第六章机电一体化系统机电有机结合的与设计ch辩析.ppt

* 二、伺服系统的调节方法 （1）伺服系统动态稳定性分析与过渡过程 对于任何系统，动态稳定过程主要有三种情况。 即：指数规律上升平稳地趋于稳定值；系统输出发散没有稳定值；系统输出振荡最终能趋于稳定值。 * 1）动态稳定过程的特点： 系统动态稳定性设计的主要指标是系统的稳态误差和系统在过渡阶段的性能参量。上述三种情况各有其特点。 第一种情况：系统直接趋于稳定，刚性大（加速度大），无振荡环节，系统过渡阶段误差大，不利于系统性能参量的调节。 第二种情况：系统振荡发散不稳定。 第三种情况：系统振荡收敛逐步衰减趋于稳定，系统刚性较小，但惯量较大，过渡阶段误差较小，利于系统性能参数的调节匹配。 鉴于第三种情况的控制系统，最能保证系统稳定（硬件和软件保证），利于系统性能参量的调节匹配，系统过渡阶段误差最小的控制系统，在实际应用的控制系统中最为常见。 * 2）动态系统过渡阶段的主要性能指标 动态特性参量或指标：上升时间Ts；延滞时间Ty；调整时间Tt；最大超调量σ%，如图所示。 * （2）伺服系统动态稳定性校正方法 若静态设计的控制系统性能不稳定或稳定系统的主要性能指标（过渡阶段和稳定阶段）不能满足使用要求。采取的主要措施是：第一步，设计调节器（校正器），调节系统稳态性能参数；第二步，设计反馈控制器，改善系统稳态性能参数。目的在于达到系统的使用要求—稳态和动态指标。 尽管可用于系统调节和校正的理论（数学模型）方法和手段较多，但在实际应用控制系统中，应用最为广泛和简单的是PID调节器。 下面针对PID调节器的应用特点学习调节器的设计和使用方法。 * 1）PID调节器及其传递函数（含调节电路） PID调节器无源阻容式调节器和有源阻容式调节器。 无源阻容式调节器——具有结构简单，无须提供外界电源等特点，但存在衰减较大、不易与系统的其它环节相匹配，应用受到一定的限制。 有源阻容式调节器——主要运算放大器与阻容电路组成。通过合理的配置，可达到不但能改善系统的稳定性能，也能改善系统动态性能的能力。 有源阻容式调节器的电路构成 * 有源阻容式调节器的传递函数和特点： a ) 比例( P )调节——图a 传递函数：Gc(s) = －Kp= －R2 /R1 特点：调节作用主要取决于增益Kp的大小 ，Kp值越大调节作用越强，但存在调节误差，且当Kp值太大时，可能引起系统不稳定。 b ) 积分( I )调节——图b 传递函数：Gc(s) = 1/( Ti s )= 1/( R1C s ) 特点：可以减少或消除调节误差，但响应慢，因而较少单独使用。 * c ) 比例—积分——图c 传递函数：Gc(s) = －KP[ 1+1/(Ti s ) ] 其中：KP =R2/R1；Ti = R2C。 既克服了单纯比例( P )调节存在调节误差的缺点，又避免了积分( I )调节响应慢的弱点，系统稳定性和动态性能得到了改善。 d ) 比例—积分—微分( PID )调节——图d 传递函数： Gc(s) = －KP[1+1/(Ti s ) +Td s ] 其中：KP =(R1C1+R2C2)/( R1 R2)； Ti = R1C1 +R2C2； Td = R1C1R2C2/(R1C1+R2C2)。 * PID调节特点：不但能改善系统的稳定性能也能改善系统动态性能，相比之下，它比( PI )调节能使系统具有更好的稳定性能和动态性能。但是，由于含有微分环节，在噪声比较大或系统要求响应快时，不宜采用PID调节。 PID调节器使用调整方法： 在实际工程应用中，有源的PID调节器校正与误差调整方法，通常不是依靠理论计算来确定系统参数的，而是通过工程整定的方法确定其参数的。也就是观察输出响应波形是否满足使用要求的同时，先调整比例时间常数KP；再调整积分时间常数Ti；最后调整微分时间常数Td；反复调整直到所观察到的输出波形比较合乎理想状态为止（相邻两波峰之比为4:1），便可确定PID调节器控制的系统参数。 * （3）调节作用分析 对于如图所示的典型闭环伺服控制系统，在有效输入信号和外界干扰信号作用下，改善系统的性能。 PID调节器的目的：是使系统输出偏差（与目标值相比）最小和在外界干扰作用下产生输出误差最小。 * 典型闭环系统传递函数的构成： 所以，在输入和干扰信号同时作用下，传递函数： 在输入信号作用下，系统的传递函数： 在干扰信号作用下，系统的传递函数： * 性能改善：由