系統(tǒng)結構示意圖A）開環(huán)系統(tǒng)b）半閉環(huán)系統(tǒng)c）全閉環(huán)系統(tǒng)

二.伺服系統(tǒng)的組成-基本結構現在是8頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成

二.伺服系統(tǒng)的組成-伺服電機現在是9頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成

二.伺服系統(tǒng)的組成-編碼器

二進制碼盤循環(huán)碼盤二進制碼盤:同心園環(huán)為碼道,道數與二進制位數相同,內層為高位,最外層為低位.由內層到外層按二進制編碼.光電元件產生電脈沖信號?！按执笳`差”：兩位以上數字同時改變。0111→1000循環(huán)碼:相鄰碼道之間只有一個碼變化.

現在是10頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成

三.伺服系統(tǒng)的性能指示-檢測誤差位置傳感器誤差量級電位器自整角機旋轉變壓器圓盤式感應同步器直線式感應同步器光電和磁性編碼器度(0)≤10[角]分(‘)[角]秒(‘’)微米(um)3600/N表9-2位置傳感器的誤差范圍現在是11頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成伺服系統(tǒng)實際位置與目標值之間的誤差，稱作系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。由系統(tǒng)結構和參數決定的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差可分為三類：位置誤差、速度誤差和加速度誤差。伺服系統(tǒng)在動態(tài)調節(jié)過程中性能指標稱為動態(tài)性能指標，如超調量、跟隨速度及時間、調節(jié)時間、振蕩次數、抗擾動能力等。

三.伺服系統(tǒng)的性能指示-系統(tǒng)誤差現在是12頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成

三.伺服系統(tǒng)的性能指示-系統(tǒng)誤差圖9-3線性位置伺服系統(tǒng)一般動態(tài)結構圖現在是13頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成圖9-4位置伺服系統(tǒng)的典型輸入信號a）位置階躍輸入b）速度輸入c）加速度輸入

三.伺服系統(tǒng)的性能指示-系統(tǒng)誤差現在是14頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成伺服系統(tǒng)在三種單位輸入信號的作用下給定穩(wěn)態(tài)誤差

三.伺服系統(tǒng)的性能指示-系統(tǒng)誤差現在是15頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.2伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型直流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電動機，中、小功率的伺服系統(tǒng)采用直流永磁伺服電動機，當功率較大時，也可采用電勵磁的直流伺服電動機。直流無刷電動機與直流電動機有相同的控制特性，也可歸入直流伺服系統(tǒng)?，F在是16頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.2伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型直流伺服電動機的狀態(tài)方程機械傳動機構的狀態(tài)方程

一.直流伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型現在是17頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.2伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型

一.直流伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型驅動裝置的近似等效傳遞函數狀態(tài)方程

現在是18頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.2伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型控制對象的數學模型（狀態(tài)方程）

一.直流伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型現在是19頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.2伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型

一.直流伺服系統(tǒng)控制對象的數學模型圖9-5直流伺服系統(tǒng)控制對象結構圖現在是20頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計校正裝置串聯配置在前向通道的校正方式稱為串聯校正，一般把串聯校正單元稱作調節(jié)器，所以又稱為調節(jié)器校正。若校正裝置與前向通道并行，則稱為并聯校正；信號流向與前向通道相同時，稱作前饋校正；信號流向與前向通道相反時，則稱作反饋校正。常用的調節(jié)器有比例－微分（PD）調節(jié)器、比例－積分（PI）調節(jié)器以及比例－積分－微分（PID）調節(jié)器，設計中可根據實際伺服系統(tǒng)的特征進行選擇。現在是21頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計在系統(tǒng)的前向通道上串聯PD調節(jié)器校正裝置，可以使相位超前，以抵消慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)使相位滯后而產生的不良后果。PD調節(jié)器的傳遞函數為

一.調節(jié)器及其傳遞函數現在是22頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計如果系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能滿足要求，并有一定的穩(wěn)定裕量，而穩(wěn)態(tài)誤差較大，則可以用PI調節(jié)器進行校正。PI調節(jié)器的傳遞函數為

一.調節(jié)器及其傳遞函數現在是23頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計將PD串聯校正和PI串聯校正聯合使用，構成PID調節(jié)器。如果合理設計則可以綜合改善伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性。PID串聯校正裝置的傳遞函數為

一.調節(jié)器及其傳遞函數現在是24頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

二.單環(huán)位置伺服系統(tǒng)對于直流伺服電動機可以采用單位置環(huán)控制方式，直接設計位置調節(jié)器APR。為了避免在過渡過程中電流沖擊過大，應采用電流截止反饋保護，或者選擇允許過載倍數比較高的伺服電動機。圖9-7單環(huán)位置伺服系統(tǒng)APR—位置調節(jié)器UPE—驅動裝置SM—直流伺服電動機BQ—位置傳感器現在是25頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

二.單環(huán)位置伺服系統(tǒng)從第二章我們知道直流電動機的數學模型為：圖9-8直流伺服系統(tǒng)控制對象結構圖現在是26頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

二.單環(huán)位置伺服系統(tǒng)忽略負載轉矩，直流伺服系統(tǒng)控制對象傳遞函數為機電時間常數

采用PD調節(jié)器，其傳遞函數為現在是27頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數系統(tǒng)開環(huán)放大系數

二.單環(huán)位置伺服系統(tǒng)一般來講：

現在是28頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

二.單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-9單位置環(huán)控制直流伺服系統(tǒng)結構圖用系統(tǒng)的開環(huán)零點消去慣性時間常數最大的開環(huán)極點，以加快系統(tǒng)的響應過程。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數

現在是29頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

二.單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數閉環(huán)傳遞函數的特征方程式

用Routh穩(wěn)定判據，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，須使：現在是30頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

二.單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-10單位置環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數對數幅頻特性現在是31頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

三.雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)在電流閉環(huán)控制的基礎上，設計位置調節(jié)器，構成位置伺服系統(tǒng)，位置調節(jié)器的輸出限幅是電流的最大值。圖9-11雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)現在是32頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計忽略負載轉矩時，帶有電流閉環(huán)控制對象的傳遞函數為APR選用PI調節(jié)器，其傳遞函數

三.雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-12雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)結構圖現在是33頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為系統(tǒng)的開環(huán)放大系數

三.雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數為特征方程式特征方程式未出現s的二次項，由Routh穩(wěn)定判據可知，系統(tǒng)不穩(wěn)定?，F在是34頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計將APR改用PID調節(jié)器，其傳遞函數伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數

三.雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數系統(tǒng)特征方程式現在是35頁\一共有38頁\編輯于星期四§9.3伺服系統(tǒng)的設計

三.雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)由Routh穩(wěn)定判據求得系統(tǒng)穩(wěn)定的條件

圖9-13采用PID控制的雙環(huán)控制伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞