電力拖動伺服系統(tǒng)

第十一章

伺服（隨動）系統(tǒng)內(nèi)容概要伺服系統(tǒng)的基本組成及分類；伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析；伺服系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計。本章講述：*

所謂伺服系統(tǒng)（Servo-System），廣義上是指用來控制被控對象的某種狀態(tài)或某個過程，使其輸出量能自動地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)或跟蹤輸入量的變化規(guī)律。

11.1伺服系統(tǒng)的基本組成及分類*

從狹義上而言，對于被控制量（輸出量）是負(fù)載機(jī)械空間位置的線位移或角位移，當(dāng)位置給定量（輸入量）做任意變化時，使其被控制量（輸出量）快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定量的變化，通常把這類伺服系統(tǒng)稱作位置控制系統(tǒng)。*11.1.1伺服系統(tǒng)的基本組成

圖11-1所示的伺服系統(tǒng)由傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)械、伺服電動機(jī)、伺服驅(qū)動器、控制器和傳感器等5大部分組成。本節(jié)對伺服電動機(jī)、伺服驅(qū)動器和伺服控制器作簡要的介紹。*圖11-1位置伺服系統(tǒng)*1.伺服電動機(jī)與伺服驅(qū)動器

伺服電動機(jī)是伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在小功率伺服系統(tǒng)中多用永磁式伺服電動機(jī)如直流伺服電動機(jī)、直流無刷伺服電動機(jī)、永磁式交流伺服電動機(jī)。在大功率或較大功率情況下也可采用電勵磁的直流或交流伺服電動機(jī)。*

從電動機(jī)結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型來看，伺服電動機(jī)與調(diào)速電動機(jī)沒有本質(zhì)區(qū)別，一般來說，伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量小于調(diào)速電動機(jī)，低速和零速帶載性能優(yōu)于調(diào)速電動機(jī)。*

伺服驅(qū)動器主要起功率放大的作用，根據(jù)不同的伺服電動機(jī)，輸出合適的電壓或頻率（對于交流伺服電動機(jī)），控制伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，滿足伺服系統(tǒng)的要求。由于伺服電動機(jī)需要四象限運行，故伺服驅(qū)動器必須是可逆的。*2.伺服系統(tǒng)的伺服控制器

伺服控制器是伺服系統(tǒng)的核心部件，由它實現(xiàn)伺服系統(tǒng)的控制規(guī)律，控制器應(yīng)根據(jù)偏差信號，經(jīng)過必要的控制算法，產(chǎn)生驅(qū)動器的控制信號。*11.1.2伺服系統(tǒng)的分類分類方法：按執(zhí)行元件的物理性質(zhì)不同來分類按執(zhí)行元件的物理性質(zhì)不同可分為：電氣-液壓伺服系統(tǒng)；電氣-氣動伺服系統(tǒng)等。*2.按控制方式來分類第一種是按誤差控制的系統(tǒng)，如圖11-2a所示。第二種是按誤差和擾動復(fù)合控制的系統(tǒng)，如圖11-2b所示。*圖11-2伺服系統(tǒng)的基本控制方式按誤差控制的系統(tǒng)

按誤差和擾動復(fù)合控制的系統(tǒng)*3.按伺服系統(tǒng)中元件或環(huán)節(jié)的靜特性不同來分類

按伺服系統(tǒng)中元件或環(huán)節(jié)靜特性不同可分為，線性伺服系統(tǒng)和非線性伺服系統(tǒng)，如圖11-3所示。*圖11-3線性伺服系統(tǒng)和非線性伺服系統(tǒng)線性伺服系統(tǒng)

非線性伺服系統(tǒng)*4.按位置反饋信號取出點的不同來分類（1）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖11-4 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)*（2）全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)圖11-5 全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)*5.按執(zhí)行元件（伺服電動機(jī)）的功率大小來分類

按執(zhí)行元件的功率大小分為：小功率伺服系統(tǒng)（執(zhí)行元件輸出功率在50W以下）；中功率伺服系統(tǒng)（執(zhí)行元件輸出功率在50~500W之間）；大功率伺服系統(tǒng)（執(zhí)行元件輸出功率在500W以上）。*

從伺服系統(tǒng)的基本組成可以看出，伺服系統(tǒng)是一種與調(diào)速控制系統(tǒng)有著緊密聯(lián)系但又有明顯不同的系統(tǒng)。

對于調(diào)速系統(tǒng)來說，希望有足夠的調(diào)速范圍、穩(wěn)速精度快且平穩(wěn)的起動、制動性能。系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)是使轉(zhuǎn)速盡量不受負(fù)載變化、電源電壓波動及環(huán)境溫度等干擾因素的影響。*

對于伺服系統(tǒng)而言，一般是以足夠的控制精度、軌跡跟蹤精度和足夠快的跟蹤速度，以及保持能力（伺服剛度）來作為它的主要控制目標(biāo)。系統(tǒng)運行時要求能以一定的精度隨時跟蹤指令的變化，也就是說，伺服系統(tǒng)對跟隨性能的要求要比普通的調(diào)速控制系統(tǒng)高而且嚴(yán)格很多。*

伺服系統(tǒng)有定位控制和跟蹤控制兩大類，二者對控制精度都有明確的要求。對于定位控制的位置伺服系統(tǒng)，定位精度是評價位置伺服系統(tǒng)控制準(zhǔn)確度的性能指標(biāo)，系統(tǒng)最終定位點與指令目標(biāo)之間的靜止誤差叫做定位精度。對于跟蹤伺服系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)跟隨誤差定義為：當(dāng)系統(tǒng)對輸入信號的瞬態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束后，在穩(wěn)態(tài)運行時，伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際位置與指令目標(biāo)之間的誤差。*11.2.1直流伺服系統(tǒng)廣義被控對象的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

11.2伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)1.直流伺服系統(tǒng)廣義被控對象的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖直流伺服系統(tǒng)的廣義被控對象由驅(qū)動器（PWM功率變換器）、直流電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置等三部分組成，如圖11-6所示。*圖11-6直流伺服系統(tǒng)的廣義被控對象*

由圖看出，伺服系統(tǒng)的被控制量是機(jī)械角位移（

）。角位移與角速度（

）之間的積分關(guān)系可表示為（11-5）

式中，i為機(jī)械傳動裝置的傳動比。由于驅(qū)動器與直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為已知（見圖2-23），考慮到式（11-5），直流伺服系統(tǒng)的廣義被控對象的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以獲得，如圖11-7所示。*圖11-7直流伺服系統(tǒng)廣義被控對象動態(tài)結(jié)構(gòu)圖*2.直流伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)控制系統(tǒng)（1）單環(huán)直流伺服系統(tǒng)

圖11-8a所示為單環(huán)直流伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，可以看出，系統(tǒng)只有一個位置閉環(huán)，其相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成框圖如圖11-8b所示。*圖11-8單環(huán)直流伺服系統(tǒng)單環(huán)直流伺服系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

直流單閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成框圖MD—直流伺服電動機(jī)BQ—位置傳感器*（2）雙環(huán)直流伺服系統(tǒng)

在電流控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再加一個位置外環(huán)就構(gòu)成了位置、電流雙閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)，如圖11-9所示。*圖11-9雙環(huán)直流伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

雙環(huán)伺服系統(tǒng)*（3）三環(huán)直流伺服系統(tǒng)

在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)置位置控制閉環(huán)，就得到三環(huán)直流伺服系統(tǒng)，其控制結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)如圖11-10所示。*圖11-10三環(huán)直流伺服系統(tǒng)三環(huán)直流伺服系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

三環(huán)直流伺服系統(tǒng)11.2.2交流伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)

交流伺服電動機(jī)有異步電動機(jī)、永磁式同步電動機(jī)和磁阻式步進(jìn)電動機(jī)等。各種交流伺服電動機(jī)通過磁場定向（矢量控制）可等效為直流電動機(jī)，現(xiàn)以三相永磁同步電動機(jī)（PMSM）為例進(jìn)行介紹。*

以凸裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的PMSM為對象，在假設(shè)磁路不飽和，不計磁滯和渦流損耗影響，空間磁場呈正弦分布的條件下，當(dāng)永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子為圓筒形（Ld=Lq=L），摩擦系數(shù)B=0時，可得d、q坐標(biāo)系上永磁同步電動機(jī)的狀態(tài)方程為：*（11-6）*（11-7）式（11-7）即為PMSM的解耦狀態(tài)方程。*

在零初始條件下，對永磁同步電動機(jī)的解耦狀態(tài)方程求拉氏變換，以電壓uq為輸入，轉(zhuǎn)子速度為輸出的交流永磁同步電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖11-11所示，其中

為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。*圖11-11交流永磁同步電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

由圖11-11可知，交流永磁同步電動機(jī)具有直流電動機(jī)一樣的動態(tài)結(jié)構(gòu)。依據(jù)圖11-11可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)交流伺服系統(tǒng)。圖11-12所示為三環(huán)交流伺服系統(tǒng)，其中圖11-12a為控制結(jié)構(gòu)圖，圖11-12b為相應(yīng)的三環(huán)交流伺服系統(tǒng)組成框圖。圖11-12永磁同步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)永磁同步電動機(jī)三環(huán)交流伺服系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)永磁同步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)組成框圖*

由圖11-12可知，交流伺服系統(tǒng)建立在高性能（矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）的交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。*

本節(jié)根據(jù)自動控制理論構(gòu)建了單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)交直流伺服系統(tǒng)。應(yīng)該知道，系統(tǒng)的輸出量能夠快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)（跟蹤）輸入量的變化是伺服系統(tǒng)必須具備的功能。然而對于逐環(huán)設(shè)計的串級嵌套式多環(huán)伺服系統(tǒng)而言，*

位置環(huán)截止頻率將被限制在較低的范圍，因而影響了系統(tǒng)的快速響應(yīng)。為此，以往的伺服系統(tǒng)，為了滿足快速性要求，多采用單環(huán)控制結(jié)構(gòu)方案?，F(xiàn)代數(shù)字控制的伺服系統(tǒng)因其控制對象的快速響應(yīng)提高了5~10倍，使得多環(huán)伺服系統(tǒng)截止頻率響應(yīng)提高了許多，從而多環(huán)伺服系統(tǒng)的快速跟蹤性能也得到了較大的提高。*

穩(wěn)態(tài)是指過渡過程結(jié)束后伺服系統(tǒng)的狀態(tài)。過渡過程結(jié)束后，即伺服系統(tǒng)達(dá)到新的平衡之后，最終保持的控制精度（穩(wěn)態(tài)精度），反映了伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，是衡量伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的唯一指標(biāo)。

11.3伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析*

控制精度也稱作穩(wěn)態(tài)誤差，是指伺服系統(tǒng)過渡過程結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時，輸入與輸出之間的誤差大小。*11.3.1位置控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析及穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)

影響伺服系統(tǒng)的控制精度，導(dǎo)致其產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差的因素有：①檢測元件引起的檢測誤差；②系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以及系統(tǒng)的給定輸入信號引起的原理誤差；③負(fù)載等外部擾動引起的擾動誤差。*1.檢測誤差

檢測誤差是由檢測元件引起的，其大小取決于檢測元件或裝置本身的精度。伺服系統(tǒng)中常用的位置檢測元件如自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光電編碼器等都有一定的精度等級，系統(tǒng)的精度不可能高于所用位置檢測元件的精度。*

檢測誤差通常是穩(wěn)態(tài)誤差的主要部分，而且，閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)對于反饋檢測裝置造成的誤差無能無力，即檢測元件產(chǎn)生的誤差系統(tǒng)是無法克服的，精度要求高的伺服系統(tǒng)，應(yīng)該選用高精度檢測元件。*2.跟隨誤差

跟隨誤差也叫原理誤差或稱系統(tǒng)誤差，是由系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)的特征參數(shù)和給定輸入信號的形式?jīng)Q定的。*（1）單位階躍給定輸入典型I型伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨誤差。

圖11-8a所示系統(tǒng)，設(shè)APR為比例調(diào)節(jié)器，假定TL=0，經(jīng)簡化整理后的I型伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖11-13所示。其中，G(s)=K/[s(Ts+1)]是系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，K為開環(huán)放大倍數(shù)，T為時間常數(shù)。*圖11-13I型伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖*由于開環(huán)傳遞函數(shù)中只包含一個積分環(huán)節(jié)，通常稱為I型系統(tǒng)。（11-8）*利用拉氏變換的終值定理，求得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（11-9）式（11-9）表明，在單位階躍給定輸入下，I型系統(tǒng)的跟隨誤差為零。*（2）單位速度給定輸入典型I型伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨誤差單位速度輸入信號

時，穩(wěn)態(tài)誤差為：（11-10）*

式（11-10）表明，在單位速度給定輸入時，I型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差等于開環(huán)放大倍數(shù)的倒數(shù)。這說明在速度輸入下，要實現(xiàn)準(zhǔn)確跟蹤，輸出必須與輸入同步。由于I型系統(tǒng)中只有一個積分環(huán)節(jié)，控制器只能是比例調(diào)節(jié)器，要維持伺服驅(qū)動器有一定的輸出，控制器輸入端必須有一個偏差電壓信號，所以系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不會等于零。*（3）單位加速度給定輸入典型I型伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨誤差單位加速度輸入信號

時，穩(wěn)態(tài)誤差為（11-11）*

式（11-11）表明，在單位加速度給定輸入時，I型伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為無窮大，這說明I型伺服系統(tǒng)對加速度輸入完全不能適應(yīng)。若使伺服系統(tǒng)能夠適應(yīng)加速度給定輸入，則伺服系統(tǒng)至少為Ⅱ型系統(tǒng)。*（4）穩(wěn)態(tài)品質(zhì)因數(shù)

有時為了描述伺服系統(tǒng)跟隨運動目標(biāo)的能力，常用穩(wěn)態(tài)品質(zhì)因數(shù)這個概念，在控制理論課程中稱為穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，包括速度品質(zhì)因素

和加速度品質(zhì)因數(shù)

。*

速度品質(zhì)因數(shù)定義為系統(tǒng)輸入信號的速度

和單位速度輸入原理誤差穩(wěn)態(tài)值

的比值，即（11-13）*

加速度品質(zhì)因數(shù)定義為系統(tǒng)輸入信號的加速度

和單位加速度輸入原理誤差穩(wěn)態(tài)值

的比值，即（11-14）*

由式（11-13）和式（11-14）可以得到速度輸入和加速度輸入的原理誤差穩(wěn)態(tài)值分別為（11-15）（11-16）*

由此表明，穩(wěn)態(tài)品質(zhì)因數(shù)越大，穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差越小，系統(tǒng)跟蹤運動目標(biāo)的能力越強(qiáng)。根據(jù)上述定義，在系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下，可以用拉普拉斯變換的終值定理計算

和

，即*（11-17）（11-18）*

利用式（11-17）和式（11-18）可以求得I型系統(tǒng)和Ⅱ型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)因數(shù)。設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為K，對I型系統(tǒng)，則有對Ⅱ型系統(tǒng)*3.單位恒值負(fù)載擾動的影響

伺服系統(tǒng)所承受的各種擾動作用也會影響系統(tǒng)的控制精度。擾動可來自負(fù)載、檢測裝置及其他各種原因。最常見的擾動是負(fù)載擾動和從測量裝置引入的噪聲干擾。這里，僅討論單位恒值負(fù)載擾動的影響。**圖11-15負(fù)載擾動輸入下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖*設(shè)由

引起的穩(wěn)態(tài)誤差為e，其拉氏變換為E(s)。由此可得系統(tǒng)的輸出為（11-19）*（11-20）（11-21）*

式（11-21）表明，恒值負(fù)載擾動會使系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，誤差值的大小與負(fù)載擾動作用點之前的傳遞函數(shù)的放大倍數(shù)成反比。*4.穩(wěn)態(tài)誤差計算【例11-1】某自整角機(jī)隨動系統(tǒng)如圖11-16所示。已知K2為13600，K3=27.6密位/V

S。負(fù)載擾動引起的電壓降為

。設(shè)計指標(biāo)為：位置輸入下穩(wěn)態(tài)誤差esp≤1密位，當(dāng)輸入軸最高轉(zhuǎn)速為

密位/s，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)原理誤差esv≤2密位，求*（1）系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K。（2）比例系數(shù)Kl的值。圖11-16伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖*解：（1）根據(jù)要求，伺服電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為

密位/s。穩(wěn)態(tài)原理誤差esv≤2密位，則速度品質(zhì)因數(shù)由式（11-13）求得為≥*由于系統(tǒng)是I型系統(tǒng)，因此系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為（2）I型系統(tǒng)對于給定位置輸入信號的穩(wěn)態(tài)原理誤差為零，因此，位置輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差應(yīng)該是檢測誤差和穩(wěn)態(tài)擾動誤差，現(xiàn)根據(jù)題設(shè)檢測誤差為零，因此只剩下穩(wěn)態(tài)擾動誤差*題中擾動來自負(fù)載擾動，負(fù)載擾動產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差根據(jù)求穩(wěn)態(tài)擾動誤差計算式可以求得已經(jīng)求出*因此所以*11.3.2提高伺服系統(tǒng)精度的方法

采用簡單比例控制的伺服系統(tǒng)，可以很容易地獲得穩(wěn)定、無超調(diào)的位置控制和良好的定位精度。但由于它不可避免地存在穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差，從而對運動軌跡跟隨性能產(chǎn)生一定影響。為了解決上述問題，則采用復(fù)合控制的辦法。*

在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再引入一個對外部輸入信號進(jìn)行多解微分的前饋補償，簡稱為前饋補償或前饋控制，把前饋控制和反饋控制相結(jié)合構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱為復(fù)合控制系統(tǒng)。*

復(fù)合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖11-17所示。（11-22）

根據(jù)該結(jié)構(gòu)圖可以寫出復(fù)合控制閉環(huán)系統(tǒng)對給定控制作用的傳遞函數(shù)為系統(tǒng)對輸入的誤差傳遞函數(shù)為（11-23）*圖11-17復(fù)合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖*

式中，

為原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。如果系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)原理誤差和動態(tài)誤差都為零，則由式（11-23）可以推導(dǎo)出對給定控制作用的誤差恒等于零的條件，即系統(tǒng)對控制輸入的不變性條件為（11-24）*

在這種情況下，系統(tǒng)的誤差與給定輸入信號無關(guān)。前饋補償信號的引入對提高系統(tǒng)的性能是非常有益的。例如，引入給定輸入量的一階導(dǎo)數(shù)前饋信號，可以補償隨動系統(tǒng)在速度輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差；引入給定輸入量的二階導(dǎo)數(shù)前饋信號，可以補償加速度輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。*伺服系統(tǒng)如果不加前饋，即在圖11-17中去掉

時的閉環(huán)傳遞函數(shù)是（11-25）*【例11-2】復(fù)合控制伺服系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖11-18所示，要求設(shè)計一個前饋補償環(huán)節(jié)，求出系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)

，根據(jù)不變性條件求出傳遞函數(shù)

。*解：在設(shè)計前饋補償通道時，首先要選定前饋與系統(tǒng)主通道相疊加的位置。本例所選相加點就是負(fù)反饋補償通道的反饋疊加點。由此獲得圖11-18的結(jié)構(gòu)形式，此時復(fù)合控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：*系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)就可使*圖11-18復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計*1.伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性

由于實際系統(tǒng)存在慣性、延遲，所以當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)配合不當(dāng)時，將會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生越來越大的輸出，引起系統(tǒng)中某些工作部件的損壞。因此一個控制系統(tǒng)要能工作，它必須是穩(wěn)定的，而且必須具有一定的穩(wěn)定裕量，即當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生某些變化時，也能夠使系統(tǒng)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

11.4伺服系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計*

如系統(tǒng)受擾后偏離了原工作狀態(tài)，而控制裝置再也不能使系統(tǒng)恢復(fù)到原狀態(tài)，并且越偏越遠(yuǎn)，如圖11-19b中過程③所示；或當(dāng)指令變化以后，控制裝置再也無法使被控對象跟隨指令運行，并且也是越差越大，如圖11-19a中過程③所示，這樣的系統(tǒng)稱之為不穩(wěn)定系統(tǒng)，顯然，這是不能完成控制任務(wù)的。*圖11-19系統(tǒng)穩(wěn)定性特征*2.伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性（1）給定作用下的動態(tài)特性

分析計算伺服系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的一般方法，是在系統(tǒng)輸入端施加單位階躍信號

，然后估算出系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)所需的過渡時間

、超調(diào)量

和振蕩次數(shù)N，以

、

和N作為評定系統(tǒng)動態(tài)性能的指標(biāo)。*如圖11-20所示，為過渡過程圖。圖11-20單位階躍信號下伺服系統(tǒng)的過渡過程*（2）擾動作用下的動態(tài)